自噬在胰腺癌发生发展及治疗中的作用

郭承涛 湛先保

海军军医大学长海医院肿瘤科，上海 200433

【提要】 自噬是真核生物中高度保守的依赖溶酶体的分解代谢过程，不仅可以维持细胞内稳态，还在肿瘤发生发展的各个阶段发挥重要作用。胰腺癌是恶性程度最高的恶性肿瘤之一，发生与发展机制尚未阐明。近年来研究发现自噬在胰腺癌生存和发展中发挥重要作用，并对胰腺癌放疗、化疗等疗效有重要影响。

细胞自噬是细胞内重要的物质分解代谢机制，是广泛存在于真核生物中具有高度保守、用于降解和回收利用细胞内生物大分子和受损细胞器的生理和病理生理过程。自噬过程中蛋白质或细胞器等胞质成分被双层膜结构的自噬小泡包裹，并最终运送至溶酶体中进行降解，降解产生的氨基酸、糖类、脂肪酸和其他一些小分子物质可被再利用或产生能量，从而维持细胞基本的生命活动[1]。根据底物类别、自噬调控机制及转运途径的不同，自噬大致分为3种类型：微自噬(micro-autophagy)、分子伴侣介导的自噬(chaperone-mediated autophagy, CMA)和巨自噬(macro-autophagy)。这些自噬过程都有一个共同点，即都是在溶酶体中实现蛋白或受损细胞器的降解，目前关于细胞自噬的研究主要集中在巨自噬。生理状态下细胞内自噬维持在较低水平，但在应激条件下(如饥饿、缺血缺氧、细胞器受损等)自噬可被诱导增强。细胞自噬水平的过度活化可引起细胞发生自噬性死亡(autophagic cell death，AuCD)，因而自噬也被称为Ⅱ型程序性细胞死亡。

一、自噬与肿瘤

自噬具有抑制肿瘤和促进肿瘤的双重效应，这种效应与肿瘤类型、肿瘤发展阶段以及基因突变等密切相关。一方面，自噬可以为肿瘤细胞提供生长所需的代谢物、维持内环境的稳定,进而发挥促癌作用；另一方面，自噬又可以避免正常细胞遭受氧化应激、持续性炎症、DNA损伤等病理损害，发挥抑癌作用[2]。生理情况下自噬通过维持细胞稳态和正常代谢抑制健康细胞恶性转化，并且在抗肿瘤免疫监视中发挥作用，但恶性肿瘤一旦形成，自噬在不利的微环境条件下则促进肿瘤细胞进展以及产生抗肿瘤治疗的抵抗[3]。

二、自噬在胰腺癌发生中的作用

目前已有研究证实异常的自噬参与了胰腺炎的发生发展过程[4]。一方面，自噬在胰腺炎早期能隔离和降解潜在有害的活化的胰腺蛋白酶原[5]，保护胰腺腺泡细胞免受损伤从而抑制胰腺炎的发生，自噬缺陷可导致错误折叠蛋白增加、内质网应激和线粒体损伤引起活性氧自由基在胰腺组织中蓄积从而促进胰腺炎发生[6-7]，进而增加胰腺癌发生的风险；另一方面，自噬缺陷能减少小鼠体内胰蛋白酶原激活并减轻其对胰腺的损伤[8]，提示自噬能通过激活胰蛋白酶原促进胰腺炎的发生。空泡膜蛋白1(vacuole membrane protein-1，VMP1)是一种与自噬启动密切相关的跨膜蛋白，它与自噬相关蛋白Beclin1直接结合促进自噬体的形成[9]。有研究显示胰腺炎症和活化的K-ras信号可强烈诱导VMP1表达，进而与Beclin1结合促进自噬，为胰腺癌发生提供能量和营养底物[10]。胰腺癌被认为是包括遗传改变在内的多种未知因素相互作用的结果。90%的胰腺癌中伴有K-ras基因突变。胰腺癌的生长高度依赖自噬，特别是在致癌基因K-ras发挥其主要作用的早期阶段。通过氯喹干扰胰腺肿瘤细胞中自噬体与溶酶体结合，抑制胰腺肿瘤细胞的自噬活性，显著降低了肿瘤细胞的增殖能力，表明自噬在胰腺癌发生中起促进作用[11]，但这一作用仍然存在很多争议。此外，实验研究表明持续激活的自噬能通过直接靶向信号转导和转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)-BCL2-BECN1通路导致胰腺癌细胞自噬性死亡，从而起到抑制肿瘤的效应[12]。以上研究结果提示自噬对胰腺癌发生的不同影响可能与其所处的具体阶段有关。

三、自噬在胰腺癌进展中的作用

大量研究表明胰腺肿瘤依赖自噬，自噬促进了胰腺肿瘤的生长和发展。Fujii等[13]通过对71例经胰十二指肠切除术患者的胰腺癌组织进行免疫组织化学分析，发现胰腺癌组织中自噬活性升高，且与不良预后显著相关。与正常胰腺、轻度和中度上皮内瘤变的胰腺导管上皮细胞相比，81%重度上皮内瘤变的胰腺导管上皮细胞和胰腺癌细胞胞质中存在中度或重度的自噬标记蛋白LC3染色。通过氯喹干扰自噬体和溶酶体结合抑制自噬活性可导致胰腺肿瘤异种移植物和遗传小鼠模型中肿瘤消退，小鼠存活期延长[11]，表明自噬具有促进胰腺肿瘤的生长和进展的病理生理学意义。

晚期糖基化终末产物受体(receptor of advanced glycation endproducts,RAGE)是细胞内氧化应激和炎症信号通路的重要因子，在胰腺癌中高表达，可诱导活性氧自由基产生，两者协同参与诱导胰腺癌细胞自噬的发生。胰腺移植瘤小鼠在敲除RAGE后，导致白介素-6(IL-6)/信号转导和STAT3诱导的自噬活性被抑制，并延缓了胰腺肿瘤的进展[14]。此外，利用特异性PI3K抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine，3-MA)作用于Vps34和PI3Kγ可抑制胰腺肿瘤干细胞自噬体形成，导致胰腺肿瘤干细胞死亡，mTOR抑制剂雷帕霉素诱导胰腺肿瘤干细胞自噬活性可使其抵抗缺氧和饥饿诱导的凋亡能力增强，表明自噬介导了胰腺肿瘤干细胞在缺氧微环境中的存活能力[15]。另外胰腺癌中MiT/TFE家族转录因子过度表达和组成型激活可进一步介导溶酶体大量扩增，从而激活自噬促进胰腺癌的发展[16]。实验研究显示在K-ras驱动的胰腺癌基因工程小鼠模型中敲除ATG5或ATG7，自噬活性降低，肿瘤的进展明显减慢[17-18]。在p53杂合性缺失的K-ras驱动的胰腺癌基因工程小鼠模型，羟氯喹干扰自噬体和溶酶体结合从而抑制自噬活性，可增加低级别胰腺导管上皮内瘤变的发生，但抑制了其向高级别胰腺导管上皮内瘤变和胰腺导管腺癌转变的过程，而在p53纯合子缺失的小鼠模型中，羟氯喹抑制自噬活性则促进了胰腺导管腺癌的进展[17]。这种差异表明p53可能影响自噬在促进胰腺癌发展中的作用，但小鼠肿瘤在p53纯合子缺失情况下形成并不是正常的生理现象，不能准确模拟人类胰腺肿瘤的发生发展过程[19-20]。

自噬的作用不仅仅限于胰腺肿瘤细胞，其周围的细胞自噬也能为胰腺肿瘤生长和发展提供能量。胰腺星状细胞是胰腺间质中的一种重要细胞类型，有研究发现胰腺肿瘤细胞能刺激胰腺星状细胞自噬，星状细胞自噬被激活后分泌丙氨酸，进而为胰腺癌细胞生长提供营养支持，抑制星状细胞的自噬活性则消除了这种效应，且通过氯喹抑制星状细胞自噬能使胰腺移植瘤小鼠的肿瘤体积缩小[21-22]，揭示了肿瘤间质细胞自噬激活在胰腺癌生长中的重要性。Yang等[23]将K-ras突变的胰腺癌细胞注入基因工程小鼠进行原位移植，通过在不同时间全身敲除ATG4B观察小鼠间质细胞自噬对移植肿瘤的影响，发现与肿瘤细胞自身自噬相比，肿瘤微环境中间质细胞自噬对基因工程小鼠移植肿瘤的早期发生起主要作用；而在小鼠已经形成的胰腺移植肿瘤中，抑制肿瘤细胞自噬较抑制间质细胞自噬，则表现出更显著的肿瘤消退，表明肿瘤细胞自噬和间质细胞自噬可共同维持胰腺肿瘤的生长，二者所起的作用可能与肿瘤发展阶段有关。

目前，自噬与肿瘤的研究主要集中在巨自噬，微自噬和分子伴侣介导的自噬在胰腺肿瘤研究中仍然较少。蛋白质乙酰化作为一种重要的翻译后修饰一直备受关注，近几年来逐渐成为研究热点。乳酸脱氢酶A(lactate dehydrogenase A，LDH-A)是人体内一种能够产生乳酸的代谢酶，其参与糖酵解途径为肿瘤细胞提供能量。有研究报道胰腺癌中LDH-A的K5乙酰化水平下调可抑制经分子伴侣介导的自噬途径，导致LDH-A在肿瘤细胞中大量累积，为胰腺癌细胞转移、浸润、侵袭和恶化提供能量[24]。

四、自噬在胰腺癌治疗中的作用

目前多数研究显示胰腺肿瘤组织中细胞自噬活性增强并促进肿瘤生存，因而抑制自噬有望成为胰腺肿瘤治疗的新手段。然而在第一项转移性胰腺癌人体临床试验中，利用羟氯喹抑制自噬并没有表现出显著的治疗效果[25]，说明单独抑制自噬并不足以影响胰腺肿瘤生长。有研究发现体内抑制自噬活性能减弱胰腺肿瘤干细胞的活力，吉西他滨联合氯喹能显著增强化疗药物的抗肿瘤作用，且吉西他滨联合氯喹比单独化疗或抑制自噬能更有效抑制胰腺肿瘤的进展[26-27]。5-氟尿嘧啶或吉西他滨处理后胰腺肿瘤细胞自噬活性明显增加，利用氯喹抑制自噬则显著增强化疗药物对胰腺癌PANC1和BxPC-3细胞增殖的抑制作用[28]。体外实验表明鱼藤素能阻断自噬活性，进而增加胰腺癌细胞对多柔比星的敏感性[29]。另有研究显示抑制自噬能提高胰腺神经内分泌肿瘤细胞对舒尼替尼的敏感性，舒尼替尼联合氯喹能降低肿瘤细胞的活力，减轻小鼠模型的肿瘤负荷[30]。还有研究者报道miR-216a可抑制Beclin1介导的自噬，增加胰腺癌细胞对放疗的敏感性[31]。以上研究结果表明在化疗或放疗时肿瘤细胞通过增加自噬活性促进细胞存活而抵抗治疗，抑制自噬能扭转对治疗产生的抵抗，因此自噬抑制联合化疗或放疗比单一抑制自噬活性在胰腺癌治疗中更具潜力。在一项吉西他滨联合羟氯喹对胰腺癌患者术前治疗安全性和耐受性研究的临床试验中，35例患者有19例(61%)在治疗后CA19-9降低，29例(94%)患者进行了手术切除，R0切除率为77%，且自噬活性较高的患者表现出明显的生存获益(无病生存期15.0个月比6.9个月，总生存期34.8个月比10.8个月，P值均<0.05)[32]。除了能增强化疗和放疗对肿瘤的治疗效应外，抑制自噬还能加强对胰腺癌靶向治疗的有效性。体外研究发现阿奇霉素抑制胰腺癌BxPC-3和PANC1细胞自噬，从而增加吉非替尼对胰腺肿瘤细胞的毒性导致细胞死亡[33]。氯喹能减少肿瘤血管的弯曲度和密度，促进成熟且具有功能的血管形成，增加肿瘤的灌注，从而提高了肿瘤对化疗药物的反应，此外氯喹可使血管内皮细胞排列更均匀，增加肿瘤血管内皮粘附连结，导致血管内皮屏障难以穿透，由此阻止了癌细胞散播和转移，因此氯喹抑制自噬可能不是对肿瘤产生影响的唯一机制[34]，特异性抑制自噬的药物需要进一步研究。

综上所述，自噬在胰腺癌的发生、发展过程中发挥复杂而显著的作用，但调节自噬过程的具体分子机制在胰腺癌背景下尚未明确。自噬也与胰腺癌的治疗密切相关，抑制自噬是胰腺癌的一种新型治疗策略，可增强传统化学药物对抗肿瘤治疗的效应。进一步深入研究并揭示自噬在胰腺癌中作用和机制，以及确定和评估更有效且特异性阻断自噬的药物及其组合的理想方案具有一定的前景。

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