哺乳动物雷帕霉素靶蛋白介导细胞自噬在肿瘤中的研究进展

张浩然 乔旭旭 毕明宏

[摘要] 自噬与肿瘤细胞的恶性转化和分化有关。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路和细胞自噬关系密切，其可通过调控细胞自噬而在肿瘤的发生和发展中发挥重要的作用。目前mTOR抑制剂（靶向抑制信号通路）的开发已成为抗肿瘤研究的重要领域，这将会是潜在的肿瘤治疗方法。本文就自噬通路中mTOR信号通路与肿瘤关系以及mTOR抑制剂的研究进展进行综述，希望能为肿瘤的研究及靶向药物的研制提供信息。

[关键词] 自噬；肿瘤；哺乳动物雷帕霉素靶蛋白；治疗；研究进展

[中图分类号] R730.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2018）09（a）-0032-04

[Abstract] Autophagy capacity may correlate with malignant transformation and differentiation of cancer cells. The mammalian target of rapamycin （mTOR） has close relationship with autophagy， which can play an important role through regulating the autophagic activity on cancer genesis and progression. So far mTOR inhibitors （inhibiting targets of signaling pathways） have potential in the future for cancer therapy， the development of mTOR inhibitors represents an important field in anticancer research. This article summarizes the relationship between mTOR signaling pathway and tumor in autophagy pathways， and the current status of the development of mTOR inhibitors， it hopes to provide information for studies on cancer research and targets for tumor therapy.

[Key words] Autophagy； Tumor； Mammalian target of rapamycin； Therapy； Research progress

恶性肿瘤是我国人群死亡的主要原因之一，众多因素都对肿瘤产生影响，肿瘤发生、发展的机制目前仍并未完全阐明，近几年，生物医学界逐渐认识到细胞自噬和肿瘤存在复杂的关系，而自噬是广泛存在于真核细胞中的生命现象，且研究显示在人类肿瘤中存在自噬活性的改变，此问题已成为目前热点研究领域。与细胞自噬活性调节有关的信号转导通路有多种，而目前研究提示哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信号通路是其中的一条重要途径，因此，深入研究自噬与肿瘤的关系及调节机制意义重大。本文就mTOR介导细胞自噬在肿瘤中的研究进展进行综述。

1 自噬与肿瘤

自噬（autophagy）是真核细胞中的一种基础生命现象，其是将胞质中的蛋白质、RNA等大分子物质和一些衰老、破损的细胞器等在单位膜包裹的囊泡中大量降解，实现再循环，从而使细胞保持较好的生理状态。同时自噬受体也在介导蛋白转运至自噬体降解过程中起重要作用[1]。Klionsky[2]研究提示细胞自噬与炎症、免疫、神经退行性、心脑血管疾病及癌症有关，并且多种人类癌症中发现细胞自噬活性的变化。

研究发现细胞自噬与癌症的关系密切，在癌症中自噬受多种信号通路的调控[3]。且自噬在肿瘤形成、增殖、转移以及肿瘤治疗中均发挥显著作用，研究提示在多种肿瘤细胞中存在自噬功能的改變[4]。在不同微环境下，自噬的作用是不同的，自噬既可以发挥肿瘤抑制作用，也可以发挥促进肿瘤细胞生长存活作用[5]。梁冰等[6]研究提示电离辐射可以诱导卵巢癌细胞发生自噬，且自噬水平的升高也提升了肿瘤细胞对于电离辐射的抵抗。

2 mTOR信号转导通路

mTOR是一种在进化上高度保守的丝/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶，分子量大小为289 kD，其基因位于人1号染色体短臂36.2位点，是磷脂酰肌醇激酶相关激酶超蛋白家族成员，mTOR在细胞自噬中处于中心调控者地位。

mTORC1为异五聚体蛋白激酶，包括富含脯氨酸的AKT作用底物PRAS40、mLST8、mTOR和TOR调节相关蛋白（Raptor），以及Deptor。mTORC1参与自噬小体的诱导及形成，对细胞自噬起负向调控。mTORC2的组成蛋白有mTOR、Deptor、mLST8、应激活化蛋白激酶相互作用蛋白1（mSIN1）和雷帕霉素不敏感组分（rapamycin-insensitive companion of mTOR，Rictor），以及Protor（protein observed with rictor-1）。

3 mTOR介导细胞自噬的信号转导通路

目前研究显示mTOR是自噬的关键负调控分子之一，mTOR与细胞凋亡、生长、增殖、自噬等有重要联系[7]。目前发现自噬功能损伤抑制胶质瘤干细胞的分化[8]。近期有研究发现自噬活性改变参与了骨髓间充质干细胞向成骨细胞的分化过程。Colosetti等[9]研究也提示自噬参与了慢粒K562细胞向巨核细胞的分化演变进程。

3.1 mTOR上游信号转导通路

mTOR已被证明是细胞自噬的一个重要负调控因子。mTOR上游信号传导通路最经典的途径是PI3K/AKT/mTOR通路，其上游通路，跨膜胰岛素受体和胰岛素生长因子或酪氨酸激酶受体结合，然后活化PI3K，使PIP转化为PIP3，然后PIP3结合于Akt/PKB和PDK1，抑制自噬体形成[10]。其下游通路，结节性硬化复合物（tuberous sclerosis complex，TSC）蛋白有抑制小G蛋白Rheb（Ras homolog enriched in brain）作用，进而抑制mTOR功能，活化自噬体形成。目前研究提示小G蛋白是mTOR上游的一个正向调控因子，对mTOR起活化作用。TSC对具有GTPase激活蛋白活性，形成TSC1-TSC2复合体，增强GTP酶活性，抑制mTORC1的活性[11]。Akt通过磷酸化TSC2，使其抑制作用减弱，从而增强了mTOR活性。TSC2被AMPK磷酸化后则会抑制mTOR活性。

3.2 mTOR下游信号转导通路

研究提示mTORC1下游直接作用底物为两个独立的自噬相关基因4E-BP1（eukaryotic initiation factor 4E binding protein 1）和 S6K，两者是mRNAs翻译的关键调节基因。TOR存在两种不同复合体形式：TORC1和TORC2，研究显示TORC1和TORC2的结构和功能都十分保守稳定[12]。mTORC1通过磷酸化ULK1抑制自噬[13]。研究提示Atg1位于mTOR的下游，为mTOR的负向调控因子[14]。Atg1和S6激酶对自噬起抑制作用[15]。目前AKt/mTOR及其下游信号分子4E-BP1和p70S6K1在肿瘤自噬发生中的作用是新的研究热点。

4 mTOR信号通路与肿瘤治疗

4.1 雷帕霉素与肿瘤治疗

从调节细胞自噬角度来进行肿瘤治疗是临床医学上的新进展。mTOR抑制剂雷帕霉素又称为西罗莫司，是由吸水链球菌（Streptomyces hygroscopicus）产生的大环内酯类抗生素。雷帕霉素与FK506结合蛋白相互作用，抑制mTORC1复合体的形成，阻止磷酸化下游靶蛋白P70S6K和4E-BP1，下调细胞周期相关蛋白质的合成。

4.2 雷帕霉素衍生物与肿瘤治疗

由于雷帕霉素在多种肿瘤治疗上显示出一定的效果，从20世纪90年代开始国际上进一步开发了多种雷帕霉素衍生物，目前已开展临床研究甚或临床应用的有替西罗莫司（temsirolimus，CCI-779）、依维莫司（everolimus，RAD001）、Ridaforolimus（deforolimus，AP2 3573）等。动物实验显示在雷帕霉素衍生物RAD001使用的基础上再加用Caspase-3抑制剂DEVD，将会提高肺癌放疗敏感性，提示在治疗肿瘤效果上与自噬可存在相关性[16]；在相关肿瘤研究中发现RAD001及CCI-779可以诱导产生30%～40%肿瘤缓解率[17-18]；研究提示RAD001也可以增加乳腺癌、前列腺癌和膀胱癌对放化疗的敏感性[19-20]；并且细胞死亡是非凋亡依赖型的自噬相关的细胞死亡[21]。

传统的雷帕霉素及其衍生物仅对mTORC1的活性起抑制作用，但对mTORC2无此作用。有研究提示替西罗莫司和依维莫司在肿瘤治疗中疗效不佳，可能是因其仅对mTORC1有效，因此决定了其抗肿瘤疗效的局限性，并且导致PI3K/AKT反馈性激活[22]。

4.3 新一代mTOR抑制剂与肿瘤治疗

新一代mTOR抑制剂能双重靶向抑制mTORC1和mTORC2，负向调控AKT的代偿性磷酸化，也明显抑制PI3K/AKT/mTOR通路[23]。下面将对新一代靶向mTOR抑制剂作一简介：

NVP-BEZ235是PI3K/mTOR双靶点抑制剂，在多种肿瘤中证明NVP-BEZ235对瘤细胞生长增殖的抑制，并诱导其凋亡[24-26]。NVP-BEZ235通过结合到PI3K的ATP结合域，起到可逆抑制PI3K活性的功能；并且NVP-BEZ235结合mTOR激酶结构区中的ATP结合位点，起下调mTORC1和mTORC2的活性作用。mTORC1/mTORC2抑制剂OSI-027也是新一代mTOR抑制剂。OSI-027能夠抑制雷帕霉素刺激和IGF-1诱导的AKT磷酸化，另外，其还可以下调雷帕霉素敏感及耐受的肿瘤细胞的增殖，诱导肿瘤细胞的凋亡特性[27]。AZD8055能同时抑制mTORC1和mTORC1复合物，AZD8055已被证明能抑制多种肿瘤细胞的增殖和生长[28]。具有抗肿瘤和抑制新生血管生成的双重作用的SF-1126[29]，目前处于临床研究阶段。另外，PI3K和mTOR 双靶点抑制剂XL-765也显示抗肿瘤效应[30]。

4.4 抑制mTOR信号的中药

目前研究提示，从中药中提取的具有抗肿瘤活性的化合物可能是通过mTOR信号通路而起效的。如黄芩素抑制mTOR和Raptor信号，激活自噬，进而有抗肿瘤作用[31]。

5 总结与展望

由于恶性肿瘤的发生率有增高趋势，并有着高死亡率，针对肿瘤的研究是多年来研究的热门，对细胞自噬与信号通路的研究将有助于找到治疗肿瘤的新角度。随着此领域研究的不断进展，自噬在恶性肿瘤发生发展中的机制及治疗中的作用将受到更多关注，其信号转导相关通路mTOR等也逐渐成为医学科学研究中的热点。基于mTOR通路的细胞自噬对肿瘤细胞作用具有重要意义，通过mTOR通路调节细胞自噬以达到抑制肿瘤作用的药物不断被发现[32-33]。本文总结mTOR通路影响肿瘤生长的相关自噬机制，以期能为肿瘤的治疗开辟出更为针对性的治疗方案提供理论依据。

影响自噬调节的因子众多是制约肿瘤自噬调节剂应用的关键所在。但是对自噬通路中这些信号转导通路的调控机制还不十分清楚，相应的细胞学效应也需要进一步确定。目前仍需深入研究自噬调节通路，如mTOR通路激活的具体调节机制及作用条件等，在条件许可下进而开展动物及人体临床试验，为基于自噬调节治疗肿瘤新方案提供理论依据。

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（收稿日期：2018-01-02 本文編辑：苏 畅）