自噬及肿瘤的关系研究

刘钊维

湖南郴州市第一中学

自噬及肿瘤的关系研究

刘钊维

湖南郴州市第一中学

细胞自噬是普遍存在于真核细胞中的细胞自我降解过程，通过形成自噬体清除受损细胞质，变性或衰老的蛋白质，从而在维持细胞内物质的稳态和对各种刺激的适应性。自噬在肿瘤以及相关疾病的病理过程中有着重要的作用。因此，本文总结介绍了自噬的基本概念及其与肿瘤的关系，并且对以自噬为靶点为肿瘤的治疗展示了新的思路和方法。

自噬；肿瘤；自噬体；信号通路

1.自噬的基本概念

自噬通常被认为是真核细胞中，参与了物质和降解及在循环系统，并对细胞的代谢提供有效的补充。自噬能够维持细胞的正常的存活，但是自噬被过分激活后则引发会细胞“自杀”性死亡，即Ⅱ型程序性细胞死亡，因此，自噬对细胞及肿瘤来说都是有利有弊[1]。

自噬的分类是根据细胞内物质进入溶酶体途径的不同，将自噬分为巨自（macroautophagy），微自噬（microautophagy）和分子伴侣介导的自噬（chapterone-mediatedautophagyCMA）[2]。自噬过程形态学上的主要特征为细胞内出现大量的双层膜性的自吞噬泡，吞噬泡内含有受损胞质及细胞器，最终被溶酶体所降解。人们通常所说的自噬，也是研究最多自噬，是指巨自噬[3]。

自噬的功能非常复杂，主要表现在这几个方面，1.首先是为细胞对环境变化的适应性反应。当细胞处于代谢应激状态下时，自噬将可以利用的降解产物重新加入细胞的物质循环中。同时，自噬机制作为真核细胞的管家机制，具有处理细胞垃圾的作用。因此，可除去功能异常的细胞器及细胞质，避免有害蛋白质的累积。一定程度上阻止了肿瘤疾病，感染性疾病及退行性病变的发生及发展。2.自噬过程通过降解损伤的线粒体和过氧化酶，减少活性氧的产生以及DNA损伤，从而保护了细胞的稳定性，维持正常细胞的生理功能，抑制肿瘤细胞的形成[4]。

2.自噬的过程及调控

根据自噬体的形成可将自噬过程分为3个阶段，诱导、起始，延长，成熟阶段[5]。1.首先是在细胞出现代谢应激后，粗面内质网及高尔基体脱落后形成了早期自噬体膜，并将被降解物包绕在内。2.自噬体膜不断延伸后，包裹了所降解的细胞质成分，并形成自噬体。3.细胞内的微管系统将形成的自噬体运送至溶酶体，形成了自噬溶酶体结构，溶酶体内各种蛋白酶将自噬体内成分降解后，自噬体膜随后脱落重新进入了细胞内物质再循环利用环节。自噬过程的正常进行对细胞的物质稳定起到了关键性的作用。

自噬体调控的分子机制也正如火如荼进行，科学家在酵母菌中对自噬的相关基因及对应蛋白进行了一系列的研究，对这些蛋白有一定的了解。首先，研究最早的是自噬相关基因及所对应的蛋白即Atg，研究表明，已有数十种Atg蛋白参与在自噬体的形成过程中。其中，包括Atg12-Atg5蛋白系统和Atg8蛋白系统等[4]。它们自噬体的形成中起着协同作用。其次，磷脂酰肌醇三磷酸(PI3)激酶在自噬体形成的调控中有重要作用。研究表明PI3抑制剂的存在能够抑制自噬体的形成，从而抑制了细胞自噬的形成。

细胞自噬对肿瘤发展的信号调控：自噬作为程序性死亡的一种类型，与肿瘤发生发展有着密切关系。目前研究显示，调控自噬的有mTOR通路及P13K∕Akt通路。（1）mTOR蛋白激酶是调控自噬的关键性蛋白，负性调控细胞自噬的发生。mTOR蛋白激酶是雷帕霉素的作用靶点，雷帕霉素在细胞中可抑制mTOR的活性。从而，雷帕霉素能够诱导自噬的发生。（2）P13K∕Akt通路具有促进细胞生长的作用，而在自噬过程中，具有同样具有负性调节自噬的作用[6]。其他通路包括Beclin1作为正性调控自噬的分子，则可能具有抑癌作用。因此，自噬既可以负调控细胞增长，减弱自噬可以促进肿瘤发生；增强自噬活性也可促进肿瘤发生，使肿瘤细胞能够在缺氧环境，营养缺乏的环境下保持存活，并使肿瘤细胞逃离化疗药物诱导的凋亡[7]。

按照自噬与肿瘤基因关系，将肿瘤基因分为三类。（1）癌基因和抑癌基因：癌基因和抑癌基因在自噬途径作用方式突变可能导致肿瘤发生。I型PI-3激酶和Akt癌基因、Ras和Myc癌基因都是这种类型。（2）参与自噬调节的基因：DAPK就是其中的典型，通过促进细胞死亡发挥抑制肿瘤的功能。人类肿瘤细胞经常缺少DAPK表达。(3)自噬执行基因：表现为肿瘤抑制功能,它们缺失易引起肿瘤发生，Beclin1就是典型，Beclin1蛋白负责调控自噬的起始，是自噬的“看门人”，研究发现，在多数肿瘤中，都存在Beclin1异常[8]。通过正确认识这些基因在自噬中的作用，可调控使其向抑制肿瘤生长的方向发展。

3.自噬的检测方法

目前，自噬的检测方法主要为对自噬体的直接和间接的检测[9]，包括对自噬体的形态的观察和对自噬体表面蛋白标记的检测。

电镜作为自噬检测的金标准，能最直接的显示自噬体的结构。早期自噬体为双层膜结构包含着未消化的胞质或细胞器等，电镜下容易识别。自噬体融合成自噬溶酶体后，成为单层结构，电镜下也能够辨别。然而，对于晚期自噬溶酶体，电镜下则不容易辨别。因此，电镜的观察仅反映了自噬结构的存在，却很难反映自噬活性的强弱情况。

此外，利用自噬相关蛋白在自噬体形成各阶段所起的不同作用，显示出了自噬体的发生发展过程。其中，最重要的蛋白为微管相关蛋白1轻链3即LC3(microtubule-associatedprotein1lightchain3)。分为两种蛋白LC3-I，LC3-II。LC3-I蛋白主要在胞浆，自噬体形成后，LC3-II形成并定位于自噬体内膜和外膜。由于LC-II能稳定的存在于自噬体膜上，因此可作为自噬体的标记并反映出了自噬体的数量多少。同时，细胞免疫荧光方法检测LC3的表达可反映自噬的增加和减少[10]。近年来，人们对自噬的研究转向了对自噬潮的分析。

4.自噬与肿瘤的关系

自噬与肿瘤的发生发展的关系目前尚无定论，肿瘤细胞发生自噬后会出现两种不同的结果：一种是启动细胞主动性的Ⅱ型程序性死亡，抑制肿瘤细胞增殖；另一种是保护性自噬，即在营养缺乏的情况下自噬特异性基因的激活能促进正常细胞的存活[11]。

自噬的缺乏会导致细胞死亡、慢性炎症和基因组不稳定。据报道鼠的肝癌发生与发展过程中伴随着自噬现象进行性减少，癌前病变期肝细胞自噬活动降低到正常时50%，在肝癌细胞中自噬更是降到正常20%。同时Kondo等报道在肿瘤晚期，实体瘤内部细胞营养缺乏情况下自噬很可能被激活，维持肿瘤细胞生存。在小鼠胰腺癌中，检测到了肿瘤细胞的自噬活性降低的现象，而在正常胰腺细胞中，自噬活性则显示出增强的现象。进一步研究表明，在超过半数的乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌中都存在自噬相关基因Beclin1的缺失。Beclin1基因缺陷的小鼠增加了患肺癌、肝细胞肝癌和乳腺癌的风险[12]。

5.展望

自噬作为肿瘤细胞对化疗和辐射的一种新型适应性反应逐渐受到了大家的关注。自噬是一种普遍而又重要的生命现象，广泛参与多种生理和病理过程，特别是与肿瘤发生发展密切相关。各种抗肿瘤治疗后肿瘤细胞可发生自噬，而自噬的增加可促进自噬性细胞死亡，抑制自噬则可导致细胞凋亡，因此通过对自噬通路的有效利用，可有效解决化疗及放疗的耐药问题，更好的达到抗肿瘤治疗的目的[13]。尽管如此，人们对自噬机制及其调控的了解还有待深入，自噬在肿瘤治疗中的应用也需得到提高和发展，重视自噬在肿瘤的发生，发展和治疗中的重要作用，为攻克肿瘤提供了新的靶点。

[1]张秀春,李丹妮,李丰.自噬的调控通路和肿瘤[J].生命科学, 2011.

[2]石峰,王明荣.细胞自噬及其与肿瘤关系的研究进展[J].中国细胞生物学学报,2011,33(12)：1366-1373.

[3]向波易,李小玲,等..细胞自噬在肿瘤发生发展中的作用[J]. [J].生物化学与生物物理进展,2012,39(3)：(241-9.

[4]刘畅,郝淑玲,于忠和.细胞自噬与肺癌关系研究进展[J].临床肺科杂志,2011,16(6)：916-8.

[5]王宠,张萍,朱卫国.细胞自噬与肿瘤发生的关系[J].中国生物化学与分子生物学报,2010,26(11)：988-997.

[6]方梦蝶,刘波,刘伟.自噬的分子细胞机制研究进展[J].中国细胞生物学学报,2012,34(4)：382-390.

[7]司晓丽,刘伟,杨爱军,等.自噬增强结肠癌CD133～+细胞对5-FU的化疗抵抗[J].基础医学与临床,2011,31(7)：814-819.

[8]孙源超秦,陈宏,等.细胞自噬发生的表观遗传调节[J].遗传, 2014,36(5)：447-455.

[9]马泰,孙国平,李家斌.细胞自噬的研究方法[J].生物化学与生物物理进展,2012,39(3)：204-209.

[10]王海杰,谭玉珍.细胞自噬研究技术进展及其应用[J].中国细胞生物学学报,2011,33(7)：816-821..

[11]杨晨李,梁廷明.细胞自噬与肿瘤的关系研究进展[J].生命科学,2015,27(002)：151-160.

[12]郭德玉,孙慧勤.自噬及其与肿瘤关系的研究进展[J].现代肿瘤医学,2010,18(6)：1247-1250.

[13]王赞宏,李莉.自噬与肿瘤[J].国外医学：妇产科学分册,2007, 34(6)：401-404.