線粒體凋亡通路在肝細胞癌發生、發展中作用的研究進展

連嬌燕，金海，文國容，庹必光(遵義醫學院附屬醫院，貴州遵義563003)

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·綜述·

線粒體凋亡通路在肝細胞癌發生、發展中作用的研究進展

連嬌燕，金海，文國容，庹必光(遵義醫學院附屬醫院，貴州遵義563003)

摘要：線粒體介導的凋亡通路，主要是由于其上游信號分子作用于線粒體膜，導致線粒體膜的通透性改變，從而使線粒體內的CytC、AIF、Smac等凋亡相關因子釋放到線粒體外，引起下游caspase家族蛋白活化或者直接作用于相應底物，啟動細胞凋亡程序。在正常肝細胞的發育和再生過程中，細胞凋亡可清除異常的肝細胞。若異常的肝細胞凋亡不足，可導致肝癌的發生；而肝癌細胞凋亡不足，會誘導癌細胞的惡性化演進。線粒體凋亡通路可誘導肝癌細胞凋亡，而線粒體膜的通透性改變在線粒體凋亡通路中起樞紐作用，外源性或內源性的應力刺激激活Bcl-2家族或caspase家族，啟動線粒體膜的通透性改變并誘導肝癌細胞的凋亡。通過靶向干預該通路中的相關分子，可為肝癌的臨床治療提供新策略。

關鍵詞：肝細胞癌；細胞凋亡；線粒體凋亡通路

流行病學調查顯示，肝細胞癌(HCC)的發病可能是病毒性肝炎、黃曲霉毒素、酒精、飲水污染及遺傳因素等導致肝細胞的生物學特征逐漸變化，細胞增殖與凋亡失衡所致。細胞凋亡在HCC的發生、發展中具有重要作用，而機體內存在多條與細胞凋亡相關的信號通路，如JAK/STAT通路、PI3K/AKT通路以及線粒體凋亡通路等，其中線粒體凋亡通路起著起始、放大的中樞作用，在腫瘤的發生、發展中具有重要地位。本文結合文獻就線粒體凋亡通路在HCC中的作用綜述如下。

1線粒體凋亡通路

細胞凋亡又稱細胞程序性死亡，是細胞為更好地適應生存環境而出現的一種主動性死亡過程。線粒體是真核細胞能量代謝的中心，其正常功能的喪失會導致細胞凋亡，而線粒體中caspase的反饋循環使凋亡效應進一步放大。因此，線粒體被稱為細胞凋亡的“生死開關”。線粒體凋亡通路包括外源性和內源性途徑，這兩種凋亡途徑的應力信號均集中于線粒體，并通過Bcl-2家族蛋白調控細胞凋亡。脊椎動物Bcl-2家族包括抗凋亡分子和促凋亡分子。抗凋亡分子包括Bcl-2、Bcl-x和Bcl-w，促凋亡分子包括Bax、Bak、Bad、Bik、Bim和Bid。促凋亡分子中的Bik、Bid只有BH3結構域，與Bcl-2等蛋白形成異源二聚體，抑制抗凋亡分子或誘導Bak/Bax形成寡聚體，繼而發揮促凋亡作用。存在于線粒體中的Bcl-2通過釋放Ca2+，誘導線粒體膜通透性轉換孔開放或精確改變線粒體膜的通透性，從而啟動細胞的凋亡程序[1]。外源性應力信號通過與細胞膜上的死亡受體結合引起caspase-8介導的Bid活化，而內源性線粒體凋亡途徑中，由于不同細胞的BH3結構不同，導致其激活方式也不同，但均可引起促凋亡蛋白BH3的活性上調。因此，無論是外源性途徑中Bid的活化，還是內源性途徑中BH3的活性上調，都可激活促凋亡分子Bak，從而在線粒體外膜上形成小孔釋放凋亡因子，即線粒體外膜的透化[2]。在此過程中，從線粒體中釋放的凋亡相關因子，如細胞色素C(CytC)、凋亡誘導因子(AIF)、線粒體衍生的第二種半胱天冬酶激活劑(Smac)等，一旦這些因子從線粒體釋放，即可觸發細胞凋亡[3]。

2線粒體凋亡通路與HCC發生、發展的關系

2.1線粒體凋亡通路與HCC的發生在肝細胞的發育和再生過程中，細胞凋亡可清除異常的肝細胞;若細胞凋亡不足，則可導致HCC的發生。線粒體凋亡通路作為經典的凋亡途徑之一，亦參與HCC的發生過程。在脂肪性肝炎發展至HCC的過程中，肝臟再生增強因子不僅可抑制肝細胞的脂肪變性，還可降低線粒體途徑的活性，抑制正常肝細胞凋亡，從而降低脂肪性肝炎演變為HCC的風險[4]。Tian等[5]研究發現，在HCC的發生過程中，細胞自噬通過維持線粒體外膜的完整性、減少氧化應激和DNA損傷等阻礙HCC的發生。但HCC一旦發生，細胞自噬反而抑制線粒體凋亡通路，起到促癌作用。這些研究均提示HCC的發生與線粒體凋亡通路失調有關。

2.2線粒體凋亡通路與HCC的發展近年來隨著分子生物學研究的不斷深入，線粒體凋亡通路在HCC發展過程中的作用日益受到重視。有研究報道，HCC細胞主要由糖酵解提供能量，下調糖酵解過程中己糖激酶2的表達，可誘導線粒體途徑介導的HCC細胞凋亡[6]。此外，糖原合成激酶3β可上調線粒體凋亡通路中Bax的表達，促進HCC細胞凋亡[7]。HCC細胞的惡變可能和部分基因表達失調相關，而線粒體凋亡通路通過直接或間接調控HCC相關基因的表達介導HCC細胞凋亡[8]。Xu等[9]研究發現，促癌基因PAK1以及抗凋亡分子Bcl-2的上調可使HCC細胞拮抗線粒體通路介導的失巢凋亡，進而促進HCC的發展。Nakagawa等[10]研究認為，ASK1基因在HCC發展過程中充當抑癌基因作用，ASK1不僅與DNA損傷誘導的p21上調相關，亦與死亡受體介導的線粒體凋亡途徑相關。TAT同樣作為一種抑癌基因，通過線粒體凋亡通路促進CytC的釋放、激活caspase和多聚二磷酸腺核糖聚合酶(PARP)，促進HCC細胞凋亡[11]。TNF受體家族成員Fas死亡受體可誘導HCC細胞凋亡，而這個過程是通過外源性線粒體凋亡途徑介導Bid的裂開實現[12]。Fu等[13]研究認為，核仁磷酸蛋白有助于HCC細胞躲避p53基因介導的細胞凋亡程序，而這一過程有賴于直接抑制Bax的線粒體轉運或激活。Liu等[14]研究認為，線粒體凋亡途徑通過抑制損傷介導的自噬調控因子表達，延緩HCC細胞的惡性變。Ma等[15]研究發現，腺苷酸可激活caspase-3、caspase-8、caspase-9、PARP以及caspase等效應分子，促進Bak的募集，下調Bcl-x、Mcl-1的表達，誘導線粒體釋放CytC、AIF進入胞質，繼而促進HCC細胞凋亡。以上研究均提示，若線粒體凋亡通路功能失調，HCC相關基因或蛋白的表達亦會發生異常，繼而促進HCC的發展。此外，microRNA作為一種普遍存在的調控因子也參與調控線粒體凋亡通路，miR-125b可能通過抑制Bcl-2家族的抗凋亡分子而誘導HCC細胞凋亡，miR-375的表達可促進線粒體釋放凋亡蛋白，誘導HCC細胞凋亡，從而抑制HCC的發展[16，17]。

3線粒體凋亡通路與HCC的治療

有研究發現，化療可以誘導Bcl-2家族促凋亡因子Bax、Bcl-2L11以及其他促凋亡因子Apaf1、BNIP1、PDCD8、RAD的表達，從而誘導HCC細胞凋亡。另外，轉錄區域缺乏的p63α(DeltaNp63α)作為p53家族相關轉錄因子的異構體之一，可負性調控死亡受體CD95和Bax的編碼基因；化療可誘導Bax、Bim、Noxa促凋亡基因的表達，而DeltaNp63α通過抑制線粒體凋亡通路而拮抗這一過程[18]。在HCC中，HBV相關X蛋白通過與線粒體通路的相互作用誘導NF-κB和STAT-3等轉錄因子的活化，沉默基因STAT-3并聯合雷帕霉素誘導人HCC細胞株Bel-7402的凋亡[19]，而HCC細胞株SMMC-7721穩定過表達Smac，聯合順鉑化療可明顯上調細胞中促凋亡蛋白caspase-3、caspase-9和CytC的表達，從而啟動HCC的細胞凋亡程序[20]。GADD153是轉錄因子增強子結合蛋白家族成員之一，生理狀態下該基因呈低水平表達，但在生長抑制、DNA損傷、內質網介導的應激狀態下，該基因表達明顯上調，藤黃酚可以通過死亡受體和線粒體介導的凋亡通路激活GADD153[21]；歐甘菊在誘導HCC細胞凋亡的過程中，同樣可激活線粒體通路而上調GADD153的表達[22]。由于HCC治療過程中會出現部分基因表達譜的改變，因此HCC的基因-病毒靶向治療策略應運而生，腺病毒包裝的特異性HCC抑制子1(HCCS1)靶向治療策略就是其中之一。HCCS1可通過線粒體通路誘導HCC細胞凋亡[23]。Yan等[24]研究認為，HCC過表達線粒體端粒酶反轉錄酶可促進線粒體DNA的復制并抑制線粒體凋亡途徑，從而降低HCC細胞對化療的敏感性，導致HCC多重耐藥的發生；而三氧化二砷通過啟動線粒體介導的caspase依賴性凋亡途徑，發揮抗癌效應[25]。以上研究提示，部分化療藥物以及植物提取物可通過干預線粒體凋亡通路，誘導HCC細胞凋亡，這為HCC的臨床治療提供了新策略。

總之，HCC的發生、發展與線粒體凋亡通路失調密切相關。靶向干預線粒體凋亡通路為臨床治療HCC提供了新思路。但目前對線粒體凋亡通路介導HCC細胞凋亡僅停留在實驗階段，還不能指導臨床用藥。隨著研究的不斷深入，通過靶向干預線粒體凋亡通路治療HCC終將實現。

參考文獻：

[1] Moldoveanu T, Follis AV, Kriwacki RW, et al. Many players in BCL-2 family affairs[J]. Trends Biochem Sci, 2014,39(3):101-111.

[2] Crawford ED, Wells JA. Caspase substrates and cellular remodeling[J]. Annu Rev Biochem, 2011(80):1055-1087.

[3] Babbitt SE, Sutherland MC, Francisco BS, et al. Mitochondrial cytochrome c biogenesis: no longer an enigma[J]. Trends Biochem Sci, 2015,40(8):446-455.

[4] Maehara Y, Fernandez-Checa JC. Augmenter of liver regeneration links mitochondrial function to steatohepatitis and hepatocellular carcinoma[J]. Gastroenterology, 2015,148(2):285-288.

[5] Tian Y, Kuo CF, Sir D, et al. Autophagy inhibits oxidative stress and tumor suppressors to exert its dual effect on hepatocarcinogenesis[J]. Cell Death Differ, 2015,22(6):1025-1034.

[6] Wilson GK, Tennant DA, McKeating JA. Hypoxia inducible factors in liver disease and hepatocellular carcinoma: current understanding and future directions[J]. J Hepatol, 2014,61(6):1397-1406.

[7] Song CL, Tang H, Ran LK, et al. Sirtuin 3 inhibits hepatocellular carcinoma growth through the glycogen synthase kinase-3beta/BCL2-associated X protein-dependent apoptotic pathway[J]. Oncogene, 2015. doi: 10.1038/onc.2015.121.[Epub ahead of print]

[8] Wang W, Sun Q, Wu Z, et al. Mitochondrial dysfunction-related genes in hepatocellular carcinoma[J]. Front Biosci (Landmark Ed), 2013(18):1141-1149.

[9] Xu J, Liu H, Chen L, et al. Hepatitis B virus X protein confers resistance of hepatoma cells to anoikis by up-regulating and activating p21-activated kinase 1[J]. Gastroenterology, 2012,143(1):199-212.

[10] Nakagawa H, Hirata Y, Takeda K, et al. Apoptosis signal-regulating kinase 1 inhibits hepatocarcinogenesis by controlling the tumor-suppressing function of stress-activated mitogen-activated protein kinase[J]. Hepatology, 2011,54(1):185-195.

[11] Lo SJ, Fan LC, Tsai YF, et al. A novel interaction of nucleophosmin with BCL2-associated X protein regulating death evasion and drug sensitivity in human hepatoma cells[J]. Hepatology, 2013,57(5):1893-1905.

[12] Lazic M, Eguchi A, Berk MP, et al. Differential regulation of inflammation and apoptosis in Fas-resistant hepatocyte-specific Bid-deficient mice[J]. J Hepatology, 2014,61(1):107-115.

[13] Fu L, Dong SS, Xie YW, et al. Down-regulation of tyrosine aminotransferase at a frequently deleted region 16q22 contributes to the pathogenesis of hepatocellular carcinoma[J]. Hepatology, 2010,51(5):1624-1634.

[14] Liu K, Shi Y, Guo XH, et al. Phosphorylated AKT inhibits the apoptosis induced by DRAM-mediated mitophagy in hepatocellular carcinoma by preventing the translocation of DRAM to mitochondria[J]. Cell Death Dis, 2014(5):e1078.

[15] Ma Y, Zhang J, Zhang Q, et al. Adenosine induces apoptosis in human liver cancer cells through ROS production and mitochondrial dysfunction[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2014,448(1):8-14.

[16] Gong J, Zhang JP, Li B, et al. MicroRNA-125b promotes apoptosis by regulating the expression of Mcl-1, Bcl-w and IL-6R[J]. Oncogene, 2013,32(25):3071-3079.

[17] Chang Y, Yan W, He X, et al. miR-375 inhibits autophagy and reduces viability of hepatocellular carcinoma cells under hypoxic conditions[J]. Gastroenterology, 2012,143(1):177-187.

[18] Mundt HM, Stremmel W, Melino G, et al. Dominant negative (DeltaN) p63alpha induces drug resistance in hepatocellular carcinoma by interference with apoptosis signaling pathways[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2010,396(2):335-341.

[19] Zhang Y, Zhang JW, Lv GY, et al. Effects of STAT3 gene silencing and rapamycin on apoptosis in hepatocarcinoma cells[J]. Int J Med Sci, 2012,9(3):216-224.

[20] 郭彩霞，李艷博，于洋，等.Smac聯合順鉑對人肝癌細胞凋亡調控因子影響[J].中國公共衛生，2012，28(10)：1315-1316.

[21] Cheng AC, Tsai ML, Liu CM, et al. Garcinol inhibits cell growth in hepatocellular carcinoma Hep3B cells through induction of ROS-dependent apoptosis[J]. Food Funct, 2010,1(3):301-307.

[22] Wen J, You KR, Lee SY, et al. Oxidative stress-mediated apoptosis. The anticancer effect of the sesquiterpene lactone parthenolide[J]. J Biol Chem, 2002,277(41):38954-38964.

[23] Xu HN, Huang WD, Cai Y, et al. HCCS1-armed, quadruple-regulated oncolytic adenovirus specific for liver cancer as a cancer targeting gene-viro-therapy strategy[J]. Mol Cancer, 2011(10):133.

[24] Yan J, Zhou Y, Chen D, et al. Impact of mitochondrial telomerase over-expression on drug resistance of hepatocellular carcinoma[J]. Am J Transl Res, 2015,7(1):88-99.

[25] Jiang L, Wang L, Chen L, et al. As2O3 induces apoptosis in human hepatocellular carcinoma HepG2 cells through a ROS-mediated mitochondrial pathway and activation of caspases[J]. Int J Clin Exp Med, 2015,8(2):2190-2196.

(收稿日期：2015-09-06)

中圖分類號：R735.7

文獻標志碼：A

文章編號：1002-266X(2016)08-0095-03

doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2016.08.040

通信作者：庹必光(E-mail： tuobiguang@aliyun.com)

基金項目：國家自然科學基金資助項目(81360311)。