自噬及其在腫瘤發生發展中作用的研究進展*

魏艷杰田煒②③

自噬及其在腫瘤發生發展中作用的研究進展*

魏艷杰①田煒①②③

自噬是通過溶酶體途徑，降解并循環利用受損的細胞器和大分子蛋白，從而維持細胞穩態的分解代謝過程。這一過程與包括腫瘤在內的多種疾病有著極其密切的關系。最新研究表明，在腫瘤不同的發生發展階段，自噬可能發揮著正反兩方面的作用，而在不同的腫瘤中，自噬所發揮的作用也不盡相同。因此，自噬在腫瘤發生發展中的具體作用機制正在成為研究熱點，對促進腫瘤的臨床治療也有一定的指導意義。本文就自噬及其在腫瘤發生發展中作用的研究進展做一綜述。

自噬； 腫瘤； 調控機制； 信號通路

First-author’s address：Medical Experimental Research Center of North China University of Science and Technology，Tangshan 063000，China

自噬是通過溶酶體途徑降解并循環利用受損的細胞器和大分子蛋白以維持細胞穩態的分解代謝過程。這一過程與包括腫瘤在內的多種疾病有著極其密切的關系。最新研究表明，在腫瘤發生發展的不同階段以及不同種類的腫瘤中，自噬的作用可能截然相反。因此，對自噬與腫瘤發生發展中的相互關系和具體機制進行深入研究極為重要，對促進腫瘤的臨床治療也有一定的指導意義。

1　自噬

1.1自噬發生的基本過程 細胞自噬（autophagy）是作為細胞器和大分子蛋白降解的主要途徑和細胞內重要物質的分解代謝過程，廣泛存在于真核細胞中[1]。自噬是實現細胞內物質的循環再利用，維持細胞穩態方面的重要途徑。其發生時自噬泡（autophagosome）先對受損的細胞器或錯誤蛋白進行包裹，之后和溶酶體（lysosome）發生融合，在溶酶體酸性水解酶的作用下分解代謝為氨基酸等生物分子而被細胞重新利用[2]。因此無論是病態細胞還是正常細胞，維持一種基礎的、較低水平的自噬活性非常重要。

1.2自噬的分類 自噬根據其底物進入溶酶體的途徑可以分為，微自噬（microautophagy）、巨自噬（macroautophagy）和分子伴侶介導的自噬（chaperone medited autophagy，CMA），其中CMA途徑降解的底物必須是可溶性的蛋白，而前兩者對底物無選擇性[3]。通常所說的“細胞自噬”或者“自噬”一般指巨自噬，本文中所提到的自噬也是巨自噬。

1.3細胞自噬的調控通路

1.3.1PI3K/Akt/mTOR信號途徑 作為一個高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）在自噬體的形成和成熟過程中發揮著關鍵性的作用，同時也具有聯系多種自噬調控信號通路的作用[4]。研究認為，通過酪氨酸激酶受體、細胞黏附分子、G蛋白偶聯受體等的活化，mTOR、PI3K可以催化磷脂肌醇（PI）產生PIP3、PIP4和PIP5。PIP3結合并激活Akt和PDK-1，從而使mTOR蛋白磷酸化進而激活一系列下游信號通路抑制自噬的發生。而PTEN產物可以抑制PIP3的去磷酸化，拮抗Akt和PDK-1的活化，從而使自噬的抑制作用減少[5]。

1.3.2Beclin 1介導的自噬途徑 Beclin1作為細胞自噬關鍵調控因子之一，通過與Ⅲ型PI3K （phosphatidylinositol 3 kinase）形成復合體來調節其他的自噬蛋白定位到前自噬體膜上，是自噬體形成不可或缺的正性調控因子[6]，而Bcl-2可以在BH3結構域與Beclin1結合，減少Beclin1與PI3KC3的結合，抑制復合物的形成，進而阻止自噬的活化[7]。當細胞處在惡劣環境中時，Bcl-2發生磷酸化，導致其與Beclin1解離，自噬被激活[8]。有研究發現凋亡抑制因子Bcl-2與Beclin1相互作用共同調節凋亡和自噬[9]。

1.3.3p53通路 p53是一種重要的腫瘤抑制蛋白，對于自噬的調節作用具有雙向性。其在饑餓或細胞毒性等刺激下可以被激活，細胞核內的p53可以激活AMP激活的蛋白激酶（AMPactivated protein kinase，AMPK）和TSC2，活化的AMPK可以介導TSC2的磷酸化，抑制mTOR活性，進而誘導及調節自噬。p53可以使細胞死亡基因DRAM（damage regulated autophagy modulator）被激活從而誘導自噬的發生。p53不但直接對自噬發揮抑制作用，也可以通過激活mTOR或者抑制AMPK通路等來抑制自噬[10]。

此外，MAPK-JNK通路、LKB1-AMPK通路、RAS-PKA信號通路等在自噬的調控中也占有重要的地位。

2　自噬在腫瘤發生發展中的作用

1999年Beth Levine實驗室首先報道了自噬關鍵基因Beclin1/Atg6是腫瘤的抑制基因[11]，首次將自噬與腫瘤聯系到一起。隨后的很多研究證明，在腫瘤的形成、發展、浸潤轉移和耐藥的不同階段，自噬所發揮的作用也不盡相同，甚至可能截然相反。

2.1自噬對腫瘤的抑制作用及其機制 研究發現與正常細胞相比，在人類乳腺癌、卵巢癌以及前列腺癌中的自噬水平顯著降低，自噬正性調控基因Beclin1缺失或表達下降[12]。這表明自噬增強與腫瘤的抑制有一定的聯系性和相關性。一項針對44例肝細胞性肝癌患者的臨床研究也發現，癌組織中Beclin1表達下調[13]。而化療藥物及放療能激活自噬，誘導腫瘤組織和細胞死亡。在乳腺癌細胞MCF-7中，抗雌激素藥他莫西芬能誘導腫瘤細胞發生自噬性細胞死亡[14]。此外研究表明，長時間地抑制正常組織中的細胞自噬，可以誘導腫瘤形成[15]。因此，細胞自噬對腫瘤有抑制作用。

自噬抑制腫瘤的發生，可能產生于以下幾種機制：（1）細胞自噬缺陷會加重壞死細胞的局部炎癥反應，而如果組織損傷得不到及時修復，腫瘤就會趁虛而入[16]。（2）降解、清除受損的細胞器，穩定基因組，從而達到抑制腫瘤的作用[15]。（3）細胞自噬有加強細胞檢驗點的檢查作用，從而減少了細胞的癌變[15]，某些腫瘤細胞由于在凋亡通路上存在著一些特異基因的突變，可通過自噬途徑得到清除。（4）保證染色體穩定性進而抑制腫瘤發展，Mathew等通過實驗證明Beclin1等位基因的缺失與染色體變異有關[17]。

2.2自噬對腫瘤的促進作用及其機制 自噬作為細胞固有的內環境調節工具，可以緩解一些刺激（如營養或能量缺乏、低氧、氧化應激等）對細胞產生的影響。具有高代謝特點的腫瘤細胞，擁有遠高于正常細胞的營養和能量需求，而在腫瘤發生初期，由于血管網絡尚不完善，營養和能量無法滿足供給不足，腫瘤細胞會通過啟動自噬來維持細胞的高代謝，從而提高腫瘤的存活能力。此外在腫瘤發展過程中，當發生血管崩塌或腫瘤細胞脫落轉移而導致能量不足或供應中斷等情況出現時，腫瘤細胞也會通過啟動自噬來維持細胞的高代謝，防止細胞死亡[18]。研究表明，在肺癌細胞、人宮頸癌HeLa細胞以及結腸癌細胞中均能觀察到較高的自噬水平，這在其處于惡劣環境時有一定的保護作用[19]。而通過抑制環境壓力下的乳腺癌、睪丸癌、結腸癌等細胞的自噬活性，可以觀察到細胞凋亡增多現象[20]。在腫瘤化療、放療過程中，細胞會通過提高自噬活性降解并循環利用受損的細胞器和大分子蛋白使受損DNA得到修復，發揮抗腫瘤細胞凋亡作用，以維持其持續增殖[19]。在惡性神經膠質瘤細胞的實驗研究中，細胞自噬在替莫唑胺處理3 d后顯著增強，細胞增殖受到抑制；但7 d后，細胞增殖反而增強，同時觀察到自噬活動減少[21]。由此看來，一些特殊情況下細胞自噬保護腫瘤細胞，并對腫瘤的發生、發展產生促進作用。

自噬促進腫瘤的發生，可能產生于以下幾種機制：（1）自噬為腫瘤細胞提供營養和能量，并支撐其存活。（2）自噬抑制腫瘤細胞凋亡。（3）自噬能使腫瘤細胞對化療、放療或其他療法的耐受性增強。由于高自噬活性能及時降解并循環利用受損的細胞器和大分子蛋白，因而在腫瘤化療、放療過程中，自噬可以使大量受損細胞器、蛋白質等有害成分迅速地被分解再利用，從而提高腫瘤細胞的存活能力[22]。

3　自噬相關藥物與腫瘤治療

現已發現多種調控自噬的藥物，其中部分藥物已進入臨床實驗階段，但是目前對于某些抗腫瘤藥物最終導致細胞死亡的分子機制尚不清楚，因此將自噬途徑作為抗腫瘤藥物的研究靶點有著廣闊的前景。

3.1促進自噬的藥物與腫瘤治療 有研究表明，促進自噬的藥物具有抗腫瘤作用[23]。因此靶向促進自噬的藥物將來可能單獨或聯合其他藥物用于腫瘤治療。雷帕霉素可以抑制多種腫瘤細胞，研究發現，雷帕霉素可以通過抑制mTORC1達到促進自噬的作用[24]，目前其作為自噬誘導劑用于腫瘤治療已經進入臨床實驗階段。長春堿類抗腫瘤藥可誘導腫瘤細胞激活自噬， 同時也具有促進腫瘤細胞凋亡的作用，并且這種細胞凋亡有著顯著的自噬特征。如長春新堿（Vincristine）在HepG2肝癌細胞中可以發揮誘導其發生自噬性凋亡作用[25]。在大鼠C6神經膠質瘤細胞實驗中，蘆薈大黃素（Aloeemodin）在引起神經膠質瘤細胞凋亡的同時，還促進了胞質內酸性囊泡的形成，這表明該藥誘導了鼠的C6神經膠質瘤細胞自噬性的死亡[26]。苦參堿（Matrine）作用于肝癌細胞HepG2可誘導其自噬小體的形成[27]。盼生安（Panshengan）作用于肝癌細胞BEL-7402也有自噬的參與[28]。三氧化二砷可以導致惡性神經膠質瘤細胞發生自噬性死亡[29]。他莫西芬可誘導MCF-7乳腺癌細胞發生自噬性細胞死亡[14]。其中有些藥物既可以誘發腫瘤細胞的自噬，又也參與自噬的調控。

3.2抑制自噬的藥物與腫瘤治療 在不同的腫瘤中，自噬的作用可能不同[30]。研究發現，在某些腫瘤細胞，自噬誘導劑對其他化療或放療誘導的細胞凋亡產生拮抗作用，表明在某些特定情況下抑制細胞自噬也可能作為某些腫瘤治療的途徑。多種自噬抑制劑如抗瘧疾藥物氯喹（Chloroquine）可以加強化療藥物的抗腫瘤作用。研究表明，氯喹可以通過進入溶酶體，中和溶酶體酸性環境，從而抑制細胞自噬的發生，并增強化療藥物對腫瘤細胞的殺傷作用[31]。曲古抑菌肽（TSA）和伏立諾他（SAHA）等組蛋白去乙酰化酶可以通過抑制自噬達到抗腫瘤的作用[32]。此外一些自噬抑制劑如渥曼青霉素（Wortmannin）、3-甲基腺苷（3-MA）等多種自噬抑制劑都有可能與化療藥物聯合應用于腫瘤的治療[33-34]。

4　前景展望

細胞自噬（autophagy）是廣泛存在于真核細胞中的重要的物質分解代謝過程，在生理和病理進程中都扮演著十分重要的角色。自噬機制正在被逐漸認識和解析，其機制的深入研究將輔助腫瘤、神經退行性疾病等的治療并可能為人類疾病提供新的治療方法。在腫瘤的研究中發現，自噬所起的作用因腫瘤類型、腫瘤微環境、腫瘤基因型、腫瘤發生階段及治療方式的不同而存在差異。雖然目前對作用于自噬過程的抗腫瘤藥物的研究有了一定的進展，但是對于某些抗腫瘤藥物最終導致細胞死亡的分子機制尚不清楚，因此將自噬途徑作為抗腫瘤藥物的研究靶點，為腫瘤的精準治療提供理論支撐，將有著廣闊的前景。

[1] Li J，Ni M，Lee B，et al.The unfolded protein response regulator GRP78/BiP is required for endoplasmic reticulum integrity and stress-induced autophagy in mammalian cells[J].Cell Death Differ，2008，15（9）：1460-1471.

[2] Yorimitsu T，Klionsky D J.Autophagy：molecular machinery for self-eating[J].Cell Death Differ，2005，12（8）：1542-1552.

[3] Feng Y，He D，Yao Z，et al.The machinery of macroautophagy[J]. Cell Res，2014，24（1）：24-41.

[4] Gwinn D M，Shackelford D B，Egan D F，et al.AMPK phosphorylation of raptor mediates a metabolic checkpoint[J].Mol Cell，2008，30（2）：214-226.

[5] Heras-Sandoval D，Pérez-Rojas J M，Hernández-Damián J，et al.The role of PI3K/AKT/mTOR pathway in the modulation of autophagy and the clearance of protein aggregin neurodegeneration[J].Cell Signal，2014，26（12）：2694-2701.

[6] Matsunaga K，Saitoh T，Tabata K，et al.Two Beclin 1-binding proteins，Atg14L and Rubicon，reciprocally regulate autophagy at different stages[J].Nat Cell Biol，2009，11（4）：385-396.

[7] Levin-Salomon V，Bialik S，Kimchi A.DAP-kinase and autophagy[J].Apoptosis，2014，19（2）：346-356.

[8] Dai J P，Zhao X F，Zeng J，et al.Drug screening for autophagy inhibitors based on the dissociation of Beclin1-Bcl2 complex using BiFC techniqueand mechanism of eugenol on anti-influenza A virus activity [J].PLoS One，2013，8（4）：e61 026.

[9] Kim R，Emi M，Matsuura K，et al.Antisense and nonantisense effects of antisense Bcl-2 on multiple roles of Bcl-2 as a chemosensitizer in cancertherapy[J].Cancer Gene Ther，2007，14 （1）：1-11.

[10] Guo X L，Hu F，Zhang S S，et al.Inhibition of p53 increases chemosensitivity to 5-FU in nutrient-deprived hepatocarcinoma cells by suppressing autophagy[J].Cancer Lett，2014，346（2）：278-284.

[11] Liang X H，Jackson S，Seaman M，et al.Induction of autophagy and inhibition of tumorigenesis by beclin 1[J].Nature，1999，402（6762）：672-676.

[12] Laddha S V，Ganesan S，Chan C S，et al.Mutational landscape of the essential autophagy gene BECN1 in human cancers[J].Mol Cancer Res，2014，12（4）：485-490.

[13] Ding Z B，Shi Y H，Zhou J，et al.Association of autophagy defect with a malignant phenotype and poor prognosis of hepatocellular carcinoma[J].Cancer Res，2008，68（22）：9167-9175.

[14] Choi K S.Autophagy and cancer[J].Exp Mol Med，2012，44 （2）：109-120.

[15] Brech A，Ahlquist T，Lothe R A，et al.Autophagy in tumour suppression and promotion[J].Mol Oncol，2009，3（4）： 366-375.

[16] Fesus L，Demeny M A，Petrovski G，et al.Autophagy shapes inflammation[J].Antioxid Redox Signal，2011，14（11）：2233-2243.

[17] Mathew R，Kongara S，Beaudoin B，et al.Autophagy suppresses tumor progression by limiting chromosomal instability[J].Genes Dev，2007，21（11）：1367-1381.

[18] Lock R，Debnath J.Extracellular matrix regulation of autophagy[J].Curr Opin Cell Biol，2008，20（5）： 583-588.

[19] Kanzawa T，Germano I M，Komata T，et al.Role of autophagy in temozolomide-induced cytotoxicity for malignant glioma cells[J].Cell Death Differ，2004，11（4）：448-457.

[20] Li M，Jiang X，Liu D，et al.Autophagy protects LNCaP cells under androgen deprivation conditions[J].Autophagy，2008，4 （1）：54-60.

[21]潘強.替莫唑胺耐藥的惡性膠質瘤細胞系耐藥特性演變的研究[D].天津：天津醫科大學，2010.

[22] Sun Y，Liu J H，Jin L，et al.Over-expression of the Beclin1 gene upregulates chemosensitivity to anti-cancer drugs by enhancing therapy-induced apoptosis in cervix squamous carcinoma CaSki cells[J].Cancer Lett，2010，294（2）：204-210.

[23] Isakson K，Bj?r?s M，B?e S O，et al.Autophagy contributes to therapy-induced degradation of the PML/RARA oncoprotein[J]. Blood，2010，116（13）：2324-2331.

[24] Chiarini F，Evangelisti C，McCubrey J A，et al.Current treatment strategies for inhibiting mTOR in cancer[J].Trends Pharmacol Sci，2015，36（2）：124-135.

[25]彭心昭，陳英，樸英杰.自噬的抑制影響長春新堿誘導的肝癌細胞自噬性凋亡[J].腫瘤，2004，24（1）：32-34.

[26] Mijatovic S，Maksimovic-Ivanic D，Radovic J，et al.Antiglioma action of aloe emodin： the role of ERK inhibition[J].Cell Mol Life Sci，2005，62（5）：589-598.

[27]司維柯，肖桃元，康格非.苦參堿對人肝癌細胞HepG-2的細胞形態影響和相關增殖因素的變化[J].第三軍醫大學學報，2000，22（6）：553-556.

[28]李煜，陳德蕙，楊素霞，等.盼生安對人肝癌細胞超微結構的影響[J].電子顯微學報，2004，22（3）：201-204.

[29] Kanzawa T，Zhang L，Xiao L，et al.Arsenic trioxide induces autophagic cell death in malignant glioma cells by upregulation of mitochondrial celldeath protein BNIP3[J].Oncogene，2005，24 （6）：980-991.

[30] Miracco C，Cosci E，Oliveri G，et al.Protein and mRNA expression of autophagy gene beclin 1 in human brain tumours[J]. Int J Oncol，2007，30（2）：429-436.

[31] Tang M C，Wu M Y，Hwang M H，et al.Chloroquine enhances gefitinib cytotoxicity in gefitinib-resistant nonsmall cell lung cancer cells[J].PLoS One，2015，10（3）：e0 119 135.

[32] Cao D J，Wang Z V，Battiprolu P K，et al.Histone deacetylase （HDAC） inhibitors attenuate cardiac hypertrophy by suppressing autophagy[J].Proc Natl Acad Sci USA，2011，108（10）：4123-4128.

[33] Coker-Gurkan A，Arisan E D，Obakan P，et al.Inhibition of autophagy by 3-MA potentiates purvalanol-induced apoptosis in Bax deficient HCT 116 colon cancer cells[J].Exp Cell Res，2014，328（1）：87-98.

[34] Ren Y，Huang F，Liu Y，et al.Autophagy inhibition through PI3K/Akt increases apoptosis by sodium selenite in NB4 cells[J]. BMB Rep，2009，42（9）：599-604.

The Research Advance of Autophagy and Its Role in Tumorigenesis

WEI Yan-jie，TIAN Wei.

Medical Innovation of China，2016，13（23）：137-140

Autophagy is a lysosomal degradation pathway that cyclic uses the damaged organelles and the macromolecular protein to maintain catabolic process of cellular homeostasis.This process has extremely close relationship with a variety of diseases including tumor. The recent research indicated that autophagy may play both positive and negative influence in different development stage of the tumor.Moreover，in different type of tumor， autophagy has different role.Therefore，the specific mechanism of autophagy in the development of tumor is becoming a research hotspot，which also has certain guiding significance for promoting the clinical treatment on tumor.Here we have a review summarized the research advance of autophagy and its role in tumor development.

Autophagy； Tumor； Regulatory mechanism； Signaling pathway

10.3969/j.issn.1674-4985.2016.23.039

河北省自然科學基金（H2012401036）；華北理工大學大學生創新項目（X2016026）

①華北理工大學醫學實驗研究中心 河北 唐山 063000

②國家科技部老年醫學國際科技合作基地

③河北省唐山市老年醫學重點實驗室

田煒

2016-05-06） （本文編輯：蔡元元）