細胞自噬在胃癌中的相關研究進展*

謝興明 鄧靖宇 梁 寒

細胞自噬在胃癌中的相關研究進展*

謝興明 鄧靖宇 梁 寒

細胞自噬指細胞利用溶酶體降解細胞質中錯誤折疊的蛋白質及受損細胞器等以重新利用胞內的降解物質、降解胞內有害物質的過程，以維持細胞內環境穩定。正常狀態下細胞的自噬維持在低水平，當細胞處在不利因素條件下時，自身自噬也會被激活應對不利因素。自噬在腫瘤發生、發展、轉移、復發、藥物抵抗等方面有著重要作用，但自噬在這些方面的詳細機制仍不清楚。本文對胃癌細胞中自噬相關基因的表達情況及利用自噬促進胃癌細胞死亡等方面進行闡述，自噬治療在胃癌中具有重要的應用前景。

細胞自噬 胃癌 Beclin-1 LC3

細胞自噬（autophagy），在進化上非常保守，廣泛存在于真核細胞中，正常的自噬水平相當低，其主要作用維持正常細胞的內環境，是細胞利用溶酶體降解錯誤折疊的蛋白、受損細胞器等的過程，以重新利用被分解的物質，避免大量有害物質蓄積對細胞造成傷害。自噬還可以被外部不利因素所激活，提高細胞自身耐受能力，有助細胞生存［1］。但細胞自噬若過度激活且長期高水平存在，則有可能傷害細胞本身，造成細胞發生自噬性死亡。因此，自噬有促進細胞生存和抑制細胞生存的雙面作用。隨著自噬的深入研究，人們發現自噬在腫瘤的形成、發展、浸潤轉移和耐藥中有著重要的作用，而且大多數腫瘤都缺失凋亡機制，那么誘導腫瘤細胞發生自噬性死亡成為了治療腫瘤的另一種重要方法。自噬在腫瘤形成的早期起著抑制的作用，而在腫瘤形成之后，又轉變為促進腫瘤的生長，特別是在實體腫瘤細胞快速增長而腫瘤自身血管網還未建立完善之前，自噬為腫瘤細胞提供必要的生長所需物質。但自噬的這種雙面作用必須根據具體的腫瘤具體情況而言。

1 自噬的類型

自噬分為大自噬、小自噬和分子伴侶介導的自噬。通常說的自噬是大自噬。1）大自噬：在胞內形成由膜包裹降解物質的自噬體，再被運送至溶酶體與之融合形成自噬溶酶體并降解其內成分；2）小自噬：被降解物直接被自身溶酶體膜包裹并降解；3）分子伴侶介導的自噬：被降解的可溶性蛋白質結合分子伴侶蛋白形成復合物轉運入溶酶體進行降解。

2 胃癌中差異表達的自噬標志物

微管相關蛋白1輕鏈3（microtuble associated protein light chain 3，MAPLC3）簡稱LC3，是第一個被發現的自噬體標記蛋白，并作為自噬的檢測標志物，包括LC3A、LC3B、LC3C三種亞型。每種亞型都有兩種形式：LC3-Ⅰ，LC3-Ⅱ。未發生自噬時，Ⅰ型LC3經細胞合成加工，為胞質可溶性，當自噬發生時，經泛素化，結合在自噬膜表面的磷脂酰乙醇胺，形成Ⅱ型LC3。因此可以根據Ⅱ型LC3表達的水平判斷細胞發生了自噬與否。LC3A在免疫組化中表現出三種染色形態：胞質彌散型、顆粒狀、石塊樣。Liao等［2］最近研究發現胞質彌散型LC3A在胃癌組織中表達高于癌旁組織、顆粒狀LC3A未在胃癌組織中發現、石塊樣LC3A只在癌組織中表達且高表達提示Ⅱ、Ⅲ期患者術后復發風險增大，這種現象或許說明在胃癌患者疾病后期身體虛弱的狀態下，術后殘存或已轉移的腫瘤細胞通過增加自身自噬能力來抵抗宿主的這種不利環境，維持腫瘤細胞增殖生長，但這對于患者卻是致命的。

3 自噬與胃癌

3.1 Beclin-1與胃癌

Beclin-1基因是酵母ATG6/vps30基因在哺乳動物中的同源體，位于人類染色體17q21上，大約有150 000 bp，對于促進細胞自噬具有關鍵作用［3］，已被公認為可以誘導自噬的發生，其表達蛋白抑制腫瘤的形成和生長。其被認為是一種雙等位抑癌基因，其雜合性缺失是大多數臟器細胞發生惡性轉化的原因之一。

Zhou等［4］的研究發現胃癌細胞系中Beclin-1的表達情況：分化程度越低，Beclin-1表達也越低。而且該研究檢測患者胃癌組織中Beclin-1呈中度表達，而在癌旁正常組織中高度表達，并且胃癌組織中低表達Beclin-1的患者的總生存期和無進展生存期低于胃癌組織中高表達Beclin-1的患者，還發現Bcl-2蛋白家族的抗凋亡蛋白Bcl-xL蛋白過度表達。其他研究表明Bcl-2蛋白家族的抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w、Mcl-1、Bcl-2A1有BH3受體區域，而Beclin1有BH3區域，因此Bcl-2蛋白家族中的抗凋亡蛋白可以同Beclin1結合，抑制Beclin1的功能，降低自噬［5］。還有研究也表明了Beclin-1在胃癌組織中低表達［6-7］。Yu等［8］的研究也表明低表達Beclin-1的患者更易發生遠處轉移，Lauren分型中的腸型胃癌表達更高的Beclin-1，顯示出更好的預后。而Chen等［9］的研究表明Beclin-1在胃癌組織、癌旁組織、正常黏膜組織中的表達依次下降且差異有統計學意義，同時胃癌組織中低表達Beclin-1的患者總生存期和無病生存期低于癌組織中高表達Beclin-1的患者。Ahn等［10］研究也表明了Beclin-1在胃癌組織中的高表達，但正常黏膜上皮未見Beclin-1表達。這些研究中主要的分歧在于Beclin-1在胃癌組織和胃黏膜非癌組織中的表達高低情況。究其原因，可能在于實驗當中免疫組織化學評估標準不同、樣本量的大小、患者的異質性。從這些研究中可得出一個共同點：癌組織中高表達Beclin-1的胃癌患者總生存率比低表達Beclin-1的患者總生存率高，說明Beclin-1在胃癌發展過程中起抑制腫瘤的作用，在今后的研究治療中可能通過增加Beclin-1的表達來抑制腫瘤生長。

3.2 幽門螺桿菌（H.pylori）與胃癌

H.pylori分為兩型：Ⅰ型分泌VacA、CagA；Ⅱ型不分泌VacA、CagA。Ⅰ型H.pylori早期分泌的VacA和CagA蛋白，都可以對胃黏膜細胞造成損傷，不僅如此，VacA蛋白可以誘導自噬水平上升，自噬可以降解VacA和CagA蛋白，減少對胃黏膜細胞的損傷。同時，自噬作為正常細胞清除胞內感染細菌的重要機制，在早期感染時，對保護胃黏膜上皮細胞有著重要的作用。但隨著H.pylori的長期感染，VacA會影響自噬吞噬體的形成，導致自噬降低，以致H.pylori長期繁殖損傷細胞［11］，而CagA的降解也是依賴于VacA誘導的自噬來進行的［12］，由于自噬的降低，CagA也在感染的上皮細胞中蓄積。Src家族酪氨酸蛋白激酶磷酸化CagA，然后磷酸化的CagA特異結合于SHP-2酪氨酸磷酸酶，使SHP-2激活，而SHP-2調節細胞的增殖、形態發生、細胞運動，導致細胞極性喪失、細胞運動發生改變，最終在腫瘤發生中起作用。Ohnishi等［13］通過轉基因在小鼠中表達CagA的研究中，也觀察到小鼠胃腸腫瘤的形成。Kikuchi等［14］的研究也闡述了CagA通過上述的機制在胃癌形成中的作用。而且，在長期感染H.pylori引起自噬降低后，也會導致細胞內損傷線粒體的累積，ROS增多、長壽蛋白不能被降解，對DNA造成損傷，發生突變，對致癌有著重要作用。長期感染形成的慢性炎癥，也會促成胃癌的發生。因此根除H.pylori，對預防胃癌發生有著重要作用，同時提高自噬也有助于清除菌體。自噬、H.pylori在胃癌形成中有密切的作用，但致病的分子機制還需進一步研究。

3.3 klotho基因與胃癌

klotho是1997年發現與衰老相關的基因。近些年，klotho被證明是一個新興的腫瘤抑制基因，klotho基因在腫瘤的形成、進展和預后中也起著重要作用［15］。那么，klotho在胃癌細胞自噬發生中有何意義呢？研究者在胃癌GC-7901細胞系中發現klotho mRNA及其蛋白的表達極低，klotho的CpG位點幾乎全部甲基化，并用DNA去甲基化藥物5-Aza增加了klotho的表達，誘導了GC-7901的凋亡［16］。在該研究中，5-Aza的使用后LC3-Ⅰ減少，LC3-Ⅱ增多，說明自噬水平增加，接著用3-MA和5-Aza共同培養GC-7901，而LC3-Ⅱ未增多，細胞凋亡率低于單用5-Aza，說明正常的klotho誘導了自噬，進而引起癌細胞死亡。

4 自噬與胃癌的治療

4.1 阻斷mTOR信號通路誘導胃癌細胞自噬死亡

Hashimoto等［17］研究發現腹膜間皮分泌的炎癥趨化因子CXCL12誘導原發部位的表達CXCR4配體的胃癌細胞NUGC4遷移并與之結合，使AKT磷酸化，激活mTOR信號通路，進而激活下游的P70S6K和4E-BP1，形成磷酸化的p-P70S6K、p-4E-BP1，進而產生基質金屬酶，降解細胞外基質各成分，破壞組織屏障，促進胃癌細胞腹膜轉移，使用雷帕霉素可顯著阻斷mTOR信號通路激活，影響下游反應，誘導胃癌細胞自噬性死亡。還有研究也表明雷帕霉素阻斷mTOR信號通路會抑制CXCL12/CXCR4介導的細胞遷移［18］。替吉環素作為一種抗菌藥，Tang等［19］用該藥物作用于培養的胃癌組織細胞和MKN-45胃癌細胞系發現此種藥物可以激活腺苷酸活化蛋白激酶AMPK，進而抑制mTOR信號通路，下調p-mTOR、p-P70S6K，LC3-Ⅱ增多，誘導自噬，抑制腫瘤細胞生長，在免疫缺陷小鼠體內抑制腫瘤生長。Tapia等［20］也闡明在胃癌患者中PI3K/AKT/mTOR信號通路的激活與腫瘤浸潤深度和淋巴結的轉移有關，4E-BP1低表達的患者累積生存率低于高表達者，而高p-4E-BP1抑制了自噬。

4.2 自噬抑制劑在胃癌的應用

在對進展期胃癌手術后以輔助化療作為術后延長患者生存時間和提高生活質量的后續治療。而腫瘤細胞面對化療藥物這一不利因素，會相應的提高自身的自噬能力來抵抗殺傷。而利用自噬抑制劑聯合化療藥物的研究提高了化療藥物的殺傷力，增加了胃癌細胞的凋亡。順鉑誘導了胃癌SGC7901的保護性自噬作用，使用自噬抑制劑氯喹，提高了順鉑治療效果［21］。對胃癌MGC803，奧沙利鉑、5-Fu各自都可以誘導保護性自噬，奧沙利鉑、5-Fu各自聯合自噬抑制劑氯喹應用，可以提高胃癌細胞凋亡率［22-23］。單用苦參堿殺傷胃癌細胞，同樣會誘導胃癌細胞產生保護性自噬，但聯合自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤會增強苦參堿對腫瘤細胞的毒力［24］。在腫瘤形成的早期，腫瘤細胞數量少，依靠周圍組織液增殖生長，但隨著腫瘤直徑增大，出現缺氧、營養匱乏，此時腫瘤細胞自身的自噬能力增強，促進腫瘤自身微循環形成，以提供生長所需物質，Ding等［25］在缺氧、低營養狀態下培養SGC7901細胞系，用一段短發卡結構的RNA構建質粒導入SGC7901細胞以沉默Beclin-1，并設置陰性對照，與未沉默Beclin-1細胞對比發現沉默Beclin-1后LC3表達下降，腫瘤細胞增殖、血管生成擬態的形成受到抑制，基質金屬酶表達下降，遷移能力下降，闡述了自噬有助于腫瘤細胞增殖、血管生成擬態的形成，提示在發現早期胃癌時是否可以聯合自噬抑制劑的應用。

4.3 BH3類似物的應用

胃癌組織高表達Beclin-1蛋白的胃癌患者總生存期高于癌組織低表達Beclin-1的患者，而在Beclin-1低表達的同時，Bcl-2蛋白家族的抗凋亡蛋白也相應增高［4］。Beclin-1有BH3結構，而Bcl-2蛋白家族抗凋亡蛋白有BH3受體，Bcl-2與Beclin-1結合，降低自噬能力。因此，可用BH3類似物與becin-1競爭性結合Bcl-2家族的抗凋亡蛋白，提高Beclin-1表達水平，進而提高胃癌患者的生存時間。研究的BH3類似物有GX15-070、Gossypol、ABT-737均能提高自噬能力，但誘導的自噬對于各種不同的腫瘤細胞的結局都不相同。GX15-070在胃癌中誘導的自噬是促進癌細胞死亡［26］，而在乳腺癌中卻是有利癌細胞生存的［27］。Gossypol的衍生物ApoG2抑制胃癌細胞生長、促進癌細胞凋亡［28］，但左旋體Gossypol在Burkitt淋巴瘤中誘導的自噬有利瘤細胞生存［29］。ABT-737在體外和小鼠體內抑制胃癌細胞增殖、促進凋亡，ABT-737聯合三氧化二砷，還能表現出協同殺傷胃癌細胞的作用［30］，但在前列腺癌中有利癌細胞的生存［31］。由于BH3類似物對腫瘤作用結果不盡相同，因此需要更深入對作用機制進行研究。

5 展望

自噬在不同腫瘤或同一腫瘤的不同時期，或在腫瘤的治療期間，其作用都不盡相同。因而要根據各個腫瘤的特異性來認識利用自噬，這也是研究面臨的難題，在胃癌中也是如此，通過建立自噬相關基因、分子、信號通路之間的內在聯系或許能解決這一問題，進一步闡明自噬與自噬性死亡之間如何轉化、如何將動物細胞實驗的自噬研究結果轉化為臨床結果。

1 Xie Z,Klionsky DJ.Autophagosome formation：core machinery and adaptations[J].Nat Cell Biol,2007,9(10)：1102-1109.

2 Liao W,Sun L,Wang C,et al.LC3A-positive"stone-like"structures predict an adverse prognosis of gastric cancer[J].Anat Rec (Hoboken),2014,297(4)：653-662.

3 Kang R,Zeh HJ,Lotze MT,et al.The Beclin 1 network regulates autophagy and apoptosis[J].Cell Death Differ,2011,18(4)：571-580.

4 Zhou WH,Tang F,Xu J,et al.Low expression of Beclin 1,associated with high Bcl-xL,predicts a malignant phenotype and poor prognosis of gastric cancer[J].Autophagy,2012,8(3)：389-400.

5 Levine B,Sinha S,Kroemer G.Bcl-2 family members：dual regulators of apoptosis and autophagy[J].Autophagy,2008,4(5)：600-606.

6 Guo CQ,Shao JH,Lu RL,et al.Expression of Beclin1 and PTEN proteins in gastric cancer tissue[J].J Zhengzhou University(Med Sci),2010,45(03)：463-466.[郭長青,邵經浩,盧瑞利,等.胃癌組織中Beclin 1和PTEN蛋白的表達[J].鄭州大學學報(醫學版),2010,45 (03)：463-466.]

7 Ma LJ,Lin YG.Clinical significance of expression of S100A11 and Beclin1 in gastric carcinoma[J].World Chin J Digestology,2012,20 (33)：3266-3271.[馬陸軍,林瑤光.S100A11和自噬基因Beclin1在胃癌組織中的表達及臨床意義[J].世界華人消化雜志,2012,20(33)：3266-3271.]

8 Yu M,Gou WF,Zhao S,et al.Beclin 1 expression is an independent prognostic factor for gastric carcinomas[J].Tumour Biol,2013, 34(2)：1071-1083.

9 Chen YB,Hou JH,Feng XY,et al.Decreased expression of Beclin 1 correlates with a metastatic phenotypic feature and adverse prognosis of gastric carcinomas[J].J Surg Oncol,2012,105(6)：542-547.

10 Ahn CH,Jeong EG,Lee JW,et al.Expression of beclin-1,an autophagy-related protein,in gastric and colorectal cancers[J].APMIS,2007,115(12)：1344-1349.

11 Raju D,Hussey S,Ang M,et al.Vacuolating cytotoxin and variants in Atg16L1 that disrupt autophagy promote Helicobacter pylori infection in humans[J].Gastroenterology,2012,142(5)：1160-1171.

12 Tsugawa H,Suzuki H,Saya H,et al.Reactive oxygen species-induced autophagic degradation of Helicobacter pylori CagA is specifically suppressed in cancer stem-like cells[J].Cell Host Microbe, 2012,12(6)：764-777.

13 Ohnishi N,Yuasa H,Tanaka S,et al.Transgenic expression of Helicobacter pylori CagA induces gastrointestinal and hematopoietic neoplasms in mouse[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2008,105(3)：1003-1008.

14 Kikuchi K,Murata-Kamiya N,Kondo S,et al.Helicobacter pylori stimulates epithelial cell migration via CagA-mediated perturbation of host cell signaling[J].Microbes Infect,2012,14(5)：470-476.

15 Xie B,Chen J,Liu B,et al.Klotho acts as a tumor suppressor in cancers[J].Pathol Oncol Res,2013,19(4)：611-617.

16 Xie B,Zhou J,Shu G,et al.Restoration of klotho gene expression induces apoptosis and autophagy in gastric cancer cells：tumor suppressive role of klotho in gastric cancer[J].Cancer Cell Int,2013,13 (1)：18.

17 Hashimoto I,Koizumi K,Tatematsu M,et al.Blocking on the CXCR4/mTOR signalling pathway induces the anti-metastatic properties and autophagic cell death in peritoneal disseminated gastric cancer cells[J].Eur J Cancer,2008,44(7)：1022-1029.

18 Chen G,Chen SM,Wang X,et al.Inhibition of chemokine(CXC motif)ligand 12/chemokine(CXC motif)receptor 4 axis(CXCL12/ CXCR4)-mediated cell migration by targeting mammalian target of rapamycin(mTOR)pathway in human gastric carcinoma cells [J].J Biol Chem,2012,287(15)：12132-12141.

19 Tang C,Yang L,Jiang X,et al.Antibiotic drug tigecycline inhibited cell proliferation and induced autophagy in gastric cancer cells[J]. Biochem Biophys Res Commun,2014,446(1)：105-112.

20 Tapia O,Riquelme I,Leal P,et al.The PI3K/AKT/mTOR pathway is activated in gastric cancer with potential prognostic and predictive significance[J].Virchows Arch,2014.465(1)：25-33.

21 Zhang HQ,He B,Fang N,et al.Autophagy inhibition sensitizes Cisplatin cytotoxicity in human gastric cancer cell line sgc7901[J]. Asian Pac J Cancer Prev,2013,14(8)：4685-4688.

22 Xu L,Qu XJ,Liu YP,et al.Protective autophagy antagonizes oxaliplatin-induced apoptosis in gastric cancer cells[J].Chin J Cancer, 2011,30(7)：490-496.

23 Xu L,Qu XJ,Liu YP,et al.Protective autophagy inhibits 5-FU-induced apoptosis in human gastric cancer cell line MGC803[J].World Chinense J Digestolo,2011,19(08)：777-781.[徐 玲,曲秀娟,劉云鵬,等.保護性自噬對5-FU誘導的胃癌細胞凋亡的抑制作用[J].世界華人消化雜志,2011,19(08)：777-781.]

24 Li Y,Zhang J,Ma H,et al.Protective role of autophagy in matrineinduced gastric cancer cell death[J].Int J Oncol,2013,42(4)：1417-1426.

25 Ding YP,Yang XD,Wu Y,et al.Autophagy promotes the survival and development of tumors by participating in the formation of vasculogenic mimicry[J].Oncol Rep,2014,31(5)：2321-2327.

26 Duan JL,Nie YQ,Li XF,et al.Mechanism of apoptosis of gastric cancer cells(SGC-7901)induced by the combination of TSA and GX15-070[J].Chin J Gastroenterol Hepatol,2012,21(05)：416-419. [段進糧,聶玉強,李學鋒,等.曲古菌素A協同GX15-070誘導胃癌細胞SGC-7901凋亡機制的研究[J].胃腸病學和肝病學雜志,2012, 21(05)：416-419.]

27 Schwartz-Roberts JL,Shajahan AN,Cook KL,et al.GX15-070 (obatoclax)induces apoptosis and inhibits cathepsin D-and L-mediated autophagosomal lysis in antiestrogen-resistant breast cancer cells[J].Mol Cancer Ther,2013,12(4)：448-459.

28 Xin J,Zhan YH,Xia LM,et al.ApoG2 as the most potent gossypol derivatives inhibits cell growth and induces apoptosis on gastric cancer cells[J].Biomed Pharmacother,2013,67(1)：88-95.

29 Ni Z,Dai X,Wang B,et al.Natural Bcl-2 inhibitor(-)-gossypol induces protective autophagy via reactive oxygen species-high mobility group box 1 pathway in Burkitt lymphoma[J].Leuk Lymphoma,2013,54(10)：2263-2268.

30 Sun XP,Zhang X,He C,et al.ABT-737 synergizes with arsenic trioxide to induce apoptosis of gastric carcinoma cells in vitro and in vivo[J].J Int Med Res,2012,40(4)：1251-1264.

31 Saleem A,Dvorzhinski D,Santanam U,et al.Effect of dual inhibition of apoptosis and autophagy in prostate cancer[J].Prostate, 2012,72(12)：1374-1381.

（2014-02-20收稿）

（2014-06-19修回）

（本文編輯：賈樹明）

Research progress of autophagy in gastric cancer

Xingming XIE,Jingyu DENG,Han LIANG

Han LIANG;E-mail:tjlianghan@126.com
Department of Gastric Cancer,Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital,National Clinical Research Center of Cancer,Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy of Tianjin City,Tianjin 300060,China
This work was supported by the National Basic Research Program of China(No.2010CB529301)and the Anticancer Major Project of Tianjin Municipal Science and Technology Commission(No.12ZCDZSY16400)

Autophagy is the process through which cells utilize lysosomal hydrolases to degrade cytoplasmic misfolded proteins and damaged organelles.This process allows cells to reuse degradation products and degrade harmful substances to maintain intracellular stability.The autophagy level is low at the normal cell state.Cells under unfavorable conditions activate autophagy to eliminate adverse factors.An increasing number of studies have shown that autophagy plays important roles in tumorigenesis,tumor progression, metastasis,relapse,and drug resistance.However,the detailed mechanisms remain unclear.This review summarizes the expression of gastric cancer cell-related autophagy genes and the mechanism by which autophagy promotes gastric cancer cell death.Autophagy has an important application prospect in treating gastric cancer.

autophagy,gastric cancer,Beclin-1,LC3

10.3969/j.issn.1000-8179.20140297

天津醫科大學腫瘤醫院胃部腫瘤科，國家腫瘤臨床醫學研究中心，天津市腫瘤防治重點實驗室（天津市300060）

?本文課題受國家重點研究發展計劃973計劃項目（編號：2010CB529301）和天津市科技計劃項目（編號：12ZCDZSY16400）資助

梁寒 tjlianghan@126.com

謝興明 在讀研究生。專業方向為胃癌外科及綜合治療。

E-mail：xiexingming83@aliyun.com