自噬調控在前列腺癌化療耐藥中作用的研究進展

王燕燕，李榮，李平利，王本杰，劉向紅

(山東大學齊魯醫院，濟南250012)

前列腺癌是男性常見的惡性腫瘤之一，近年來隨著我國人口老齡化、飲食結構改變等因素影響，其發病率呈明顯上升趨勢，已躍居男性常見惡性腫瘤的第二位[1]。前列腺癌是一種雄激素敏感性腫瘤，對晚期激素敏感性前列腺癌首選內分泌治療[2]，如雄激素阻斷療法。但幾乎所有患者最終會發展為激素非依賴性前列腺癌，雄激素阻斷治療無效。目前對激素非依賴性前列腺癌采取以多西紫杉醇、依托泊苷、米托蒽醌和吉西他濱等為基礎的化療，但在化療過程中會產生不同程度耐藥，從而影響治療效果，降低患者生存率[3，4]。自噬是一個高度保守的進化過程，是指細胞在饑餓、缺氧以及能量應激狀態下，通過膜結構降解胞質內細胞器和大分子的動態過程[5]。近年研究發現，自噬與前列腺癌化療耐藥有關，自噬通路在體內激活并作為細胞的一種保護機制可能在其中具有重要作用。腫瘤細胞通過自噬消除、降解破損細胞器或長壽命蛋白，產生氨基酸和ATP等，實現細胞的再循環和再利用，維持細胞代謝平衡，有利于腫瘤細胞逃避缺乏營養或藥物治療等應激環境。相反，如果抑制了自噬，則會導致腫瘤細胞大量死亡[6，7]。本文結合文獻就自噬在調控前列腺癌化療耐藥中作用的研究進展作一綜述。

1 自噬概述

自噬是細胞在饑餓、缺氧以及能量應激狀態下，細胞內出現雙層膜結構包裹部分受損、變性、衰老或失去功能的蛋白質和細胞器，以形成自噬體為形態學特征，并與溶酶體融合形成自噬溶酶體，繼而消化或降解其所包裹的內容物，為細胞的重建、再生和修復提供必須原料，實現細胞的再循環和再利用[5]。根據細胞內底物運送到溶酶體腔方式的不同，哺乳動物細胞自噬可分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬3種方式。我們通常所說的自噬為巨自噬，代表最經典的自噬過程，也是目前研究最為深入的一種自噬。

自噬過程分為自噬誘導、自噬體形成與轉運、自噬體降解與再循環3個階段。①自噬誘導：自噬通常由腫瘤發生過程中的多種分子激活，如AMP激活的蛋白激酶(AMPK)、PI3K、p53等，形成類脂質體雙層膜結構，即前自噬泡。在自噬誘導階段，ULK1/2-ATG13-FIP200復合物對前自噬泡膜的形成和延伸非常關鍵。該復合物形成受mTOR調控，mTOR通過磷酸化ULK1/2和ATG13，抑制二者結合，從而抑制該復合物形成。在外界條件刺激下，mTOR與ULK1/2分離，后者通過自身磷酸化，促進自噬起始復合物ULK1-ATG13-FIP200復合物形成，同時募集其他自噬相關蛋白，促進前自噬泡形成。②自噬體形成與轉運：自噬體形成與轉運由ATG蛋白調控[8]，ATG蛋白通過兩個泛素樣結合系統參與自噬泡形成過程，主要包括ATG12結合過程和LC3修飾過程。ATG12首先由E1樣酶ATG7活化，之后轉運至E2樣酶ATG10，再由ATG10轉移至ATG5，最后與ATG16結合形成ATG12-ATG5-ATG16復合物。該復合物可促進LC3-Ⅰ與磷脂酰乙醇胺結合，形成膜結合形式的LC3-Ⅱ并定位于自噬泡膜上。在LC3修飾過程中，LC3前體被ATG4水解，并在ATG7和ATG3的作用下形成胞質可溶性LC3-Ⅰ，LC3-Ⅰ在ATG12-ATG5-ATG16作用下轉變為膜型LC3-Ⅱ。LC3-Ⅱ具有融合性質，能促進前自噬泡的延展、活化[9，10]，且其數量與自噬泡的大小呈正相關關系。因此，LC3-Ⅱ常作為衡量自噬泡形成的標志。③自噬體降解與再循環：自噬體與溶酶體融合成為自噬溶酶體，溶酶體內含有多種酸性水解酶，如酸性磷酸脂酶、組織蛋白酶及核糖核酸酶等，可參與降解其所包裹的內容物。溶酶體功能障礙或酶活性不足，往往會引起自噬體累積。溶酶體功能障礙通常由溶酶體膜通透性增加，溶酶體酶泄漏到胞質中引起[11]，其中組織蛋白酶在降解蛋白或誘導細胞死亡過程中最為活躍。

2 自噬調控在前列腺癌化療耐藥中的作用

前列腺癌化療耐藥最主要的原因是腫瘤細胞存在多藥耐藥，降低了腫瘤細胞對化療藥物的敏感性。目前，雄激素受體(AR)、癌基因、信號轉導通路、自噬等是影響前列腺癌多藥耐藥最重要的因素。①AR：AR基因突變或基因擴增、AR的激素非依賴性激活以及AR與轉錄調節因子間相互作用的改變等在前列腺癌去勢抵抗轉化過程中具有重要作用[12]。恩雜魯胺是一種雄激素受體抑制劑，可用于治療轉移性去勢抵抗性前列腺癌。恩雜魯胺通過與AR結合，抑制AR向細胞核轉運及其與DNA結合，降低腫瘤內雄激素水平[13]。如果AR出現基因突變，則可導致前列腺癌對恩雜魯胺耐藥。②癌基因：前列腺癌化療耐藥涉及多種基因的轉錄、表達與調控。細胞凋亡相關基因(如bcl-2、survivin、p53等)表達異常，可影響腫瘤細胞凋亡，從而引起腫瘤化療耐藥。③信號轉導通路：研究發現，PI3K/AKT/mTOR信號通路可參與前列腺癌化療耐藥，導入活化的AKT可增強其化療耐藥[14]。NF-κB信號通路亦與前列腺癌化療耐藥密切相關。有研究表明，NF-κB與AR信號轉導通路可產生交叉作用，過表達的NF-κB主要因子p65/Rel會增加AR蛋白水平，從而促進前列腺癌惡化，進而產生化療耐藥[15]。④自噬：前列腺癌細胞在缺血、缺氧以及營養缺失刺激下，能夠啟動自噬對細胞內物質的降解和循環利用，使腫瘤細胞得以生存。另外，前列腺癌細胞還可通過自噬清除受損的大分子或細胞器，阻斷凋亡信號級聯傳導，這些機制可能與腫瘤細胞化療耐藥有關。癌基因(如Bcl-2、p53等)、信號轉導通路(如PI3K/AKT/mTOR)等均可參與自噬的激活或調控。研究表明，自噬在前列腺癌經去勢治療發展為去勢抵抗性前列腺癌過程中亦具有重要作用[16]。因此，針對自噬在前列腺癌化療耐藥中的作用，通過調控自噬來治療前列腺癌化療耐藥有可能成為一種重要的臨床手段。目前認為，PI3K/AKT/mTOR信號轉導通路、AMPK、Beclin1、內質網應激等均可參與自噬調控。

2.1 PI3K/AKT/mTOR信號轉導通路在自噬調控中的作用 Ⅰ、Ⅲ型PI3K均能參與自噬調控過程。Ⅲ型PI3K通過與Beclin1(即ATG6)、p150/hVps35形成復合物促進自噬[17]。Ⅰ型PI3K可通過激活mTOR抑制自噬，Ⅰ型PI3K通過磷酸化質膜上的磷脂酰肌醇二磷酸形成磷脂酰肌醇三磷酸，募集蛋白激酶PDK1和AKT，并由PDK1磷酸化激活AKT?；罨腁KT通過磷酸化TSC2阻止TSC2與TSC1的異源二聚體化，從而阻止這種復合物激活Rheb蛋白的GTP酶能力。GTP結合的Rheb蛋白可激活mTOR，能夠抑制自噬。目前mTOR抑制自噬激活的方式有兩種：一種是通過磷酸化下游與翻譯相關的蛋白4EPB1和P70S6K，啟動相關基因轉錄和翻譯，從而抑制自噬；另一種是直接磷酸化ATG13，使其與ATG1結合能力減弱，從而抑制自噬[18]。研究表明，酪氨酸激酶抑制劑塞卡替尼可抑制前列腺癌細胞轉移，但其在誘導細胞凋亡中的作用有限，這可能是由于自噬的影響[19]。塞卡替尼抑制PI3K/AKT/mTOR/S6K信號級聯反應，可導致自噬上調進而導致前列腺癌耐藥產生。因此，通過PI3K/AKT/mTOR信號轉導通路調控自噬，可克服前列腺癌化療耐藥。另外，利用3-甲基腺嘌呤(3-MA)抑制Ⅲ型PI3K能夠阻斷自噬，可逆轉前列腺癌耐藥[20]。

2.2 AMPK在自噬調控中的作用 AMPK是細胞能量代謝的感受器，在維持細胞能量供應動態平衡中發揮重要作用。在營養缺乏條件下，細胞面臨供能不足，ATP/AMP降低，在低能量水平下AMPK被上游蛋白激酶LKB1激活，進而使AMP/ATP升高?；罨蟮腁MPK，一方面通過磷酸化激活TSC1/2復合物，從而抑制mTOR活性，誘導自噬；另一方面可募集ULK1，并在其富含絲氨酸和蘇氨酸的區域進行多位點磷酸化，從而激活ULK1，直接調控自噬。因此，AMPK是自噬的正性調控因子。AMPK可抑制mTORC1導致的TSC1/2磷酸化[21]，從而誘導自噬。有研究證實，前列腺癌細胞經雄激素剝奪和低氧，可促進AMPK激活，同時觸發雄激素依賴性前列腺癌自噬產生，而自噬可保護前列腺癌細胞免于凋亡而導致耐藥[22]。

2.3 Beclin1在自噬調控中的作用 Beclin1是最早發現與自噬調控相關的基因。Beclin1蛋白具有BH3結構域，抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xl可與BH3結構域結合，從而抑制自噬。Beclin1是形成自噬體的必需分子，可介導自噬相關蛋白定位于吞噬泡，并與多種蛋白反應調控自噬體的形成與成熟。研究表明，Beclin1過表達可促進自噬，其原因可能是Beclin1過表達會導致與Bcl-2/Bcl-xl解離，通過與Vps34結合形成復合體，誘導自噬體形成，從而促進自噬。自噬與凋亡之間存在互反饋調節機制，而Beclin1可能是調控自噬/凋亡互反饋作用的交匯點。Beclin1能通過促進凋亡和過度自噬等機制提高前列腺癌細胞的化療敏感性[23]。但有研究認為，Beclin1可能還促進細胞保護性自噬產生，抑制細胞凋亡，從而導致化療耐藥[24]。利用小干擾RNA(siRNA)敲除Beclin1能夠阻斷自噬，繼而逆轉前列腺癌耐藥[20]。

2.4 內質網應激在自噬調控中的作用 內質網是真核生物蛋白合成的重要細胞器。在多種病理生理條件下，如蛋白酶體抑制、營養不足、缺氧、鈣失衡等，可引起內質網功能紊亂，導致內質網蓄積大量未折疊或錯誤折疊蛋白質，繼而誘發未折疊蛋白反應和內質網應激。

由于大量未折疊蛋白蓄積導致內質網應激時，細胞通常會發生凋亡。但最近研究表明，內質網應激也可誘導前列腺癌自噬性細胞死亡[20,23]。內質網應激主要通過內質網跨膜蛋白PERK/真核啟動因子2A(eIF2A)和IRE1/JNK1途徑激活自噬。PERK信號轉導通路可通過激活eIF2A、活化自噬相關蛋白ATG12，從而觸發自噬，且在自噬體中可見LC3-Ⅰ減少和LC3-Ⅱ增加。JNK是IRE1下游的一個靶點，激活IRE1/JNK可誘導Bcl-2和p53的磷酸化，干擾Bcl-2與Beclin1結合，導致腫瘤細胞自噬性死亡。

3 自噬抑制劑在前列腺癌化療耐藥中的臨床應用前景

目前，在前列腺癌化療耐藥中的臨床研究中，常用的自噬抑制劑有3-MA、靶向特異性ATG的siRNA。但對于siRNA，多在基礎研究中證實有自噬抑制作用，進入臨床研究的自噬抑制劑包括氯喹及其衍生物羥基氯喹、巴佛洛霉素A1等[25]。

前列腺癌其他自噬抑制劑有二甲雙胍、去甲氯丙咪嗪等。二甲雙胍通常用來治療非胰島素依賴型糖尿病。近年被證實，二甲雙胍具有抑制自噬作用[25]，但其抑制自噬的具體機制尚需進一步研究。二甲雙胍可激活AMPK，進而抑制mTOR，從機制上看二甲雙胍抑制mTOR可激活自噬。但有研究表明，二甲雙胍可隔離自噬調節因子Beclin1，從而抑制自噬[26]。二甲雙胍除了抑制自噬，還能抑制前列腺癌、卵巢癌、乳腺癌等細胞增殖。近年研究發現，二甲雙胍治療糖尿病同時還可降低其前列腺癌的發病率和病情程度[27]。去甲氯丙咪嗪是三環類抗抑郁藥，可通過抑制自噬體和溶酶體的融合，從而抑制自噬[28]。但其具體機制尚需進一步研究。目前，雖然文獻報道了多種調控自噬的化合物，但其能否抑制前列腺癌化療耐藥尚不清楚，仍需進一步研究。

綜上所述，以自噬為切入點研究前列腺癌化療耐藥，為腫瘤耐藥機制研究提供了新的方向。PI3K/AKT/mTOR信號轉導通路、AMPK、Beclin1、內質網應激等均可參與自噬調控，有可能成為前列腺癌化療耐藥的治療靶點。今后還需進一步探索聯合治療、靶向治療等在臨床中的應用，使自噬調控藥物更好地發揮作用。