自噬在胰腺癌發(fā)生發(fā)展及治療中的研究進展

張歡宇 綜述 黃用豪 審校

海南醫(yī)學院海南省熱帶病重點實驗室，海南 海口 571199

胰腺癌(pancreatic cancer)是世界上最難治的惡性腫瘤之一[1]。胰腺癌的5年生存率低于9%并且中位生存期僅為6個月，預計到2030年將成為世界上第二常見的惡性腫瘤[2-3]。由于胰腺癌的早期癥狀不典型，很難在早期發(fā)現(xiàn)胰腺癌的存在[4]，往往在胰腺癌轉(zhuǎn)移時才被診斷。并且腫瘤的復雜微環(huán)境不僅會促進腫瘤進展，而且會阻止藥物輸送，更加增加了胰腺癌治療的難度[5-6]。因此，胰腺癌的上述情況是導致近年來其發(fā)病率呈快速上升的原因[7]。許多患者在發(fā)現(xiàn)胰腺癌時，就因疾病的局部進展或遠端轉(zhuǎn)移，而不能接受手術(shù)[8]。所以，更好的了解胰腺癌的發(fā)生發(fā)展，對早期診斷和治療以及減輕患者的痛苦具有重要的意義。

自噬(autophagy)也稱為巨自噬，是維持細胞內(nèi)環(huán)境平衡的一種特殊機制，它包括自噬體形成、自噬體-溶酶體融合和降解等一系列過程。自噬是在細胞營養(yǎng)缺乏、氨基酸減少、缺氧和代謝壓力等條件刺激下被激活，接下來細胞質(zhì)大分子物質(zhì)和受損的細胞器被雙層自噬囊泡包裹，隨后這種自噬體和溶酶體融合，通過溶酶體降解來延長細胞的存活[9-10]。然而，在人類癌細胞中，由于自噬具有自我保護或促凋亡的雙重作用，其功能備受爭議[11]。本文就自噬在胰腺癌發(fā)生發(fā)展及治療中的作用進行綜述。

1 自噬發(fā)生的過程

自噬是一個在進化上高度保守的應激過程。最初是通過酵母的基因篩選出來的，在哺乳動物中自噬的核心機制具有良好的特征性和保守性[12-14]。自噬是通過一個特定的程序激活的，以應對持續(xù)的細胞應激壓力[15]。在氨基酸或血清缺乏的情況下，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)被抑制進而抑制自噬的過程。或者在能量低下和葡萄糖缺乏的情況下，ATP能量受到限制，使腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)激活進而促進自噬的形成[16]。接下來，被抑制的mTOR可以抑制下游的起始前復合物(也稱為ULK1復合物)—ULK1/2-Atg13-FIP200-Atg101，或者被激活的AMPK進一步激活下游的起始前復合物。這個過程在自噬啟動、磷酸化多個下游因子中起重要作用。隨后ULK1復合物進一步激活起始復合物(也稱Ⅲ類PI3K復合體)。起始復合物招募和激活Atg14L、Beclin1、p150和VPS34等[17]。這個過程中，VPS15激活VPS34，Atg14L綁定到Beclin1上，并且該復合物的活性受到BCL2(B-cell lymphoma 2，抗凋亡蛋白)的抑制[18]。然后該復合物可將磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸磷脂酰肌醇(PI3P)。產(chǎn)生的PI3P在自噬泡雙膜中發(fā)揮延伸的作用。并且WIPI(與WD重復域磷酸肌醇相互作用的蛋白質(zhì))及其結(jié)合伴侶ATG2A或ATG2B在PI3P產(chǎn)生位點的膜延長的早期階段起作用[17]。以上步驟為自噬囊泡形成的起始階段，有助于自噬囊泡的延伸。此過程中，任何一步受到影響將不會引起自噬的發(fā)生。

自噬體的延伸和成熟是通過兩個泛素樣結(jié)合體系協(xié)同活動發(fā)生的。這兩個泛素樣結(jié)合體系包括：(1)ATG12泛素樣系統(tǒng)，是通過E1泛素激活酶(ATG7)和E2泛素結(jié)合酶(ATG10)催化ATG12與ATG5結(jié)合；(2)LC3泛素樣系統(tǒng)，是通過ATG4和ATG7在其羧基末端切割LC3。兩個泛素樣蛋白偶聯(lián)系統(tǒng)共同催化ATG12/ATG5/ATG16(一起形成LC3的E3樣連接酶)和磷脂酰乙醇胺(PE)連接至LC3，形成LC3的磷脂酰乙醇胺偶聯(lián)形式(LC3-PE或LC3-Ⅱ)，將脂質(zhì)化的LC3插入到自噬體膜上可驅(qū)動自噬體的成熟[19]。接下來溶酶體與自噬體融合形成自噬溶酶體，該溶酶體降解隔離在自噬體中的物質(zhì)，并將其再循環(huán)以產(chǎn)生氨基酸、脂肪酸和核苷酸[20]。這一循環(huán)過程可以為細胞和機體提供營養(yǎng)物質(zhì)，保持細胞和機體的內(nèi)在平衡。自噬的這一系列過程是細胞在生理條件下應對各種壓力，以保持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。但是自噬在腫瘤中(特別是胰腺癌)的作用有待進一步闡明。

2 自噬與胰腺癌的關系

自噬在維持細胞穩(wěn)態(tài)，克服細胞代謝壓力和營養(yǎng)缺乏等方面起著重要作用[21]。自噬現(xiàn)象在癌細胞中被廣泛觀察到，其功能根據(jù)癌癥不同亞型和不同的細胞環(huán)境而出現(xiàn)顯著變化[22]。在適當條件下，自噬通過消除或減輕有害刺激而對癌細胞產(chǎn)生保護作用。相反，過量或延長的自噬作用通過誘導自噬相關的細胞死亡(Ⅱ型程序性細胞死亡)而獨立于或與某些細胞條件下的細胞凋亡和壞死同時發(fā)生，從而成為抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的機制[23-24]。包括胰腺癌在內(nèi)的一些抗凋亡的癌癥中，通過增強自噬相關蛋白的作用可以誘導自噬相關的細胞死亡[25]。自噬在胰腺癌發(fā)生和發(fā)展中的作用是復雜的，在不同的細胞環(huán)境中可能表現(xiàn)出相反的功能，但其機制尚未得到充分證明。

2.1 自噬在胰腺癌中的保護作用及治療策略 胰腺腫瘤因其復雜的微環(huán)境，而導致其難以治療。具體表現(xiàn)：(1)大量的細胞外基質(zhì)沉積在腫瘤細胞周圍，導致抗腫瘤藥物難以進入；(2)胰腺腫瘤周圍的血管密度低，會導致嚴重的缺氧和營養(yǎng)物質(zhì)利用的限制；(3)纖維化的腫瘤微環(huán)境會產(chǎn)生腫瘤的生存信號和免疫抑制信號等[26]。因此，胰腺癌的生長和存活需要大量的營養(yǎng)獲取和利用。而高水平的自噬既可以通過去除受損的成分來使細胞解毒，也可以為生物合成和能量生產(chǎn)提供降解貨物的中間代謝物，為腫瘤細胞提供營養(yǎng)物質(zhì)[27]。可以說自噬在促進胰腺癌的發(fā)生發(fā)展中起著關鍵作用。因此在治療胰腺過程中，自噬抑制劑在其癌癥中的治療已經(jīng)被確定。現(xiàn)在臨床研究重點在自噬的晚期階段，氯喹(CQ)和羥氯喹(HCQ)已經(jīng)被FDA(食品藥品監(jiān)督管理局)批準用于治療腫瘤。例如，自噬抑制劑氯喹和阻斷MAPK途徑的藥物曲美替尼一起治療KRAS突變的胰腺癌患者，會導致腫瘤標志物癌抗原19-9(CA19-9)和總體腫瘤負荷減少[28]。臨床隨訪研究發(fā)現(xiàn)，胰腺癌患者術(shù)前應用吉西他濱、納布紫杉醇聯(lián)合HCQ治療，可以使患者手術(shù)預后有所改善[29-30]。并且氯喹還可以通過活性氧(ROS)的溶酶體凋亡途徑使胰腺癌細胞對吉西他濱藥物敏感[31]。不僅自噬抑制劑在治療胰腺癌中發(fā)揮作用，而且在小鼠胰腺中缺乏自噬相關蛋白(Atg7或Atg5)，會促進低級別的、癌前的胰腺上皮內(nèi)瘤變的病變，但會阻斷高級別胰腺上皮內(nèi)瘤變和胰腺導管腺癌的進展[32-33]。有些新開發(fā)的或者現(xiàn)有的藥物(鋅的螯合劑TPEN和植物中分離的Withaferin-A等)也可以通過抑制自噬，達到抑制胰腺癌的效果[34-35]。總之，這些令人鼓舞的研究，提示對腫瘤治療的研究可以從抑制自噬過程入手，開發(fā)新的治療胰腺癌的策略。在胰腺癌中，自噬產(chǎn)生的另一個重要的生存效應是清除線粒體，也稱為線粒體自噬，它是一種降低細胞內(nèi)活性氧(ROS)水平的應答機制，可以有效的清除細胞內(nèi)活性氧[36-37]。線粒體呼吸過程中不斷產(chǎn)生副產(chǎn)物ROS，在部分受損的線粒體中，ROS的產(chǎn)生增加。ROS是極不穩(wěn)定的化合物，可以對其他分子(如脂質(zhì)和蛋白質(zhì))進行親核攻擊。結(jié)果，使其大分子可以與ROS共價結(jié)合，導致細胞功能破壞。而且，ROS是眾所周知的誘變化合物，可以破壞DNA，導致基因組不穩(wěn)定和ROS依賴的腫瘤發(fā)生[38]。并且線粒體自噬的產(chǎn)生也需要ROS的激活。此外，多項研究表明，線粒體自噬通過清除受損的線粒體，維持健康的和有功能的線粒體，參與腫瘤對各種癌癥治療的抵抗[39]。這些可以為治療胰腺腫瘤提供了一個很好的切入點。有研究發(fā)現(xiàn)，敲除NIX(線粒體自噬的關鍵分子)能導致胰腺上皮內(nèi)瘤變中線粒體含量增加，并且這些惡性前病變向更高級別的胰腺上皮內(nèi)瘤變轉(zhuǎn)化，可以延緩胰腺癌的進展[40]。還有用等離子活性介質(zhì)(PAM)處理胰腺癌細胞增加了細胞中活性氧(ROS)的積累并降低了線粒體膜電位。并且，PAM可通過ROS依賴性自噬誘導Aspc1細胞(一種胰腺癌細胞系)凋亡[41]。這些研究將線粒體與產(chǎn)生ROS的化合物結(jié)合進行靶向性治療，為胰腺癌治療和其他KRAS突變型癌癥帶來一種新的可能。

2.2 胰腺癌中的自噬性細胞死亡 程序性細胞死亡(PCD)在動物的正常發(fā)育和生理所需過程中起著極為關鍵的作用。根據(jù)誘導PCD的主要機制可以將細胞死亡分為三類，分別為Ⅰ型(細胞凋亡)、Ⅱ型(自噬性細胞死亡)和Ⅲ型(壞死性細胞死亡)[42]。功能失調(diào)的PCD會導致如癌癥和神經(jīng)變性等疾病。盡管細胞凋亡是PCD最常見的一種死亡形式，但越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，通過激活自噬而發(fā)生的自噬性細胞死亡在惡性腫瘤中也扮演著重要角色[43]，接下來探討自噬性細胞死亡與胰腺癌發(fā)生的關系。高水平的自噬與各種形式的細胞死亡密切相關，所以細胞死亡命名委員會(NCCD)命名了“自噬性細胞死亡”一詞，用于描述由于抑制自噬途徑而抑制的細胞死亡。Ⅱ型細胞死亡或自噬性細胞死亡的特征是吞噬大量細胞質(zhì)或細胞質(zhì)中的細胞器(如線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng))的雙膜以及多膜細胞質(zhì)囊泡的出現(xiàn)。自噬囊泡及其內(nèi)容物被同一細胞的溶酶體系統(tǒng)破壞。這種情況也發(fā)生在腫瘤細胞中，比如抗癌藥物可以在胰腺癌細胞中誘導自噬性細胞死亡，從而增強抗癌藥的細胞毒性[44]。過量的自噬誘導細胞毒性的藥物治療或使用自噬誘導劑也可導致腫瘤的自噬性細胞死亡。替西羅莫司(一種選擇性的mTOR抑制劑)已經(jīng)證明在體外能有效抑制多種胰腺癌細胞系增殖的作用。此外，替西羅莫司在胰腺癌異種移植模型中以及在Ⅰ/Ⅱ期臨床研究中無論是單一藥物還是與吉西他濱聯(lián)用，都顯示出明顯的抗腫瘤活性[45]。同樣，HDAC抑制劑MPT0E028也可以抑制PI3K/AKT/mTOR通路而引起自噬，可以起到抑制胰腺癌的效果[46]。自噬誘導劑雷帕霉素最成功的治療措施之一是其抗血管生成作用與抑制VEGF的產(chǎn)生和下游信號傳導[47]。依維莫司已被FDA批準用作胰腺癌血管生成的抑制劑[48]。雖然目前臨床上關注的焦點是自噬抑制劑與化療或細胞毒性藥物的聯(lián)合使用，但自噬在抑制起始階段腫瘤生長中的矛盾作用，需要從治療的角度加以考慮。

2.3 在胰腺癌中表觀遺傳調(diào)節(jié)劑可以調(diào)節(jié)自噬 自噬也可以通過轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳水平進行調(diào)控。蛋白質(zhì)甲基轉(zhuǎn)移酶CARM1是自噬的正調(diào)節(jié)劑，而EZH2是自噬的負調(diào)節(jié)劑[49-50]。比如鞣花酸是CARM1介導的H3R17甲基化的抑制劑，通過潛在地抑制自噬和增強細胞凋亡來降低卵巢癌細胞的增殖和惡性潛能[51]。GSK343(EZH2的競爭性抑制劑)通過抑制G1期細胞增殖，促進細胞凋亡并下調(diào)AKT/mTOR信號通路誘導自噬，引起胰腺癌細胞的活性抑制[52]。目前在胰腺癌的研究中，自噬與具有調(diào)節(jié)表觀遺傳的小分子之間的聯(lián)系還很少，加之表觀遺傳是這幾年研究的熱點，這些可以很好地成為治療胰腺癌策略的切入點。但是其作用與自噬之間形成直接聯(lián)系，尤其是在胰腺癌這種復雜疾病的情況下，研究人員還有很多工作要做。

2.4 在胰腺癌中其他可以調(diào)節(jié)自噬的機制 癌細胞具有代謝依賴性，這使它們與正常細胞有所區(qū)別。在這些代謝途徑的依賴中，癌細胞利用來自三羧酸(TCA)循環(huán)的前體來支持它們的無限生長。然而，TCA循環(huán)中間產(chǎn)物的持續(xù)產(chǎn)生會導致線粒體完整性缺陷[53]。研究發(fā)現(xiàn)，線粒體的谷氨酰胺缺乏癥會通過調(diào)節(jié)胰腺導管腺癌中的mTORC1信號來抑制自噬，進而顯著抑制其細胞生長并誘導細胞凋亡性死亡，從而發(fā)現(xiàn)了谷氨酰胺代謝在胰腺導管腺癌的生長和存活中的一個新的方面[53-54]。環(huán)狀RNA(circRNA)是一類特殊的非編碼RNA分子，circRNA分子中富含microRNA(miRNA)結(jié)合位點，在細胞中起到miRNA海綿(miRNA sponge)的作用，而miRNA與自噬之間存在著一定的關聯(lián)，并且在吉西他濱耐藥性研究中，證明沉默circRNA消除了Panc-1細胞對吉西他濱的耐藥性，這表明circRNAs可能是提高胰腺癌的化學敏感性的重要因素[55]。自噬在抗癌免疫中也有作用，主要是通過T細胞識別癌細胞上的抗原肽，從而導致癌細胞的消除。有證據(jù)表明自噬在該過程中既具有抑制作用又具有激活作用[56]。自噬對于T細胞和抗原呈遞細胞的功能至關重要，這意味著治療性自噬抑制作用很可能影響腫瘤內(nèi)免疫細胞的活性。在胰腺癌的發(fā)展和治療中，還有希望開發(fā)新的、可靠的調(diào)節(jié)自噬的方法，進而提高胰腺癌的存活率。

3 展望

本文介紹了自噬在胰腺癌發(fā)生發(fā)展和治療中的雙重作用，即保護性自噬和細胞毒性自噬，分別在胰腺癌的不同階段發(fā)揮著不同的作用。用自噬抑制劑和誘導劑自噬都會引起胰腺癌的抑制。但是自噬在胰腺癌中的作用仍然是復雜的。研究人員還需要了解自噬調(diào)節(jié)對正常細胞和整個生物體的潛在長期副作用，將有助于更好地將實驗室研究轉(zhuǎn)化為臨床應用。此外，對胰腺癌生物學和遺傳學的新見解，包括KRAS突變、腫瘤代謝和腫瘤免疫學的新發(fā)現(xiàn)，可能對開發(fā)新的治療方法有一定的價值。