細胞自噬與腫瘤

韋艷綜述，吳冰審校

（蘭州軍區蘭州總醫院干部病房，甘肅蘭州 730050)

細胞自噬與腫瘤

韋艷綜述，吳冰審校

（蘭州軍區蘭州總醫院干部病房，甘肅蘭州 730050)

自噬在腫瘤形成和發展中的作用目前仍有爭議。自噬可在腫瘤起始階段抑制腫瘤，也可在腫瘤發展階段保護腫瘤。自噬相關性細胞死亡可以作為腫瘤抑制物，喪失自噬可以引起染色體不穩定和炎癥性壞死。反之，自噬能促進腫瘤在應激條件下的生存及轉移，對自噬分子調控機制的闡明對于腫瘤的治療意義重大。

自噬；腫瘤；抑制；保護

應激刺激包括代謝性應激，激活細胞的適應性機制或觸發細胞死亡，以消除損害或危險的細胞[1]。應激刺激自噬消化自身的細胞器，清掃細胞內的垃圾，并為饑餓狀態下的細胞提供能量。自噬作用是普遍存在于大部分真核細胞中的一種現象，是溶酶體對自身結構的吞噬降解，它是細胞內的再循環系統。自噬缺陷的老鼠表現的能量耗竭：血漿和組織中的氨基酸濃度降低，在新生饑餓期(Neonatal starvation period)無法生存。自噬也是一種清除病原體的途徑，一方面通過溶酶體清除胞質內微生物，發揮天然抗感染免疫作用；另一方面可通過調節抗原加工、呈遞，在獲得性免疫反應中發揮效應[2]。惡性腫瘤是最早被發現與自噬有關的疾病之一，自噬在腫瘤發生發展的不同階段有著不同的影響。以下分別進行闡述。

1 自噬在腫瘤形成和發生中的作用

自噬在腫瘤的起始和發生中發揮著重要的作用[3]。腫瘤比正常細胞的基礎自噬功能低，表明腫瘤形成于自噬減低之間的必然聯系。有趣的是，許多致癌基因和腫瘤抑制基因都能影響自噬途徑，自噬過程的異常導致惡變[4]。如許多腫瘤抑制蛋白能夠激活自噬，如p53、磷酸酶及張力蛋白同源的基因(Phosphatase and tensin homolog，PTEN)、死亡相關蛋白激酶(Death-associated protein kinase，DAPK)、結節性硬化癥TSC1和TSC2基因在多種腫瘤中發生突變。

PTEN是一種脂類/蛋白雙重磷酸酶，使PIP3去磷酸為PIP2，阻止PI3K/Akt/mTOR途徑對自噬的抑制。在腫瘤細胞中PTEN發生突變，Akt激活而抑制自噬，蛋白翻譯增加，細胞生長、增生，促進腫瘤發生。陳菊英等[5]應用存在于紫草植物中的紫草素處理乳腺癌MCF-7細胞，PI3K和Akt的表達和活性降低，p62減少，LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ值增加，細胞自噬增強，抑制MCF-7細胞活力，其機制可能與PI3K/Akt途徑受到抑制有關。

p53在自噬中也發揮著重要的作用。在細胞核，p53可通過激活mTOR上游一些調節因子而上調細胞自噬，這些因子主要包括PTEN、AMPK、TSC2、sestrin1和sestrin2等；而在細胞質中，p53對細胞自噬具有負性調節作用，可抑制細胞自噬的發生。雖調節機制復制，但p53突變可使p53介導自噬發生改變導致腫瘤發展。此外，在細胞核內，損傷調節自噬調制物(Damage-regulated autophagy modulator,DRAM)對于p53介導的自噬和凋亡中也具有重要作用。p53可直接激活DRAM的轉錄表達，而后者編碼一種溶酶體蛋白。當細胞受到刺激發生DNA損傷時，將發生p53誘導的細胞自噬。DRAM在多種腫瘤中缺失，進一步證明了自噬在腫瘤中的作用。

DAPK是一種CaM調節的絲/蘇氨酸蛋白激酶，具有抑制腫瘤的發生、發展、轉移的功能[6]，在多種腫瘤中表達降低或缺失，可以抑制小鼠Lewis肺癌轉移灶的發生。DAPK和DAPK相關蛋白激酶-1 (DAPK-related protein kinase-1，DRP-1)可在MCF-7和HeLa細胞中激活自噬，抑制DAPK導致自噬水平降低。代謝應激導致ATP：ADP比例降低，誘導腫瘤抑制因子LKB-I(STK-I)，屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在LKB-I/AMPK/mTOR信號通路中上調。LKB1可以磷酸化AMPKa亞單位活化環上172位點的蘇氨酸，從而激活AMPK。AMPK可激活TSC2，抑制mTOR而誘導自噬。反之，Akt、mTOR、Bcl-2及FLICE樣抑制蛋白(FLICE-like Inhibitory protein，FLIP)等癌基因都可以抑制自噬，提示升高自噬可以抑制腫瘤[7]。在大多數腫瘤，PI3K-Akt軸的上游或下游發生突變，激活下游mTOR刺激細胞增長抑制自噬。激活Akt后，單等位基因敲除beclin1或雙等位基因敲除atg5促進小鼠基因組發生變化。Bcl-2的BH3受體區和抗凋亡蛋白的多個區域可以與beclin1的BH3螺旋結構結合，阻止其與VP34相互作用。Bcl-2在大多數腫瘤中高表達，MCF-7細胞中敲除或沉默Bcl-2基因可以誘導自噬。

此外，自噬基因在腫瘤抑制信號途徑中發揮作用。如Atg7對于造血干細胞至關重要[8]，Atg7缺失的小鼠LSK細胞造血功能缺陷，在受到致死性照射時，髓系祖細胞和淋巴系祖細胞生成障礙。抑制Atg5和Atg16L1導致小腸潘氏細胞損傷，一種結腸癌的危險因素。敲除Atg5和Atg7的小鼠發生肝癌，線粒體腫脹，p62積累及氧化應激反應[9]。而且，Atg4C缺失的小鼠發生腫瘤的機會升高。

2 自噬在腫瘤進展和轉移中的作用

腫瘤轉移是一個復雜的過程，惡性腫瘤細胞從原發部位經淋巴道、血管或體腔等途徑到達其他部位繼續生長，稱腫瘤轉移。在原發瘤，缺氧及代謝應激導致局部壞死，炎癥因子浸潤。保護性自噬可以抑制炎癥反應—腫瘤轉移的起始步驟。有趣的是，自噬減少壞死及巨噬細胞浸潤從而抑制原發瘤生長，抑制自噬引起細胞死亡、組織損傷及慢性炎癥。自噬的另外一個重要功能是清除腫瘤進展中的細胞碎片，如非折疊的蛋白、損傷的細胞器等。但自噬缺陷，細胞毒性物質不能降解，ROS生成、DNA損害，染色體不穩定而啟動腫瘤轉移[10]。而且，自噬通過增加死亡腫瘤細胞中免疫刺激分子的釋放，包括高遷移率族蛋白-1 (High mobility group box chromosomal protein 1，HMGB1)，激活促炎免疫反應[11]。

除了自噬的抗腫瘤轉移效應，自噬還具有相反的作用，促進腫瘤轉移。死亡配體誘導的凋亡，尤其是TRAIL在調節T細胞、NK細胞抑制腫瘤轉移方面發揮重要作用[12]。近期報道在TRAIL抵抗的腫瘤細胞中自噬上調，提高腫瘤細胞在轉移中的生存能力。

轉移的腫瘤細胞的另一種重要的屬性是抵抗失巢凋亡(Anoikis)，一種特殊的細胞程序死亡，是由于細胞與細胞外基質或相鄰細胞脫離接觸而誘發的[13]。生長因子途徑的異常激活，如Ras/MAPK途徑和PI3K/ Akt途徑是腫瘤細胞通常利用的途徑以逃避脫落凋亡。近期研究表明自噬在失巢凋亡中的保護性作用[14]，腫瘤細胞與基質脫離或抑制β1整聯蛋白受體誘導自噬，敲除Atg抑制自噬增加失巢凋亡。腫瘤細胞抵抗失巢凋亡有利于轉移細胞生存。雖然確切的自噬保護性機制仍不清楚，研究提示內質網激酶PERK通過促進自噬和抗氧化活性，在癌細胞播散和轉移的后期促進脫離基質的細胞的生存。

細胞代謝改變是癌細胞的重要標志，以適應腫瘤在進展中特殊生長需求。癌細胞在缺氧條件通過無氧酵解分解葡萄糖，在人腸癌和胃癌中糖酵解中間產物和乳酸升高[15]，而且癌細胞中谷氨酰胺利用增加。應激條件誘導自噬使蛋白降解及再循環，為快速增生的腫瘤細胞提供能量。同時細胞內存儲的脂肪為線粒體提供乙酰輔酶A通過噬脂(Lipophagy)滿足腫瘤細胞的代謝需求[16]。

自噬的另一個重要功能是保存和維持細胞器的功能，尤其是腫瘤進展階段的線粒體功能。損壞的線粒體是ROS的主要來源，線粒體自噬清除去極化的線粒體并維持細胞穩定。Guo等[17]通過LC3的表達、LC3-Ⅱ與LC3-Ⅰ蛋白的比值檢測細胞自噬：小鼠腎(iBMK)細胞表達H-Ras或K-Ras癌基因上調基礎自噬水平，有利于保持線粒體功能，支持腫瘤在饑餓環境中生存。在Ras表達的細胞，缺陷的自噬體形成導致異常的線粒體累積并降低氧耗。自噬缺陷還導致三羧酸循環代謝產物及能量耗竭，表明自噬在維持腫瘤生長及能量消耗之間發揮了重要的平衡作用。

由于腫瘤細胞的凋亡缺陷及長期的代謝應激條件，因此需要自噬維持其在營養缺乏及低氧條件下的生存，尤其是腫瘤的中央缺乏血供的區域。自噬是腫瘤細胞長期存活從而復發的關鍵因素。誘導自噬可使腫瘤細胞在低營養及低氧條件下通過激活缺氧誘導因子-1(Hypoxia-inducible factor，HIF-1)和AMP依賴的蛋白激酶(5-AMP-activated protein kinase，AMPK)而生存。例如：星形膠質細胞上調基因1通過AMPK/mTOR依賴的途徑與保護性自噬相關，通過敲除Atg抑制自噬可以產生治療效果[18]。

3 結語

對于抵抗凋亡的癌細胞誘導自噬性死亡(Ⅱ型程序性死亡)可以作為一種補充的方法促進癌細胞死亡。另一方面，自噬可以抵抗治療引起的腫瘤死亡，當腫瘤產生保護性自噬，抑制自噬可以使腫瘤對治療敏感。自噬在腫瘤發生、發展中的機制復雜，對自噬與腫瘤相關機制的進一步闡明將有助于在腫瘤的不同發展階段激活或抑制自噬進行腫瘤的治療，目前已應用白藜蘆醇、苦參堿、厚樸酚、姜黃素等中成藥通過調節細胞自噬治療腫瘤，應用前景廣闊[19-20]。

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Autophage and tumor.

WEI Yan,WU Bing.Cadre Ward,General Hospital of Lanzhou Millitary Command,Lanzhou 730050,Gansu,CHINA

The role of autophage in tumor formation and progression remains controversial.Autophagy can suppress tumor during formation and protect tumor during progression.Autophagy-related cell death may act as a tumor inhibitor.Loss of autophagy causes genomic instability and necrosis.However,autophagy can also promote the survive and metastasis of tumor under environmental stress.To elucidate the molecular mechanism of autophagy is crucial for tumor therapy.

Autophage;Tumor;Suppress;Protect

R329.2+8

A

1003—6350（2014）16—2413—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.16.0940

2014-02-16)

吳冰。E-mail：110931817@qq.com