自噬在非小細胞肺癌中的研究進展*

景學芬 綜述,王翠峰 審校

包頭醫學院第一附屬醫院檢驗科,內蒙古包頭 014010

非小細胞肺癌(NSCLC)是人類最常見的癌癥,近些年NSCLC雖在診斷及治療方面有了更進一步的提升,但對于實現腫瘤的早期診斷和精準治療仍有不足,致使患者的5年生存率不超過20.00%[1]。因此探討NSCLC發病的分子機制,提高NSCLC的早期診斷率及制訂有效的治療方式勢在必行。

自噬是一種重要的能量代謝途徑,它可接受自噬相關分子及基因的調控來維持真核細胞的穩態。有研究發現自噬在NSCLC發展的各階段表現不同,不同階段發生的自噬也會導致腫瘤治療耐藥性的產生[2]。因此探究自噬在NSCLC中的表現,對NSCLC的診斷和治療尤為重要。本文通過查閱相關資料探討自噬在NSCLC進展過程中可能存在的分子調節機制,為NSCLC早期診斷提供新見解,同時歸納總結其在NSCLC治療中的實際應用價值,為NSCLC的精準治療提供新方向。

1 自噬在NSCLC診斷中的價值

1.1自噬與腫瘤的發生相關 自噬通常被認為是一種重要的程序性細胞死亡[3],通過多種調節因子的共同作用來維護真核細胞的穩態,其中巨自噬作為自噬的代表被研究得最廣,它一般是由成核、延伸、自噬-溶酶體的形成及降解4部分組成。由多個分子復合物執行自噬每個階段的關鍵過程,包括ULK1復合物(ULK1、FIP 00、ATG13L和ATG101)、VPS34復合物(VPS15、VPS34、Beclin-1、ATG14或UVRAG)、泛素樣偶聯系統(ATG5、ATG1、ATG16L)及LC3偶聯系統[4]。王婧喆等[5]研究表明mTOR、Beclin-1及LC3-Ⅱ在NSCLC的發生及發展過程中發揮著重要的作用,其中mTOR作為自噬現象中最重要的上游負向調控信號分子,主要作用于自噬誘導階段;Beclin-1和LC3分別是Atg8家族和PI3K復合物中的重要組成部分,Beclin-1是自噬體成核的關鍵,LC3-Ⅱ主要參與自噬的最后階段。由于LC3-Ⅱ型與成熟后的自噬小體數量呈正相關[6],故LC3-Ⅱ可間接反映細胞的自噬程度,現已被用作自噬現象的特異性標志物。Beclin-1可通過抑制腫瘤壞死后炎癥的增殖及減少炎癥細胞分泌的特殊生化成分進而使腫瘤血管生成減少,最終降低腫瘤擴散的風險。有研究證實Beclin-1對NSCLC有抑制作用,且其低表達與腫瘤患者較短生存期顯著相關[7]。在肺癌細胞中mTOR表達通常被上調,起到抑制自噬的作用[8]。也有相關研究表明,若mTOR信號傳導下調,會激活AMPK,從而導致ULK1的活化[9]。活化后的ULK1與ATG13、ATG101和FIP200相結合組成復合物。ULK1的活化狀態能夠促進自噬起始靶蛋白Beclin-1和VPS34的磷酸化。而VPS34可以進一步促催化LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ的轉化,進而促進自噬小體的形成,最終會導致Beclin-1和LC3的表達水平增加,也就是自噬現象增加。因此,mTOR、Beclin-1及LC3-Ⅱ在自噬中均發揮著重要作用。

1.2細胞自噬抑制NSCLC的進展 細胞自噬可通過維持基因組穩定性、促進細胞程序性死亡(PCD)、參與免疫反應等途徑起到抑制NSCLC發生的作用[10]。(1)自噬維持基因組穩定性:臨床約50.00%的NSCLC患者發生p53突變[11],而增強分子伴侶介導的自噬不僅可以幫助降解突變型p53,還可以促進p53介導的細胞衰老,抑制早期癌癥的發展。同時有研究發現抑制細胞自噬會導致p62累積,累積的p62可通過增加內質網應激和DNA損傷應激水平促進NSCLC發生并導致預后不佳[6]。通過誘導自噬清除累積的p62則可以起到抑制腫瘤、改善預后的作用。(2)自噬促進PCD:PCD可以阻止癌細胞的存活和增殖,而癌細胞的高度遺傳不穩定性則使其對PCD機制產生抗性[12]。有研究顯示,自噬可協同其他PCD機制通過調節細胞周期而達到抑制腫瘤細胞增殖的作用[13]。(3)自噬參與免疫反應:細胞自噬不僅可以通過促進細胞因子的產生和吞噬作用促進天然免疫,還可以通過其抗原的呈遞潛能參與適應性免疫[14]。有研究顯示,病毒(如EB病毒)及細菌(如肺炎支原體)的感染與NSCLC的發生具有相關性,機體可以通過選擇性自噬機制清除這些病原體[15-16]。但需注意的是,通過異種吞噬機制治療病毒感染的NSCLC在實際應用中存在一定的局限性。

1.3細胞自噬促進NSCLC的進展 雖然細胞自噬可以在NSCLC早期起到抗腫瘤作用,但是在NSCLC進展到中晚期后,自噬通常被認為可通過為癌細胞提供營養和能量、誘導癌細胞適應各種壓力狀態、促進癌細胞轉移和侵襲及誘導癌細胞產生耐藥性等方式促進NSCLC的發展[17]。有研究證實,在NSCLC中抑制缺氧誘導的自噬主要依賴缺氧誘導因子1α,其可以破壞自噬體與溶酶體的融合來阻斷自噬流,并改善化療藥物的治療效果,該治療策略對吉非替尼耐藥的表皮生長因子受體(EGFR)突變的NSCLC患者有較好的治療前景[18]。研究發現,在中晚期NSCLC中,自噬水平的增加與癌細胞侵襲力增強、腫瘤分期和生存期縮短呈正相關[19]。除此之外,自噬所產生的富含能量的代謝物(如乳酸類化合物等)也可作為癌細胞的化學誘導劑,刺激腫瘤生長和轉移[20]。自噬也可促進NSCLC細胞對順鉑(DDP)、吉非替尼、喜樹堿、安羅替尼、厄洛替尼及奧西替尼等多種針對NSCLC的化療藥物和放療的耐藥性[21-23],通過抑制自噬可降低腫瘤的耐藥性和進一步發展。因此,現階段對于中晚期的NSCLC患者通過抑制自噬來達到腫瘤治療的目的正成為研究的熱點,但該治療途徑的有效性還需要更多的臨床研究支持。

2 自噬在NSCLC治療中的價值

2.1自噬與NSCLC的化療 DDP是晚期NSCLC治療中最常見和最有效的化療藥物,DDP的療效通常受到內在因素的限制或癌細胞對其細胞毒性的獲得性耐藥,對NSCLC的化療療效構成影響。由于NSCLC隨著化療時間的延長,耐藥性呈逐漸升高的趨勢,緩解和降低腫瘤耐藥性的研究被越來越多的人所關注。有研究顯示自噬與癌細胞的化學耐藥密切相關,通過調節靶向自噬相關調節因子可能是改善NSCLC治療耐藥性的潛在策略[24]。

近期越來越多的證據證實腫瘤抑制蛋白的Ras關聯結構域家族1(RASSF1A)可能是自噬的誘導劑[25]。RASSF1A通過MAP1S介導的Keap1-Nrf2通路促進自噬,從而增加NSCLC的化療敏感性。RASSF1A表達可能涉及NSCLC中基于DDP化療耐藥性的分子機制,但是確切的生物學功能仍不清楚。也有研究發現miRNA-22過表達可通過調控骨肉瘤細胞自噬和凋亡抑制順鉑耐藥性[26],miR-101-3p可以通過調控ATG4D介導的自噬來調節腫瘤細胞對順鉑的敏感性[27]。也有研究證實氯喹(CQ)衍生物羥氯喹(HCQ)作為一種新型的晚期自噬抑制劑與卡鉑、紫杉醇聯合治療轉移性NSCLC患者的腫瘤客觀緩解率可達到33.00%[28]。同時目前處于臨床實驗階段的ABTL0812作為一個新的化學實體,可抑制Akt/mTOR軸,也可誘導AMPK活化和ROS積累,成為提高NSCLC患者治療預期的一個潛在的選擇[29]。HAO等[30]認為DDP等化療導致了腫瘤干細胞的富集,并且發現自噬水平與NSCLC腫瘤干細胞的生物學特性呈正相關,這可能是產生耐藥性的關鍵原因。CQ抑制自噬可顯著抑制CD133+腫瘤干細胞在分選細胞中的表達。CQ介導的抑制自噬顯著降低了CD133+腫瘤干細胞集落形成的能力。DDP和CQ聯合治療在體外可顯著抑制腫瘤干細胞比例,在體內可顯著抑制腫瘤生長。

近年來,NSCLC靶向治療取得了新進展,與傳統的以鉑類為主的化療藥物和以EGFR為代表的靶向治療藥物相比,可明顯改善EGFR-TKIs致敏突變的NSCLC患者的預后[31],已成為NSCLC治療的首選。盡管如此,但由于耐藥性的快速發展,以吉非替尼、達克替尼等為代表的第一代和第二代EGFR-TKIs的抗腫瘤藥物及選擇性靶向EGFR突變(包括T790M)的第三代EGFR-TKIs(如奧西替尼)隨著治療的進展不可避免地再現耐藥。EGFR-TKIs非獨立抗性的多種機制已被確定,主要包括旁路信號通路(如MET或HER2)的激活和組織學或表型轉化及自噬相關[32]。HATAT等[33]研究發現ATG16-L1是自噬的關鍵成分,它有助于吞噬團的延伸和膨脹,通過糾正ATG16-L1剪接和/或增加自噬與EGFR-TKIs聯合使用的策略能改善EGFR-TKIs靶向耐藥的NSCLC患者的預后,有望成為一種新的治療手段。

當化療藥物起作用時,機體往往會產生細胞保護性自噬,這也是產生耐藥性的原因之一。因此,自噬抑制與化療藥物聯合使用可降低耐藥性,增加藥物的治療作用。基于納米載體的靶向性和低毒性,可以達到治療效果并減少不良反應,構建納米凝膠以共轉移自噬抑制劑CQ和阿霉素(DOX)的化療藥物,可顯著放大化療藥物的治療效果。納米載體藥物和自噬調節劑的聯合遞送系統為改善腫瘤化療、放療、免疫治療提供了一種有前景的策略。因此,優化現有的基于納米粒子的聯合給藥系統,開發更有效、更優的納米給藥系統也應成為關注的焦點。

基于既往研究結果不難看出,自噬在NSCLC治療中,一方面可通過抑制自噬來降低耐藥性進而增加治療效果;另一方面可通過放大自噬程度和藥物的毒性作用來實現癌細胞的自噬性死亡。

2.2自噬與NSCLC的放療 放療在NSCLC的治療中發揮著重要作用。然而癌細胞對電離輻射(IR)的抵抗是放療失敗導致腫瘤復發和轉移的主要原因,IR后DNA雙鏈斷裂(DSB)修復是放療耐藥的主要機制。有研究表明,雷帕霉素(RAPA)聯合異羥肟酸(SAHA)治療通過誘導NSCLC的乙酰化水平和自噬來減少DSB修復和增強DNA損傷,可顯著提高放療的抑制效果[34]。也有研究表明,Beclin-1表達陰性的患者行γ-分次立體定向放射(FSRT)療效更好[35],因此,治療前可通過檢測Beclin-1的表達來選擇合適的治療方案。曠華香[36]發現重組人血管內皮抑制素能夠進一步增強放療對小鼠Lewis肺癌移植瘤的移植作用,同時放療聯合重組人血管內皮抑制素會增加移植瘤的自噬活性,通過抑制自噬活性可進一步增強放療聯合重組人血管內皮抑制素的抗腫瘤效應。有研究顯示,自噬相關蛋白LC3-Ⅱ與NSCLC腫瘤的大小、有無壞死、腫瘤臨床病理分期及腫瘤的發生發展密切相關,在腫瘤中通常表達下調,當其高表達時會影響放療敏感性[37]。FAN等[38]研究發現在放療敏感組和放療耐受組的晚期,內小體微自噬是不同的,首次提出內小體微自噬在NSCLC患者放療敏感性中具有重要的意義,但其內在機制仍需進一步探討。JIN等[39]通過整合circRNA-miRNA-mRNA網絡分析,揭示了X射線和碳離子放療可作為NSCLC的潛在預后生物標志物。同時也有研究證實GSK-3β可抑制自噬進而增加NSCLC的放射敏感性[40]。上述研究結果為NSCLC的放射敏感性和相應的臨床治療提供了新的見解。因此,對于接受放療的NSCLC患者,要根據實際情況選擇合適的放療方案和聯合自噬相關因子檢測及與自噬抑制劑的聯合使用以提高放療的敏感性和有效性。

3 總結與展望

基于以上研究顯示,自噬與NSCLC的發生、發展密切相關,所以自噬相關因子不僅有作為一種篩查NSCLC高危人群指標的潛力,甚至可能有望成為一種NSCLC 的早期篩查指標。但自噬與NSCLC關系是復雜多變的,在腫瘤不同的時期自噬的表達和作用也不盡相同。所以在NSCLC治療上,需結合腫瘤的進展情況及相關因子的表達水平等,有針對性地選擇激活或抑制自噬的治療策略。與此同時,進一步的研究應著重梳理自噬與NSCLC之間的聯系以指導NSCLC在不同階段治療方式的選擇,同時要開發自噬相關的早期腫瘤篩查指標,為NSCLC的早期診斷和治療提供新的分子生物學依據。