细胞自噬与肿瘤

韦艳综述，吴冰审校

（兰州军区兰州总医院干部病房，甘肃兰州 730050)

细胞自噬与肿瘤

韦艳综述，吴冰审校

（兰州军区兰州总医院干部病房，甘肃兰州 730050)

自噬在肿瘤形成和发展中的作用目前仍有争议。自噬可在肿瘤起始阶段抑制肿瘤，也可在肿瘤发展阶段保护肿瘤。自噬相关性细胞死亡可以作为肿瘤抑制物，丧失自噬可以引起染色体不稳定和炎症性坏死。反之，自噬能促进肿瘤在应激条件下的生存及转移，对自噬分子调控机制的阐明对于肿瘤的治疗意义重大。

自噬；肿瘤；抑制；保护

应激刺激包括代谢性应激，激活细胞的适应性机制或触发细胞死亡，以消除损害或危险的细胞[1]。应激刺激自噬消化自身的细胞器，清扫细胞内的垃圾，并为饥饿状态下的细胞提供能量。自噬作用是普遍存在于大部分真核细胞中的一种现象，是溶酶体对自身结构的吞噬降解，它是细胞内的再循环系统。自噬缺陷的老鼠表现的能量耗竭：血浆和组织中的氨基酸浓度降低，在新生饥饿期(Neonatal starvation period)无法生存。自噬也是一种清除病原体的途径，一方面通过溶酶体清除胞质内微生物，发挥天然抗感染免疫作用；另一方面可通过调节抗原加工、呈递，在获得性免疫反应中发挥效应[2]。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。以下分别进行阐述。

1 自噬在肿瘤形成和发生中的作用

自噬在肿瘤的起始和发生中发挥着重要的作用[3]。肿瘤比正常细胞的基础自噬功能低，表明肿瘤形成于自噬减低之间的必然联系。有趣的是，许多致癌基因和肿瘤抑制基因都能影响自噬途径，自噬过程的异常导致恶变[4]。如许多肿瘤抑制蛋白能够激活自噬，如p53、磷酸酶及张力蛋白同源的基因(Phosphatase and tensin homolog，PTEN)、死亡相关蛋白激酶(Death-associated protein kinase，DAPK)、结节性硬化症TSC1和TSC2基因在多种肿瘤中发生突变。

PTEN是一种脂类/蛋白双重磷酸酶，使PIP3去磷酸为PIP2，阻止PI3K/Akt/mTOR途径对自噬的抑制。在肿瘤细胞中PTEN发生突变，Akt激活而抑制自噬，蛋白翻译增加，细胞生长、增生，促进肿瘤发生。陈菊英等[5]应用存在于紫草植物中的紫草素处理乳腺癌MCF-7细胞，PI3K和Akt的表达和活性降低，p62减少，LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ值增加，细胞自噬增强，抑制MCF-7细胞活力，其机制可能与PI3K/Akt途径受到抑制有关。

p53在自噬中也发挥着重要的作用。在细胞核，p53可通过激活mTOR上游一些调节因子而上调细胞自噬，这些因子主要包括PTEN、AMPK、TSC2、sestrin1和sestrin2等；而在细胞质中，p53对细胞自噬具有负性调节作用，可抑制细胞自噬的发生。虽调节机制复制，但p53突变可使p53介导自噬发生改变导致肿瘤发展。此外，在细胞核内，损伤调节自噬调制物(Damage-regulated autophagy modulator,DRAM)对于p53介导的自噬和凋亡中也具有重要作用。p53可直接激活DRAM的转录表达，而后者编码一种溶酶体蛋白。当细胞受到刺激发生DNA损伤时，将发生p53诱导的细胞自噬。DRAM在多种肿瘤中缺失，进一步证明了自噬在肿瘤中的作用。

DAPK是一种CaM调节的丝/苏氨酸蛋白激酶，具有抑制肿瘤的发生、发展、转移的功能[6]，在多种肿瘤中表达降低或缺失，可以抑制小鼠Lewis肺癌转移灶的发生。DAPK和DAPK相关蛋白激酶-1 (DAPK-related protein kinase-1，DRP-1)可在MCF-7和HeLa细胞中激活自噬，抑制DAPK导致自噬水平降低。代谢应激导致ATP：ADP比例降低，诱导肿瘤抑制因子LKB-I(STK-I)，属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在LKB-I/AMPK/mTOR信号通路中上调。LKB1可以磷酸化AMPKa亚单位活化环上172位点的苏氨酸，从而激活AMPK。AMPK可激活TSC2，抑制mTOR而诱导自噬。反之，Akt、mTOR、Bcl-2及FLICE样抑制蛋白(FLICE-like Inhibitory protein，FLIP)等癌基因都可以抑制自噬，提示升高自噬可以抑制肿瘤[7]。在大多数肿瘤，PI3K-Akt轴的上游或下游发生突变，激活下游mTOR刺激细胞增长抑制自噬。激活Akt后，单等位基因敲除beclin1或双等位基因敲除atg5促进小鼠基因组发生变化。Bcl-2的BH3受体区和抗凋亡蛋白的多个区域可以与beclin1的BH3螺旋结构结合，阻止其与VP34相互作用。Bcl-2在大多数肿瘤中高表达，MCF-7细胞中敲除或沉默Bcl-2基因可以诱导自噬。

此外，自噬基因在肿瘤抑制信号途径中发挥作用。如Atg7对于造血干细胞至关重要[8]，Atg7缺失的小鼠LSK细胞造血功能缺陷，在受到致死性照射时，髓系祖细胞和淋巴系祖细胞生成障碍。抑制Atg5和Atg16L1导致小肠潘氏细胞损伤，一种结肠癌的危险因素。敲除Atg5和Atg7的小鼠发生肝癌，线粒体肿胀，p62积累及氧化应激反应[9]。而且，Atg4C缺失的小鼠发生肿瘤的机会升高。

2 自噬在肿瘤进展和转移中的作用

肿瘤转移是一个复杂的过程，恶性肿瘤细胞从原发部位经淋巴道、血管或体腔等途径到达其他部位继续生长，称肿瘤转移。在原发瘤，缺氧及代谢应激导致局部坏死，炎症因子浸润。保护性自噬可以抑制炎症反应—肿瘤转移的起始步骤。有趣的是，自噬减少坏死及巨噬细胞浸润从而抑制原发瘤生长，抑制自噬引起细胞死亡、组织损伤及慢性炎症。自噬的另外一个重要功能是清除肿瘤进展中的细胞碎片，如非折叠的蛋白、损伤的细胞器等。但自噬缺陷，细胞毒性物质不能降解，ROS生成、DNA损害，染色体不稳定而启动肿瘤转移[10]。而且，自噬通过增加死亡肿瘤细胞中免疫刺激分子的释放，包括高迁移率族蛋白-1 (High mobility group box chromosomal protein 1，HMGB1)，激活促炎免疫反应[11]。

除了自噬的抗肿瘤转移效应，自噬还具有相反的作用，促进肿瘤转移。死亡配体诱导的凋亡，尤其是TRAIL在调节T细胞、NK细胞抑制肿瘤转移方面发挥重要作用[12]。近期报道在TRAIL抵抗的肿瘤细胞中自噬上调，提高肿瘤细胞在转移中的生存能力。

转移的肿瘤细胞的另一种重要的属性是抵抗失巢凋亡(Anoikis)，一种特殊的细胞程序死亡，是由于细胞与细胞外基质或相邻细胞脱离接触而诱发的[13]。生长因子途径的异常激活，如Ras/MAPK途径和PI3K/ Akt途径是肿瘤细胞通常利用的途径以逃避脱落凋亡。近期研究表明自噬在失巢凋亡中的保护性作用[14]，肿瘤细胞与基质脱离或抑制β1整联蛋白受体诱导自噬，敲除Atg抑制自噬增加失巢凋亡。肿瘤细胞抵抗失巢凋亡有利于转移细胞生存。虽然确切的自噬保护性机制仍不清楚，研究提示内质网激酶PERK通过促进自噬和抗氧化活性，在癌细胞播散和转移的后期促进脱离基质的细胞的生存。

细胞代谢改变是癌细胞的重要标志，以适应肿瘤在进展中特殊生长需求。癌细胞在缺氧条件通过无氧酵解分解葡萄糖，在人肠癌和胃癌中糖酵解中间产物和乳酸升高[15]，而且癌细胞中谷氨酰胺利用增加。应激条件诱导自噬使蛋白降解及再循环，为快速增生的肿瘤细胞提供能量。同时细胞内存储的脂肪为线粒体提供乙酰辅酶A通过噬脂(Lipophagy)满足肿瘤细胞的代谢需求[16]。

自噬的另一个重要功能是保存和维持细胞器的功能，尤其是肿瘤进展阶段的线粒体功能。损坏的线粒体是ROS的主要来源，线粒体自噬清除去极化的线粒体并维持细胞稳定。Guo等[17]通过LC3的表达、LC3-Ⅱ与LC3-Ⅰ蛋白的比值检测细胞自噬：小鼠肾(iBMK)细胞表达H-Ras或K-Ras癌基因上调基础自噬水平，有利于保持线粒体功能，支持肿瘤在饥饿环境中生存。在Ras表达的细胞，缺陷的自噬体形成导致异常的线粒体累积并降低氧耗。自噬缺陷还导致三羧酸循环代谢产物及能量耗竭，表明自噬在维持肿瘤生长及能量消耗之间发挥了重要的平衡作用。

由于肿瘤细胞的凋亡缺陷及长期的代谢应激条件，因此需要自噬维持其在营养缺乏及低氧条件下的生存，尤其是肿瘤的中央缺乏血供的区域。自噬是肿瘤细胞长期存活从而复发的关键因素。诱导自噬可使肿瘤细胞在低营养及低氧条件下通过激活缺氧诱导因子-1(Hypoxia-inducible factor，HIF-1)和AMP依赖的蛋白激酶(5-AMP-activated protein kinase，AMPK)而生存。例如：星形胶质细胞上调基因1通过AMPK/mTOR依赖的途径与保护性自噬相关，通过敲除Atg抑制自噬可以产生治疗效果[18]。

3 结语

对于抵抗凋亡的癌细胞诱导自噬性死亡(Ⅱ型程序性死亡)可以作为一种补充的方法促进癌细胞死亡。另一方面，自噬可以抵抗治疗引起的肿瘤死亡，当肿瘤产生保护性自噬，抑制自噬可以使肿瘤对治疗敏感。自噬在肿瘤发生、发展中的机制复杂，对自噬与肿瘤相关机制的进一步阐明将有助于在肿瘤的不同发展阶段激活或抑制自噬进行肿瘤的治疗，目前已应用白藜芦醇、苦参碱、厚朴酚、姜黄素等中成药通过调节细胞自噬治疗肿瘤，应用前景广阔[19-20]。

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Autophage and tumor.

WEI Yan,WU Bing.Cadre Ward,General Hospital of Lanzhou Millitary Command,Lanzhou 730050,Gansu,CHINA

The role of autophage in tumor formation and progression remains controversial.Autophagy can suppress tumor during formation and protect tumor during progression.Autophagy-related cell death may act as a tumor inhibitor.Loss of autophagy causes genomic instability and necrosis.However,autophagy can also promote the survive and metastasis of tumor under environmental stress.To elucidate the molecular mechanism of autophagy is crucial for tumor therapy.

Autophage;Tumor;Suppress;Protect

R329.2+8

A

1003—6350（2014）16—2413—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.16.0940

2014-02-16)

吴冰。E-mail：110931817@qq.com