自噬调控慢性粒细胞白血病干细胞功能的研究进展

朱玲燕+葛卫红+葛宇清+张光霁+程汝滨

[摘要] 白血病干细胞具有自我更新和多向分化的潜能，参与了慢性粒细胞白血病的病程发展，是导致患者耐药和复发的重要原因之一。自噬作为一种保守的溶酶体降解途径，参与细胞内降解和循环途径，在维持细胞内环境稳态和功能方面起着关键作用。研究表明，自噬参与了白血病干细胞的分化调控，与慢性粒细胞白血病的化疗敏感性密切相关。该文就自噬对慢性粒细胞白血病化疗敏感性和干细胞功能的调控进行了系统综述，为靶向自噬的抗白血病药物的开发奠定基础。

[关键词] 自噬； 慢性粒细胞白血病； 白血病干细胞； 化疗敏感性； 研究进展

[Abstract] Leukemia stem cells （LSC） that were found in chronic myeloid leukemia （CML） responsible for the abnormal proliferation with the potential of self-renewal and multi-directional differentiation are involved in the pathophysiological process for drug resistance and relapse of CML. Autophagy， a conservative lysosomal degradation process that mediates cell degradation and recycling process， plays crucial roles in maintaining the homeostasis and function of intracellular environment. Recent studies suggested that autophagy is involved in the regulation of LSC differentiation and also closely related to the chemo-sensitivity of CML. In this review， we focused on the role of autophagy on chemotherapy sensitivity of CML as well as the leukemia stem cell function for the development of new anti-leukemia drugs

[Key words] autophagy； chronic myeloid leukemia； leukemia stem cells； chemosensitivity； research progress

日益严重的耐药现象严重制约了伊马替尼等酪氨酸激酶抑制剂（TKI）在慢性粒细胞白血病（chronic myeloid leukemia，CML）患者中的应用，为CML的临床治疗带来了巨大挑战[1]。TKI等药物不能清除骨髓内残留的白血病干细胞，可在体内形成微小残留病灶，是导致CML耐药和复发的重要原因之一。自噬是一个进化上高度保守的溶酶体降解途径，参与了肿瘤的病程发展的各个阶段，靶向自噬的药物开发已成为当今抗肿瘤药物研发的热点[2]。当细胞处于营养缺乏或者应激状态时，为稳定自身代谢及细胞器完整，细胞激活自噬途径完成生理性的自降解，以清除衰老的细胞器及错误折叠蛋白质，并产生游离氨基酸、脂肪酸供细胞循环利用，进而维持细胞内环境稳定，提高细胞的适应能力[3]。自噬对肿瘤具有促进和抑制的双重调控作用，研究表明，自噬对白血病干细胞具有重要调控功能，与CML的发生发展和耐药复发密切相关，抑制和激活自噬对CML患者的治疗具有重要的意义[4]。本文就自噬在CML治疗中的调控作用和靶向自噬的中医药开发方面的研究进展做一系统综述，以期为探索针对CML的新型自噬靶向药物的开发提供参考。

1 慢性粒细胞白血病与白血病干细胞

慢性粒细胞白血病是一种起源于多能造血干细胞的恶性肿瘤，其最主要的遗传学特征是出现染色体易位，形成费城染色体，继而编码Bcr-abl融合蛋白，该蛋白具有高度的酪氨酸激酶活性，在CML的病程发展过程中发挥了重要的调控功能[5]。目前临床治疗CML的一线药物伊马替尼（imatinib）、达沙替尼（dasatinib）、尼罗替尼（nilotinib）均是Bcr-abl的酪氨酸激酶抑制剂，初次治疗后细胞遗传学缓解率均可达80%以上[6]。但随着临床应用的增加，日益严重的耐药现象影响了TKI药物的治疗效果，尤其当患者进入加速期和急变期后，细胞将会获得更强的耐药潜能[7-8]。鉴于CML患者的耐药和复发已经制约了TKI的进一步临床应用，深入研究CML耐药的分子机制，靶向开发新的药物和治疗策略提高化疗的敏感性，改善TKI的治疗效果是当前的研究热点之一。

白血病干细胞（leukemia stem cells，LSC）是一类具有“干细胞”样特征的白血病细胞亚群，具有高度自我更新能力和多向分化的潜能，富集于患者骨髓龛中，通常处于静止或休眠状态，是导致CML耐药和复发的重要原因之一[9]。Corbin等[10]的研究表明TKI药物imatinib虽然能够抑制CML白血病干细胞中Bcr-abl激酶活性，但并不能有效的抑制白血病干细胞的增殖。药物动力学数学模型的分析结果表明TKI药物不能减少白血病干细胞的数量，是导致患者耐药的重要原因[11]。Kinstrie等[12]研究发现，白血病干细胞的功能和数量与CML患者的急变期转化和病程发展密切相关。Chu等[13]的研究结果表明，单独长时间使用imatinib治疗，并不能完全清除CML患者体内的白血病干细胞。靶向白血病干细胞的治疗手段开发，提高CML患者的TKI化疗敏感性，是当前研究的热点之一。Agarwal等[14]研究证实，酰基转移酶抑制剂WNT974可有效抑制白血病干细胞中WNT信号通路，WNT974联合TKI抑制剂尼洛替尼可有效降低体内白血病干细胞的数量，提高白血病模型小鼠治疗停药后的生存周期，其治疗效果要显著优化尼洛替尼单独给药。Liu等[15]实验发现，拓扑异构酶Ⅱ抑制剂依托泊苷联合伊马替尼，可诱导白血病干細胞凋亡，但对正常的造血干细胞无影响，为伊马替尼耐药患者的临床治疗提供了新的策略和方法。Jin等[16]的研究结果表明，组蛋白去乙酰化酶抑制剂JSL-1可抑制白血病干细胞中γ-连接素的表达，联合伊马替尼可降低白血病干细胞的存活率和自我更新能力，并影响其体内的长期定植。针对白血病干细胞的关键调控通路靶向开发新的药物和治疗策略，可降低CML患者的耐药潜能，提高TKI药物的化疗敏感性，有助于患者生存周期的延长。endprint

2 自噬调控慢性粒细胞白血病化疗敏感性

自噬作为肿瘤细胞在恶劣生存条件下的一种应激反应，参与了肿瘤的发生发展和化疗耐药过程，对肿瘤细胞的功能具有促进和抑制的双重调控作用，在肿瘤的不同阶段发挥了不同的调控功能，为肿瘤防治提供了2种截然不同的思路。一方面，可在肿瘤治疗过程中使用自噬抑制剂抑制保护性自噬，联合放化疗技术增加治疗效果；另一方面，可筛选高效的自噬诱导剂，促进肿瘤细胞的自噬性死亡[17]。

伊马替尼等TKI抑制剂作为CML治疗的一线化疗药物，患者化疗敏感性降低是导致耐药和治疗失败的主要原因。研究表明，自噬对慢性粒细胞白血病的化疗敏感性具有重要调控功能，化疗药物可诱导CML的保护性自噬，影响治疗效果[18]。Can等[19]的研究发现，在慢性粒细胞白血病的治疗过程中，伊马替尼可通过提高Beclin 1和ATG5基因的高表达，诱导CML细胞的自噬，从而促进细胞的存活，影响治疗效果，抑制自噬则可提高伊马替尼的药效。此外，Lu等[20]的研究表明，抗肿瘤药物替加环素与自噬抑制剂氯喹联用，能够增强药物的抗白血病效果，其作用机制与氯喹抑制化疗药物诱导的保护性自噬有关。Cao等[21]实验发现，血红素加氧酶HO-1与CML的耐药和自噬密切相关，在耐药性CML细胞中，高表达的HO-1可通过抑制mTOR信号通路激活细胞自噬，降低HO-1的表达则可抑制细胞的自噬，提高伊马替尼的化疗敏感性。高迁移率族蛋白HMGB1是一种保守的非组蛋白核蛋白，在基因转录调控及稳定染色质结构与功能中起着重要的作用。研究发现，化疗药物可诱导白血病细胞释放HMGB1，激活细胞的保护性自噬，提高细胞的耐受性，HMGB1的中和性抗体处理则可提高白血病的化疗敏感性[22]。Lu等[23]实验证实，环氧合酶-2抑制剂塞来昔布可抑制CML中伊马替尼诱导的细胞自噬，提高化疗敏感性，逆转CML细胞的耐药。Yang等[24]的研究结果表明，钙结合蛋白S100A8基因与CML细胞的耐药形成和自噬密切相关，敲除S100A8基因可通过抑制自噬提高CML细胞的化疗敏感性。Zeng等[25]证实，同时抑制Hedgehog信号通路和细胞自噬，能够逆转Bcr-abl阳性CML细胞的耐药现象。

另一方面，激活细胞自噬亦可导致自噬性死亡，到达逆转CML细胞耐药，提高化疗敏感性的效果。Shinohara等研究发现，脂肪酸衍生物AIC-47能引起CML细胞自噬性死亡，其作用机制与PPARγ/β-catenin/bcr-abl/mTOR/hnRNP/PKM等级联信号通路有关[26]。Tong等[27]结果表明，靶向Beclin 1的溶瘤腺病毒可诱导CML耐药细胞发生自噬性死亡，并且能够提高荷瘤小鼠的存活率，降低移植瘤的体内生长速度，为CML耐药患者的临床治疗提供了潜在的新方法。Xiong等[28]实验发现，荜茇明碱能够通过激活ROS-p38/JNK通路，诱导CML原代细胞发生凋亡和自噬性死亡。Robert等[29]结果证明，AMP依赖型蛋白激酶激活剂Acadesine可通过激活PKC通路诱导CML细胞发生自噬性死亡从而抑制细胞增殖，且对T315I突变型CML耐药细胞仍有抵抗作用，其作用机制与细胞凋亡无关。Lee等[30]实验表明，当归龙荟丸中主要有效成分靛玉红能够诱导K562细胞发生自噬性细胞死亡，发挥抗白血病作用。Puissant等[31]研究结果发现，白藜芦醇在敏感性CML细胞和耐药性CML中均可诱导自噬性死亡，其作用机制与p62/SQSTM1的表达提高和AMPK通路的活化有关。

自噬在慢性粒细胞白血病的不同阶段发挥了多方面的调控功能，抑制CML细胞的保护性自噬和激活细胞的自噬性死亡均可达到逆转细胞耐药，提高细胞化疗敏感性的效果。因此，深入研究不同治疗条件下自噬对CML化疗敏感性的影响，明确自噬关键的调控靶点和信号通路，有针对性的联合自噬抑制剂和自噬诱导剂，探索不同的自噬调控途径的作用，对于提高CML的临床疗效，克服细胞耐药和复发，改善CML患者的预后具有重要的意义。

3 自噬调控白血病干细胞功能

白血病干细胞的存在是导致CML耐药和复发的重要原因之一，研究发现，自噬与白血病干细胞的分化和化疗敏感性密切相关，靶向白血病干细胞的自噬调控通路，降低其耐药潜能，将有助于提高CML患者的临床疗效。一方面，肿瘤干细胞自噬调控通路的激活，可促进其向成熟细胞的分化，提高药物的化疗敏感性。Zhuang等[32]的研究表明雷帕霉素诱导的细胞自噬可以促进胶质瘤干细胞的分化，降低细胞自我更新能力，并可提高细胞对放疗的敏感性。Singh等[33]利用PKC激酶抑制剂Rottlerin处理胰腺癌干细胞，发现Rottlerin可通过抑制PI3K/Akt/mTOR通路激活细胞自噬，抑制了胰腺癌干细胞的活性。Fu等[34]的研究表明，白藜芦醇可通过诱导细胞自噬抑制乳腺癌干细胞活性，其作用机制与Wnt/β-Catenin信号通路有关。Kumar等[35]实验发现，Rottlerin可激活乳腺癌干细胞的自噬通路，介导干细胞的凋亡性死亡，其作用机制与Akt/mTOR/AMPK通路和Bcl-2的凋亡调控途径有关。Wang等[36]证明在急性早幼粒白血病中自噬通路的激活可促进PML-RARα融合蛋白的降解，诱导骨髓细胞的分化。此外，在CML细胞中激活自噬通路可诱导细胞向巨核细胞分化，降低其危害性[37]。

另一方面，抑制白血病干细胞的自噬通路，可提高TKI等药物的化疗敏感性，促进白血病干细胞的完全清除。Bellodi等[38]研究发现，在原代CML细胞中，抑制自噬调控通路能够显著增加伊马替尼的药效，通过自噬抑制剂与酪氨酸激酶抑制剂的联合应用，几乎可以完全清除白血病干细胞，该研究为CML治疗策略的研发工作指明了方向。Carella等[39]结果表明，自噬抑制剂克拉霉素与TKI药物具有显著的协同作用，可有效增强白血病干细胞对TKI等药物的敏感性，该结果进一步证明了抑制自噬是提高CML细胞化疗敏感性的重要手段和途径。Rothe等[40]研究表明，自噬调控基因ATG4B在白血病干细胞中表达水平显著提高，ATG4B基因的敲除可抑制细胞自噬，降低CML干细胞和祖细胞的存活率，并可提高其对伊马替尼的化疗敏感性。Jang等[41]实验表明，在急性白血病干细胞中，靶向AMPK-ULK1介导的自噬调控通路，抑制细胞自噬可提高BET抑制剂JQ1的化療敏感性，逆转急性髓系白血病的临床耐药。Chu等[42]研究结果证实，同时抑制白血病干细胞中的SIRT1基因和细胞自噬流，可增强FLT3激酶抑制剂的抗白血病效果，提高急性白血病干细胞的清除效率。以上研究表明，自噬对白血病干细胞功能的影响是多方面的，靶向白血病干细胞的自噬调控的药物开发，激活和抑制细胞自噬均可打破白血病干细胞的内部“稳态”，促进其向成熟细胞分化，提高TKI等药物的化疗敏感性，改善患者的临床治疗效果。endprint

4 靶向自噬的中醫药开发

自噬在慢性粒细胞白血病的病程发展和耐药过程中发挥了重要调控功能，靶向自噬的药物开发是当前抗白血病药物研发的热点领域之一[3]。随着化疗耐药现象的普遍出现，传统的中医药在肿瘤治疗中作用引起了越来越多的研究者的关注。白血病为邪毒内侵，损伤脏腑骨髓而致，属中医“虚劳”、“症瘕”、“积聚”和“痰核”等范畴，应以养阴清热、驱邪扶正、益气活血为治则。研究发现，多种中药活性组分可通过调控CML的自噬通路，提高细胞的化敏感性，改善CML的治疗效果。王进等[43]研究发现，川楝素能通过上调Beclin 1和LC3-Ⅱ蛋白表达，诱导K562细胞发生自噬性死亡从而抑制细胞增殖。张萍等[44]实验表明，青蒿琥酯可通过下调自噬调控基因HMGB1和Beclin 1的表达，抑制自噬体的融合降解，激活细胞的自噬通路从而促进K562细胞的死亡。Goussetis等[45]研究发现，三氧化二砷可促进Bcr-abl蛋白的自噬性溶解而发挥抗白血病的作用，为CML的治疗提供了潜在的策略和方法。Chen等[46]研究表明，藤黄酸可通过调控Beclin 1和LC3基因的表达诱导细胞自噬，促进K562细胞的自噬性死亡。此外，人参皂苷Rh2、白藜芦醇和高三尖杉酯碱等多种中药活性产物均有调控细胞自噬和抗白血病的相关报告，提示从中医药中开发自噬调节剂，提高CML患者的临床疗效，具有广阔的应用和开发前景[31，47-48]。

隐丹参酮（cryptotanshinone，CPT）是从丹参中分离出来的一种脂溶性二萜醌类化合物，在白血病和其他多种肿瘤中显示了良好的抗肿瘤效果。Hao等[49]研究发现，CPT可通过增加胞内的活性氧水平激活JNK信号通路，诱导肺癌细胞发生自噬性死亡。Park等[50]的结果表明，在肝癌细胞HepG2中，CPT可诱导肿瘤细胞发生G1周期阻滞和自噬性死亡，其作用机制与AMPK信号通路的激活有关。课题组长期致力于白血病等恶性肿瘤的中医药防治技术开发，前期研究发现隐丹参酮可通过抑制STAT3和eIF4E信号通路的活性，提高白血病细胞K562对伊马替尼的化疗敏感性，为其后续的药物开发奠定了基础[51-52]。在前期研究的基础上，课题组对隐丹参酮调控白血病干细胞自噬和分化的功能进行了系统研究，发现白血病干细胞的自噬调控与其分化程度密切相关，分化诱导剂PMA可激活白血病干细胞的自噬水平，降低干性标记物CD34的表达水平，提高LC3和Beclin 1基因的活性，且自噬抑制剂可阻断PMA对干细胞的诱导效果，该结果提示白血病干细胞分化过程中，自噬发挥了重要调控作用。此外，研究发现隐丹参酮可有效的提高白血病干细胞中LC3，Beclin 1和ATG3等自噬标记物的表达水平，降低CD34的表达量，促进干细胞向红系和巨核细胞分化。以上结果提示，隐丹参酮可激活白血病干细胞的自噬，诱导干细胞向成熟细胞分化，降低其耐药的潜能，为其在白血病治疗领域的进一步开发利用奠定了基础。

5 展望

综上所述，自噬对慢性粒细胞白血病的功能具有双向的调控功能，与患者的临床耐药和复发密切相关。细胞自噬是细胞在恶劣的生存条件下的应激反应，在肿瘤的不同阶段发挥了不同的调控功能，适度的自噬有助于提高肿瘤细胞对化疗药物的耐受性，阻断或激活细胞自噬将提高细胞对药物的敏感性，达到逆转耐药的效果。白血病干细胞是导致CML耐药的重要原因，自噬对白血病干细胞的分化和TKI敏感性具有显著影响，靶向白血病干细胞的自噬调控通路，可降低其恶性程度，提高伊马替尼等TKI药物的化疗敏感性，提高药物对白血病干细胞的清除效率，达到“协同增效”的目的。

中医药作为当前肿瘤治疗的重要手段之一，大量的临床实践证明，其治疗的主要优势在于改善机体的内环境，重塑肿瘤相关的微环境。此外，中医药治疗具有多成分、多途径、多靶点的综合干预的优势，其临床疗效确切，副作用低。鉴于自噬在慢性粒细胞白血病中的重要调控作用，在中医药理论的指导下，从中药资源中寻找开发自噬调节剂，提高CML患者的治疗效果，已成为中医药抗肿瘤的热点研究之一[53-54]。但目前中医药关于细胞自噬的研究尚处于起步阶段，绝大部分的中药调控细胞自噬研究，多围绕促进肿瘤细胞自噬性死亡达到抑制肿瘤而开展，研究多处于实验室阶段，距离临床应用仍有较长的距离。自噬对肿瘤细胞的双重调控作用，与中医的“辨证论治”治疗思维不谋而合，自噬研究是探索中医药微观机制的有效途径[55]。随着中医理论与白血病细胞自噬的关系研究的不断深入，揭示中医药调控CML细胞自噬的作用靶点和机制，通过中医药手段调节自噬途径提高CML患者的治疗效果，降低患者的副作用和复发率，具有广阔的临床应用前景。

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[责任编辑 张宁宁]endprint