自噬與腫瘤治療

許紅玲 張萍

自噬與腫瘤治療

許紅玲 張萍

自噬（autophagy）是細胞在饑餓、缺氧和能量應激狀態下細胞通過膜結構降解胞質細胞器和大分子的動態過程，自噬通過清除功能異常或已受損傷的細胞器，與泛素-蛋白酶體降解系統互補，共同調控機體的穩態［1］。比利時科學家Christian de Duve在上世紀50年代通過電鏡觀察到自噬體架構并首先提出“自噬”［2］，而在酵母中發現Atg蛋白則把對自噬的研究推向了一個高潮［3］。自噬分為大自噬、小自噬及分子伴侶介導的自噬三種［4］。大自噬，即由內質網來源的膜包繞待降解物形成自噬體，然后與溶酶體融合并降解其內容物； 小自噬指溶酶體或液泡內膜直接內陷將底物包裹并降解的過程； 分子伴侶介導的自噬是指胞質內蛋白先結合到分子伴侶后被轉運到溶酶體腔中，然后被溶酶體酶消化的過程。本文主要討論大自噬，以下簡稱自噬。

1　 自噬相關調控因子及其信號調控

1.1 哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR） 作為細胞生長的中心調節因子，mTOR是調節細胞自噬多條信號通路的重要匯聚點，受多條通路的調節。在mTOR上游，PI3K/AKT信號通路激活mTOR，而LKB1/AMPK、Ras/Raf1/MAPK［5］和TSC2/PTEN/CREB1信號通路則對mTOR起到抑制作用。在mTOR下游有5條途徑影響自噬：（1）mTORC1與ULK1復合物解離，不再磷酸化ULK1和Atg13。此時，ULK1自身的激酶域磷酸化Atg13和FIP200，下調自噬泡的形成過程。（2）通過促進4E-BP1的磷酸化，使4E-BP1與eIF4E解離，抑制自噬。（3）mTORC1能夠磷酸化p70S6K，促進核糖體蛋白S6和4E-BP1的翻譯，從而抑制自噬［6］。（4）死亡相關蛋白1（DAP1）為mTOR下游底物，被證明有抑制自噬的作用［7］。（5）Ambral是mTOR鮮為人知的功能靶標，mTORC1主要是通過磷酸化Ambra 1的Ser52來抑制其前自噬活性［8，9］。

1.2 Beclin1相關調控途徑 哺乳動物的Beclin 1與酵母菌Atg6/Vps30是同源基因，其編碼的Beclin 1蛋白對自噬的調控具有重要的作用。Beclin 1與多種因子（Atg14L，UVRAG，Bif-1，Rubicon，Ambra1，HMGB1，nPIST，VMP1，SLAM，IP3R，PINK）共同作用來調節脂質激酶Vps34蛋白，促進Beclin 1-Vps34-Vps15核心復合物的形成，從而影響細胞的自噬活性［10］。在這一過程中，III類PI3K激酶復合物是調節作用的核心調控因子，其包括Vps34/PI3KC3催化亞基、Vps15/PI3KR4調節亞基和Beclin 1、UVRAG、Atg14L、Rubicon蛋白［11］。

1.3 Atg蛋白 目前酵母及高等真核生物中已經發現了30多種Atg蛋白，并將其分為不同的功能組：（1）Atg1激酶復合體。（2）Atg9。（3）class III PI3K復合體。（4）Atg12連接系統。（5）Atg8連接系統［12］。在自噬過程中，較多Atg蛋白集中分布在一個初始的與細胞質隔離開的空間，在酵母中這個結構被稱為隔離膜集合位點（PAS）［13］。這個結構最終擴大并包住部分細胞質并形成自噬吞噬體。

1.4 P53 作為抑癌基因的P53，對自噬的調節具有雙重作用。在細胞質中，p53能抑制細胞自噬，但在細胞核中，p53能上調自噬水平［14］。研究發現，死亡相關蛋白激酶也是細胞自噬的重要調節因子，能激活p53，進而激活AMPK，上調自噬［15］。另外，Bcl-2家族促凋亡蛋白Bax、Bad等也能被p53反式激活，使Beclin-1-Bcl-2復合物得以解離，最終上調細胞自噬［16］。

1.5 自噬相關蛋白LC3 自噬泡膜的延伸是由LC3-I來介導的。LC3-I位于正常狀態下的細胞質中。在自噬的誘導下，形成ATG12-ATG5-ATG16L復合體，通過E3樣激活，催化其與磷脂酰乙醇胺結合至LC3，使LC3-II水平升高。LC3-II聯系著自噬吞噬體膜內外并對其延伸有重要的作用。LC3-II水平的增加意味著自噬吞噬體結構的增加，當然也意味著細胞內自噬水平的升高［17，18］。

2　 自噬與腫瘤

近年來隨著科技的進步和研究的深入，人們對自噬有了進一步的認識，發現自噬對腫瘤的發生、發展、治療起到重要作用。雖然多數腫瘤患者的化療效果較明顯，但其產生的獲得性耐藥已成為多數腫瘤治療失敗的主要原因。多項研究表明，多種化療藥物能夠誘導自噬的發生，包括：紫杉醇、環磷酰胺、多柔比星、吉西他濱等［19，20］，可見腫瘤化療耐藥的形成與自噬之間存在著相關性。然而自噬在腫瘤中發生發展、治療及耐藥中的具體機制尚未完全闡明。

2.1 自噬與乳腺癌：在人類乳腺癌MCF-7細胞中，Sun WL等［21］發現化療藥物EPI（表柔比星）可誘導細胞自噬的形成，促進腫瘤耐藥的形成。而通過抑制自噬，則使乳腺癌耐藥細胞MCF-7er對EPI的敏感性增加，表明細胞自噬對于腫瘤生存發揮著一種保護性的的作用，臨床應用自噬抑制劑可能成為乳腺癌治療的重要方法之一。在乳腺癌MCF-7細胞中，進一步有研究發現通過增加鋅指結構蛋白ZNF32的表達，可激活AKT/mTOR通路，從而抑制細胞自噬，減少自噬相關的乳腺癌細胞死亡，而通過轉染ZNF32 siRNA減少ZNF32的表達則促進細胞的自噬，增加自噬相關的腫瘤細胞的死亡。且在小鼠的MCF-7移植瘤模型和乳腺癌患者中，ZNF32和細胞自噬的相互關系也得到驗證，表明ZNF32在乳腺癌MCF-7細胞株中發揮著細胞自噬抑制劑的作用，可保護乳腺癌細胞避免自噬誘導的細胞死亡［22］。然而Wu MY等［23］研究發現在MCF-7乳腺癌細胞中，通過敲除遷移抑制因子表達基因，誘導細胞自噬的形成，則能夠提高阿霉素和依托泊苷的細胞毒性，表明自噬可以抑制腫瘤的形成，自噬途徑的功能缺失與腫瘤的發展存在相關性。

3　 展望

總之，調控自噬并聯合化療藥物將是很有前景的腫瘤治療手段。然而，由于自噬在腫瘤發生、發展及治療中扮演雙重的作用，且自噬的作用與腫瘤的組織細胞類型及所受刺激類型等因素有關，因此，如何調控自噬來協助腫瘤治療需視具體情況而定。自噬對腫瘤細胞究竟是抑制還是保護？自噬能否成為腫瘤術后治療的新途徑？這些問題仍需不斷深入探索。隨著研究的不斷深入，相信在不久的將來可通過調控細胞自噬水平更好地發揮其治療腫瘤的作用。

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200090 上海交通大學醫學院附屬新華醫院

2.2 自噬與肺癌 MC Tang等［24］研究發現在吉非替尼（表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑 EGFR-TKIs）化療耐藥的非小細胞肺癌細胞NSCLC中，表達有高水平的LC3-II，細胞自噬水平明顯高于化療敏感組細胞。而通過氯喹與吉非替尼的聯合治療，則明顯減少肺癌細胞的生長。然而與此相反的是，Sirichanchuen B等［25］研究發現相比親本肺癌細胞系，在順鉑耐藥肺癌細胞系H460/cis中，具有較低的細胞自噬水平，而當通過順鉑聯合三氟拉嗪（自噬的一種誘導物）的協同治療，則使得H460/cis細胞對順鉑化療的敏感性增加，表明在肺癌細胞中，自噬水平的降低可能促進順鉑的耐藥，提高自噬水平則促進了化療的敏感性。

2.3 自噬與骨髓瘤 GRP78是一種具有抗凋亡特性的內質網伴侶蛋白，Abdel Malek MA等［26］發現在蛋白酶體抑制劑硼替佐米耐藥的骨髓瘤細胞中，GRP78的表達水平顯著增加，同時GRP78依賴的細胞的自噬水平也明顯提高。而通過抗糖尿病組份二甲雙胍與硼替佐米的聯合治療抑制GRP78的表達后，則減少了細胞自噬的形成，提高了硼替佐米的抗骨髓瘤細胞的增殖效應，表明了細胞的自噬與腫瘤耐藥的形成有關，而通過抑制細胞自噬有望提高腫瘤化療的敏感性。

2.4 自噬與膀胱癌 Lian J等［27］發現棉籽酚可通過靶向抑制Bcl-2，促進細胞自噬相關基因Beclin -1的釋放，激活細胞自噬通路，從而誘導細胞自噬的形成。Mani J等［28］在膀胱癌細胞系中，利用棉籽酚誘導自噬水平的提高，導致腫瘤化療耐藥的形成，而通過使用自噬抑制劑3-MA、巴佛洛霉素A1及RNAi技術敲低atg5基因表達而抑制細胞自噬后，細胞毒性和總體的細胞凋亡率有所增加，表明細胞自噬可能促進了化療耐藥的形成，而通過化療藥物與自噬抑制劑的聯合治療，可能為治療耐藥的腫瘤細胞提供新方法。

2.5 自噬與肝癌∶EPI已經被報道在乳腺癌、肝癌細胞中誘導細胞的自噬，且引起藥物的耐藥［29，30］。Song B等［31］分別用EPI（表柔比星）及EPI+UTI（表柔比星+蛋白酶體抑制劑烏司他?。┨幚砀伟┘毎礢MMC-7721和MHCCLM3，發現烏司他丁UTI明顯地抑制EPI誘導的細胞自噬的過程，促進細胞的凋亡。在小鼠的活體試驗中，進一步證實烏司他丁UTI主要是通過抑制NF-kB信號通路相關的自噬，而促進細胞的凋亡，提高化療的敏感性。同樣，Peng WX等［32］亦發現在肝癌細胞系HepG2細胞中，慢病毒介導的shLC3（RNAi技術敲低LC3基因的表達）和表柔比星的聯合治療顯著地降低HepG2細胞自噬水平，并使表柔比星化療的敏感性增加。綜上所述，通過抑制細胞自噬過程可能增加腫瘤細胞的化療敏感性，而這也為臨床上腫瘤的藥物治療提供新的方向。

2.6 自噬與卵巢癌 Ying H等［33］將病理診斷為上皮卵巢癌的患者40例，分為化療敏感組及化療耐藥組，并通過免疫組織化學方法檢測化療耐藥組細胞中的Beclin-1和PTEN蛋白表達低于化療敏感組，且表達率的不同存在統計學意義。同時也發現Beclin-1和PTEN的表達呈正相關。表明Beclin-1和PTEN蛋白的低表達與卵巢癌的藥物耐藥存在相關性，而Beclin-1可能與PTEN的相互作用可能同時參與藥物耐藥的形成，提示在藥物耐藥的卵巢癌細胞中，細胞自噬的活性發生了改變。Sun Y 等［34］在順鉑耐藥的卵巢癌細胞中（SKOV3/DDP），通過轉染Beclin-siRNA抑制Beclin 1的表達，不僅增加細胞凋亡率，同時也增加細胞對化療的敏感性，表明Beclin-1相關的細胞自噬與卵巢癌的藥物耐藥密切相關，通過靶向抑制自噬可能提高卵巢癌的化療敏感性。類似研究發現相比較卵巢癌A2780細胞，在卵巢癌順鉑耐藥A2780cp細胞中，順鉑誘導更多的自噬體的形成，LC3II和Beclin1自噬相關蛋白的表達水平亦明顯增加。在A2780cp細胞中，通過順鉑與3-MA的聯合處理及敲除Beclin1基因，抑制細胞自噬活性后，均顯著提高順鉑誘導的細胞凋亡，提高卵巢癌化療的敏感性［35］。