自噬在肺癌中的研究進展

郭小波，耿 慶※，張 楠，江文洋，范 濤，李東航，張 霖

(武漢大學人民醫院 a.胸外科，b.心血管內科，武漢 430060)

自噬的本質是溶酶體依賴的蛋白質降解途徑，通過對蛋白和受損細胞器的降解及循環再利用，維持內環境的平衡及穩態。根據降解物質運送至溶酶體方式的不同可將自噬分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬；按照自噬對降解對象是否具有選擇性又可將自噬分為選擇性自噬和非選擇性自噬，在選擇性自噬中研究較多的是線粒體自噬[1]。研究發現，自噬異常與腫瘤、神經退行性疾病、心血管疾病等的發生發展有密切關系[2]。在各種腫瘤模型中，自噬發揮雙重作用，是初始腫瘤發生的抑制劑，然后成為腫瘤進展的促進劑，自噬抑制或加速腫瘤的發生和進展[3-4]，并且腫瘤治療過程中的療效可能受益于自噬的誘導和抑制，因此準確評估自噬在腫瘤中的作用至關重要[5]。

近年來，肺癌患病率高且發病率不斷升高，其病死率位于各種惡性腫瘤之首，每年全世界約有130萬人死于肺癌，且近1/3的新發肺癌病例發生于我國[6-7]。因此，明確肺癌發生、發展的分子機制和途徑，尋找更為有效的治療方法和靶向藥物至關重要。自噬與肺癌關系密切，一方面自噬有利于肺癌細胞的存活，促進肺癌的發生發展，抑制基礎的自噬可以減少肺癌細胞增殖；但與此同時自噬又可以經非胱天蛋白酶依賴途徑引起肺癌細胞的死亡，增加自噬可以抑制肺癌的發展[2,8]。自噬在肺癌中發揮保護作用還是促進肺癌惡化值得進一步研究。現就自噬在肺癌中的研究進展予以綜述。

1 巨自噬與肺癌

巨自噬即通常所指的自噬，是溶酶體介導的細胞內物質降解途徑，雙層膜空泡通過包裹細胞內物質(如蛋白質、脂質)及損傷細胞器形成自噬體，自噬體與溶酶體結合，并在溶酶體酶的作用下降解自噬底物成為氨基酸、脂肪酸等基礎成分，重新用于代謝途徑及產生ATP，維持內環境的穩態[9]。在饑餓或能量缺乏時，通過激活腺苷一磷酸活化蛋白激酶和抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號通路啟動巨自噬經典通路。mTOR激酶是誘導自噬的重要調節分子，激活的mTOR[磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)和絲裂原激活蛋白激酶信號轉導]可抑制自噬，而mTOR(腺苷一磷酸活化蛋白激酶和p53信號轉導)的負性調節則促進自噬。mTOR下游自噬蛋白Beclin1及液泡分選蛋白34(唯一的Ⅲ類PI3K)，其與激活自噬的大分子復合物相關，并通過自噬相關基因(autophagy-related gene,Atg)形成Atg12-Atg5-Atg16L1復合體，控制自噬體的形成。此外，SQSTM1(sequestosome 1，一種選擇性自噬接頭蛋白)/p62以及微管相關蛋白輕鏈3-Ⅱ(microtubule-associated protein 1 light chain 3 Ⅱ，LC3-Ⅱ)蛋白在識別細胞和靶向自噬中也發揮重要作用[10]。

巨自噬與肺癌關系密切。研究發現，在癌癥背景下，致瘤過程(如激活PI3K/Akt、Akt/mTOR或胞質中p53蛋白的聚集)會導致自噬受損，而自噬受損或抑制會引起基因組的不穩定性，干擾細胞分化，影響細胞衰老程序的激活，此外還可擾亂細胞代謝，自噬受損又是一個潛在的致瘤過程[1-2]。雖然在腫瘤發生的早期階段自噬常受損，但在腫瘤進展的晚期階段，自噬恢復，恢復的自噬使腫瘤細胞應對內源性應激(如缺氧)，并增加對化療或放療的抵抗力[11]。Rao等[12]研究顯示，在KRASG12D-促使的肺癌中，自噬可抑制早期腫瘤的發生，自噬缺陷通過影響腫瘤微環境導致腫瘤的形成，而晚期自噬可加速腫瘤的進程。Atg5依賴的自噬在肺癌進展中可能發揮雙重作用。起初自噬受損，使腫瘤灶增加，并使從異型增生到腺瘤的轉化加快，然而，從腺瘤到腺癌的進展需要自噬，表明損傷的自噬最終導致腫瘤減少，并使腫瘤小鼠的存活率增加[5]。Guo等[13]發現自噬抑制KRAS誘發肺腫瘤的嗜酸粒細胞瘤進展并保持脂質平衡。此外，自噬標志物LC3和p62/SQSTM1在早期非小細胞肺癌中有重要的預后價值，高LC3水平可能與較低的腫瘤侵襲性有關，而p62高表達與侵襲性腫瘤行為顯著相關[14]。

近年來研究發現靶向巨自噬可能被用于肺癌的治療。新的含肟-吡唑衍生物通過誘導自噬，以劑量和時間依賴性的方式抑制A549肺癌細胞增殖[15]。過氧化氫酶通過調控自噬有助于保護肺癌細胞免于凋亡和壞死[16]。

Chen等[17]發現，在A549人肺癌細胞中，順鉑通過上調自噬相關蛋白5和自噬基因Beclin1的mRNA和蛋白質表達水平誘導自噬。當用小干擾RNA敲除Atg5和Beclin1破壞順鉑誘導的自噬反應時，caspase-3分裂增加，細胞活力降低，表明在A549人肺癌細胞中，通過Atg5和Beclin1抑制自噬，可促進順鉑誘導的凋亡性細胞死亡，增加療效。Leung等[18]發現，一種抑制KRAS-磷酸二酯酶δ相互作用的小分子抑制劑Deltarasin可通過阻斷自噬及增加其細胞毒性抑制KRAS依賴性肺癌細胞的生長。RNA結合基序5是一種腫瘤抑制基因，其抑制腫瘤細胞的生長。在人肺腺癌細胞中RNA結合基序5過表達，通過上調Beclin1基因、核因子κB/p65和下調Bcl-2誘導自噬，RNA結合基序5增強的自噬發揮細胞保護作用，因此抑制自噬可能增加RNA結合基序5在肺癌中的抗腫瘤功效[19]。此外，在人肺癌細胞中，由于KRAS突變而引起絲裂原細胞外信號調節激酶高表達。而絲裂原細胞外信號調節激酶162通過誘導細胞周期停滯和細胞凋亡抑制人非小細胞肺癌的生長；此外，它可誘導自噬，同時使用絲裂原細胞外信號調節激酶162與自噬抑制劑，可抑制非小細胞肺癌細胞的生長并增強細胞凋亡[20]。總之，靶向自噬在將來可用于肺癌的治療。

2 線粒體自噬與肺癌

線粒體的主要功能是產生ATP，調節能量平衡和細胞周期的重要細胞器。受損線粒體聚集產生活性氧類及各種炎性因子，產生細胞毒性并導致細胞死亡，受損線粒體的去除對于維持細胞穩態至關重要[21]。受損線粒體去除的重要途徑是線粒體自噬，線粒體自噬是一種選擇性自噬過程，其是細胞通過自噬，在溶酶體酶的作用下，特異性從細胞中清除損傷或不需要線粒體的過程。線粒體自噬包括PINK1(PTEN induced putative kinase 1)/Parkin、BNIP3L(protein 3-like protein)/Nix和FUNDC1(FUN14 domain containing 1)等多條自噬途徑[22]。在線粒體損傷時,PINK穩定存在于線粒體外膜并招募E3連接酶Parkin，通過多聚泛素化作用導致自噬連接蛋白SQSTM1/p62等聚集，并結合到LC3上啟動自噬。另外，BNIP3和BNIP3L/Nix可通過非泛素化機制直接啟動自噬。

線粒體自噬在肺癌細胞存活中發揮關鍵作用，線粒體自噬的主要調節因子被認為是腫瘤抑制因子，且隨著肺癌的進展，BNIP3表達下調[23]。E3泛素連接酶(ARIH1/HHARI)是PINK1依賴得線粒體自噬調節因子，在肺腺癌中過表達且與化療誘導的凋亡抵抗相關，而抑制線粒體自噬或自噬調節因子可以增強腫瘤細胞對化療誘導的死亡[23]。楊瑩[24]研究發現，肺癌干細胞中線粒體功能損傷且數量減少，對溶酶體和線粒體的激光共聚焦成像顯示肺癌干細胞中存在活躍的線粒體自噬現象，對其機制的進一步研究發現BNIP3L蛋白在其中發揮一定作用。

夏茂[25]研究發現，溶瘤麻疹病毒疫苗株(MV-Edm)通過誘導線粒體自噬抑制細胞的抗病毒固有免疫應答，抑制細胞凋亡，促進病毒的復制，導致非小細胞肺癌壞死性細胞死亡，因此可以通過調節自噬增強MV-Edm溶瘤效果，優化MV-Edm溶瘤策略。用于治療偏頭痛的酒石酸雙氫麥角堿可以抑制多種肺癌細胞生長，其通過降低線粒體膜通透性，增加活性氧類產生和凋亡，導致線粒體受損，從而激活PINK1途徑的線粒體自噬，誘導細胞凋亡和促進肺癌細胞死亡，表明酒石酸雙氫麥角堿可以開發為抗肺癌治療劑[26]。

3 外泌體與肺癌自噬

近年來，關于外泌體與疾病的研究逐漸增多，研究表明，外泌體參與細胞或機體免疫應答、組織修復、調節細胞自噬、增殖分化、分泌功能等生理過程，亦可參與細胞轉化、腫瘤生長、增殖、轉移及誘導耐藥等病理過程[27]。其最早是在培養網織紅細胞的上清液中被分離純化出來，并且被發現是由人體細胞釋放到細胞外的囊泡結構，透射電鏡下顯示為類似于紅細胞模型的雙凹圓盤狀結構。囊泡內容物具有多樣性，可包含蛋白質、核酸或脂質等在細胞通訊中發揮作用的生物活性物質；此外，在機體血液、尿液、漿膜腔液、腦脊液甚至乳汁中均分離出外泌體，說明外泌體還具有普遍性[27-28]。與其他信號分子相同，細胞形成外泌體后可通過自分泌、旁分泌或內分泌等方式運輸到目標部位，接近目標細胞后，由于其具有脂質雙分子層的結構，外泌體分子配體與靶細胞受體接觸，或通過膜融合、內吞等方式入胞繼而發揮特定生物學作用。

研究表明，外泌體與惡性腫瘤自噬過程有關，且具有雙重性，一方面外泌體可以調節自噬，而反過來，Atg可以調節外泌體的釋放，外泌體作為細胞間信息交流的載體，根據其內容物的不同，調節對細胞代謝及細胞間物質交換和信息交流，參與生理、病理過程以及腫瘤侵襲轉移等過程[29]。外泌體含有凋亡抑制蛋白(Bcl-2、Bcl-xL、Bax)、蛋白酶體等可以抑制乳腺癌、白血病等腫瘤自噬，在腫瘤增殖及侵襲過程中發揮作用[30-31]。外泌體中的miR-7-5p被發現誘導受體細胞自噬，外泌體介導的自噬明顯被miR-7-5p抑制劑減弱。此外，外泌體miR-7-5p誘導的自噬與表皮生長因子受體/PI3K/Akt/mTOR信號通路相關[32]，進一步研究表明，miR-7-5p可靶向抑制表皮生長因子受體表達，該過程可能涉及抑制表皮生長因子受體mRNA向蛋白翻譯進程及對mRNA本身進行降解，從而抑制非小細胞肺癌的增殖和侵襲過程[33-34]。另一方面，Guo等[34]研究發現自噬可調節外泌體的釋放，Atg5能夠通過控制外泌體的釋放量調節癌細胞的轉移與擴散。Guo等[34]進一步證實，由Atg5-Atg16L1所控制的外泌體釋放機制能夠產生一系列復雜的效應，包括自噬基因、自噬激活與抑制、溶酶體靶向藥物和癌細胞轉移的微環境等。在臨床同時應用酪氨酸激酶抑制劑類藥物(吉非替尼、厄洛替尼)和化療藥物順鉑治療晚期非小細胞肺癌時出現了拮抗效果，原因是酪氨酸激酶抑制劑類藥物(吉非替尼)處理過的細胞通過外泌體介導上調細胞自噬、抑制細胞凋亡來降低對順鉑的敏感性，而通過外泌體分泌抑制劑GW4869處理可增加酪氨酸激酶抑制劑、順鉑的協同殺傷效果[35-36]。

4 自噬在肺癌放化療耐藥中的研究

目前對于肺癌的治療最新美國國家綜合癌癥網絡指南指出[37]，Ⅰ、Ⅱ期及部分Ⅲ期的非小細胞肺癌患者的首選方案為手術，術后高危患者、不愿或不可手術患者可行放療、化療、靶向治療；小細胞肺癌分期不超過T1～2N0的患者可行手術治療，其余患者需行化療或同步放療。癌癥化療藥物與電離輻射往往誘導肺癌細胞自噬，研究顯示電離輻射誘導正常肺臟中自噬相關結構的功能障礙，LC3A/Beclin1 mRNA轉錄水平降低，LC3A和p62蛋白聚集，這是由于自噬體的成熟缺陷還是異常降解增多值得深一步研究[38]。當誘導的自噬對肺癌細胞具有保護作用時，抑制自噬可以增強肺癌細胞對化放療的敏感性[39]，故可以用自噬抑制劑與化療或放療聯合應用來治療肺癌。

研究表明降糖藥二甲雙胍通過激活腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體抵抗的肺癌細胞自噬流，增強腫瘤壞死因子相關的凋亡誘導配體介導的腫瘤細胞死亡。二甲雙胍聯合化療可以提高抗癌藥物的療效，同時減少不良反應發生，減輕耐藥性[40]。表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑吉非替尼和埃羅替尼已被廣泛用于非小細胞肺癌患者的治療,吉非替尼或埃羅替尼通過抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路誘導肺癌細胞中高水平的自噬，當氯喹或Atg5和Atg7的靶向小干擾RNA抑制自噬時，吉非替尼或埃羅替尼誘導的細胞毒性及抑制增殖的效果大大增強，因此自噬抑制在提高表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑對晚期非小細胞肺癌患者治療效果中是一個有前途的方法[41]。在化療耐藥性肺癌細胞中Klotho基因水平顯著降低，并伴隨著在耐藥肺癌細胞中細胞自噬的增加。過表達Klotho和給予順鉑處理的A549細胞，自噬受到抑制，此外Klotho和順鉑以劑量和時間依賴的方式抑制肺癌細胞的增殖，而敲除Klotho，明顯促進肺癌細胞的增殖，因此，可以通過誘導抑制腫瘤基因Klotho的表達，抑制耐藥肺癌細胞自噬，從而恢復耐藥細胞對化療的敏感性[42]。Yu等[43]研究發現，內質網應激的激活能通過抑制PI3K/Akt/mTOR通路促進細胞自噬和凋亡，從而逆轉人小細胞肺癌細胞的耐藥。

5 展 望

自噬在肺癌的發生發展、增殖及治療中發揮重要作用。在肺癌治療中可將自噬作為肺癌治療靶點，通過調節自噬活性誘導自噬或抑制自噬，從而影響肺癌細胞抑制肺癌生長。但自噬與腫瘤的復雜關系還有待進一步探討，深入識別自噬的功能將有助于找到治療肺癌的靶點。另外，外泌體在各種病理生理中均顯示出其作用，但在肺癌中的研究尚顯不足，仍需研究其在肺癌進展及治療中的作用及調控點，從而在肺癌治療中發揮獨有的作用，提高肺癌患者生存期及生活質量。