自噬在肿瘤血管形成及放射敏感性中作用的研究进展*

陈莉 综述，朱小东 审校

530021 南宁，广西医科大学附属肿瘤医院 放疗科

自噬是近年来肿瘤研究的热门话题，关于自噬在肿瘤的发生发展及治疗中作用的研究备受重视。肿瘤的血管生成是肿瘤生长、转移的关键过程之一[1]，因此自噬在肿瘤血管形成中起到的作用也受到关注。肿瘤的放疗效果受很多因素影响，细胞乏氧、细胞周期、DNA 损伤修复和细胞凋亡等是常见的影响因素；自噬作为影响肿瘤放射敏感性的重要因素之一也得到了广泛的认可[2]。本文主要综述自噬在肿瘤血管形成及放射敏感性中作用的研究进展。

1 自噬

自噬是生命进化过程中一种非常古老的现象，是真核细胞中高度保守的分解代谢途径。它是细胞维持完整性和基因组稳定性的重要机制。自噬的主要功能是降解受损的细胞器和长寿蛋白，对维持细胞内稳态至关重要。当遇到营养不足、缺氧或其他压力时，细胞可以通过各种途径上调自噬活性，维持正常的能量需求。自噬在调节机体的生物过程中发挥着基本作用，同样，在癌症的发生发展中也发挥着重要作用。因此，探索自噬作用的潜在机制，不仅可以揭开肿瘤发生的神秘面纱，而且可能有助于发现癌症自噬治疗的新靶点[3]。肿瘤细胞自噬发生的相关细胞生物学通路主要有：PI3K/AKT/mTOR信号通路、LKB1/AMPK/mTOR 信号通路、RAS/PAF/MEK/ERK 信号通路等。雷帕霉素的作用靶位点(mTOR)是氨基酸、ATP 和激素的感受器，是自噬关键的调控因子[4]，激活mTOR可以抑制自噬的发生[5]。

放疗、化疗等抗肿瘤治疗可诱导肿瘤细胞发生自噬[6]。据报道，自噬功能障碍与肿瘤、神经元变性、心肌病密切相关[7]，然而自噬在肿瘤的发生发展中起着相反的两种作用[8]。有研究表明，自噬在抑制肿瘤的发生中起着非常重要的作用。人类的大多数癌症，如乳腺癌和前列腺癌，经常伴随自噬相关基因Atg4和Beclin1的缺失[9-10]。但是也有证据表明上调自噬活性可以保护肿瘤细胞抵抗各种代谢压力，如缺氧、化疗药物和放疗等，并且还能诱导肿瘤细胞产生耐药性[11]。此外，自噬的矛盾作用还体现在以下情况，例如:自噬可以保护宫颈癌HeLa细胞不受营养缺乏的影响，但也促进了c-干扰素诱导的细胞死亡；衣霉素诱导的自噬可增强结肠癌细胞的活力，但自噬活性的升高也能促进小鼠胚胎成纤维细胞的死亡[12]；在口腔鳞状细胞癌中，自噬可以介导肿瘤细胞的凋亡，从而抑制肿瘤的生长[13]。因此，自噬在肿瘤发生发展过程中的作用还需进一步的研究与探讨。

2 肿瘤血管形成

血管生成是一个复杂的多步骤生物学过程，在这个过程中，新的毛细血管从先前存在的血管中生长出来，为组织提供氧气和营养[14]。血管形成主要包括四个步骤：(1)蛋白水解酶降解血管周围细胞外基质的基底膜糖蛋白等成分；(2)内皮细胞的活化和迁移；(3)内皮细胞增殖；(4)内皮细胞转化为管状结构形成毛细血管，发展为新型基底膜[15]。正常的血管生成一般只发生在胚胎发育、女性生殖周期和创伤修复过程中，而异常的血管生成却是肿瘤发生发展的关键。肿瘤组织相比正常组织而言，其重要特征之一是血供非常丰富，这也是肿瘤细胞转移和无限增殖的关键因素[16]。肿瘤内新血管的生成失调形成了一种肿瘤微环境，其特点是间质增压、缺氧和酸中毒[17]。这些新生血管通常是曲折和扩张的，并且有许多分支和分流，这些血管的周细胞可以稳定血管和调节血液流动，促进内皮细胞增殖，进而促进血液循环[18]。

正常的血管生成处于一种动态平衡中，受促血管生成因子和抗血管生成因子的严格控制。常见的促血管生成因子包括血管内皮生成因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、表皮细胞生长因子、转化生长因子-α、转化生长因子-β、白细胞介素1、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α、前列腺素E1/E2等[19]。这种动态平衡一旦被破坏，“血管生成的开关”将变得非常活跃，并启动血管生成[20]。各种各样的生物活动都可以触发这种血管生成开关：基因突变(致癌基因的激活或肿瘤抑制基因的丢失，这些基因控制血管生成调节因子的产生)、代谢应激(缺氧、低pH值或低血糖)、机械应激(细胞增殖所产生的压力)和免疫/炎症反应(浸润组织的免疫/炎症细胞)等。其中VEGF具有促血管形成、增加血管通透性的作用，并且还以自分泌的形式促进肿瘤细胞的生长[21]。因此，抗血管生成治疗也是目前肿瘤治疗研究的热点。

3 肿瘤放射敏感性

放射治疗是大部分实体肿瘤的主要治疗方案之一，它可以通过外部照射x、γ射线或内部使用放射性同位素的方法摧毁恶性肿瘤。放疗作为癌症治疗手段之一，可抑制肿瘤生长，延长患者生存时间[22]，也是一种非常有效的辅助治疗方式，可以减轻癌症患者的症状。然而，局部或转移性复发仍然是提高癌症患者生存率的障碍之一[23-24]，同时放射抗拒也是其中的障碍[25]，在鼻咽癌[26]、食管癌[27]、前列腺癌[28]等肿瘤中均有类似的报道。一些研究发现,辐射可能促进癌症转移，Guerra等[29]证明接受照射的患者与未接受照射的患者相比，肿瘤的侵袭性复发率更高。以前的研究也发现辐射促进了许多肿瘤细胞的侵袭和迁移，包括胶质瘤细胞[30]、肝癌细胞[31]和乳腺癌细胞[32]。因此，目前需要有效的策略来提高肿瘤细胞的放射敏感性，阻断放射诱导的细胞迁移和侵袭。但是，放射诱导细胞迁移和侵袭的潜在机制目前尚未完全了解，仍需进一步探索。

4 自噬与肿瘤血管形成

自噬是亚细胞降解的动态过程，是维持细胞在营养缺乏条件下生存的关键所在[33]。自噬发生时，部分细胞成分被隔离在自噬体的双层膜结合囊泡中，随后与溶酶体融合降解，为维持细胞代谢提供必要元素[34]。但是抑制营养不足导致的血管生成会诱导自噬的发生[35]，同样，Liu等[12]研究发现，抑制血管生成即使在没有营养应激或缺氧的情况下同样也会诱导自噬。Du等[36]发现诱导自噬促进血管生成，而抑制自噬可以抑制血管生成。在增殖性视网膜病变期间，自噬相关蛋白的缺失也会导致血管生成的减弱[37]。活性氧(reactive oxygen species,ROS)的产生可能是自噬介导血管生成的重要机制，细胞内的ROS主要由线粒体产生，缺氧会导致线粒体释放大量的ROS，增加线粒体的通透性而导致细胞的死亡，经研究表明ROS可以激活自噬[38]， Zou等[39]的研究表明，ROS引发的自噬可以介导VEGF血管生成。

研究表明，Beclin1/Bcl-2复合物可能作为一种调节自噬能力的变阻器来调节体内平衡[40]。Bcl-2通过维持癌细胞中的有丝分裂活性或者增强肿瘤血管生成，使肿瘤生长具有优势[41]。Bcl-2被证明可以抑制Beclin1依赖的自噬，Nguyen等[42]研究发现rK5(人纤溶酶原的水解片断kringle5，目前发现的活性较强的血管增生抑制剂之一)通过上调Beclin1的表达，破坏Beclin1与Bcl-2之间的平衡，诱导内皮细胞发生自噬，然后再通过增加VEGF可以减弱rK5引起的自噬，Bcl-2水平的增加可能导致Beclin1更大的削减，而这种减弱反过来又解释了VEGF介导的自噬抑制。Li等[43]发现，脂联素可以通过PI3K/AKT/mTOR信号通路来抑制自噬，进而抑制血管形成，PI3K/AKT/mTOR通路是细胞中常见的信号通路之一。并且在内皮细胞中，自噬也可以通过AMPK/AKT/mTOR信号通路来促进血管的形成[44]。雷公藤甲素也可以通过抑制Wnt/β-Catenin通路来诱导自噬，进而抑制骨肉瘤细胞的血管形成，导致肿瘤细胞的死亡[45]。可见，不同的药物作用对细胞中自噬与血管形成之间关系的影响也是不同的。

目前临床上常用的VEGF抑制剂是贝伐珠单抗，有研究发现，用贝伐珠单抗治疗一段时间(约3～4周)后，肿瘤微环境中新生血管的形成明显减少，肿瘤组织缺氧加重；随后，自噬活性被上调，肿瘤对抗血管生成的治疗更具抵抗力[46-48]。其他抗血管生成药物，如小分子酪氨酸激酶抑制剂索拉非尼和舒尼替尼，也可以上调肿瘤细胞自噬活性。自噬通常是在缺氧环境下被激活的，但在缺氧环境下，自噬激活的确切机制尚不清楚[49]。虽然抗血管生成治疗导致血运断流，可以限制肿瘤生长，然而，血管生成抑制剂的益处通常是短暂的，常常产生耐药性，由抗血管生成治疗导致缺氧而引起的自噬被认为是引起耐药性的重要原因[12]。由此可见，在抗血管生成治疗中联合使用自噬抑制剂也许可以对抗耐药性，更好地控制肿瘤的生长。

5 自噬与放射敏感性

在营养缺乏、生长因子的减少、缺氧等一些不利环境条件下均可激活自噬。自噬作为一种基因调控的应激反应，常见于一些暴露于电离辐射的人类癌细胞系中。与凋亡相比，任何细胞系经电离辐射后均可观察到自噬的变化。与自噬会促进还是抑制肿瘤发生发展的争论类似，癌细胞对辐射的自噬反应在放射治疗方面显示出一些不同的效果。放射治疗会诱导正常细胞和癌细胞均发生自噬。已有研究报道，在恶性胶质瘤、乳腺癌和前列腺癌细胞中，放疗诱导自噬会导致细胞的死亡[50]。其中放疗会导致癌细胞以DNA损伤为主的死亡，脱氧核糖核酸的损伤被认为是最有害的DNA辐射损伤。脱氧核糖核酸可以通过两种不同的分子通路修复:非同源端连接和同源端连接，这些修复通路在癌细胞中被异常激活，这种异常的脱氧核糖核酸修复基因激活是化疗和放疗抵抗的原因之一[51]。而根据自噬介导放疗抗拒理论，射线照射后引起的细胞应激状态能够扰乱肿瘤细胞内蛋白质的加工过程，导致大量错误折叠的蛋白质积聚在内质网腔内，而肿瘤细胞为了从这种应激状态生存下来，必须通过自噬的发生及时将这些折叠错误的蛋白质清除，因此，这是肿瘤产生放疗抗拒的一种重要机制[52]。

有研究表明，诱导自噬可能是提高放疗抗癌效果的有利策略，化疗药物诱导自噬可使细胞对辐射敏感，提高放疗的抗癌效果[53]。特别是胶质母细胞瘤细胞对辐射诱导的细胞死亡具有相当大的易感性，这是由于自噬而不是细胞凋亡造成的。抑制自噬也可以调节恶性胶质瘤细胞的放射增敏比[54]。另一方面，自噬已被发现有助于某些癌症的放疗抵抗[55]。在放射敏感和放射抗拒的细胞系中，雷帕霉素治疗后自噬的上调是有记录的。据Weppler等[56]报道，雷帕霉素可以通过阻断mTOR通路来刺激自噬。经研究发现，自噬在鼻咽癌CNE-2R细胞中与放射抗拒相关[57]；在前列腺癌中，PI3K/AKT/mTOR通路抑制剂可以通过诱导细胞凋亡和减少自噬，增强耐辐射前列腺癌细胞的放射敏感性[28]；经3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine,3-MA)处理的乳腺癌细胞可抑制电离辐射诱导的自噬，导致肿瘤细胞死亡，并且，3-MA或氯喹抑制自噬显著降低了放射抗拒细胞的存活率[58]；Tai等[59]发现通过3-MA抑制自噬可以通过促进细胞凋亡和下调血管新生，显著增强头颈部肿瘤的放疗效果。这些研究表明，辐射诱导的自噬可能是肿瘤细胞的一种保护机制，其原因可能是由于自噬及时去除辐射导致的错误折叠的蛋白质和细胞器。因此，抑制自噬的发生可能对增强肿瘤的放射敏感性具有重要的意义。同时随着研究的深入，越来越多的结果显示了miRNA参与了肿瘤放射治疗诱发的自噬调节网络[60]，这为我们改善放射治疗效果也提供了新的潜在靶点。

6 小 结

综上所述，自噬与肿瘤血管形成、放射抗拒在临床与基础方面的研究有了部分的进展，尤其是在肿瘤治疗过程中放射抗拒与自噬之间联系的研究，为肿瘤的放射治疗提供了可参考价值。此外，对自噬和肿瘤血管形成的研究，也有助于对肿瘤放射抗拒机制的进一步探讨，通过对自噬及肿瘤血管形成的调节有助于对肿瘤发生发展的控制。以自噬为靶点调节肿瘤血管形成进而影响肿瘤的放射抗拒，在临床和基础研究中具有重要意义。但大多数研究仍处在初级阶段, 还需要进行更深入的研究。

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