自噬在腫瘤轉移中的作用*

晏曉杰 黃小丹 文濟剛 馬帥靜 陳笑天 張媛媛

(四川大學華西基礎醫學與法醫學院藥理學教研室，四川 成都 610041)

1 腫瘤轉移的危害與機制

隨著人類生活方式的改變、環境污染的加重和人口老齡化的加劇，惡性腫瘤的發病率和死亡率越來越高。轉移是惡性腫瘤最致命的特征，占腫瘤相關死亡的90%以上[1]。在肺癌新發病例中,非小細胞肺癌占80%，轉移擴散占死亡總數的70%以上[2]。約50%的結直腸癌患者發生肝轉移而導致肝癌，并進而發生全身轉移[3]。乳腺癌能向周圍淋巴結和全身器官轉移，最常見的是腦轉移，90%以上的乳腺癌相關死亡是由于遠端轉移[4]。惡性腫瘤轉移后，手術治療難以根除，容易復發，而藥物治療容易出現耐藥。盡管在癌癥的病理機制研究和診斷治療方面都取得了不少進展，但目前學術界關于腫瘤轉移的確切機制尚無定論，臨床上也欠缺阻斷腫瘤轉移的有效藥物[5]。

越來越多的證據支持腫瘤轉移相關的“種子-土壤”假說。該假說是Stephen Paget于1989年提出的，認為腫瘤轉移的器官偏好模式是轉移瘤細胞(種子)和其器官微環境(土壤)相互作用的結果[6-7]。以“種子-土壤”假說為基礎，學者們提出了其他的腫瘤轉移相關理論假說，包括上皮-間充質轉化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)、腫瘤干細胞(Cancer stem cells， CSCs)和巨噬細胞浸潤。

2 自噬及相關信號通路

自噬是一種進化相當保守的生物過程，指的是真核細胞的細胞器與各種物質被包裹在磷脂雙分子層內形成自噬體，進而運送到溶酶體進行降解，達成各成分的回收利用。自噬在細胞生長和細胞內穩態的調節中發揮至關重要的作用[8]。根據細胞內底物運送到溶酶體的方式可將細胞自噬分為三種：巨自噬(Macroautophagy))、微自噬(Microautophagy)和分子伴侶介導的自噬(Chaperone-mediated autophagy，CMA)[9]。

誘發自噬的內外界因素很多，包括營養不良、活性氧(Reactive oxygen species，ROS)、缺氧、藥物刺激等。這些因素會激活一系列復雜的信號轉導途徑,進而誘導發生自噬。如果自噬調節發生紊亂，就會導致一系列病理反應，如神經退行性疾病、衰老和腫瘤等[10]。如圖1所示，自噬包括成核、延伸、自噬體和自噬溶酶體形成等過程，并且接受一系列高度保守的的基因的調控，這些基因稱為自噬相關基因(Autophagy-related genes，ATGs)，如ATG1、ATG13、ATG16等[11]。自噬通路中的關鍵因子非常復雜，包括哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin，mTOR)、Ⅰ類PI3K(Phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)、AKT、Ⅲ類PI3K、Beclin-1、p53等。AMP依賴的蛋白激酶(AMP activated protein kinase， AMPK)/mTOR通路是自噬的一條重要通路。

3 自噬的促進腫瘤轉移作用

腫瘤細胞在轉移過程中，各種外界刺激都可以影響轉移的順利進行，包括缺乏細胞外基質(Extracellular matrixc，ECM)的支持保護、增強的代謝和氧化應激、持續的DNA損傷等。

圖1 自噬信號通路示意圖注：各種外界因素(如藥物作用等)使AMP與ATP的比例上升，激活AMPK，抑制mTOR。AMPK能夠促進ULK1的表達，并與Ⅲ類PI3K復合物共同調控ATGs的表達，啟動細胞自噬過程。

自噬可通過減弱失巢凋亡抵抗來發揮促進腫瘤轉移的作用。細胞與ECM分離后會繼發一種程序性細胞凋亡——失巢凋亡(Anoikis)。失巢凋亡是一種由于缺乏ECM支持而導致的程序性細胞死亡，它可以防止粘附依賴型細胞在非適宜ECM上附著及生長，從而避免細胞在其他器官的增殖[12]。腫瘤細胞也不例外，為獲得更強的存活能力，癌細胞通過各種形式的基因突變與表觀修飾來誘導細胞存活信號分子如PI3K、GTPase等的產生，進而誘導細胞因子自分泌并增強受體酪氨酸激酶的表達，減弱失巢凋亡對腫瘤細胞轉移的影響[13]。

自噬還可通過維持線粒體功能和能量平衡來促進腫瘤轉移。自噬可通過維持線粒體的正常功能，即產生三磷酸腺苷(Adenosine-triphosphate，ATP)、抗氧化、抗DNA損傷等來減弱細胞凋亡的可能性，進而促進腫瘤轉移[14]。研究發現，Atg5缺陷型自然殺傷細胞可導致線粒體損傷，活性氧過度生成，而自噬反應對于自然殺傷細胞的成熟至關重要[15]。自噬在原發性肝細胞癌中可通過維持細胞內ATP的水平及激活線粒體-β氧化來促進缺氧誘導因子1a(Hypoxia-inducible factor，HIF-1a)介導的細胞增殖，并進而促進轉移[16]。

腫瘤細胞在無法與ECM建立聯系的情況下，可通過一系列信號通路下調RAS/MAPK及PI3K/Akt通路活性進入休眠形式而增強其存活侵襲能力,這是腫瘤復發轉移的一種機制[17]。

自噬影響著CSCs的起源、維持和侵襲,進而對腫瘤的轉移及耐藥產生影響[18]。自噬可通過調節白介素6的分泌來影響自噬依賴性乳腺癌細胞中CSCs干性的維持[19]。HIF-1α誘導產生低氧，同時間歇性缺氧也可誘導HIF-1α、LC3-Ⅱ等的高表達，誘導細胞產生更強的自噬，增強CSCs的存活能力[20, 21]。

4 自噬的抑制腫瘤轉移作用

自噬可以減少缺氧誘發的腫瘤壞死，抑制炎癥細胞浸潤，從而抑制腫瘤轉移。由于腫瘤內部的代謝應激和缺氧，細胞很容易壞死，這導致腫瘤部位經常發生炎癥細胞尤其是巨噬細胞浸潤，從而形成一個易于腫瘤細胞轉移的微環境[22]。雖然自噬可抑制腫瘤發生，但在腫瘤轉移早期，自噬可以促進細胞在代謝應激和缺氧條件下的存活，促進腫瘤轉移。作為細胞應激狀態下提供營養物質的重要途徑，自噬可以保護腫瘤細胞，避免凋亡或壞死的發生，進而減少細胞凋亡以及后續的免疫炎癥浸潤，最終達到抑制腫瘤細胞轉移的效果[23]。

自噬潮在某些情況下可觸發腫瘤細胞凋亡而抑制腫瘤轉移。吉非替尼通過阻斷PI3K/AKT/mTOR途徑增加自噬流，促進肺癌細胞的自噬和凋亡，導致肺癌細胞死亡[24]。

自噬可通過調節免疫應答而抑制腫瘤轉移。自噬調節免疫調制器高遷移率族蛋白1(High mobility group box-1 protein，HMGB1)由腫瘤細胞選擇性釋放，釋放后HMGB1，再激活樹突狀細胞，觸發強烈的抗腫瘤免疫反應而抑制轉移[25]。HMGB1在Lewis肺癌細胞中的表達增加，并從細胞核穿梭到細胞質中后被分泌， 與自噬的上調一致。饑餓可促進Lewis肺癌細胞分泌HMGB1，進而調節自噬，促進存活[26]。

自噬可防止癌基因誘導的細胞衰老和加快早期腫瘤進展。基底自噬是維持小鼠干細胞靜止狀態的必要條件，生理老化、衛星細胞自噬的失敗或幼細胞自噬的遺傳損傷會導致衰老。對158例原發性黑色素瘤患者的隨訪表明，腫瘤Atg5水平低的患者的無進展生存率降低。因此，通過防止癌基因誘發的衰老減少ATG5 表達可以促進細胞增殖，并可能有助于抑制早期皮膚黑色素瘤的發展[27]。

自噬性細胞死亡可以抑制腫瘤轉移[28]。雄激素受體(Androgen receptor，AR) 可能在前列腺癌進程中發揮復雜甚至相反的作用。靶向AR可能誘發前列腺癌細胞凋亡、自噬性細胞死亡和程序性壞死，但靶向AR可能通過脫落凋亡和嵌入式死亡抑制細胞死亡，可能導致轉移增多[29]。

活性氧(Reactive oxygen species，ROS)可通過調節自噬來抑制腫瘤轉移。印苦楝內酯誘導產生過量ROS，抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路，調節胰腺癌細胞的凋亡和自噬，從而通過線粒體介導的細胞凋亡而不非自噬來抑制增殖和轉移[30]。

5 總結與展望

綜上所述，如圖2所示，自噬既有促進腫瘤轉移的作用，也有抑制腫瘤轉移的作用。

圖2 自噬對腫瘤轉移的作用注：自噬通過調節CSCs存在、回收代謝產物、減弱失巢凋亡、穩定線粒體功能、誘導細胞休眠來促進腫瘤細胞體內轉移。同時,自噬也能通過調節細胞缺氧、凋亡、衰老、免疫應答,或誘導細胞自噬性死亡來抑制腫瘤的轉移。

但是自噬的雙面作用究竟是機制的單純質變，還是量變的積累，目前尚無定論。具體是什么刺激因素或關鍵因子決定著自噬在腫瘤轉移中的角色，目前依然未知。如果我們能找到在這個轉變過程中的關鍵分子或通路，很有可能開發出靶向自噬而治療腫瘤轉移的有效藥物。鑒于自噬在多種疾病中的作用，甚至有可能用于治療其他疾病。