自噬与肿瘤血管生成的研究进展

王兴芬 梁锐 张向莲 许丽萍

天津医科大学第二医院病理科300211

0 引 言

自噬（autophagy）是一种特殊的细胞过程，通过将受损的细胞器及生物大分子以特殊的转运方式输送到溶酶体上并进行消化降解。自噬是一种自我消化过程，广泛存在于真核细胞生物中，其特征为胞内出现一定数量的自噬体结构。自噬是一种细胞应激防御过程，参与维持细胞的自稳态并在一定程度上促进细胞的存活；同时，自噬在机体生长发育过程中同样具有重要作用，并能影响肿瘤的发生与转移。研究结果证实，自噬对肿瘤的抗失巢凋亡具有显著的促进作用，可引发机体的免疫应答，降低淋巴细胞免疫活性，并促进血管内皮生长因子介导的肿瘤血管生成。肿瘤血管生成机制复杂，多种原癌基因或调节基因参与这一过程，其与肿瘤特异性、组织学分级与临床分期、肿瘤微环境等联系密切。本文就自噬在肿瘤血管生成方面的研究进展进行阐述。

1 自噬与肿瘤

自噬是一种进化保守的细胞过程，通过降解胞内生物大分子及受损细胞器等来维持机体代谢的稳态并直接影响细胞的分解代谢过程。自噬功能的异常与众多疾病密切相关，如退行性神经病变、胰腺癌、结直肠癌及卵巢癌等。在恶性肿瘤中，自噬参与了肿瘤的发生发展、转移、治疗等各个方面。在肿瘤的起始或进展期的快速生长阶段，肿瘤微环境中血管生成并不能满足其对氨基酸、氧气和生长因子等能量的需求，饥饿、缺氧和ROS 的积聚等一系列代谢应激均会通过诱发细胞自噬来保证其存活[1]。肿瘤的转移也有自噬的参与，当癌细胞与胞外基质分离时其可通过增强细胞自噬而使肿瘤细胞进入休眠状态从而使细胞存活下来，利于转移。在卵巢癌中，抑癌基因ARHI 通过调控PI3K 信号通路来诱导自噬，可导致卵巢癌细胞休眠[2]。Sharifi 等[3]研究结果发现，抑制乳腺癌细胞的自噬能够阻断体内外癌细胞的侵袭转移过程，推测抑制自噬将可能是阻断恶性肿瘤转移扩散的有效途径。自噬可抑制生物体的免疫反应失去抗肿瘤效果，利于肿瘤细胞免疫监视逃逸从而促进肿瘤的生长与转移[4]。也有研究结果证实，低氧导致的自噬可选择性降解突触可塑性相关蛋白-43（GAP-43），抑制自然杀伤细胞对肿瘤细胞的杀伤作用[5]，并抑制自噬相关蛋白Atg7 的活性，增强CD8+T 细胞介导的免疫应答从而起到抗肿瘤作用[6]。分子伴侣自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）是自噬的形式之一[7]，研究结果显示，在肺癌细胞和黑色素瘤细胞中阻断CMA 能够减慢肿瘤生长速度[8-9]。

另外，自噬还与肿瘤耐药密切相关[10-11]，抑制自噬能够降低肿瘤细胞的适应能力，增强化疗和放疗对肿瘤细胞的杀伤作用[12]。自噬作为一种典型的机体自我保护过程可能抑制常用化疗药物5-氟尿嘧啶（5-FU）对结肠癌的治疗效果，而抑制自噬能够上调凋亡增加结肠癌细胞对5-FU 的敏感性[13]。另有研究结果发现，抑制结直肠癌细胞自噬后可以促进奥沙利铂对癌细胞的杀伤作用[14]。有学者在肝癌细胞中也发现抑制自噬可以促进奥沙利铂对肝癌细胞的杀伤作用[15]。AZD5363 是一种Akt 抑制剂，能够抑制多种肿瘤细胞增殖，研究结果发现，AZD5363在抑制肝癌细胞活性的同时，能够诱导肝癌细胞发生自噬，用氯喹处理抑制自噬活性后可显著增强AZD5363 对HepG2 细胞和Huh7 细胞的杀伤活性[16]；同时，Makowska 等[17]在对乳腺癌和直肠癌的放疗研究中发现，抑制自噬可上调肿瘤细胞凋亡，从而达到增强放疗的效果。

自噬还参与了肿瘤干细胞干性的维持。肿瘤干细胞是恶性肿瘤中一小簇具有自我更新和多向分化能力的细胞，是导致恶性肿瘤发生、发展、复发和耐药的主要原因[18]。自噬相关蛋白DRAM1 和p62 可调控肿瘤干细胞的浸润和迁移，敲低DRAM1 会下调p62 的表达而影响肿瘤干细胞的自噬水平[19]。在造血干细胞中，敲低自噬相关基因ATG-7 或诱导其错义突变后，其存活能力显著下降，干细胞典型的自我更新能力及分化潜能也被抑制。通过利用自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤（3-MA）、ATG5-shRNA分别抑制自噬后，造血干细胞、表皮干细胞、真皮干细胞等细胞类型均丧失自我更新能力及分化潜能[20]。在对乳腺癌和肝癌的肿瘤干细胞研究中发现，抑制自噬可使肿瘤干细胞对凋亡敏感，降低其致瘤能力[21-22]。自噬激动剂雷帕霉素可以上调胶质瘤的肿瘤干细胞中自噬相关蛋白LC3II 的表达，导致肿瘤干细胞成球能力下降，而分化标记物Nestin 和GFAP 表达上调[23]，且肿瘤干细胞的耐药性似乎也与自噬信号有关，因为抑制结直肠癌肿瘤干细胞中的自噬可以增强细胞毒性药物的功效[24-25]。化疗药物奥沙利铂可诱导结直肠癌细胞产生自噬，保护其不发生凋亡，并可富集肿瘤干细胞且维持其干性，进而导致化疗抵抗[26]。另外，通过Atg5 或Beclin1 的沉默可使CD133+神经胶质瘤干细胞对γ-辐射敏感，并且消除其形成神经球的能力[27]。

2 血管生成与肿瘤

血管生成是一种从成熟血管中以出芽方式形成新血管的生理过程。血管新生初期内皮细胞的前体细胞分化，进一步通过增殖、迁移形成新的管状结构并进入无血管区，在周细胞及平滑肌细胞的共同作用下形成新生血管。在肿瘤组织中，新生血管为不断浸润生长的肿瘤细胞提供营养，其与肿瘤的发展、转移及耐药具有密切关系[28]。血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）能够促进血管新生过程，在肿瘤组织中其对肿瘤血管生成的促进最为显著，实验结果证实，在体内外水平VEGF 均可诱导肿瘤血管新生，并能通过促进内皮细胞分泌一氧化氮（NO）这种调节因子而使血管通透性增加。在肝癌患者的血清及肿瘤组织中均检测到VEGF 水平的明显上调，而VEGF 的表达与肝癌的侵袭转移及不良预后密切相关[29-30]。在结直肠癌肝转移模型中，癌细胞通过CAMP/PKA 通路上调了VEGF 的表达，促进结直肠癌发生肝转移[31]。王曦龙等[32]通过对肾癌组织研究结果发现，VEGF 的阳性表达较癌旁组织明显增高，淋巴结转移和晚期患者中的表达高于未转移和早期者，提示VEGF 参与了肾癌细胞的侵袭和转移，加快了肿瘤的恶性进程。Premalata 等[33]研究结果发现，在卵巢癌组织中VEGF呈显著高表达，并与卵巢癌分化程度密切相关。陈阳静[34]研究结果显示，VEGF 在鼻咽癌组织的表达水平较正常组织显著增加，不同TNM分期及复发情况下VEGF 的表达差异显著，具有统计学意义。在动物成瘤实验中，阻断VEGF 与其受体结合可以抑制肿瘤的生长[35]。也有研究结果发现，通过阻断VEGF的信号传导通路可以抑制人多发性骨髓瘤细胞的增殖[36]。

既往有研究结果表明，血管的生成是肿瘤生成及转移的基础，对肿瘤新生血管的阻断会切断肿瘤的营养输送途径从而使肿瘤生长停滞，达到抑制肿瘤的效果，即“肿瘤饥饿疗法”[37]。血管新生相关通路是肿瘤治疗的潜在靶点，通过血管生成相关抑制剂对肿瘤新生血管的生成进行抑制可显著抑制肿瘤，降低其转移风险，为晚期肿瘤的治疗提供更多的选择。

3 自噬与肿瘤血管生成

自噬是机体细胞在缺氧、能量缺乏、药物等条件下诱发维持细胞生命活动的一种现象。在组织营养缺乏等不利环境下，肿瘤血管是否通过调控自噬靶基因而持续再生？Mao 等[38]通过对肺癌的研究结果证实，乙酰化亲环蛋白A 可导致缺氧诱导的自噬与肿瘤血管新生的显著促进。王慷慨等[39]研究结果发现，经VEGF 处理后可显著增加人脐静脉血管内皮细胞（HUVECs）中Beclin-1、ATG4、LC3Ⅱ、ATG5等自噬直接调控蛋白的表达，而经自噬特异性抑制剂3-MA 处理后则HUVECs 管状结构形成能力降低，细胞迁移程度减弱。韩起[40]检测了乳腺癌细胞T47D、MDA-MB-231、MDA-MB-436 和MCF7 中 的CMA 活性，通过收集不同CMA 活性上清来刺激血管内皮细胞，发现高CMA 活性可在体外促进肿瘤血管的生成，而低CMA 活性上清可抑制血管形成，并在皮下成瘤组织中发现CMA 可以促进血管内皮标记物CD31 和CD34 的表达。吴涛与徐亮[41]研究结果发现，结直肠癌中VEGF 和Lgr5 的表达具有协同作用，共同促进肿瘤的形成和进展，二者高表达与患者的不良预后有关。

自噬在肿瘤血管生成拟态（vasculogenicmimicry，VM）的形成中也起着重要作用[42]。Han 等研究结果发现，伴VM 形成的恶性黑色素瘤细胞中自噬相关蛋白LC3 和Beclin-1 均呈高表达状态，而黑色素瘤的远处转移和患者预后与Beclin1 的表达密切相关[43]。Ding 等[44]研究结果发现，胃癌细胞系SGC7901 中多潜能基因c-myc、sox-2、oct3/4 和自噬相关基因ATG5、Beclin1 及ATG7 在形成VM 的过程中表达均上调，抑制自噬后VM 形成受到抑制，c-myc、sox-2、oct3/4表达下调，同时肿瘤的生成和浸润转移能力降低。吴海波[45]研究结果发现，通过3D 胶原支架培养的胶质瘤干细胞形成的VM 细胞中自噬相关蛋白LC3、Atg5 和Atg7 呈高表达，利用自噬激动剂雷帕霉素导致VM 的形成增多，且促进VM 相关蛋白VE-Cadherin和LamininB2 的表达；而利用自噬抑制剂氯喹或敲除Atg5 基因均可抑制VM 的形成和VE-Cadherin、LamininB2 的表达。表明自噬可以促进VM 的形成，为肿瘤的生存和浸润提供营养和转移的通道。

4 自噬与抗肿瘤血管生成治疗

抗血管治疗是以抑制肿瘤组织内血管形成来达到抑制肿瘤的生长这一理论作为基础[46]。特异性抗VEGF 的靶向治疗可显著抑制肿瘤组织中血管新生过程，减少肿瘤细胞对氧气、葡萄糖等营养物质的摄取。在营养及氧气缺乏、放化疗的副作用等不利因素作用下，肿瘤细胞可通过启动自噬来清除受损的细胞器及生物大分子，另一方面，通过对细胞器及生物分子的消化再利用从而获取能量，重新提供给肿瘤细胞维持其生长并促进转移[47]。利用自噬的特异性抑制剂，如3-MA 等可抑制肿瘤细胞的保护性自噬过程，能够使化疗药物最大程度地发挥对肿瘤细胞的杀伤作用。Guo 等[48]的研究结果显示，肝癌SMMC-7721 种植瘤细胞经贝伐单抗抗血管生成处理后自噬过程显著促进，自噬相关蛋白Beclin-1、LC3 的表达显著增加，直接抑制自噬可降低低氧条件下肝癌细胞的活力并促进其凋亡，起到抗肿瘤效果；而贝伐单抗和自噬的特异性抑制剂的联合应用同样显著抑制肝癌细胞生长并促进凋亡过程。贝伐单抗可诱导恶性胶质瘤细胞的自噬，动物实验结果证实，联合应用贝伐单抗与自噬特异性抑制剂可显著抑制恶性胶质瘤，并推测二者联合应用可能有助于改善抗血管药物治疗的耐药性问题[49]。同样，国内研究结果在结肠癌细胞中也得到了证实[50]。总之，自噬在抗血管新生的肿瘤药物治疗中发挥重要作用，而以自噬为靶点的抗血管新生联合治疗可能有助于更高效地抑制肿瘤发生、发展并改善预后。

5 结 语

近年来，随着恶性肿瘤发病率的不断升高，肿瘤的早期诊断已取得积极进展，恶性肿瘤的确诊患者逐年增多。对于肿瘤，传统治疗方法包括手术并联合放化疗，现靶向治疗也成为热点，是一种较有前景的治疗手段，而肿瘤的复发及耐药仍是一线治疗的棘手问题。自噬新的肿瘤治疗靶点已被广泛用于肿瘤治疗靶向药物的机制研究中，多项研究表明，在抗血管生成药物应用的同时抑制自噬可有效降低肿瘤耐药并提高放化疗效果。在肿瘤研究领域，对自噬和血管新生之间关系的不断深入研究可以为恶性肿瘤的综合治疗提供多靶点协同治疗方案，让更多的患者受益。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突