自噬的分子机制及其与中医的联系

李隽雨

·综述·

自噬的分子机制及其与中医的联系

李隽雨

自噬；肿瘤；中医药

自噬（autophagy）源于希腊语，是“自我消化”的意思。它是机体在低氧、饥饿、高温、细胞组织重构及细胞死亡等不同阶段中，真核细胞生物通过自我消化来获取生存所必需的营养和能量一种方式。自噬主要分为巨自噬、微自噬及分子伴侣介导的自噬等三种类型。被广为研究的多为巨自噬。近年来，自噬在肿瘤、糖尿病、心脏病、肾病等多个领域的研究越来越多，有望成为临床治疗的靶点，而被广泛运用到临床中。

1 自噬的分子机制

自噬是细胞胞浆内膜重排后包裹衰老的蛋白质和细胞器而成为自噬体，与溶酶体结合，形成自噬溶酶体，选择性地将其内受损、衰老、多余的蛋白质、细胞器等降解和再利用，随后由溶酶体将自噬体及其内容物降解的过程[1]。

参与自噬的基因被称作自噬相关基因（autophagy-ralated genes，Atg）[2]，至2015年已经有40多个自噬相关基因被发现[3]。由Atg1、Atg13、Atg17等组成的Atg1（酵母菌中蛋白）/ULK1（哺乳动物中同源蛋白）复合物是诱导自噬产生的重要正调控因子。它在正常情况下与雷帕霉素靶蛋白复合物（mammalian target of rapamycin complex 1，mTORC1）结合，抑制自噬的发生；当机体缺氧、营养不足时，二者分离，从而使自噬被激活[4]。有研究发现自噬的双层膜结构的来源可能与Atg9囊泡有关，其机制仍有待研究由Vps15、Atg6（酵母菌中蛋白）/Beclin1（哺乳动物中的同源蛋白）、Atg18等组成的磷脂酰肌醇三磷酸（PI3）激酶复合物能使PI3磷酸化，形成的磷脂酰肌醇-3-磷酸（PI3P）招募蛋白并且互相结合[5]。两个类泛素化蛋白结合系统是自噬体形成的必需条件，分别是由Atg5、Atg7、Atg10及Atg12等组成的Atg12-Atg5蛋白结合系统[6]和由Atg3、Atg4、Atg7及Atg8（酵母菌中蛋白）/LC3（哺乳动物中的同源蛋白）等组成的Atg8/LC3脂化系统[7]。Atg7、Atg10在前者泛素化过程中充当泛素化激酶E1和E2的作用；后者中扮演这两个角色的则分别是是Atg7、Atg3，它们的活性对自噬有很大的影响力。目前Beclin 1及LC3常被用来评价自噬的活性。

2 自噬对肿瘤的双重作用

自噬本身具有双重性。在机体营养缺乏时，它通过“自我消化”起到保护细胞的作用；而当自噬被过度激活时，它就会因为“过度消化”而导致细胞自噬性坏死或者通过自噬诱导细胞凋亡。同理，自噬这种双重性也体现在它对肿瘤的作用上。

肿瘤病变早期通过自噬清除衰老的细胞器、错误折叠的蛋白质，抑制突变癌细胞的增殖，维持基因的稳定性，起抑制肿瘤的作用。Wirawan等[8]也发现beclin 1的缺失出现在卵巢癌、乳腺癌等多种肿瘤当中。研究发现，他莫昔芬的作用能够促使乳腺癌细胞MCF-7发生自噬，导致肿瘤细胞自噬性死亡而抑制肿瘤[9]。可能是由于自噬基因的缺失使其表达活性下降，P62蛋白、衰老细胞、氧活性簇（ROS）堆积而致肿瘤发生。

肿瘤迅速生长时会消耗大量的氧气、营养成分等，造成一个“饥饿”的状态，此时自噬发生则会对肿瘤起保护作用。有研究发现当膀胱癌中的MEG3（maternally expressed 3）被下调后会激活细胞自噬，从而保护肿瘤细胞，促进其增殖[10]。有学者在胰腺癌的研究1中发现AGER的生产率通过自噬途径显著增高，从而保护肿瘤细胞，限制凋亡[11]。

尽管P53被广泛认为是一种抑癌基因，但其在肿瘤中发挥的作用也具有双重性。孔德娟[12]研究中观察到能够抑制自噬、促进凋亡的是外源性的wtP53，它能使人卵巢癌细胞耐药株SKVCR的耐药性得以逆转，从而抑制肿瘤的生长，而同为外源性的P53-175H则与前者不同，它促进自噬、凋亡、坏死，起抑制肿瘤的作用。

3 自噬与中医的联系

3.1 自噬的中医病因病机自噬是在饥饿、缺氧等状态下发生的。黄贵华等[13]认为，这在中医表现为水谷精微缺乏、正气不足，自噬被激活，通过降解衰老的细胞器及过度折叠的蛋白质，所获得的能量能够用以维持基本的生命活动，促进阴阳调和，若自噬等自我保护机制不激活或产生能量不足以维持基本生命活动，机体则会失去“精气转化”功能，最终导致“阴阳离决”。靖林林等[14]同意黄贵华的观点，认为气化在微观上表现为自噬的过程，在脾肾之气充足的生理条件下，自噬通过“自我消化”来维持内环境的稳态抑制肿瘤的发生；而当“脾虚”、“肾虚”时，肿瘤能够反过来利用自噬增加间质细胞如CAFs等来促进肿瘤的发生发展，甚至抵抗放化疗的抗癌作用。

3.2 自噬与中医针灸疗法的相关性研究发现，针灸疗法对自噬有一定影响。李晓娟[15]通过实验发现艾灸的处理能导致pAkt的活性显著下调，而使eIF2α磷酸化进一步上调。刘龙琳[16]通过实验发现针刺“靳三针”相应头部穴位的全脑缺血缺氧小鼠的Beclin-1和LC3蛋白的表达较对照组显著上调。牛明明等[17]通过实验发现，“百会透曲鬓”针刺法能够促进脑出血小鼠的自噬而达到保护细胞的作用。

3.3 中药有效成分在自噬中的应用近年来，自噬成为治疗肿瘤的一个靶点，许多研究发现中药的有效成分能够诱导自噬，这对肿瘤的治疗提供了一个全新的思路[18]。β-榄香烯作为香茅草的有效成分，具有诱导人非小细胞肺癌细胞系NSCLCA-549自噬、凋亡的作用，这一过程中主要包括PI3K/Akt/m-TOR/ p70S6K1信号通路的参与[19]。苦参碱是中药苦参的提取物，谢步善[20]通过用不同浓度的苦参碱与大鼠肝卵原细胞作用，结果发现该细胞的自噬和凋亡可被低浓度的苦参碱所诱导产生，此过程中β-catenin蛋白与自噬相互调节，自噬抑制剂三甲基腺嘌呤（3-MA）的运用会导致凋亡显著增加；将人肝癌细胞系HepG2和SMMC-7721与不同浓度的苦参碱作用，结果显示苦参碱同样能够诱导人肝癌细胞的自噬，前者m-TOR依赖性，而后者非m-TOR依赖性，而苦参碱诱导的自噬可抑制肝癌细胞的凋亡。研究表明，火麻仁的提取物大麻酰B抑制m-TOR通路以促进自噬的产生[21]。张军强[22]通过实验发现苦参碱作用与人胃癌细胞SGC-7901后其死亡数显著增加，在此过程中凋亡与自噬同时存在，但该诱导过程中参与的信号通路可能不包含PI3K/Akt/mTOR/p70S6K通路，当苦参碱诱导的自噬受到抑制时，胃癌细胞凋亡数显著增加。莲心碱是中药莲心的提取物，周静等[23]研究发现，不同于对照组鲜有自噬体和自噬溶酶体的产生，莲心碱作用后的人乳腺癌细胞出现了大量的自噬体，但几乎难见明显的自噬溶酶体，提示莲心碱抑制自噬体与溶酶体的结合，最终阻断了人乳腺癌细胞MDA-MB-231的自噬降解作用。槲皮素是桑叶、柴胡、旋复花等中药的提取物，研究发现它不仅在胃癌细胞AGS和MKN28细胞的凋亡中起作用，它还能够诱导自噬的发生，后者作用主要是通过抑制Akt/m-TOR通路的同时激活缺氧诱导因子-1（HIF-1）信号通路[24]来实现。麦冬皂苷为中药麦冬的提取物，许秋菊等[25]认为，麦冬皂苷在抗宫颈癌细胞HeLa的过程中是抑制了Akt/m-TOR通路，它在诱导激活自噬的同时并不促进细胞的凋亡，3-MA抑制该自噬后促进宫颈癌细胞的凋亡。穿心莲内酯是穿心莲的提取物，胡帅尔等[26]通过显微镜可观察到其处理过的小鼠成纤维细胞MEF的GFP-LC3荧光斑点数增多，通过Western Blot检测三种肿瘤细胞（结肠癌细胞HCT116、宫颈癌细胞HeLa、乳腺癌细胞MCF-7）的LC3H蛋白上调，LC3II蛋白在穿心莲内酯及溶酶体抑制剂氯喹的联合作用下并没有进一步增加，说明LC3II蛋白增加是抑制晚期自噬的成熟，而非诱导早期自噬体的形成。还有某些中药有效成分具有抑制自噬的作用，主要包括了β-细辛醚、丹参酸B、人参皂苷Rg1等[27-29]，它们分别是中药石菖蒲、丹参及人参的有效成分。

4 结语

从20世纪50年代自噬被发现至今，近10年来以肿瘤科、神经科、心血管科为代表的学科对自噬的研究最为火热。同时中医药及中医针灸等特色疗法与自噬相关的研究也日益增多，中医在治疗肿瘤当中的作用也日益增大，中西药结合疗法也越来越广泛的应用于临床肿瘤的治疗当中。作为最早被发现与自噬有关的学科，肿瘤与自噬的相关研究越来越成熟，但如自噬对肿瘤双重作用的具体机制及其中参与的信号通路等问题仍未得到解决。进一步开展对自噬与肿瘤复杂关系的研究可能会给肿瘤的临床治疗提供一个新的靶点，给现代医学开启一片更广阔的天空。

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（收稿：2016-09-29修回：2016-11-03）

浙江中医药大学第一临床医学院肿瘤科（杭州310053）