自噬与肿瘤

高雅邢皓于爱鸣

1.中国医科大学,辽宁 沈阳 110002 2.中国医科大学生物化学教研室,辽宁 沈阳 110002

自噬与肿瘤

高雅1邢皓1于爱鸣2

1.中国医科大学,辽宁 沈阳 110002 2.中国医科大学生物化学教研室,辽宁 沈阳 110002

自噬作为一种细胞防御和应激调控的机制，目前成为癌症研究领域的又一热点。在不同种类的肿瘤以及肿瘤发生发展的不同阶段，自噬有抑制和促进两种对立的影响。自噬异常与恶性肿瘤的能量代谢、细胞死亡、炎症反应以及对肿瘤治疗的耐药性等方面都有密切的联系。全面正确地了解自噬可为肿瘤治疗提供一个崭新的思路。

自噬；肿瘤；凋亡；抗肿瘤

自噬（autophagy）是细胞在饥饿、能量缺乏等代谢应激状态下的一种分解代谢过程。细胞可以通过自噬消除，降解受损、衰老和失去功能的细胞、细胞器及变性的蛋白等大分子，为细胞提供循环能量。自噬作用的大大增强，表现为胞质中迅速涌现大量自噬体，这一现象被称为“自噬潮”(autophagic flux)，广泛用于自噬形成的检测。自噬潮为细胞提供度过危机的能量。然而，过多或过少的自噬潮则危害细胞。

自噬存在于多种多样的生理学和病理生理学过程。其中，恶性肿瘤是最早被发现的与自噬有关的疾病之一。近年来，随着研究的不断深入，自噬在肿瘤发生与发展中的作用引起人们的广泛关注，成为癌症研究领域的一个热点。肿瘤细胞的自噬是一把双刃剑：一方面，自噬可以清除肿瘤细胞内折叠异常的蛋白和功能异常的细胞器例如线粒体，抑制细胞应激反应，最终防止基因组损伤从而抑制癌症发生。另一方面，在肿瘤生长的后期，肿瘤细胞可利用自噬作用使自身在营养缺乏和低氧或缺氧的状况下得以存活。此外，自噬也可以保护肿瘤细胞对抗一些抗癌疗法，并可以通过清除受损细胞器而阻止细胞凋亡。因此，在肿瘤发生发展的不同阶段，自噬对肿瘤细胞有不同的影响作用。充分认识自噬在肿瘤中的确切作用和功能，对于正确指导癌症的治疗与预防具有重要意义。

1 自噬的生物学特征

自噬有两种不同的分类方法：① 根据细胞内货物运送到溶酶体腔内方式的不同，可分为三种主要方式：大自噬（macroautophagy）、小自噬（microautophagy）和分子伴侣介导的自噬（chaperone-mediated autophagy,CMA）。

② 根据自噬对降解底物的选择性将自噬分为两类：选择性和非选择性自噬。至今研究最多的是大自噬的分子机制和生理作用，其具有的自噬发展过程迅速，批量降解，可诱导等特性有利于细胞快速适应恶劣环境。若无特殊说明，通常所指的自噬指大自噬。

2 自噬的基本形成过程

自噬依据大自噬、小自噬以及CMA有三种不同的形成过程。大自噬的发生过程可人为地分为四个阶段：①分隔膜的形成：在应激状态下，有双层膜的杯状分隔膜开始在被降解物的周围形成。②自噬体的形成：随着分隔膜逐渐延伸，将要被降解的胞浆成分完全包绕隔离形成自噬体。③自噬体的运输、融合：自噬体形成后，通过细胞骨架微管网络系统将其包裹物运输到溶酶体与溶酶体融合形成自噬溶酶体。④自噬体的降解：自噬体融合后最终被溶酶体中的水解酶溶解，降解产物在细胞内再循环利用。小自噬是指通过溶酶体膜自身变形，直接摄取胞浆中的货物的过程。而CMA的具体过程为：首先由胞浆中的分子伴侣如热休克蛋白70（HSP70）识别靶蛋白分子的特定5肽序列（KFERO）,然后分子伴侣-靶复合物与溶酶体膜上的受体识别、结合，最终转运到溶酶体内降解[1]。三者最显著的区别在于，只有在大自噬中才有自噬体的形成。

3 自噬的生理功能

自噬功能具有双重性：一方面，自噬可以应对如营养匮乏、生长因子耗竭和低氧或缺氧等代谢应激；是细胞的“管家”，能清除有缺陷的蛋白质或细胞器，防止异常蛋白积聚并清除细胞内的病原体；也可能是基因组的“监护者”。因此，自噬对于对抗衰老、癌变、神经退行性病变、感染等皆有重要意义[2]。另一方面，自噬的过度活跃则会形成自噬应激，损伤细胞器，促进自噬性细胞死亡或通过激活凋亡/坏死通路诱导细胞死亡。近期研究表明，自噬参与了HIV感染过程中大量CD4+T淋巴细胞包括未感染的T细胞的凋亡现象[3]。

4 自噬对肿瘤的双重作用

自噬与众多疾病的发生存在着密切关系。其中，恶性肿瘤是最早被发现与自噬有关的疾病之一。自噬在肿瘤发生发展的不同阶段有着不同的影响。

5 自噬对肿瘤的抑制作用及其机制

现已初步明确，抑制自噬与肿瘤的发生存在一定的联系和相关性。研究表明，自噬异常会导致受损的蛋白质和功能异常的细胞器（如线粒体）的累积，并诱导细胞应激反应。衰老和受损的蛋白质和细胞器是产生反应活性氧簇（ROS）的潜在来源，ROS可引起基因组损伤，导致染色体的不稳定性，最终导致肿瘤的发生。在化学致癌物诱发的肝癌细胞中，在癌变前期的肝结节中出现了自噬能力下降的现象，并且从肝结节和肝癌组织分离得到的自噬泡中溶酶体酶类活性明显降低[4]。人类乳腺癌、卵巢癌以及前列腺癌中都发现，作为自噬所必需的基因BECN1和Becn1(+/-)的缺失[5]。而化疗药物及放疗处理中自噬能被激活，从而诱导哺乳动物组织和肿瘤细胞发生自噬性细胞死亡。如Chun等研究的紫杉醇及长春碱（抗微管药物）对凋亡不敏感的胃癌细胞系SGC7901、BGC823的死亡机制中发现，紫杉醇和长春碱可以诱导胃癌细胞系自噬及自噬性细胞死亡[6]；抗雌激素药他莫西芬以雌二醇受体为靶点，也可诱导乳腺癌细胞MCF-7发生自噬性细胞死亡[7]。

自噬在肿瘤发生过程中的抑制作用主要体现在以下几个方面：①降解、清除功能紊乱的细胞器：线粒体自噬（mitophagy）是自噬作用的最重要体现之一。现在普遍认为，自噬是唯一能在细胞内吞没像线粒体这样大的细胞器并且运送到溶酶体的机制。因此，若线粒体发生异常，膜通透性增加，产生大量ROS，将激活自噬来清除受损的线粒体，从而达到抑制肿瘤的作用。②诱导非凋亡性细胞死亡：近期相关研究提供了遗传学证据，证明自噬途径可以杀死细胞。人们发现，针对自噬基因Atg7和Beclin1的RNA干扰，能有效阻止caspase抑制剂zVAD诱导的小鼠L929细胞死亡。而针对自噬基因Atg5的RNA干扰能阻止etoposide（依托泊苷）诱导的bax-/-、bak-/-小鼠胚胎纤维母细胞（MEFs）死亡[8]。某些肿瘤细胞由于在凋亡通路上存在着一些特异基因的突变，不能发生凋亡形式的程序性细胞死亡，却仍可通过自噬途径得到清除。③抑制炎症反应：自噬缺陷的一个直接后果是在应激压力下癌细胞的长期慢性死亡。从坏死细胞中释放的核苷酸可以通过激活Toll样受体来促进炎症的发生。这些死亡相关的分子模式（DAMPs）的存在为组织损伤和炎症起着信号转导的作用。因此，如果组织损伤没有得到修复，肿瘤就会趁虚而入。④防止染色体不稳定性：现已知Beclin1等位基因的缺失与染色体的增加或缺失有关[9]。因此，自噬能限制染色体不稳定性进而抑制肿瘤发展。

6 自噬对肿瘤的促进作用及其机制

虽然在某些情况下自噬作用可以诱导肿瘤细胞的死亡，但在另外一些情况下，自噬可以缓解细胞所遭受的一些刺激（如营养或能量供应不求），对细胞的存活起到支撑作用。

自噬对肿瘤发展的促进作用具体体现在以下几个方面：①自噬为肿瘤细胞提供保护并促进其存活：Kasper等在研究低氧调节诱导自噬基因MAP1LC3B和ATG时，非折叠蛋白反应（UPR）对癌细胞保护作用也表明自噬在缺氧的微环境中起到保护癌细胞的作用[10]。在Ras基因被激活的肿瘤如人类胰腺癌中，肿瘤细胞依赖于上调自噬的方式存活生长。②自噬抑制细胞凋亡：在etoposide处理过的野生型小鼠胚胎纤维母细胞（MEFs）中，仅仅发现很低的自噬活性。Kang等在研究胰腺癌的AGER时发现，AGER通过自噬途径提高生产率，限制细胞凋亡[11]。③自噬增强肿瘤细胞对化疗、放疗或其他疗法的耐受性：当接触化疗或放疗后，肿瘤细胞会产生大量受损细胞器、蛋白质等有害成分，而此时提高自噬活性可及时清除这些有害物质，并提供应急的代谢物和能量为修复受损细胞器赢得时间和条件，从而保护肿瘤细胞免于发生凋亡性细胞死亡，以维持癌细胞的持续增殖。在抗癌药Bortezomib诱导乳腺癌MCF-7细胞死亡时，自噬活性的增高使MCF-7细胞对Bortezomib产生耐药性[12]。

小结

自噬在肿瘤发展的不同阶段具有不同的影响作用。在肿瘤形成的早期，自噬抑制肿瘤发生；而在肿瘤生长的后期，自噬促进肿瘤发展。而从某种意义上讲，无论对于何种类型的细胞，自噬都可以看做是一种细胞的防御应激机制：一方面，自噬能够保护正常细胞，防止其恶性转变；另一方面，自噬又能够增强恶性转化细胞的生存能力，起到保护作用。因而，自噬对肿瘤的双重性是目前研究争论的焦点。自噬与肿瘤的话题仍需要大量的研究，方兴未艾。

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Autophagy as a cellular defense and stress regulation mechanism, has become another hot spot in the field of cancer research. In different stages and types of tumor, autophagy plays two opposing roles: inhibition and promotion. Abnormal autophagy is closely linked with the energy metabolism, cell death, inflammatory response and treatment resistance of malignant tumor. Comprehensive understanding of autophagy can provide a new idea for cancer treatment.

autophagy; tumor; apoptosis; anticancer