自噬及腫瘤的關系研究

劉釗維

湖南郴州市第一中學

自噬及腫瘤的關系研究

劉釗維

湖南郴州市第一中學

細胞自噬是普遍存在于真核細胞中的細胞自我降解過程，通過形成自噬體清除受損細胞質，變性或衰老的蛋白質，從而在維持細胞內物質的穩態和對各種刺激的適應性。自噬在腫瘤以及相關疾病的病理過程中有著重要的作用。因此，本文總結介紹了自噬的基本概念及其與腫瘤的關系，并且對以自噬為靶點為腫瘤的治療展示了新的思路和方法。

自噬；腫瘤；自噬體；信號通路

1.自噬的基本概念

自噬通常被認為是真核細胞中，參與了物質和降解及在循環系統，并對細胞的代謝提供有效的補充。自噬能夠維持細胞的正常的存活，但是自噬被過分激活后則引發會細胞“自殺”性死亡，即Ⅱ型程序性細胞死亡，因此，自噬對細胞及腫瘤來說都是有利有弊[1]。

自噬的分類是根據細胞內物質進入溶酶體途徑的不同，將自噬分為巨自（macroautophagy），微自噬（microautophagy）和分子伴侶介導的自噬（chapterone-mediatedautophagyCMA）[2]。自噬過程形態學上的主要特征為細胞內出現大量的雙層膜性的自吞噬泡，吞噬泡內含有受損胞質及細胞器，最終被溶酶體所降解。人們通常所說的自噬，也是研究最多自噬，是指巨自噬[3]。

自噬的功能非常復雜，主要表現在這幾個方面，1.首先是為細胞對環境變化的適應性反應。當細胞處于代謝應激狀態下時，自噬將可以利用的降解產物重新加入細胞的物質循環中。同時，自噬機制作為真核細胞的管家機制，具有處理細胞垃圾的作用。因此，可除去功能異常的細胞器及細胞質，避免有害蛋白質的累積。一定程度上阻止了腫瘤疾病，感染性疾病及退行性病變的發生及發展。2.自噬過程通過降解損傷的線粒體和過氧化酶，減少活性氧的產生以及DNA損傷，從而保護了細胞的穩定性，維持正常細胞的生理功能，抑制腫瘤細胞的形成[4]。

2.自噬的過程及調控

根據自噬體的形成可將自噬過程分為3個階段，誘導、起始，延長，成熟階段[5]。1.首先是在細胞出現代謝應激后，粗面內質網及高爾基體脫落后形成了早期自噬體膜，并將被降解物包繞在內。2.自噬體膜不斷延伸后，包裹了所降解的細胞質成分，并形成自噬體。3.細胞內的微管系統將形成的自噬體運送至溶酶體，形成了自噬溶酶體結構，溶酶體內各種蛋白酶將自噬體內成分降解后，自噬體膜隨后脫落重新進入了細胞內物質再循環利用環節。自噬過程的正常進行對細胞的物質穩定起到了關鍵性的作用。

自噬體調控的分子機制也正如火如荼進行，科學家在酵母菌中對自噬的相關基因及對應蛋白進行了一系列的研究，對這些蛋白有一定的了解。首先，研究最早的是自噬相關基因及所對應的蛋白即Atg，研究表明，已有數十種Atg蛋白參與在自噬體的形成過程中。其中，包括Atg12-Atg5蛋白系統和Atg8蛋白系統等[4]。它們自噬體的形成中起著協同作用。其次，磷脂酰肌醇三磷酸(PI3)激酶在自噬體形成的調控中有重要作用。研究表明PI3抑制劑的存在能夠抑制自噬體的形成，從而抑制了細胞自噬的形成。

細胞自噬對腫瘤發展的信號調控：自噬作為程序性死亡的一種類型，與腫瘤發生發展有著密切關系。目前研究顯示，調控自噬的有mTOR通路及P13K∕Akt通路。（1）mTOR蛋白激酶是調控自噬的關鍵性蛋白，負性調控細胞自噬的發生。mTOR蛋白激酶是雷帕霉素的作用靶點，雷帕霉素在細胞中可抑制mTOR的活性。從而，雷帕霉素能夠誘導自噬的發生。（2）P13K∕Akt通路具有促進細胞生長的作用，而在自噬過程中，具有同樣具有負性調節自噬的作用[6]。其他通路包括Beclin1作為正性調控自噬的分子，則可能具有抑癌作用。因此，自噬既可以負調控細胞增長，減弱自噬可以促進腫瘤發生；增強自噬活性也可促進腫瘤發生，使腫瘤細胞能夠在缺氧環境，營養缺乏的環境下保持存活，并使腫瘤細胞逃離化療藥物誘導的凋亡[7]。

按照自噬與腫瘤基因關系，將腫瘤基因分為三類。（1）癌基因和抑癌基因：癌基因和抑癌基因在自噬途徑作用方式突變可能導致腫瘤發生。I型PI-3激酶和Akt癌基因、Ras和Myc癌基因都是這種類型。（2）參與自噬調節的基因：DAPK就是其中的典型，通過促進細胞死亡發揮抑制腫瘤的功能。人類腫瘤細胞經常缺少DAPK表達。(3)自噬執行基因：表現為腫瘤抑制功能,它們缺失易引起腫瘤發生，Beclin1就是典型，Beclin1蛋白負責調控自噬的起始，是自噬的“看門人”，研究發現，在多數腫瘤中，都存在Beclin1異常[8]。通過正確認識這些基因在自噬中的作用，可調控使其向抑制腫瘤生長的方向發展。

3.自噬的檢測方法

目前，自噬的檢測方法主要為對自噬體的直接和間接的檢測[9]，包括對自噬體的形態的觀察和對自噬體表面蛋白標記的檢測。

電鏡作為自噬檢測的金標準，能最直接的顯示自噬體的結構。早期自噬體為雙層膜結構包含著未消化的胞質或細胞器等，電鏡下容易識別。自噬體融合成自噬溶酶體后，成為單層結構，電鏡下也能夠辨別。然而，對于晚期自噬溶酶體，電鏡下則不容易辨別。因此，電鏡的觀察僅反映了自噬結構的存在，卻很難反映自噬活性的強弱情況。

此外，利用自噬相關蛋白在自噬體形成各階段所起的不同作用，顯示出了自噬體的發生發展過程。其中，最重要的蛋白為微管相關蛋白1輕鏈3即LC3(microtubule-associatedprotein1lightchain3)。分為兩種蛋白LC3-I，LC3-II。LC3-I蛋白主要在胞漿，自噬體形成后，LC3-II形成并定位于自噬體內膜和外膜。由于LC-II能穩定的存在于自噬體膜上，因此可作為自噬體的標記并反映出了自噬體的數量多少。同時，細胞免疫熒光方法檢測LC3的表達可反映自噬的增加和減少[10]。近年來，人們對自噬的研究轉向了對自噬潮的分析。

4.自噬與腫瘤的關系

自噬與腫瘤的發生發展的關系目前尚無定論，腫瘤細胞發生自噬后會出現兩種不同的結果：一種是啟動細胞主動性的Ⅱ型程序性死亡，抑制腫瘤細胞增殖；另一種是保護性自噬，即在營養缺乏的情況下自噬特異性基因的激活能促進正常細胞的存活[11]。

自噬的缺乏會導致細胞死亡、慢性炎癥和基因組不穩定。據報道鼠的肝癌發生與發展過程中伴隨著自噬現象進行性減少，癌前病變期肝細胞自噬活動降低到正常時50%，在肝癌細胞中自噬更是降到正常20%。同時Kondo等報道在腫瘤晚期，實體瘤內部細胞營養缺乏情況下自噬很可能被激活，維持腫瘤細胞生存。在小鼠胰腺癌中，檢測到了腫瘤細胞的自噬活性降低的現象，而在正常胰腺細胞中，自噬活性則顯示出增強的現象。進一步研究表明，在超過半數的乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌中都存在自噬相關基因Beclin1的缺失。Beclin1基因缺陷的小鼠增加了患肺癌、肝細胞肝癌和乳腺癌的風險[12]。

5.展望

自噬作為腫瘤細胞對化療和輻射的一種新型適應性反應逐漸受到了大家的關注。自噬是一種普遍而又重要的生命現象，廣泛參與多種生理和病理過程，特別是與腫瘤發生發展密切相關。各種抗腫瘤治療后腫瘤細胞可發生自噬，而自噬的增加可促進自噬性細胞死亡，抑制自噬則可導致細胞凋亡，因此通過對自噬通路的有效利用，可有效解決化療及放療的耐藥問題，更好的達到抗腫瘤治療的目的[13]。盡管如此，人們對自噬機制及其調控的了解還有待深入，自噬在腫瘤治療中的應用也需得到提高和發展，重視自噬在腫瘤的發生，發展和治療中的重要作用，為攻克腫瘤提供了新的靶點。

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