自噬在肿瘤转移中的作用*

晏晓杰 黄小丹 文济刚 马帅静 陈笑天 张媛媛

(四川大学华西基础医学与法医学院药理学教研室，四川 成都 610041)

1 肿瘤转移的危害与机制

随着人类生活方式的改变、环境污染的加重和人口老龄化的加剧，恶性肿瘤的发病率和死亡率越来越高。转移是恶性肿瘤最致命的特征，占肿瘤相关死亡的90%以上[1]。在肺癌新发病例中,非小细胞肺癌占80%，转移扩散占死亡总数的70%以上[2]。约50%的结直肠癌患者发生肝转移而导致肝癌，并进而发生全身转移[3]。乳腺癌能向周围淋巴结和全身器官转移，最常见的是脑转移，90%以上的乳腺癌相关死亡是由于远端转移[4]。恶性肿瘤转移后，手术治疗难以根除，容易复发，而药物治疗容易出现耐药。尽管在癌症的病理机制研究和诊断治疗方面都取得了不少进展，但目前学术界关于肿瘤转移的确切机制尚无定论，临床上也欠缺阻断肿瘤转移的有效药物[5]。

越来越多的证据支持肿瘤转移相关的“种子-土壤”假说。该假说是Stephen Paget于1989年提出的，认为肿瘤转移的器官偏好模式是转移瘤细胞(种子)和其器官微环境(土壤)相互作用的结果[6-7]。以“种子-土壤”假说为基础，学者们提出了其他的肿瘤转移相关理论假说，包括上皮-间充质转化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)、肿瘤干细胞(Cancer stem cells， CSCs)和巨噬细胞浸润。

2 自噬及相关信号通路

自噬是一种进化相当保守的生物过程，指的是真核细胞的细胞器与各种物质被包裹在磷脂双分子层内形成自噬体，进而运送到溶酶体进行降解，达成各成分的回收利用。自噬在细胞生长和细胞内稳态的调节中发挥至关重要的作用[8]。根据细胞内底物运送到溶酶体的方式可将细胞自噬分为三种：巨自噬(Macroautophagy))、微自噬(Microautophagy)和分子伴侣介导的自噬(Chaperone-mediated autophagy，CMA)[9]。

诱发自噬的内外界因素很多，包括营养不良、活性氧(Reactive oxygen species，ROS)、缺氧、药物刺激等。这些因素会激活一系列复杂的信号转导途径,进而诱导发生自噬。如果自噬调节发生紊乱，就会导致一系列病理反应，如神经退行性疾病、衰老和肿瘤等[10]。如图1所示，自噬包括成核、延伸、自噬体和自噬溶酶体形成等过程，并且接受一系列高度保守的的基因的调控，这些基因称为自噬相关基因(Autophagy-related genes，ATGs)，如ATG1、ATG13、ATG16等[11]。自噬通路中的关键因子非常复杂，包括哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin，mTOR)、Ⅰ类PI3K(Phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)、AKT、Ⅲ类PI3K、Beclin-1、p53等。AMP依赖的蛋白激酶(AMP activated protein kinase， AMPK)/mTOR通路是自噬的一条重要通路。

3 自噬的促进肿瘤转移作用

肿瘤细胞在转移过程中，各种外界刺激都可以影响转移的顺利进行，包括缺乏细胞外基质(Extracellular matrixc，ECM)的支持保护、增强的代谢和氧化应激、持续的DNA损伤等。

图1 自噬信号通路示意图注：各种外界因素(如药物作用等)使AMP与ATP的比例上升，激活AMPK，抑制mTOR。AMPK能够促进ULK1的表达，并与Ⅲ类PI3K复合物共同调控ATGs的表达，启动细胞自噬过程。

自噬可通过减弱失巢凋亡抵抗来发挥促进肿瘤转移的作用。细胞与ECM分离后会继发一种程序性细胞凋亡——失巢凋亡(Anoikis)。失巢凋亡是一种由于缺乏ECM支持而导致的程序性细胞死亡，它可以防止粘附依赖型细胞在非适宜ECM上附着及生长，从而避免细胞在其他器官的增殖[12]。肿瘤细胞也不例外，为获得更强的存活能力，癌细胞通过各种形式的基因突变与表观修饰来诱导细胞存活信号分子如PI3K、GTPase等的产生，进而诱导细胞因子自分泌并增强受体酪氨酸激酶的表达，减弱失巢凋亡对肿瘤细胞转移的影响[13]。

自噬还可通过维持线粒体功能和能量平衡来促进肿瘤转移。自噬可通过维持线粒体的正常功能，即产生三磷酸腺苷(Adenosine-triphosphate，ATP)、抗氧化、抗DNA损伤等来减弱细胞凋亡的可能性，进而促进肿瘤转移[14]。研究发现，Atg5缺陷型自然杀伤细胞可导致线粒体损伤，活性氧过度生成，而自噬反应对于自然杀伤细胞的成熟至关重要[15]。自噬在原发性肝细胞癌中可通过维持细胞内ATP的水平及激活线粒体-β氧化来促进缺氧诱导因子1a(Hypoxia-inducible factor，HIF-1a)介导的细胞增殖，并进而促进转移[16]。

肿瘤细胞在无法与ECM建立联系的情况下，可通过一系列信号通路下调RAS/MAPK及PI3K/Akt通路活性进入休眠形式而增强其存活侵袭能力,这是肿瘤复发转移的一种机制[17]。

自噬影响着CSCs的起源、维持和侵袭,进而对肿瘤的转移及耐药产生影响[18]。自噬可通过调节白介素6的分泌来影响自噬依赖性乳腺癌细胞中CSCs干性的维持[19]。HIF-1α诱导产生低氧，同时间歇性缺氧也可诱导HIF-1α、LC3-Ⅱ等的高表达，诱导细胞产生更强的自噬，增强CSCs的存活能力[20, 21]。

4 自噬的抑制肿瘤转移作用

自噬可以减少缺氧诱发的肿瘤坏死，抑制炎症细胞浸润，从而抑制肿瘤转移。由于肿瘤内部的代谢应激和缺氧，细胞很容易坏死，这导致肿瘤部位经常发生炎症细胞尤其是巨噬细胞浸润，从而形成一个易于肿瘤细胞转移的微环境[22]。虽然自噬可抑制肿瘤发生，但在肿瘤转移早期，自噬可以促进细胞在代谢应激和缺氧条件下的存活，促进肿瘤转移。作为细胞应激状态下提供营养物质的重要途径，自噬可以保护肿瘤细胞，避免凋亡或坏死的发生，进而减少细胞凋亡以及后续的免疫炎症浸润，最终达到抑制肿瘤细胞转移的效果[23]。

自噬潮在某些情况下可触发肿瘤细胞凋亡而抑制肿瘤转移。吉非替尼通过阻断PI3K/AKT/mTOR途径增加自噬流，促进肺癌细胞的自噬和凋亡，导致肺癌细胞死亡[24]。

自噬可通过调节免疫应答而抑制肿瘤转移。自噬调节免疫调制器高迁移率族蛋白1(High mobility group box-1 protein，HMGB1)由肿瘤细胞选择性释放，释放后HMGB1，再激活树突状细胞，触发强烈的抗肿瘤免疫反应而抑制转移[25]。HMGB1在Lewis肺癌细胞中的表达增加，并从细胞核穿梭到细胞质中后被分泌， 与自噬的上调一致。饥饿可促进Lewis肺癌细胞分泌HMGB1，进而调节自噬，促进存活[26]。

自噬可防止癌基因诱导的细胞衰老和加快早期肿瘤进展。基底自噬是维持小鼠干细胞静止状态的必要条件，生理老化、卫星细胞自噬的失败或幼细胞自噬的遗传损伤会导致衰老。对158例原发性黑色素瘤患者的随访表明，肿瘤Atg5水平低的患者的无进展生存率降低。因此，通过防止癌基因诱发的衰老减少ATG5 表达可以促进细胞增殖，并可能有助于抑制早期皮肤黑色素瘤的发展[27]。

自噬性细胞死亡可以抑制肿瘤转移[28]。雄激素受体(Androgen receptor，AR) 可能在前列腺癌进程中发挥复杂甚至相反的作用。靶向AR可能诱发前列腺癌细胞凋亡、自噬性细胞死亡和程序性坏死，但靶向AR可能通过脱落凋亡和嵌入式死亡抑制细胞死亡，可能导致转移增多[29]。

活性氧(Reactive oxygen species，ROS)可通过调节自噬来抑制肿瘤转移。印苦楝内酯诱导产生过量ROS，抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路，调节胰腺癌细胞的凋亡和自噬，从而通过线粒体介导的细胞凋亡而不非自噬来抑制增殖和转移[30]。

5 总结与展望

综上所述，如图2所示，自噬既有促进肿瘤转移的作用，也有抑制肿瘤转移的作用。

图2 自噬对肿瘤转移的作用注：自噬通过调节CSCs存在、回收代谢产物、减弱失巢凋亡、稳定线粒体功能、诱导细胞休眠来促进肿瘤细胞体内转移。同时,自噬也能通过调节细胞缺氧、凋亡、衰老、免疫应答,或诱导细胞自噬性死亡来抑制肿瘤的转移。

但是自噬的双面作用究竟是机制的单纯质变，还是量变的积累，目前尚无定论。具体是什么刺激因素或关键因子决定着自噬在肿瘤转移中的角色，目前依然未知。如果我们能找到在这个转变过程中的关键分子或通路，很有可能开发出靶向自噬而治疗肿瘤转移的有效药物。鉴于自噬在多种疾病中的作用，甚至有可能用于治疗其他疾病。