自噬在胃癌发生、发展中的机制和研究进展＊

冯洁 潘存伟 陈红莉 段杨丽

胃癌在全球恶性肿瘤排名中，其发病率位列第四，致死率位列第二[1]。该病早期缺乏特异性症状，胃镜和活组织检查是现阶段确诊胃癌的“金标准”，然而其有创性和高费用的特点不利于早期胃癌筛查的开展[2]。尽管目前癌症的治疗技术取得了进步，但胃癌的全球五年生存率通常却达不到30%[3]。诊断延误是目前影响患者治疗和预后的重要原因，杀灭癌细胞也是临床攻克癌症的关键难题。目前已知自噬参与多种类型肿瘤的发病，也是细胞死亡的重要方式之一[4]，这为胃癌的检测和治疗提供了新的策略。然而自噬在胃癌中的发病机制尚不明确，本文总结现有文献对自噬在胃癌中的作用机制及其研究意义和进展进行综述。

1 自噬

自噬通常指细胞自噬，它是细胞在饥饿等应激状态下将自身病变细胞器或受损细胞质蛋白吞噬进囊泡中形成自噬体，并与溶酶体结合成自噬溶酶体，进而降解所包裹内容物并产生能量再循环利用的过程[5]，这是一种进化高度保守的细胞分解代谢过程。这个过程可以将衰老、变性或受损的分子以及细胞器进行降解和再利用，有利于生物合成；同时可以预防性的清除和破坏非正常分子和细胞器，以减少大量有害物质蓄积，防止细胞发生DNA突变或癌变。正常的细胞自噬水平相当低，维持着机体正常生理代谢，但被外部不良因素激活时，则可能造成细胞自噬性死亡。因此自噬具有促进和抑制细胞生存的双向作用。根据自噬这一特性近年来人们开始将细胞自噬用于肿瘤形成、发展机制的探讨并取得了一定成就。有报道称，在肿瘤形成的前期，自噬可以抑制肿瘤细胞的生成，而当肿瘤形成后，特别是在肿瘤自身血管网尚未建立完善的快速增长期，自噬不仅为肿瘤生长提供必需的氮源，还能帮助肿瘤细胞清除代谢垃圾，甚至抵抗化疗药物的侵袭，成为肿瘤生长的“帮凶”[6]。

2 自噬基因与胃癌发生

2.1 Klotho基因

Klotho基因是已经被证明的肿瘤抑制基因，最初是从衰老的小鼠中克隆成功的，参与癌症等肿瘤细胞的凋亡和自噬[7]。文献[8]研究显示其在胃癌细胞中发现了低表达的klotho基因及相关蛋白，当使用DNA去甲基化药物使klotho表达增加后，胃癌细胞增殖受到抑制，说明高表达的Klotho诱导了自噬，进而引起了胃癌细胞死亡。Song等[9]发现，胃癌细胞株GC-7901中Klotho蛋白表达量远低于正常对照组；而Klotho组胃癌细胞中Klotho蛋白表达量、癌细胞凋亡率、癌细胞G0/G1期比例明显高于阴性对照组和空白对照组，但癌细胞增殖率却明显低于两对照组，说明胃癌细胞株中Klotho基因的表达降低，且过表达的Klotho基因可以抑制胃癌细胞增殖，并促进其凋亡。Klotho基因对肿瘤早期的形成具有抑制作用，其诱导胃癌细胞自噬的具体机制还有待深入探索。另有报道称胃癌细胞的分化程度及分期也都有Klotho基因的参与，值得进一步研究。

2.2 PTEN基因

PTEN是人类肿瘤抑制基因之一，具有磷酸酯酶活性，最易发生突变。主要通过两种机制调节自噬：（1）mTOR依赖型自噬：主要通过PI3K/AKT/mTOR抑制脂质磷酸酯酶活性对自噬过程进行调控，在肿瘤的发生、发展中发挥关键作用。（2）mTOR非依赖型自噬：AMPK的激活取决于细胞核中PTEN的表达，并通过抑制mTOR和激活p53等多种机制诱导自噬[10]。此外PTEN激活自噬的途径还包括促使eIF2α通路磷酸化、交叉影响其他肿瘤抑制剂来实现。基于PTEN的特性，其一般在胃癌发生的早期发挥肿瘤抑制作用。

2.3 Beclin-1基因

Beclin-1基因与自噬相关基因ATG6/vps30同源，它可与P13K组成复合体，并形成自噬囊泡，是诱导细胞发生自噬的关键基因[11]，Shimizu等[12]在非凋亡程序性细胞死亡的研究中发现，当Beclin-1处于静止状态时可终止因Bcl-2原癌蛋白表达上调而诱发的非凋亡性细胞死亡。通常认为Beclin-1基因表达蛋白可抑制肿瘤的形成与生长，是一种双等位抑癌基因，然而当某种因素导致Beclin-1缺失时，自噬活性被改变，因Beclin-1位点在易导致肿瘤突变的人类染色体17q21上，可造成大多数脏器细胞出现恶性转化。郑华川等[13]研究发现，Beclin-1在弥漫型胃癌中的表达低于肠型和混合型；Beclin-1表达与患者胃癌远处转移呈负相关，并与胃癌预后呈正相关，提示Beclin-1检测有助于预测胃癌预后，并可以作为基因治疗的靶标.黄俊玲等[14]认为，Beclin-1蛋白在胃癌组织中的表达率远低于其在癌旁组织的表达率，说明Beclin-1低表达可能与胃癌关系密切.武冰洁等[15]通过Beclin-1在胃癌中表达意义的Meta分析显示，胃癌组织中Beclin-1蛋白的阳性表达率低于非胃癌组织；在Ⅲ、Ⅳ期的胃癌组织表达远低于Ⅰ、Ⅱ期者，在有淋巴转移者的表达低于无淋巴转移患者，癌细胞分化程度低的患者的Beclin-1表达低于中/高分化程度患者，提示Beclin-1低表达可能是胃癌发生的重要原因，Beclin-1对胃癌的进展起着调控作用。然而目前关于Beclin-1基因与胃癌关系的研究仍存在一定的争议。Ahn等[16]研究则表明Beclin-1在胃癌组织中存在高表达，其在正常黏膜上皮未见表达，这可能是Beclin-1与某种促胃癌因子发生对抗的结果，也可能是Beclin-1在胃癌发展不同阶段的差异体现。另有研究认为Beclin-1高表达容易出现在胃癌发生的相对早期阶段，可能有助于实现胃癌的早期诊断。

2.4 幽门螺杆菌与胃癌

幽门螺杆菌是生存于胃部及十二指肠各区域内的革兰阴性微需氧菌，它是胃癌发生的主要危险因素，2%～3%的幽门螺杆菌感染的患者最终发展成胃癌[17]。其中细胞毒相关基因A（CagA）和空泡毒素A（VacA）是幽门螺杆菌主要的致病因子，VacA和CagA与胃癌大多自噬的发生有关[18]。VacA是幽门螺杆菌调节自噬的主要方式，研究指出，当胃黏膜细胞短期暴露于VacA时，即可使自噬水平增加，并抑制肿瘤的生长；当胃上皮细胞长时间暴露于VacA时，将影响抗吞噬通路，导致活性氧大量生成，促使有缺陷的自噬体堆积，引起DNA突变，促进肿瘤的发生。而CagA可能通过PI3K-AKT/mTOR信号通路来抑制自噬。CagA一旦进入到胃上皮细胞，就可能被酪氨酸磷酸化，过程中因许多信号因子被激活，改变了聚合肌动蛋白细胞骨架、诱导了细胞炎性反应并启动了细胞凋亡和自噬。因此根除幽门螺杆菌，提高自噬，有助于预防胃癌发生。Terebiznik等[19]的研究表明，自噬是幽门螺杆菌和毒力因子共同诱导的细胞损伤机制在肿瘤细胞中作用的结果，因而降解毒力因子可在一定程度上减轻细胞损伤，保护宿主细胞。目前幽门螺杆菌与自噬在胃癌形成中的分子机制还不明确，需进一步研究。

3 胃癌中调节自噬的信号通路

3.1 PI3K-Akt-mTOR信号通路

PI3K-Akt-mTOR信号通路是一个重要的信号转导系统，通过整合各种上游激酶信号（如营养素、生长因子和能量），来调节细胞的生长和增殖[20]。PI3K是促进磷酸肌醇3-羟基团磷酸化的一类脂质激酶，它通过第Ⅲ类激酶合成的PI3P作为启动信号生成自噬体；Akt通常可以介导Beclin-1的磷酸化，促进Beclin-1其波形蛋白及14-3-3蛋白间相互作用，波形蛋白表达随即下降，自噬被激活，进而抑制Akt诱导的癌变[21]；而当Beclin-1发生基因突变时，虽然Akt对其介导的磷酸化作用失效，但自噬也能被激活，同样能达到抑制Akt诱导的癌变的目的。mTORC1是调节自噬的重要物质，参与自噬负调控。当营养物质不缺乏时，mTORC1可以通过胰岛素激活Akt级联反应或者利用自噬本身所产生的游离氨基酸来增强其活性，并减弱FoxO的保护性自噬作用，从而抑制自噬的发生。相反，当营养缺乏时，mTORC1发生失活，可造成自噬发生级联反应。总之PI3K-Akt-mTOR信号通路被激活，可对胃癌细胞增长、形成、侵袭及药物治疗起到重要的调控作用[22]。

3.2 AMPK/mTOR/ULK1信号通路

mTOR是调节自噬的一个关键点，丝氨酸-苏氨酸激酶ULK1是其最重要的依赖蛋白。ULK1能够促进磷酸化并引导促自噬分子转位，抑制mTOR的活性，可增强ULK1和自噬之间的作用，从而诱导自噬[23]。营养物质氨基酸（ATP）等可保持mTOR的活性，当AMPK通路缺乏ATP等营养物质时可抑制mTOR的活性，并直接激活ULK1，使自噬水平增加。此外，自噬的发生和进展需要自噬体，而自噬体的形成则主要依靠35种以上的蛋白调节，并与溶酶体融合而成。自噬相关基因蛋白ATG5、ATG7和ATG12均接受AMPK、ULK1或者去乙酰化等的调控，与自噬体的形成关系密切。mTOR激活促使Akt信号通路发挥负性调节自噬作用，因此联合使用mTOR、Akt抑制剂可增强Akt/mTOR信号通路的抑制，并能够协同细胞毒性对胃癌细胞发挥作用，进而诱导调节蛋白激酶依赖的自噬性细胞死亡。

3.3 NF-κB信号通路

NF-κB信号通路是由细胞外刺激引起的，NF-κB抑制剂SN50可引起具有损害调节的自噬蛋白的显著升高，该种自噬调控蛋白实际是一类溶酶体蛋白，因此可导致自噬体的聚集，自噬进而被激活，并诱导胃癌细胞株SGC7901的凋亡。Beclin-1是自噬在癌症形成第一阶段不可缺少的关键基因，NF-κB信号通路可能与Beclin-1自噬基因形成交互作用[24]，借此参与肿瘤的形成。

4 胃癌的自噬标志物

4.1 LC3

LC3是第一种在高等动物真核细胞中发现的自噬体膜蛋白，可作为哺乳动物细胞检测自噬活动的标志物，通常以LC3-Ⅰ和LC3-Ⅱ两种形式存在于细胞中。在没有自噬发生时，LC3-Ⅰ经细胞合成，而自噬发生后LC3-Ⅰ经类泛素化修饰并结合磷脂质PE形成LC3-Ⅱ，LC3-Ⅱ的水平与自噬水平呈正比，因此通过实验室检测LC3或LC3-Ⅱ水平可以判断自噬启动情况，此外LC3还可以反应自噬体和核内体、溶酶体晚期的融合情况。杨勇明等[25]研究发现，胃癌组织中LC3的阳性表达率明显低于癌旁组织，且LC3的表达水平与胃癌的发展程度相关。Masuda等[26]研究自噬在胃癌中的临床病理学意义中发现，LC3确定的自噬与淋巴结转移、血管浸润和肝转移显著相关；Kaplan-Meier生存曲线表明，LC3与胃癌患者尤其是Ⅰ期疾病患者的不良存活率显著相关。提示胃癌患者LC3确定的自噬作用出现减弱。

4.2 p62/SQSTM1

p62/SQSTM1是一种自噬降解底物蛋白，是检测自噬活动的另一个标志物，也是LC3和待降解泛素化蛋白聚合物的中介物质。研究发现，低分化胃癌中p62/SQSTM1和LC3蛋白水平明显高于正常胃黏膜细胞[27]。p62/SQSTM1的持续高表达还可以改变NF-κB基因及其调控作用，因此p62/SQSTM1是胃癌自噬发生的一个重要信号元件。

5 自噬与胃癌转移

5.1 细胞外基质（ECM）降解

MMP是降解ECM的金属蛋白酶，在胃癌细胞株中，激活mTOR可促进MMP的产生，同时加速ECM的降解，为肿瘤的转移提供条件[28]。细胞能量传感器AMPK可以抑制mTOR蛋白的活化并诱导自噬，并防止脱离ECM的癌细胞发生“失巢凋亡”，还能为其提供持续的营养物质，进而诱导胃癌早期转移。

5.2 上皮间质转化

长链非编码RNA-HULC是一种最初在肝癌细胞发现的致癌基因，如今在胃癌细胞中也发现了高表达的RNA-HULC，在胃癌细胞株中，高表达的HULC通过激活自噬而增强上皮间质转化，促进肿瘤的转移。SIRTl是一种去乙酰化酶，其作用与HULC类似，他是通过LC3等自噬相关蛋白脱乙酰化启动自噬的，其高表达与胃癌淋巴结转移、上皮间质转化、癌细胞侵袭能力有关。

5.3 胃癌肿瘤血管的形成

众所周知，肿瘤血管的形成需要大量营养物质，而自噬造成大量凋亡细胞在循环系统内被降解，为胃癌肿瘤“血管生成拟态模式”的完成提供了条件，并提高了胃癌细胞生存和侵袭能力。有研究发现，利用干扰技术抑制自噬基因beclin-1后发现癌细胞的存活和侵袭能力降低，且肿瘤血管无法形成，这进一步证实自噬有可能是肿瘤血管生成不可缺少的必要条件。另外通过以往研究得知，正常细胞在缺乏养分的情况下仍能增殖，而当自噬被抑制后，上述细胞增殖则停止，这与自噬在被干扰后其在缺氧环境的生存能力发生改变有关。同样胃癌肿瘤组织深处缺乏血液供应，内部缺乏养料且又存在大量的代谢垃圾，若此时被能量缺乏、炎症等激活的细胞自噬将大量内容物降解并产生能量进入循环再利用后，就为促进肿瘤血管生成拟态、维持肿瘤生存提供了保证和基础。

6 自噬研究的意义

6.1 胃癌筛查

胃癌的发生涉及诸多因素，由于其早期临床症状不典型，导致半数以上的患者在确诊时已发生远处转移，因为胃癌的黄金诊断标准是胃镜及组织活检，这类检测具有创伤性，不易被广大高风险人群所接受，因此造成胃癌早期诊断率低。如今细胞自噬的研究有可能扭转这一现状。例如长链非编码RNA（简称lncRNA）能够以外泌体的形式分泌到细胞外，造成体液中外泌体广泛分布，此时与肿瘤相关的外泌体就会参与肿瘤细胞与基底细胞的遗传信息交换，促进癌细胞的生长。有报道指出lncRNA有望成为诊断早期胃癌的潜在标志物，而由于lncRNA可直接在人体血液、唾液中获取，采集方便，容易被患者接受，将来有可能使更多的胃癌高风险人群从中获益。

6.2 治疗方面

自噬在肿瘤的各个阶段均表现出错综复杂且自相矛盾的过程，一方面，基础自噬可以防止正常细胞的转化，另一方面，在长期代谢损害、氧化应激和缺乏营养物质的情况下，持久而过度的自噬上调同样可造成细胞死亡。因此根据自噬在肿瘤发生、发展中的特点，临床做了大量研究发现，自噬增强剂和抑制剂均可能诱导肿瘤细胞凋亡。Lee等[29]用中药根皮中提取的三萜烯处理了6种胃癌细胞系，发现胃癌细胞发生了大量自噬，且对癌细胞中AGS和YCC-2的增殖表现最为敏感，并增加了自噬和凋亡相关蛋白的表达，减少了胃癌的负担。另有研究用5-氟尿嘧啶或/和自噬抑制剂巴氟霉素A1处理SGC-7901胃癌细胞系，发现BafilomycinA1降低了SGC-7901细胞的活力和克隆的形成，抑制了其侵袭和迁移能力，并增加了SGC-7901细胞的凋亡，说明抑制自噬也是胃癌治疗一种有希望的策略[30]。相关研究结论还显示，基础自噬长期上调可促进肿瘤细胞进入衰老或休眠状态，导致肿瘤细胞对放化疗失去响应，当治疗停止肿瘤细胞因再次激活而导致疾病复发。此外，某些化疗药物也能诱导癌细胞发生保护性自噬，从而避免药物诱导的细胞凋亡和杀伤作用。而自噬抑制可以破坏化疗药物对癌细胞的保护，从而改善患者的预后。例如奥沙利铂化疗药物在癌症治疗中可以同时诱导胃癌细胞发生自噬而抑制细胞凋亡。此时与自噬抑制剂氯喹联合应用会明显抑制细胞自噬，增加细胞凋亡[31]。

6.3 预后

自噬标志物对胃癌预后有重要意义。目前已知LC3在胃癌肿瘤组织细胞中的表达低于正常组织，提示胃癌患者LC3低表达时预后较差。相关报道还显示，LC3表达与癌症发生、分期、淋巴结转移呈负相关。至今LC3在肿瘤中表达的差异及其意义仍存在争论[32]，需要进一步大规模的对照研究以增强结果的准确性和可信度。有荟萃Meta分析指出，Beclin-l是胃癌预后的可靠指标，也是胃癌的独立预后因素，Beclin-l高表达的胃癌患者通常预后良好[33]，当Beclin-l低表达时预示着低分化胃癌或转移。然而至今胃癌良好预后与Beclin-l高表达之间的机理尚不十分清楚，亟待进一步研究。胃癌组织中还检测到p62/SQSTM1的表达水平较正常胃组织升高[34]，高表达的p62/SQSTM1水平往往预示着胃癌低分化程度和较少的淋巴结转移。ATG5是介导自噬的关键蛋白，在胃癌的治疗中具有保护癌细胞的作用，因此它是胃癌预后的重要标志。Ge等[35]研究证明，ATG5不仅具有与MRP1等多药耐药相关蛋白同等特性，其在胃癌组织中的高表达还与癌细胞浸润深度、TNM 分期和远处转移呈正相关，而与患者总生存期及无病生存期呈负相关。

7 展望

胃癌的病理过程极为复杂，细胞自噬在其中扮演着重要角色，自噬相关基因、信号通路、自噬标志物等均与胃癌有关，通过进一步分析自噬分子之间的内在联系以阐明自噬与凋亡之间的转化，可为胃癌的早期诊断提供新途径，并为临床治疗提供新策略。目前对胃癌细胞自噬现象的了解还知之甚少，在自噬与胃癌之间的作用机制也存在较多争议，然而，在动物模型中的自噬研究表明，自噬对肿瘤的抑制作用可能大于在凋亡机制受损细胞中的促进作用。现今调控细胞自噬的肿瘤治疗药物已取得了一定的研究成果，但是由于细胞自噬的双重效应，使得该类药物抑制肿瘤的疗效易受到多种因素影响，利用自噬抗肿瘤的研究依然任重而道远。因此进一步深入研究自噬在胃癌不同阶段的作用及发病机制，并利用自噬在胃癌细胞与正常细胞间的差异来设计合理的靶点自噬治疗方案，可能会成为胃癌未来预防和治疗的新方向。