自噬在肺癌中的研究进展

郭小波，耿 庆※，张 楠，江文洋，范 涛，李东航，张 霖

(武汉大学人民医院 a.胸外科，b.心血管内科，武汉 430060)

自噬的本质是溶酶体依赖的蛋白质降解途径，通过对蛋白和受损细胞器的降解及循环再利用，维持内环境的平衡及稳态。根据降解物质运送至溶酶体方式的不同可将自噬分为巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬；按照自噬对降解对象是否具有选择性又可将自噬分为选择性自噬和非选择性自噬，在选择性自噬中研究较多的是线粒体自噬[1]。研究发现，自噬异常与肿瘤、神经退行性疾病、心血管疾病等的发生发展有密切关系[2]。在各种肿瘤模型中，自噬发挥双重作用，是初始肿瘤发生的抑制剂，然后成为肿瘤进展的促进剂，自噬抑制或加速肿瘤的发生和进展[3-4]，并且肿瘤治疗过程中的疗效可能受益于自噬的诱导和抑制，因此准确评估自噬在肿瘤中的作用至关重要[5]。

近年来，肺癌患病率高且发病率不断升高，其病死率位于各种恶性肿瘤之首，每年全世界约有130万人死于肺癌，且近1/3的新发肺癌病例发生于我国[6-7]。因此，明确肺癌发生、发展的分子机制和途径，寻找更为有效的治疗方法和靶向药物至关重要。自噬与肺癌关系密切，一方面自噬有利于肺癌细胞的存活，促进肺癌的发生发展，抑制基础的自噬可以减少肺癌细胞增殖；但与此同时自噬又可以经非胱天蛋白酶依赖途径引起肺癌细胞的死亡，增加自噬可以抑制肺癌的发展[2,8]。自噬在肺癌中发挥保护作用还是促进肺癌恶化值得进一步研究。现就自噬在肺癌中的研究进展予以综述。

1 巨自噬与肺癌

巨自噬即通常所指的自噬，是溶酶体介导的细胞内物质降解途径，双层膜空泡通过包裹细胞内物质(如蛋白质、脂质)及损伤细胞器形成自噬体，自噬体与溶酶体结合，并在溶酶体酶的作用下降解自噬底物成为氨基酸、脂肪酸等基础成分，重新用于代谢途径及产生ATP，维持内环境的稳态[9]。在饥饿或能量缺乏时，通过激活腺苷一磷酸活化蛋白激酶和抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信号通路启动巨自噬经典通路。mTOR激酶是诱导自噬的重要调节分子，激活的mTOR[磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)和丝裂原激活蛋白激酶信号转导]可抑制自噬，而mTOR(腺苷一磷酸活化蛋白激酶和p53信号转导)的负性调节则促进自噬。mTOR下游自噬蛋白Beclin1及液泡分选蛋白34(唯一的Ⅲ类PI3K)，其与激活自噬的大分子复合物相关，并通过自噬相关基因(autophagy-related gene,Atg)形成Atg12-Atg5-Atg16L1复合体，控制自噬体的形成。此外，SQSTM1(sequestosome 1，一种选择性自噬接头蛋白)/p62以及微管相关蛋白轻链3-Ⅱ(microtubule-associated protein 1 light chain 3 Ⅱ，LC3-Ⅱ)蛋白在识别细胞和靶向自噬中也发挥重要作用[10]。

巨自噬与肺癌关系密切。研究发现，在癌症背景下，致瘤过程(如激活PI3K/Akt、Akt/mTOR或胞质中p53蛋白的聚集)会导致自噬受损，而自噬受损或抑制会引起基因组的不稳定性，干扰细胞分化，影响细胞衰老程序的激活，此外还可扰乱细胞代谢，自噬受损又是一个潜在的致瘤过程[1-2]。虽然在肿瘤发生的早期阶段自噬常受损，但在肿瘤进展的晚期阶段，自噬恢复，恢复的自噬使肿瘤细胞应对内源性应激(如缺氧)，并增加对化疗或放疗的抵抗力[11]。Rao等[12]研究显示，在KRASG12D-促使的肺癌中，自噬可抑制早期肿瘤的发生，自噬缺陷通过影响肿瘤微环境导致肿瘤的形成，而晚期自噬可加速肿瘤的进程。Atg5依赖的自噬在肺癌进展中可能发挥双重作用。起初自噬受损，使肿瘤灶增加，并使从异型增生到腺瘤的转化加快，然而，从腺瘤到腺癌的进展需要自噬，表明损伤的自噬最终导致肿瘤减少，并使肿瘤小鼠的存活率增加[5]。Guo等[13]发现自噬抑制KRAS诱发肺肿瘤的嗜酸粒细胞瘤进展并保持脂质平衡。此外，自噬标志物LC3和p62/SQSTM1在早期非小细胞肺癌中有重要的预后价值，高LC3水平可能与较低的肿瘤侵袭性有关，而p62高表达与侵袭性肿瘤行为显著相关[14]。

近年来研究发现靶向巨自噬可能被用于肺癌的治疗。新的含肟-吡唑衍生物通过诱导自噬，以剂量和时间依赖性的方式抑制A549肺癌细胞增殖[15]。过氧化氢酶通过调控自噬有助于保护肺癌细胞免于凋亡和坏死[16]。

Chen等[17]发现，在A549人肺癌细胞中，顺铂通过上调自噬相关蛋白5和自噬基因Beclin1的mRNA和蛋白质表达水平诱导自噬。当用小干扰RNA敲除Atg5和Beclin1破坏顺铂诱导的自噬反应时，caspase-3分裂增加，细胞活力降低，表明在A549人肺癌细胞中，通过Atg5和Beclin1抑制自噬，可促进顺铂诱导的凋亡性细胞死亡，增加疗效。Leung等[18]发现，一种抑制KRAS-磷酸二酯酶δ相互作用的小分子抑制剂Deltarasin可通过阻断自噬及增加其细胞毒性抑制KRAS依赖性肺癌细胞的生长。RNA结合基序5是一种肿瘤抑制基因，其抑制肿瘤细胞的生长。在人肺腺癌细胞中RNA结合基序5过表达，通过上调Beclin1基因、核因子κB/p65和下调Bcl-2诱导自噬，RNA结合基序5增强的自噬发挥细胞保护作用，因此抑制自噬可能增加RNA结合基序5在肺癌中的抗肿瘤功效[19]。此外，在人肺癌细胞中，由于KRAS突变而引起丝裂原细胞外信号调节激酶高表达。而丝裂原细胞外信号调节激酶162通过诱导细胞周期停滞和细胞凋亡抑制人非小细胞肺癌的生长；此外，它可诱导自噬，同时使用丝裂原细胞外信号调节激酶162与自噬抑制剂，可抑制非小细胞肺癌细胞的生长并增强细胞凋亡[20]。总之，靶向自噬在将来可用于肺癌的治疗。

2 线粒体自噬与肺癌

线粒体的主要功能是产生ATP，调节能量平衡和细胞周期的重要细胞器。受损线粒体聚集产生活性氧类及各种炎性因子，产生细胞毒性并导致细胞死亡，受损线粒体的去除对于维持细胞稳态至关重要[21]。受损线粒体去除的重要途径是线粒体自噬，线粒体自噬是一种选择性自噬过程，其是细胞通过自噬，在溶酶体酶的作用下，特异性从细胞中清除损伤或不需要线粒体的过程。线粒体自噬包括PINK1(PTEN induced putative kinase 1)/Parkin、BNIP3L(protein 3-like protein)/Nix和FUNDC1(FUN14 domain containing 1)等多条自噬途径[22]。在线粒体损伤时,PINK稳定存在于线粒体外膜并招募E3连接酶Parkin，通过多聚泛素化作用导致自噬连接蛋白SQSTM1/p62等聚集，并结合到LC3上启动自噬。另外，BNIP3和BNIP3L/Nix可通过非泛素化机制直接启动自噬。

线粒体自噬在肺癌细胞存活中发挥关键作用，线粒体自噬的主要调节因子被认为是肿瘤抑制因子，且随着肺癌的进展，BNIP3表达下调[23]。E3泛素连接酶(ARIH1/HHARI)是PINK1依赖得线粒体自噬调节因子，在肺腺癌中过表达且与化疗诱导的凋亡抵抗相关，而抑制线粒体自噬或自噬调节因子可以增强肿瘤细胞对化疗诱导的死亡[23]。杨莹[24]研究发现，肺癌干细胞中线粒体功能损伤且数量减少，对溶酶体和线粒体的激光共聚焦成像显示肺癌干细胞中存在活跃的线粒体自噬现象，对其机制的进一步研究发现BNIP3L蛋白在其中发挥一定作用。

夏茂[25]研究发现，溶瘤麻疹病毒疫苗株(MV-Edm)通过诱导线粒体自噬抑制细胞的抗病毒固有免疫应答，抑制细胞凋亡，促进病毒的复制，导致非小细胞肺癌坏死性细胞死亡，因此可以通过调节自噬增强MV-Edm溶瘤效果，优化MV-Edm溶瘤策略。用于治疗偏头痛的酒石酸双氢麦角碱可以抑制多种肺癌细胞生长，其通过降低线粒体膜通透性，增加活性氧类产生和凋亡，导致线粒体受损，从而激活PINK1途径的线粒体自噬，诱导细胞凋亡和促进肺癌细胞死亡，表明酒石酸双氢麦角碱可以开发为抗肺癌治疗剂[26]。

3 外泌体与肺癌自噬

近年来，关于外泌体与疾病的研究逐渐增多，研究表明，外泌体参与细胞或机体免疫应答、组织修复、调节细胞自噬、增殖分化、分泌功能等生理过程，亦可参与细胞转化、肿瘤生长、增殖、转移及诱导耐药等病理过程[27]。其最早是在培养网织红细胞的上清液中被分离纯化出来，并且被发现是由人体细胞释放到细胞外的囊泡结构，透射电镜下显示为类似于红细胞模型的双凹圆盘状结构。囊泡内容物具有多样性，可包含蛋白质、核酸或脂质等在细胞通讯中发挥作用的生物活性物质；此外，在机体血液、尿液、浆膜腔液、脑脊液甚至乳汁中均分离出外泌体，说明外泌体还具有普遍性[27-28]。与其他信号分子相同，细胞形成外泌体后可通过自分泌、旁分泌或内分泌等方式运输到目标部位，接近目标细胞后，由于其具有脂质双分子层的结构，外泌体分子配体与靶细胞受体接触，或通过膜融合、内吞等方式入胞继而发挥特定生物学作用。

研究表明，外泌体与恶性肿瘤自噬过程有关，且具有双重性，一方面外泌体可以调节自噬，而反过来，Atg可以调节外泌体的释放，外泌体作为细胞间信息交流的载体，根据其内容物的不同，调节对细胞代谢及细胞间物质交换和信息交流，参与生理、病理过程以及肿瘤侵袭转移等过程[29]。外泌体含有凋亡抑制蛋白(Bcl-2、Bcl-xL、Bax)、蛋白酶体等可以抑制乳腺癌、白血病等肿瘤自噬，在肿瘤增殖及侵袭过程中发挥作用[30-31]。外泌体中的miR-7-5p被发现诱导受体细胞自噬，外泌体介导的自噬明显被miR-7-5p抑制剂减弱。此外，外泌体miR-7-5p诱导的自噬与表皮生长因子受体/PI3K/Akt/mTOR信号通路相关[32]，进一步研究表明，miR-7-5p可靶向抑制表皮生长因子受体表达，该过程可能涉及抑制表皮生长因子受体mRNA向蛋白翻译进程及对mRNA本身进行降解，从而抑制非小细胞肺癌的增殖和侵袭过程[33-34]。另一方面，Guo等[34]研究发现自噬可调节外泌体的释放，Atg5能够通过控制外泌体的释放量调节癌细胞的转移与扩散。Guo等[34]进一步证实，由Atg5-Atg16L1所控制的外泌体释放机制能够产生一系列复杂的效应，包括自噬基因、自噬激活与抑制、溶酶体靶向药物和癌细胞转移的微环境等。在临床同时应用酪氨酸激酶抑制剂类药物(吉非替尼、厄洛替尼)和化疗药物顺铂治疗晚期非小细胞肺癌时出现了拮抗效果，原因是酪氨酸激酶抑制剂类药物(吉非替尼)处理过的细胞通过外泌体介导上调细胞自噬、抑制细胞凋亡来降低对顺铂的敏感性，而通过外泌体分泌抑制剂GW4869处理可增加酪氨酸激酶抑制剂、顺铂的协同杀伤效果[35-36]。

4 自噬在肺癌放化疗耐药中的研究

目前对于肺癌的治疗最新美国国家综合癌症网络指南指出[37]，Ⅰ、Ⅱ期及部分Ⅲ期的非小细胞肺癌患者的首选方案为手术，术后高危患者、不愿或不可手术患者可行放疗、化疗、靶向治疗；小细胞肺癌分期不超过T1～2N0的患者可行手术治疗，其余患者需行化疗或同步放疗。癌症化疗药物与电离辐射往往诱导肺癌细胞自噬，研究显示电离辐射诱导正常肺脏中自噬相关结构的功能障碍，LC3A/Beclin1 mRNA转录水平降低，LC3A和p62蛋白聚集，这是由于自噬体的成熟缺陷还是异常降解增多值得深一步研究[38]。当诱导的自噬对肺癌细胞具有保护作用时，抑制自噬可以增强肺癌细胞对化放疗的敏感性[39]，故可以用自噬抑制剂与化疗或放疗联合应用来治疗肺癌。

研究表明降糖药二甲双胍通过激活肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体抵抗的肺癌细胞自噬流，增强肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体介导的肿瘤细胞死亡。二甲双胍联合化疗可以提高抗癌药物的疗效，同时减少不良反应发生，减轻耐药性[40]。表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂吉非替尼和埃罗替尼已被广泛用于非小细胞肺癌患者的治疗,吉非替尼或埃罗替尼通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路诱导肺癌细胞中高水平的自噬，当氯喹或Atg5和Atg7的靶向小干扰RNA抑制自噬时，吉非替尼或埃罗替尼诱导的细胞毒性及抑制增殖的效果大大增强，因此自噬抑制在提高表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂对晚期非小细胞肺癌患者治疗效果中是一个有前途的方法[41]。在化疗耐药性肺癌细胞中Klotho基因水平显著降低，并伴随着在耐药肺癌细胞中细胞自噬的增加。过表达Klotho和给予顺铂处理的A549细胞，自噬受到抑制，此外Klotho和顺铂以剂量和时间依赖的方式抑制肺癌细胞的增殖，而敲除Klotho，明显促进肺癌细胞的增殖，因此，可以通过诱导抑制肿瘤基因Klotho的表达，抑制耐药肺癌细胞自噬，从而恢复耐药细胞对化疗的敏感性[42]。Yu等[43]研究发现，内质网应激的激活能通过抑制PI3K/Akt/mTOR通路促进细胞自噬和凋亡，从而逆转人小细胞肺癌细胞的耐药。

5 展 望

自噬在肺癌的发生发展、增殖及治疗中发挥重要作用。在肺癌治疗中可将自噬作为肺癌治疗靶点，通过调节自噬活性诱导自噬或抑制自噬，从而影响肺癌细胞抑制肺癌生长。但自噬与肿瘤的复杂关系还有待进一步探讨，深入识别自噬的功能将有助于找到治疗肺癌的靶点。另外，外泌体在各种病理生理中均显示出其作用，但在肺癌中的研究尚显不足，仍需研究其在肺癌进展及治疗中的作用及调控点，从而在肺癌治疗中发挥独有的作用，提高肺癌患者生存期及生活质量。