整合應激反應在腫瘤發生和治療中作用的研究進展

莊周道，吳 穎，馬志明，孫連坤，董德錄*

(1.吉林大學基礎醫學院 病理生理學系，吉林 長春130021；2.吉林大學第一醫院，吉林 長春130061；3.吉林大學第二醫院 胃腸外科，吉林 長春130041)

腫瘤細胞暴露于基因組不穩定、氧化應激、營養缺乏和蛋白穩態失衡等復雜應激環境下，通過激活整合應激反應(ISR)來抵抗各種形式應激產生的損傷作用。如果ISR無法修復損傷，將通過啟動死亡程序清除受損細胞。ISR介導的這種存活和死亡之間的平衡對于腫瘤的發生至關重要。目前研究認為ISR主要包括內質網未折疊蛋白反應(UPRER)和線粒體未折疊蛋白反應(UPRmt)，已經明確UPRER和UPRmt中多個效應分子在腫瘤發生過程中的作用。近來研究表明，ISR通過其樞紐分子eIF2α整合UPRER和UPRmt的應激信號，eIF2α表達和磷酸化水平決定了ISR是促進腫瘤細胞存活還是死亡。因此，探討ISR在腫瘤發生中的作用機制有望為腫瘤的治療提供新靶點。

1 UPRER與腫瘤發生

腫瘤細胞的基因組不穩定性、氧化還原失衡、低氧環境、營養匱乏等內外部環境壓力導致錯誤折疊蛋白在內質網內堆積產生毒性作用，腫瘤細胞通過激活UPRER增強對錯誤折疊蛋白的清除能力維持細胞蛋白穩態，進而抵抗惡劣的生存環境和化療藥物的毒性作用[1]。目前研究發現UPRER主要受到肌醇需要酶α(IRElα)、雙鏈RNA活化蛋白激酶PKR樣內質網激酶(PERK)和活化轉錄因子6(ATF6)調控[2]。活化的IRElα通過切割X盒結合蛋白1(XBP1)的mRNA調控其表達，激活的XBP1進一步協調內質網相關降解蛋白的表達清除錯誤折疊蛋白[3]。在內質網應激情況下，ATF6被轉運至高爾基體并切割產生有活性的ATF6f，ATF6f通過調節內質網應激相關的錯誤折疊蛋白降解基因的表達維持內質網蛋白穩態[4]。活化的PERK通過調節eIF2α的磷酸化水平抑制腫瘤細胞整體蛋白的翻譯，磷酸化的eIF2α通過活化轉錄因子4(ATF4)影響其下游靶基因的轉錄，進而實現對腫瘤生存和凋亡的調控作用[3,5]。

2 UPRmt與腫瘤發生

線粒體通過協調核苷酸、氨基酸和脂質代謝為腫瘤細胞生存和增殖提供所必需中間代謝產物[6]。然而，線粒體蛋白穩態是其為腫瘤提供能量和代謝產物的先決條件。目前，秀麗隱桿線蟲中的UPRmt的發生機制相關研究比較深入[7]，而哺乳動物中的UPRmt機制的相關研究尚處于初級階段。研究發現哺乳動物的UPRmt主要依賴于CHOP、ATF4、ATF5三種轉錄因子的相互作用和協調，啟動線粒體伴侶蛋白和蛋白酶的轉錄，從線粒體蛋白合成、折疊和降解角度降低線粒體蛋白堆積壓力，維持線粒體蛋白穩態[8]。然而，這些轉錄因子在ISR激活下優先翻譯，提示線粒體未折疊蛋白反應可能依賴于ISR[9]。ISR的核心事件是翻譯起始因子eIF2α的磷酸化。已有研究表明，在線粒體應激條件下，線粒體內膜蛋白酶OMA1活化并切割DELE1，導致DELE1在細胞質中積累，與血紅素調節抑制因子(HRI)相互作用并激活eIF2α激酶活性[10]。此外，eIF2α磷酸化也可以由阻遏蛋白激酶2(GCN2)介導，響應于線粒體功能障礙導致的氧化應激[11]。通常認為UPRmt作為適應性反應有益于腫瘤細胞生長。有研究表明，UPRmt在乳腺癌組織中特異性激活，而在正常乳腺組織中失活[12]。UPRmt中的關鍵分子，包括eIF2α、ATF4、ATF5和HSP60等，已被證明在多種腫瘤組織中表達上調[13]。

3 ISR樞紐分子eIF2α與腫瘤發生

eIF2由α，β和γ三個亞基組成，ISR激活的核心是α亞基上Ser51磷酸化。哺乳動物細胞中，ISR的激活主要受GCN2、PKR、PERK和HRI激酶的調控[14]。氨基酸缺乏下，一般性調控GCN2與不帶電荷的去酰化轉移RNA(tRNAs)的結合促進了GCN2的激活[11]。在病毒感染條件下，受外源dsRNA的影響，雙鏈RNA依賴蛋白激酶(PKR)被激活[14]。內質網應激時，錯誤折疊蛋白的堆積使葡萄糖調節蛋白(GRP78)從PKR樣ER激酶(PERK)上解離，導致PERK自磷酸化和活化[15]。HRI在血紅素缺乏時被激活，目前研究發現HRI還可以響應多種應激，例如氧化應激、線粒體應激、熱休克和蛋白酶體抑制等[16-17]。此外，eIF2α激酶存在功能交叉，某些類型的應激可以同時激活多種激酶，進而通過協同作用精確調節ISR。

ISR是應激狀態下細胞廣泛應用的翻譯調控機制。mRNA翻譯啟動需要eIF2、GTP和起始tRNA(Met-tRNAi)結合形成三元復合物，將Met-tRNAi遞送至40S核糖體亞基[18]。在此過程，與eIF2結合的GTP被水解為GDP和Pi。為啟動下一輪翻譯，eIF2復合體必須形成結合GTP的活性形式[19]，此交換反應受eIF2B調控。然而p-eIF2α與eIF2B相互作用影響交換反應正常進行，進而整體減弱帽依賴的翻譯過程[20]。此外，攜帶上游開放閱讀框架的mRNA具有更高的翻譯選擇性，這些mRNA編碼的關鍵蛋白質可以使細胞從應激中恢復并重新建立內穩態[21-22]。

ATF4是eIF2α磷酸化后翻譯的關鍵分子之一[21-22]。目前認為，ATF4能夠與不同的轉錄因子相互作用從而決定細胞命運，這取決于應激強度和細胞類型。例如，ATF4通過與轉錄因子ATF3結合，誘導伴侶蛋白(HSP60、HSP10、HSP70)和線粒體蛋白酶(LONP1、ClpP)的轉錄，進而恢復細胞蛋白穩態[23]。而在過度內質網應激時，ATF4與轉錄因子CHOP結合后觸發細胞凋亡[24]。

4 ISR與腫瘤治療

ISR通過eIF2α的表達和磷酸化協調UPRER和UPRmt調控腫瘤細胞內環境穩定，eIF2α介導的適應性反應在抵抗應激和維持腫瘤細胞內環境穩態中扮演著重要角色。已有研究發現，在乳腺癌[25]、細支氣管肺泡癌[26]、霍奇金淋巴瘤[27]、胃腸道癌[28]和惡性黑色素瘤[29]等腫瘤中檢測到p-eIF2α的高表達，并且p-eIF2α的高表達與不良預后密切相關[30]。研究表明eIF2α激酶PERK的小分子抑制劑GSK2606414能有效抑制腫瘤生長[31]。但是，GSK2606414顯示出胰腺毒性和體重減輕等毒副作用，臨床應用受到限制。整合應激反應的另一抑制劑ISRIB，通過增強eIF2B活性，從而逆轉eIF2α磷酸化導致的細胞整體翻譯水平下降，已在神經退行性疾病相關的記憶衰退及腫瘤的治療中取得較好進展[32-33]。此外，通過調節eIF2α的磷酸化水平，使其介導的適應性反應向損傷性反應轉變也可能作為增加腫瘤化療敏感性的有效途徑[30]。有研究報道eIF2α磷酸酶抑制劑Salubrinal與常規化療藥物替莫唑胺聯合用藥下，通過線粒體凋亡途徑增加了膠質母細胞瘤的化療敏感性[34]。氟西汀(FLT)能與替莫唑胺協同激活eIF2α-ATF4-CHOP通路誘導神經膠質瘤細胞凋亡[35]。然而，eIF2α在特定個體腫瘤中激活適應性或損傷性反應尚不清楚，通過對整合應激反應的深入研究可能進一步完善以eIF2α靶點的腫瘤治療策略。

5 總結

腫瘤細胞通過ISR協調不同細胞器產生的應激反應，形成了獨特而又復雜的蛋白穩態調控網絡。但是，現階段關于ISR在腫瘤發生和治療中的研究尚處在初級階段，ISR在應對不同刺激是如何協調腫瘤細胞生存和死亡的機制需要更深入的探索。腫瘤細胞有別于正常細胞是其長期處在惡劣的生存環境中，面對低氧、營養供應匱乏等因素仍然保持旺盛的生存和增殖能力，腫瘤細胞的ISR可能是其適應內外環境壓力的關鍵。因此，通過深入研究腫瘤細胞ISR的作用和機制，尤其是闡釋其核心分子或信號通路，有望為腫瘤的診斷和治療提供新的理論支持與實驗依據。