肿瘤的自噬机制及自噬相关治疗

司新红，高睿，商雨婷，李若谨，王澈

（1.辽宁师范大学化学化工学院，辽宁大连 116029；2.辽宁省生物技术与分子药物研发重点实验室，辽宁大连 116081）

1 细胞自噬的分子机制

细胞自噬是进化过程中高度保守的自我调节机制，可分为巨自噬（或大自噬，Macroautophagy）、微自噬（或小自噬，Microautophagy）和分子伴侣介导的自噬（Chaperone-mediated autophagy）。巨自噬通过形成具有双层膜结构的自噬体（autophagosome），包裹细胞质中的物质并与溶酶体结合形成自噬溶酶体，继而在自噬溶酶体中将物质降解，最终将降解后的物质用于细胞生存和功能维持；微自噬是通过溶酶体或液泡表面直接吞噬特定的细胞器将其降解；分子伴侣介导的自噬则是通过分子伴侣将胞浆蛋白导入溶酶体内腔进行降解的过程[1-2]。巨自噬与微自噬通常是非选择性的过程，而分子伴侣自噬为选择性降解过程。在分子伴侣自噬过程中，热休克蛋白（HSC70）特异性识别具有KFERQ基序的底物，只有被识别之后的这一类底物才可以被运送至溶酶体进行降解[3]。

在肿瘤细胞中，自噬主要是以巨自噬方式进行。巨自噬过程中包裹物质的自噬溶酶体由自噬体与溶酶体结合形成，自噬体形成主要分3步：（1）聚集ULK1-Atg13-FIP200蛋白复合物，形成自噬体前体；（2）通过由Beclin1、Atg14L、Vps15和Vps34组成的PI3K-Beclin1蛋白复合物调控，加速自噬体前体形成双层膜结构；（3）自噬相关蛋白Atg5、Atg12与Atg16一起形成Atg5-Atg12-Atg16蛋白复合体，同时，LC3-I被Atg4切割，然后通过Atg3和Atg7与磷脂酰乙醇胺（PE）缀合形成LC3-II，LC3-II与Atg5-Atg12-Atg16蛋白复合体以及P62一起相互作用促进自噬体前体延伸，使自噬体闭合形成双层膜结构[4]。这个双层膜结构的自噬体与溶酶体结合形成自噬溶酶体，进而降解自噬溶酶体内部包裹的物质。

自噬体溶酶体形成后，它内部包裹的物质被降解用以维持细胞的生存。自噬的激发以及机制（如图1）主要包括：当细胞能量不足时，ATP/AMP比率低的细胞通过诱发LKB1-AMPK的激活，活化的AMPK直接启动ULK1-Atg13-FIP200蛋白复合物介导的自噬体形成，或者通过刺激TSC1/2抑制mTOR诱导自噬体的形成[5]。DNA损伤和缺氧也有助于激活AMPK通路。除AMPK通路外，缺氧还能够通过激活线粒体上的BNIP3促进自噬体的形成，DNA损伤刺激可以激活REDD1，诱发巨自噬[6]。其他的诱导信号包括生长因子刺激、胰岛素刺激，当生长因子或胰岛素与其酪氨酸激酶受体相互作用时，诱发PI3K通路的激活，在质膜上产生第二信使PIP3，PIP3与细胞内的信号蛋白AKT和PDK1结合，然后激活的AKT磷酸化TSC2以减少TSC1/2复合物的形成，进而抑制mTOR，诱导自噬体形成。该过程可以被PTEN抑制[7]。当某些细胞内外因素使细胞内质网生理功能紊乱，钙稳态失衡，细胞会激活一些信号通路，引发内质网（ER）应激反应，ER应激能够刺激增加p62的水平，促进自噬体形成。ER应激还可以开启ER跨膜传感器IRE1激活Jun N末端激酶（JNK），JNK的激活可以抑制磷酸化的BCL2，使得Beclin-1与BCL2解离，促进自噬前体复合物Beclin1-Atg14L-Vps15-Vps34形成[8]。当氨基酸被消耗处于缺乏状态时，Rag GTP酶（RagA/BGDP-RagC/DGTP）异二聚体不能激活mTOR并因此诱导自噬[9]。

图1说明了巨自噬的过程，包括起始、成核、扩增以形成自噬体，以及自噬体-溶酶体融合成为自溶酶体。

图1 巨自噬过程

2 基于自噬调控的抗肿瘤机制

许多研究揭示了自噬的分子机制，但是调节自噬究竟介导肿瘤细胞的存活还是死亡仍然存在争议。因此，需要了解自噬与肿瘤细胞的相互作用，以更好地认识自噬对肿瘤细胞的影响。

2.1 自噬维持肿瘤细胞存活

自噬通过降解肿瘤细胞内的受损细胞器或其他物质，为肿瘤细胞的快速增殖提供了大量的营养物质。在葡萄糖或氨基酸缺乏的条件下，肿瘤细胞自身的生长增殖受到抑制，在这样的条件下诱导自噬，可以给肿瘤细胞提供能量维持肿瘤细胞的快速增殖和存活。一方面，在低葡萄糖条件下能够引起AMPK的活化，诱导自噬促进肿瘤细胞存活[10]。另一方面，当减少亮氨酸或精氨酸时，可以通过亮氨酸传感器Sestrin2和精氨酸传感器mTORC1破坏Rag介导的mTOR激活，进而诱发自噬促进细胞存活[11]。这两种途径都能够诱导细胞发生自噬，提供营养物质保证肿瘤细胞的快速增殖和存活。

2.2 自噬促进肿瘤细胞死亡

细胞中常见的死亡方式有自噬和凋亡，分别被称为Ⅰ型程序化细胞死亡和Ⅱ型程序化细胞死亡，自噬与凋亡存在某种联系。一方面，自噬具有拮抗凋亡的作用，当抑制自噬时凋亡反应会加强。Bauvy等[12]用硫化舒林酸来诱导HT-29结肠癌细胞的自噬和凋亡反应，然后使用自噬抑制剂作用于HT-29细胞时，凋亡活性得到进一步增强，加速肿瘤细胞死亡。另一方面，诱导自噬也可以加剧凋亡反应。在涎腺腺样囊性癌细胞中，用二膦酸盐治疗涎腺腺样囊性癌时能够阻断甲羟戊酸途径，同时也诱导自噬和细胞凋亡，LC3-II和半胱天冬酶（Caspase-3）表达同时增加[13]。

3 问题与展望

肿瘤治疗一直是世界上难以攻克的难题，而自噬在肿瘤细胞中有着非常复杂的作用，人们对于自噬在肿瘤中的作用的研究一直在不断的发展，越来越多的人期望从自噬入手找到治疗肿瘤的新方向。目前，对于如何研究开发出高选择性和有效的自噬抑制剂和诱导剂来达到抑制肿瘤生长已经成为研究热点。同时研究这些药物在患者体内如何发挥效应也是一个很好的研究方向。在今后的研究中，随着自噬检测技术的不断改进，自噬对肿瘤细胞影响的研究将更加深入，基于细胞自噬的肿瘤治疗将会为肿瘤的临床治疗提供更好的研究思路。