自噬在非小細胞肺癌治療中的研究進展

董庭君，溫居一

肺癌是我國乃至全世界最常見的惡性腫瘤之一，其中非小細胞肺癌(non-small-cell lung cancer，NSCLC)占所有肺癌的85%，是全球癌癥相關死亡的主要原因[1]。自噬是近年來的研究熱點，它與腫瘤的發生、發展密切相關，并在腫瘤治療中起著雙刃劍的作用。作者就自噬在NSCLC中的發生、發展與治療中的作用進行綜述。

1 自噬與腫瘤

自噬是將細胞溶質和(或)其特定內容物遞送至溶酶體以進行降解的細胞內分解代謝過程，它對真核生物中細胞內物質周轉、響應和適應環境的變化至關重要[2]。在這個過程中，自噬將細胞溶質物質包裹在雙層膜結構的自噬體中，隨后自噬體和內溶酶體囊泡融合，導致分離底物降解和再循環[3]。自噬的一個關鍵功能是分解蛋白質等大分子，提供氨基酸和其他產生能量和合成新蛋白質所必需的因素。自噬可以捕獲大量物質，這種能力將自噬與蛋白酶體降解區別開來，使自噬成為各種環境中維持細胞內穩態的必要條件。在自噬體內發現的許多底物是威脅細胞生存能力的底物，如受損的細胞器、蛋白質聚集物和細胞內病原體[4]。

在正常細胞中，自噬功能可以維持細胞穩態。在饑餓或破壞性壓力下，自噬被顯著誘導，利用細胞內組分的再循環以維持細胞代謝功能。自噬減少細胞應激時出現的受損蛋白質和有毒細胞器的積累中起重要作用。這些細胞內碎片的積累會導致細胞死亡、組織損傷和促進腫瘤的慢性炎癥[5]。因此，自噬可以促進生存并減輕損傷。

而在癌癥的背景下，這是一把雙刃劍[6]。一方面，自噬使腫瘤細胞能夠耐受包括缺氧微環境、饑餓和某些形式的治療在內的壓力。即使在長時間的壓力下，自噬也能延長生存期，產生休眠的腫瘤細胞，當條件更有利時，這些細胞有能力恢復生長。這種由自噬導致的應激存活、休眠和再生過程可能是成功治療癌癥的主要障礙。另一方面，自噬在減少應激損傷、限制腫瘤基因組織損傷發生中起重要作用。通過清除受損的蛋白質和細胞器，或者通過細胞內循環維持能量平衡，自噬最終可以防止導致腫瘤發生的基因組損傷。減少損傷還可以通過限制慢性細胞死亡和導致腫瘤發生的炎癥來抑制腫瘤的發生[7]。因此，自噬調節是一種有前景的癌癥治療和預防的新方法，但應用明顯依賴于背景。確定何時以及如何調節癌癥中的自噬是一個令人興奮的挑戰，這將對尋找癌癥的根除方法提供新見解[8]。

2 自噬相關基因在肺癌中的作用

酵母的遺傳研究發現了自噬相關基因(autophagy associated gene,ATG)，并揭示了自噬過程的分子信號通路的細節[9]。自噬途徑可分為幾個不同的階段：起始、成核、成熟、融合和降解[10]。

自噬是生物體內一個高度保守的過程，依賴于一系列自噬相關蛋白的功能。ULK1激酶、FIP200、ATG13、ATG101組成的ULK復合物啟動自噬[11]，這個過程受mTORC1、AMPK等多種因素調節。Vps34復合物由Vps34以及Beclin-1、Vps15和ATG14L組成,主要負責自噬膜的成核。ATG5-ATG12共軛系統及ATG8/LC3系統一起調節自噬膜的延伸和閉合[12]，ATG3、ATG4、ATG7、ATG16L1等多種自噬相關蛋白參與到這個過程中。自噬體膜形成后，自噬囊泡被轉運至溶酶體以進行降解，氨基酸、脂肪酸等降解底物被重定向至細胞質，以便在各種代謝過程中進一步重復使用[13]。

自噬的形成過程非常復雜，需要眾多蛋白及信號通路的支持。因此，在自噬過程中，任何一個環節出現問題，都會導致自噬的缺失，繼而對腫瘤的發生、發展或者治療、預后產生影響。

對自噬相關蛋白的研究主要通過對關鍵蛋白進行。Wen等[14]通過研究393名接受了放射治療的北美NSCLC患者，對4個ATGs(ATG2B、ATG10、ATG12、ATG16L2)中的9個潛在功能單核苷酸多態性進行基因分型，發現ATG16L2 rs10898880 CC變異基因型患者的無局部復發生存率、無局部區域進展生存率和總生存率較好，但重度風險發生更高，表明該位點的多態性同時參與了抗腫瘤治療和肺部炎癥的過程，此外，Li等[15]通過研究323名NSCLC患者血液樣本中的DNA，發現ATG16L1的Thr300Ala變體可降低NSCLC患者腦轉移的風險。這些研究表明自噬的程度影響了腫瘤的發生、發展及預后。

3 自噬在肺癌相關治療中的研究進展

3.1 自噬在鉑類耐藥中的作用 目前，含有EGFR突變、ALK或ROS1融合的患者可以進行分子靶向治療[16]，由于大多數患者缺乏這些分子改變，仍然依靠以鉑類為基礎的全身化療[17]。然而，使用一段時間后，鉑類的抵抗、耐藥性問題也愈加突出，原發性及繼發性耐藥限制其臨床療效。目前認為，鉑類的耐藥與自噬相關[18]。Circu等[19]用自噬抑制劑氯喹處理A549cisR(順鉑抗性)細胞，可以誘導溶酶體膜透化，通過組織蛋白酶介導的部分caspase獨立機制增強順鉑對這些細胞的治療活性。siRNA沉默ATG5后也顯著增強順鉑對A549cisR細胞的細胞毒性。因此，在NSCLC中，溶酶體膜透化激活和自噬抑制是對抗獲得性順鉑抵抗的有效治療方式。

3.2 自噬在EGFR-TKIs治療和耐藥中的作用 表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑(epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitors,EGFR-TKIs)藥物是目前治療NSCLC的重要手段，然而，隨著治療的進行，絕大多數患者都會出現明顯的耐藥現象[20]。耐藥性出現的一個重要因素是EGFR-TKIs藥物的使用誘發了保護性自噬[21]，PI3K-AKT-mTORC1通路、P53-AMPK-mTORC1-ULK1通路、EGFR-Rubicon-Beclin 1通路、RAS/RAF/MEK/ERK1/2通路等都參與其中。Zou等[22]發現厄洛替尼可以在表達野生型EGFR耐藥的NSCLC中誘導自噬，并且誘導程度比在EGFR敏感細胞中更高，表明自噬是細胞保護性的。當厄洛替尼和自噬抑制劑氯喹或羥氯喹共同使用時腫瘤生長的抑制效果會得到明顯加強，進一步分析發現腫瘤細胞中凋亡水平明顯增強。因此，EGFR-TKIs藥物與自噬抑制劑的聯合應用可能是一種新的臨床策略，可以增強EGFR靶向NSCLC的療效。

Osimertinib(OSI)，也稱為AZD9291，是一種第3代EGFR-TKIs，用于治療患有EGFRT790M突變的NSCLC患者[23]。Tang等[24]發現OSI增加了細胞質空泡的積累，誘導癌細胞中LC3-II和GFP-LC3斑點的表達，誘導了NSCLC細胞的自噬通量。此外，OSI誘導了NSCLC NCI-H1975細胞中H2O2的產生，活性氧(如超氧化物、NO、H2O2等)的產生對于OSI誘導的自噬、細胞活力下降和NSCLC細胞凋亡至關重要。

3.3 自噬與免疫療法的關系 近年來，癌癥免疫療法備受關注，并且在許多癌癥患者中有很好的療效。PD-L1抗體與T細胞的PD-1受體結合可以阻斷PD-1對T細胞的抑制作用，從而殺傷腫瘤細胞[25]。目前，帕博利珠單抗已被推薦為NSCLC一線治療，納武利尤單抗及阿特珠單抗被推薦為NSCLC的二線治療[26]。PD1受體及其配體PD-L1可能與癌細胞中的自噬發生串擾。Clark等[27]證明，在小鼠黑色素瘤和人卵巢癌中，腫瘤細胞內源性PD-L1上調mTOR復合物1信號傳導以抑制自噬并使腫瘤細胞對自噬抑制劑敏感。Wang等[28]發現藥物抑制劑或小干擾RNA抑制自噬可以增加培養的胃癌細胞和異種移植物中PD-L1的水平。IFN-γ也促進PD-L1基因轉錄，其作用通過自噬抑制而增強。結果表明自噬抑制通過NF-κB信號傳導上調PD-L1蛋白的水平，而IFN-γ通過STAT1信號傳導誘導PD-L1表達。由此我們可以推測，自噬抑制與PD-L1抗體聯合使用是一組富有吸引力的組合，特別是對于具有高水平自噬的腫瘤，同時也能運用到肺癌的治療當中，當然這需要進一步的基礎及臨床研究支持。

3.4 自噬在NSCLC治療中的新的應用 重組人精氨酸酶(recombinant human arginase，rhArg)是一種能夠消耗精氨酸的酶，精氨酸耗竭療法已被證明是治療各種癌癥的有效治療方法[29]。Shen等[30]發現rhArg可以在NSCLC細胞中誘導顯著的細胞毒性和半胱天冬酶依賴性細胞凋亡，同時，Akt/mTOR和Erk途徑的2種信號通路和ROS參與H1975細胞中rhArg觸發自噬的過程中，在rhArg處理的NSCLC細胞時，自噬起細胞保護作用。異種移植實驗表明，與自噬抑制劑的組合增強了rhArg在體內的抗腫瘤功效。因此，單獨剝奪精氨酸或與阻斷自噬相結合可能是NSCLC的一種新穎且有前景的治療方法。

CD47，又稱整合素蛋白，是一種抗吞噬細胞分子，同時也是信號調節蛋白-α(signal regulatory protein alpha，SIRPα)的配體。可以抵御宿主對腫瘤細胞的免疫監視[31]。Zhang等[32]構建了SIRPαD1-Fc融合蛋白，靶向CD47，可以引發有效的巨噬細胞介導的吞噬作用和對NSCLC細胞的細胞毒性。在此過程中，SIRPαD1-Fc可下調Akt/mTOR信號傳導和蛋白質合成，觸發自噬發揮細胞保護作用。同時靶向CD47和自噬可以顯著增加巨噬細胞介導的對NSCLC細胞的吞噬作用和細胞毒性，并且在NSCLC異種移植模型中顯示出增強的抗腫瘤作用。因此，SIRPαD1-Fc和自噬抑制具有協同抗腫瘤作用，可以在體外和體內引起增強的抑制或甚至完全消除NSCLC，有望成為NSCLC的治療策略。

BECN1-PIK3C3-PIK3R4復合物可以觸發自噬蛋白級聯反應。Zhan等[33]發現，在不同的NSCLC細胞系中，TRIM59蛋白顯著增加。TRIM59是一個潛在的腫瘤促進基因，促進了NSCLC細胞系的增殖和遷移。進一步研究發現，TRIM59在NSCLC的自噬調節中發揮重要作用。一方面，TRIM59通過阻斷NF-κB途徑的激活減少了BECN1的轉錄。另一方面，TRIM59調節TRAF6誘導的K63相關的BECN1泛素化，從而影響BECN1-PIK3C3復合物的形成。研究進一步證明，TRIM59可介導TRAF6的K48連接泛素化并促進TRAF6的蛋白酶體降解。TRIM59通過影響BECN1的轉錄和泛素化，在自噬調節中的新的雙重作用[34]。

Cai等[35]發現，在NSCLC中，酪蛋白激酶1α(casein kinase 1 alpha，CK1α)通過作為自噬誘導劑來抑制腫瘤生長，從而激活自噬調節，抑制腫瘤的PTEN/AKT/FOXO3a/Atg7軸。具體來說，CK1α結合PTEN的C末端尾部并通過競爭性拮抗NEDD4-1誘導的PTEN多泛素化和消除PTEN磷酸化來增強PTEN穩定性和活性，從而抑制AKT活性并激活FOXO3a誘導的Atg7轉錄。值得注意的是，阻斷CK1α誘導的Atg7依賴性自噬與致癌的HRasV12協同啟動肺上皮細胞的腫瘤發生。在異種移植的腫瘤模型和人NSCLC樣本中證實了CK1α調節的自噬程序與CK1α/PTEN/FOXO3a/Atg7軸的抗腫瘤活性的關聯。這表明自噬對NSCLC起殺傷作用，提供了NSCLC治療新的方向。

通過研究自噬在肺癌治療中的作用機制，有望發現新的治療靶點，為研發新型靶向抗腫瘤藥物提供新線索。然而，自噬是如何促進或抑制NSCLC的發生、發展機制非常復雜，目前還有很多未知的領域需要去發現、研究。在什么情況下盡可能地發揮自噬的抗癌作用，同時減少對正常細胞的影響，仍是亟待解決的問題。