自噬在肿瘤细胞中的功能与应用前景

郭晓明综述 陈 琦审校

自噬在肿瘤细胞中的功能与应用前景

郭晓明综述 陈 琦审校

自噬；自噬功能；自噬应用前景

1962年Ashford和Porten在人的干细胞中发现了细胞自噬，随着人类对于自噬研究的不断深入，自噬的机制以及在肿瘤细胞中的作用也逐渐被认知，临床上通过调控自噬以及将自噬和传统疗法结合应用来治疗肿瘤已收到一定的成效，这有可能会给众多肿瘤患者带来生命的希望。

1 自噬及其分子机制

1.1 自噬

自噬这个词，源自于希腊的自食，是指细胞循环利用自己成分的分解代谢过程[1]，自噬在细胞内稳态中起着重要的作用，通常在不利的微环境应激时被激活。目前，自噬作用主要包括三大类：巨(大)自噬，微(小)自噬和分子伴侣介导的自噬(CMA)[1-2]。大自噬是指胞质中的蛋白质被双模型结构(非溶酶体来源的)所包裹，而后在溶酶体分解代谢。相比之下，分子伴侣介导的自噬涉及特定底物热休克同源蛋白70(HSC70)的识别机制。小自噬涉及溶酶体的内陷和小部分细胞质的摄入。大自噬和小自噬对于胞质蛋白质没有选择性，然而分子伴侣自噬只是针对于可溶性的蛋白质分子。因为有证据表明其它形式的自噬在肿瘤生物学中发挥到的作用是相对有限的[1]，所以本文主要介绍巨自噬(以下简称自噬)。

1.2 自噬的过程及分子机制

自噬是细胞的蛋白质、细胞器和细胞质成分降解和回收以维持细胞代谢的动态代谢过程。在自噬开始，双膜吞噬细胞质成分，形成的囊泡称为“自噬小体”。接着，自噬小体融合形成自噬溶酶体，最后自噬溶酶体将吞噬的细胞质成分降解和回收，以用来合成蛋白质和ATP。

自噬的分子机制首先是一个含有丝氨酸/苏氨酸激酶ULK1(酵母中Atg1的哺乳动物同源基因)分子复合物的激活[3](mTORC1可抑制该复合物的活性)，此复合物集成了多种对氨基酸、ATP、生长因子、ROS水平效能敏感的信号通路。自噬小体的膨胀，变形和闭合是由另一个含有磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)和Beclin-1(酵母中Atg6的哺乳动物同源基因)的复杂分子所调控，它诱导磷脂酰肌醇磷酸(PI3P)、随后的PI3P结合蛋白wipi1/2[4]和 ATG12-ATG5-ATG16L和LC3-PE.两类泛素共轭系统的产生。最后自噬小体与溶酶体融合需要小Rab蛋白和跨膜蛋白LAMP2[5]。存在于溶酶体管腔中的酸性水解酶和组织蛋白酶降解自噬体的组分。对自噬过程及其分子机制认识的深入，为我们揭示自噬在组织内稳态、代谢、免疫反应和各种疾病[2，6-7]发展中的重要性奠定了基础。

2 自噬的功能

2.1 自噬与坏死、炎症

一般情况下，凋亡是细胞在损伤或应激下发生消除的首选方式。如果凋亡失败，在没有炎症时，自噬在短期内可以维持细胞的生存能力，长期的自噬可能导致细胞死亡。在代谢性应激条件下，对在有凋亡反应缺陷的肿瘤中的自噬作用加以抑制，是一种将正常的难治性细胞死亡转变为一种交替坏死的细胞死亡途径的有效手段。这表明，凋亡和自噬作用限制坏死。坏死与炎症相关联，自噬通过阻止坏死和随后的炎症，可能作为一个肿瘤抑制因素。在肿瘤中，通过类比伤口愈合，坏死炎症反应可刺激血管生成和肿瘤细胞增殖[8-10]。最近的证据也表明，免疫功能正常的机体，肿瘤相关炎症促进肿瘤进展。自噬的抗炎作用也可能参与了清除凋亡细胞残体的过程[11]。

2.2 自噬与免疫

现在已证实，机体的免疫系统可以调节肿瘤的进展，免疫细胞和细胞因子或趋化因子在肿瘤中的表达与许多不同癌症患者的临床结果相关[12]。有研究表明自噬在先天性和适应性免疫反应方面具有重要作用，包括病原体清除、Ⅰ型干扰素的产生、抗原呈递和淋巴细胞的发育以及细胞因子的信号和炎症的下调[13-14]。研究表明肿瘤细胞中的自噬过程，对于化疗药物介导的肿瘤细胞死亡而引发的抗肿瘤免疫反应是至关重要的[15]。

2.3 自噬与肿瘤

在肿瘤细胞中，自噬同时拥有抑制肿瘤和促进肿瘤生长的双重作用。一方面，自噬可抑制肿瘤，自噬的缺失或者受到抑制，会使得各种肿瘤的发生率大大增加，还可以通过限制肿瘤坏死及其随后的炎症，对免疫系统加以调控等途径，抑制肿瘤的生长。另一方面，自噬在应激的环境下允许肿瘤细胞生存，促进肿瘤发展。当细胞恶性转变后，自噬可以保持恶性转变的细胞进行深度的代谢重组。自噬可以维持肿瘤干细胞的生存和自我更新，这对于肿瘤发展也是很重要的。

许多研究表明，自噬抑制肿瘤的发生。自噬的缺失或受到抑制可能会导致多种肿瘤的发生。Beclin-1是自噬中的一个关键调节蛋白，缺失Beclin-1杂合基因的小鼠有发生多种类型肿瘤的倾向，包括淋巴瘤和肝癌；现已证明细胞内的多种蛋白质与Beclin-1相互作用并且参与自噬的调节。例如beclin-1结合蛋白UVRAG和Bif-1等在自噬诱导中都发挥着重要作用；敲除这些蛋白质的小鼠有易患多种自发性癌症的倾向。再有赋予细胞Beclin-1单等位基因的缺失(现已证实Beclin-1是一种单倍不足的肿瘤抑制基因[16])或自噬的关键基因Atg5的缺乏，在代谢应激环境中，易导致细胞出现生存损伤。

自噬也可促进肿瘤的进展，如肿瘤细胞的传播和转移，保护它们以避免失巢凋亡。失巢凋亡作为一种细胞死亡形式，当癌细胞脱离细胞外基质具备侵袭和转移时出现，在组织自身平衡、机体发育、疾病的发生和肿瘤转移中起重要作用。如在上皮细胞中，这种脱离诱导的促存活细胞自噬，保护它们从失巢凋亡的细胞死亡机制中逃脱[17]。

在应激条件下，自噬在肿瘤细胞发生休眠的过程中发挥了至关重要的作用。休眠可能有助于肿瘤的复发和进展，是影响患者发病率和死亡率的关键。在营养剥夺的条件下，自噬能维持细胞生存数周，为了节约能源，自噬会抑制细胞分裂和运动，将肿瘤细胞转化为一种明显的休眠状态。当环境改善时，癌细胞可以在24 h内恢复增殖，促进肿瘤细胞生长。临床研究表明，过度活化的自噬与黑色素瘤和肝细胞癌的早期转移和患者预后不良相[18-19]。

自噬在肿瘤干细胞的保持和发展中具有重要作用。肿瘤干细胞是肿瘤内负责肿瘤复发和转移的细胞群。自噬似乎在肿瘤干细胞的生存、分化和自我更新中发挥关键作用[20-21]。例如，自噬对于乳腺癌干细胞的发生和维持是至关重要的[22]。

3 自噬的应用前景

自噬在癌症发生和进展过程中的作用，对于肿瘤的临床治疗具有重要的意义。随着对自噬机制及其作用研究的深入，肿瘤治疗的疗效可能会有明显的提高。

3.1 调控自噬药物的临床效应

一些研究表明，诱导自噬的药物可能有利于防止肿瘤细胞的生长和发展，而自噬抑制剂药物可能提高抗癌疗法在已发生和转移的癌症患者中的疗效。抗癌药物(阿霉素、替莫唑胺、依托泊苷)、组蛋白去乙酰化酶抑制剂、抗雌激素治疗等都可以诱导自噬[23]，自噬抑制剂如氯喹、羟氯喹以及它们的衍生物等，这些药物在肿瘤的临床治疗或者临床前的模型中，显示出了比较明显的效果。这也使得临床上把调节细胞自噬作为抗肿瘤治疗的一种新奇的治疗手段。

3.2 自噬与化疗的疗效及耐药性

诱导肿瘤细胞死亡和抑制细胞生存是肿瘤治疗的主要原则。然而肿瘤对化疗药物的耐药，限制了抗癌药物的作用，是癌症治疗成功的一个主要障碍，所以化疗药物的耐药性是一个急需解决的问题。在癌症的治疗中，自噬对于肿瘤的双重作用，使其成为了肿瘤治疗的一个潜在靶点，这有助于改善化疗药物的抗癌功效以及耐药性。虽然关于自噬的作用是促存活还是抗癌的争论仍然存在，但体外和体内的研究数据似乎更支持自噬促进癌细胞对于化疗药物产生耐药的论断，所以抑制自噬，可能加强耐药肿瘤细胞对抗癌药物的再敏化[24-25]。这为我们制定提高化疗效果的治疗策略，改善癌症患者的临床治疗效果，带来了希望。

3.3 自噬对于放疗疗效的影响

临床肿瘤的治疗很大程度上依赖于放射疗法的使用，研究发现自噬关键蛋白(如Atg5和Beclin-1)的损耗，增加了人类和小鼠肿瘤细胞株对于辐射的敏感性，在体外、体内实验中，抑制自噬可以增加辐射诱导的细胞死亡和降低细胞克隆性生存。将自噬抑制的细胞株移植到免疫缺陷的小鼠后，自噬抑制增强了放射治疗对肿瘤的生长抑制作用。

然而，当具备自噬或缺乏自噬的肿瘤细胞被植入有免疫活性的小鼠中，结果发现自噬缺陷降低了放射治疗的疗效。研究结果表明，在免疫功能正常的情况下，自噬赋予肿瘤免疫原性，可以增强放疗的疗效。这对于药理学的放射增敏剂的发展产生了深远的影响。

综上所述，随着我们对细胞自噬的生物学功能认识的增加，自噬在肿瘤中的作用越来越成为关注的焦点。然而，将自噬调控作为一种潜在的治疗肿瘤的方法，还只是一种合理的推测，其具体的治疗效果还有待进一步的研究证实。

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(编辑：甘 艳)

国家自然科学基金项目“自噬与凋亡在蓝莓花青素抗口腔癌作用中的分子机制研究”(编号：81460496)；内蒙古自然科学基金项目“蓝莓花青素抑制口腔癌KB细胞增殖与p53、p21和p73甲基化相关性研究”(编号：2013MS11100)

内蒙古医科大学研究生学院(郭晓明)；内蒙古医科大学分子生物学研究中心(陈 琦)

陈 琦

10.3969/j.issn.1001-5930.2017.01.055

R730.5

B

1001-5930(2017)01-0171-02

2016-01-05

2016-06-12)