自噬對(duì)腫瘤發(fā)生發(fā)展保護(hù)性作用的研究進(jìn)展

王曉娜，任慶源，李雨桐，張澤兵

（吉林大學(xué)口腔醫(yī)院病理科，吉林長(zhǎng)春130021）

自噬對(duì)腫瘤發(fā)生發(fā)展保護(hù)性作用的研究進(jìn)展

王曉娜，任慶源，李雨桐，張澤兵＊

（吉林大學(xué)口腔醫(yī)院病理科，吉林長(zhǎng)春130021）

自噬在許多有機(jī)體的各種生理過(guò)程中起著重要作用，包括應(yīng)激反應(yīng)、腫瘤抑制、細(xì)胞內(nèi)蛋白和細(xì)胞器的質(zhì)量控制等［1，2］。自噬在腫瘤細(xì)胞中具有雙重作用，一方面，通過(guò)排除致癌性的蛋白底物和受損的細(xì)胞器，抵抗DNA損傷，維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，限制腫瘤的生長(zhǎng)；另一方面，自噬介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)能量和代謝產(chǎn)物循環(huán)利用，維持腫瘤的代謝和生長(zhǎng)［25］。腫瘤細(xì)胞在代謝壓力、缺氧、營(yíng)養(yǎng)缺乏及抗腫瘤治療等惡劣的細(xì)胞外環(huán)境下表現(xiàn)出較強(qiáng)的凋亡抗性，腫瘤細(xì)胞能夠在這樣艱難的環(huán)境中生存，自噬起著關(guān)鍵性作用［69］。到目前為止，自噬對(duì)腫瘤的保護(hù)性作用機(jī)制還不是很清楚，自噬作為腫瘤細(xì)胞逃避凋亡的一種重要機(jī)制，近年來(lái)成為研究腫瘤發(fā)生發(fā)展及治療的熱點(diǎn)。針對(duì)自噬對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的保護(hù)性作用，依據(jù)現(xiàn)有的研究歸納為以下幾種可能。

1 拮抗DNA損傷，促進(jìn)DNA修復(fù)

外源性和內(nèi)源性因素都是DNA完整性的威脅。外源性環(huán)境因素（如紫外線，電離輻射，遺傳毒性的化學(xué)品）和內(nèi)源性因素如活性氧（ROS）等代謝副產(chǎn)物可引起DNA結(jié)構(gòu)改變即DNA損傷。DNA損傷會(huì)上調(diào)自噬來(lái)保持細(xì)胞成分的合成、降解與循環(huán)利用的平衡狀態(tài)，維持基因組的穩(wěn)定性以及降低細(xì)胞內(nèi)ROS水平和氧化應(yīng)激［7，1012］。自噬相關(guān)基因的缺陷會(huì)引起過(guò)量ROS積累、DNA損傷和基因組不穩(wěn)定［8］。研究表明，線粒體引起的ROS是DNA氧化損傷的一個(gè)來(lái)源。線粒體更新可調(diào)節(jié)ROS的產(chǎn)量，自噬是線粒體更新的主要途徑，因此自噬可抵抗ROS引發(fā)的DNA損傷［12，13］。自噬能為DNA修復(fù)提供核苷酸或能提高DNA修復(fù)結(jié)構(gòu)的功能，促進(jìn)DNA修復(fù)［8］。自噬缺陷能激活DNA損傷反應(yīng)，促進(jìn)基因組損傷，可能給DNA修復(fù)機(jī)制造成負(fù)擔(dān)［14］。許多試劑不論是損傷DNA還是抑制DNA修復(fù)都被成功應(yīng)用于臨床，自噬抑制劑加強(qiáng)它們的作用效果，考慮可能自噬與DNA修復(fù)機(jī)制之間存在一定調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)控制這個(gè)過(guò)程［2］。

2 抗失巢凋亡

失巢凋亡是一種程序性細(xì)胞死亡，發(fā)生在細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）脫離接觸時(shí)，在機(jī)體發(fā)育、疾病發(fā)生和腫瘤轉(zhuǎn)移中起到重要作用［15，16］。Kenific等學(xué)者發(fā)現(xiàn)，自噬是保護(hù)脫離細(xì)胞外基質(zhì)的上皮細(xì)胞免受失巢凋亡的一種機(jī)制［17］。對(duì)ECM的粘附是上皮組織穩(wěn)定和行使功能的關(guān)鍵，與ECM分離的乳腺動(dòng)物上皮細(xì)胞能夠迅速活化自噬，為細(xì)胞生存提供可能，ECM分離引發(fā)的失巢凋亡會(huì)產(chǎn)生代謝壓力而誘發(fā)自噬［18，19］。自噬通過(guò)降低ATP的產(chǎn)量來(lái)抵抗失巢凋亡，可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞進(jìn)入休眠狀態(tài)，使其在應(yīng)激和代謝壓力等惡劣條件下存活［20，21］。Lock等人的研究表明，自噬會(huì)幫助與ECM分離的癌細(xì)胞逃避失巢凋亡，延遲由游離整合素到自噬發(fā)生裝置的信號(hào)傳遞，維持腫瘤細(xì)胞生存、傳播和轉(zhuǎn)移。應(yīng)激條件下，自噬會(huì)誘導(dǎo)侵襲性腫瘤細(xì)胞的休眠，對(duì)于促進(jìn)休眠細(xì)胞的生存至關(guān)重要。如果此時(shí)自噬功能減弱，可能阻礙腫瘤細(xì)胞休眠甚至導(dǎo)致休眠細(xì)胞死亡［22］。

3 自噬基因過(guò)表達(dá)，促進(jìn)血管生成

近幾年很多學(xué)者在自噬基因方面的研究發(fā)現(xiàn)，自噬基因參與腫瘤細(xì)胞的增殖遷移和血管形成。Capparelli等人發(fā)現(xiàn)，自噬對(duì)腫瘤發(fā)生發(fā)展的保護(hù)性作用與自噬基因的過(guò)表達(dá)有關(guān)。端粒酶永生化的成纖維細(xì)胞中自噬相關(guān)基因（如BNIP3，CTSB和ATG16L1）表達(dá)產(chǎn)生自噬性成纖維細(xì)胞。這些轉(zhuǎn)基因成纖維細(xì)胞進(jìn)行線粒體自噬，代謝方式轉(zhuǎn)向糖酵解。更重要的是，這些自噬成纖維細(xì)胞有效地促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。實(shí)驗(yàn)中還證明單一的自噬基因過(guò)度表達(dá)足以驅(qū)動(dòng)誘導(dǎo)自噬。自噬會(huì)釋放營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入腫瘤微環(huán)境促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)，促進(jìn)獨(dú)立新生血管的形成［23］。Salem等人通過(guò)DRAM基因過(guò)表達(dá)上調(diào)間質(zhì)成纖維細(xì)胞的自噬，是反式激活p53和p53依賴(lài)的細(xì)胞自噬的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，自噬性成纖維細(xì)胞由于關(guān)鍵基因如DRAM和LKB1的過(guò)表達(dá)激活A(yù)MPK激酶途徑從而引發(fā)自噬，有效地促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)［24］。Lee等學(xué)者發(fā)現(xiàn)，自噬基因Beclin1與血管生成之間存在聯(lián)系，對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展有重要影響。原代黑色素瘤小鼠模型的雜合子小鼠在缺氧條件下可促進(jìn)血管生成，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、遷移［25］。在腫瘤微環(huán)境中，自噬能夠增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞在各種應(yīng)激因子如放療、化療等條件下的生存能力。抗血管新生治療引起的血行阻斷會(huì)加重乏氧狀態(tài)，但有些腫瘤可通過(guò)激活A(yù)MPK和乏氧誘導(dǎo)因子HIF－1α通路誘導(dǎo)自噬來(lái)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的血管形成，從而逃避抗血管新生治療在乏氧狀態(tài)下存活［26］。

4 增強(qiáng)癌細(xì)胞侵襲力

隨著研究的不斷深入，自噬對(duì)腫瘤保護(hù)性作用的實(shí)驗(yàn)依據(jù)逐漸被發(fā)掘出來(lái)。Macintosh等人使用神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞系誘導(dǎo)產(chǎn)生shRNA來(lái)靶向作用于自噬必需基因Atg12。下調(diào)Atg12與未下調(diào)Atg12的組相比，他們發(fā)現(xiàn)抑制自噬不會(huì)影響腫瘤細(xì)胞的活力、增殖或遷移能力，但會(huì)明顯降低腫瘤細(xì)胞在三維器官模型中的侵襲力。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還表明自噬可能在腫瘤細(xì)胞由良性轉(zhuǎn)變成惡性的過(guò)程中起到關(guān)鍵性作用［27］。Pàez－Ribe等學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在小鼠胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌癌和膠質(zhì)細(xì)胞瘤模型中，血管生成抑制劑靶向作用于血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子通路表現(xiàn)出抗腫瘤作用，腫瘤在抗血管生成治療后反應(yīng)性增強(qiáng)自噬，可能增加腫瘤細(xì)胞的侵襲力［28］。高分化結(jié)腸腺瘤中缺氧誘導(dǎo)的自噬因LC3A、Beclin－1和HIF1α過(guò)表達(dá)而增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，腺瘤中缺氧誘導(dǎo)的自噬與發(fā)育不良的腺瘤的早期侵襲或惡變有關(guān)［29］。

5 小結(jié)與展望

自噬貫穿于正常細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育和生理病理過(guò)程，對(duì)于細(xì)胞自噬和自噬性細(xì)胞死亡的研究不僅具有理論意義，而且具有非常重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)對(duì)自噬作用機(jī)制的深入研究，我們希望可以通過(guò)調(diào)控細(xì)胞自噬水平來(lái)控制癌癥或者其它自噬相關(guān)疾病的發(fā)展。現(xiàn)在很多學(xué)者已經(jīng)將自噬抑制劑應(yīng)用于研究和臨床試驗(yàn)，通過(guò)抑制自噬達(dá)到控制或治療腫瘤的目的。FDA唯一通過(guò)的抑制自噬的藥物是氯喹（CQ），它的衍生物羥氯喹（HCQ）能夠通過(guò)干擾溶酶體酸化來(lái)阻斷自噬［30］。抗癌藥與自噬抑制劑CQ或HCQ聯(lián)合應(yīng)用，增加腫瘤細(xì)胞對(duì)各種抗癌治療的敏感性［31］。研究中廣譜BCL2抑制劑Gx15－070應(yīng)用于在胸腺上皮性腫瘤細(xì)胞，通過(guò)mTOR通路抑制自噬依賴(lài)的細(xì)胞凋亡，從而抑制胸腺上皮性腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)［32］。Jin等學(xué)者認(rèn)為使腫瘤細(xì)胞處于應(yīng)激條件下，聯(lián)合使用自噬抑制劑能夠提高腫瘤治療的效果、改善腫瘤預(yù)后［33］。Ⅰ期臨床試驗(yàn)評(píng)價(jià)mTOR抑制劑替西羅莫司時(shí)，聯(lián)合使用HCQ組轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者73%表現(xiàn)出腫瘤生長(zhǎng)穩(wěn)定，而單用替西羅莫司的患者病情繼續(xù)發(fā)展［34］。

目前亟待解決的問(wèn)題是如何把握不同腫瘤對(duì)自噬的反應(yīng)，有效地控制自噬水平，消除自噬對(duì)腫瘤的保護(hù)性作用，有效地抑制腫瘤的發(fā)展。因此，考慮到自噬在腫瘤中的復(fù)雜效應(yīng)，深入研究它的功能將有助于找到抑制腫瘤生長(zhǎng)的有效途徑，這對(duì)腫瘤發(fā)病機(jī)制的研究及臨床治療均有重要的意義。另外自噬到底是不是一個(gè)癌癥治療中合適的靶點(diǎn)仍需考慮。以上問(wèn)題都有待于我們進(jìn)一步研究。相信隨著對(duì)自噬研究的不斷深入、基因技術(shù)與藥學(xué)的快速發(fā)展、基因的靶向治療及靶向藥物的研制將為腫瘤治療開(kāi)辟出新的道路。

［1］Mizushima N.Autophagy in protein and organelle turnover［C］／／Cold Spring Harbor symposia on quantitative biology.Cold Spring Harbor Laboratory Press，2011，76：397－402.

［2］White E.Deconvoluting the context－dependent role for autophagy in cancer［J］.Nature Reviews Cancer，2012，12（6）：401.

［3］Gewirtz D A.The Four Faces of Autophagy：Implications for Cancer Therapy［J］.Cancer research，2014.

［4］Strohecker A M，Guo J Y，Karsli－Uzunbas G，et al.Autophagy sustains mitochondrial glutamine metabolism and growth of BrafV600E－driven lung tumors［J］.Cancer discovery，2013，3（11）：1272.

［5］Lorin S，Hama?A，Mehrpour M，et al.Autophagy regulation and its role in cancer［C］／／Seminars in cancer biology.Academic Press，2013，23（5）：361－379.

［6］Guo J Y，Karsli－Uzunbas G，Mathew R，et al.Autophagy suppresses progression of K－ras－induced lung tumors to oncocytomas and maintains lipid homeostasis［J］.Genes ＆development，2013，27（13）：1447.

［7］Sousa C M，Kimmelman A C.The Complex Landscape of Pancreatic Cancer Metabolism［J］.Carcinogenesis，2014：bgu097.

［8］Guo J Y，Xia B，White E.Autophagy－Mediated Tumor Promotion［J］.Cell，2013，155（6）：1216.

［9］Roy S，Debnath J.Autophagy and tumorigenesis［C］／／Seminars in immunopathology.Springer－Verlag，2010，32（4）：383－396.

［10］H?hn A，Jung T，Grune T.Pathophysiological importance of aggregated damaged proteins［J］.Free Radical Biology and Medicine，2014，71：70.

［11］Darzynkiewicz Z，Zhao H，Halicka H D，et al.In search of antiaging modalities：Evaluation of mTOR－and ROS／DNA damage -signaling by cytometry［J］.Cytometry Part A，2014，85（5）：386.

［12］Ding Z，Liu S，Wang X，et al.LOX－1，mtDNA damage and NLRP3inflammasome Activation in Macrophages：Implications in Atherogenesis［J］.Cardiovascular Research，2014：cvu114.

［13］Rodriguez－Rocha H，Garcia－Garcia A，Panayiotidis M I，et al.DNA damage and autophagy［J］.Mutation Research／Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis，2011，711（1）：158.

［14］Mathew R，Kongara S，Beaudoin B，et al.Autophagy suppresses tumor progression by limiting chromosomal instability［J］.Genes ＆development，2007，21（11）：1367.

［15］Horbinski C，Mojesky C，Kyprianou N.Live free or die：tales of homeless（cells）in cancer［J］.The American Journal of Pathology，2010，177（3）：1044.

［16］Paoli P1，Giannoni E，Chiarugi P.Anoikis molecular pathways and its role in cancer progression［J］.Biochim Biophys Acta，2013，1833（12）：3481.

［17］Kenific C M，Thorburn A，Debnath J.Autophagy and metastasis：another double－edged sword［J］.Current Opinion in Cell Biology，2010，22（2）：241.

［18］Avivar－Valderas A，Bobrovnikova－Marjon E，Diehl J A，et al.Regulation of autophagy during ECM detachment is linked to a selective inhibition of mTORC1by PERK［J］.Oncogene，2013，32（41）：4932.

［19］Buchheit C L，Rayavarapu R R，Schafer Z T.The regulation of cancer cell death and metabolism by extracellular matrix attachment［C］／／Seminars in cell ＆developmental biology.Academic Press，2012，23（4）：402－411.

［20］Schafer Z T，Grassian A R，Song L，et al.Antioxidant and oncogene rescue of metabolic defects caused by loss of matrix attachment［J］.Nature，2009，461（7260）：109.

［21］Sosa M S，Bragado P，Debnath J，et al.Regulation of tumor cell dormancy by tissue microenvironments and autophagy［M］／／Systems Biology of Tumor Dormancy.Springer New York，2013：73－89.

［22］Lock R，Debnath J.Extracellular matrix regulation of autophagy［J］.Current opinion in cell biology，2008，20（5）：583.

［23］Capparelli C，Guido C，Bonuccelli G，et al.Autophagy and senescence in cancer－associated fibroblasts metabolically supports tumor growth and metastasis via glycolysis and ketone produc－tion［J］.2012.

［24］Salem A F，Whitaker－Menezes D，Lin Z，et al.Two－compartment tumor metabolism：autophagy in the tumor microenvironment and oxidative mitochondrial metabolism（OXPHOS）in cancer cells［J］.Cell cycle，2012，11（13）：2545.

［25］Lee S J，Kim H P，Jin Y，et al.Beclin 1deficiency is associated with increased hypoxia－induced angiogenesis［J］.Autophagy，2011，7（8）：829.

［26］Hu Y L，DeLay M，Jahangiri A，et al.Hypoxia－induced autophagy promotes tumor cell survival and adaptation to antiangiogenic treatment in glioblastoma［J］.Cancer Research，2012，72（7）：1773.

［27］Macintosh R L，Timpson P，Thorburn J，et al.Inhibition of autophagy impairs tumor cell invasion in an organotypic model［J］.Cell Cycle，2012，11（10）：2022.

［28］Pàez－Ribes M，Allen E，Hudock J，et al.Antiangiogenic therapy elicits malignant progression of tumors to increased local invasion and distant metastasis［J］.Cancer Cell，2009，15（3）：220.

［29］Giatromanolaki A，Koukourakis M I，Koutsopoulos A V，et al.Autophagy and hypoxia in colonic adenomas related to aggressive features［J］.Colorectal Disease，2013，15（5）：e223.

［30］Hu Y L，Jahangiri A，DeLay M，et al.Tumor cell autophagy as an adaptive response mediating resistance to treatments such as antiangiogenic therapy［J］.Cancer Research，2012，72（17）：4294.

［31］Townsend K N，Hughson L R K，Schlie K，et al.Autophagy inhibition in cancer therapy：metabolic considerations for antitumor immunity［J］.Immunological Reviews，2012，249（1）：176.

［32］Petrini I，Meltzer P S，Zucali P A，et al.Copy number aberrations of BCL2and CDKN2A／B identified by array－CGH in thymic epithelial tumors［J］.Cell Death ＆Disease，2012，3（7）：e351.

［33］Jin S，White E.Role of autophagy in cancer：management of metabolic stress［J］.Autophagy，2007，3（1）：28.

［34］Amaravadi R K.Autophagy in Tumor Immunity［J］.Science，2011，334（6062）：1501.

2014－05－06）

1007－4287（2015）06－1035－03

吉林省科技廳科技引導(dǎo)項(xiàng)目資助課題（201105101）；吉林省衛(wèi)生廳項(xiàng)目（20131004）

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