银纳米粒子的细胞毒性及其诱导的自噬在抗肿瘤中作用机制的研究进展

常钰玲，牛亚倩 综述，刘芳，陈彻 审校

甘肃中医药大学临床医学院，甘肃兰州730000

纳米材料（nanomaterial）是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸（0.1～100 nm）或由其作为基本单元构成的材料，相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺寸［1］。银纳米粒子（silver nanoparticles，AgNPs）是重要的纳米材料之一，在纳米科学和纳米技术中发挥着重要作用，特别是在纳米医学领域，包括癌症诊断和治疗中的潜在应用［2］，如AgNPs对癌细胞可产生毒性，具有作为抗肿瘤剂的潜力。但AgNPs的高生物活性对暴露的组织和细胞具有潜在危害。已有研究证明了AgNPs体内外的细胞毒性机制［3］，但除了氧化应激和银离子溶解，在分子水平上的作用机制尚未明确。

自噬（autophagy）是指为维持细胞的稳态、分化、发育及存活，由溶酶体吸收退化物质或细胞器的细胞代谢过程［4-5］。在自噬期间，部分细胞质和细胞内细胞器被隔离在特征性的双层或多层自噬泡（也称为自噬体）内，并最终被递送至溶酶体内进行大量降解。自噬是一种高度调节过程，可以一般方式参与长寿蛋白质和整个细胞器的转换，也可特异性靶向不同细胞器（如线粒体和内质网）［6］。在癌细胞中，自噬是一种重要的生理机制，可对癌细胞在应激分子、细胞因子和肿瘤微环境下的发展产生正负双向影响，即轻度自噬可促进肿瘤发生发展，若由于癌细胞压力导致持续或过度自噬，可导致癌细胞死亡［7］。有研究表明，纳米材料可作为自噬激活剂有效激活细胞自噬［8］，AgNPs可激活肿瘤细胞自噬［9］。本文就AgNPs在肿瘤治疗中的细胞毒性作用及其诱导细胞自噬作用机制研究进展作一综述。

1 AgNPs的细胞毒性在抗肿瘤中的作用机制

目前，已有多种药物用于治疗不同类型的癌症，但副作用均较大［10］，采用纳米材料治疗可特异性靶向肿瘤细胞，避免全身副作用。JULIO等［11］研究表明，AgNPs可诱导癌细胞形态改变、细胞活力和代谢活性降低、氧化应激增加，使线粒体损伤和活性氧（reactive oxygen species，ROS）的含量增加，最终导致DNA损伤，从而杀伤癌细胞［12］。目前，已知生物体暴露于AgNPs的途径有皮肤接触、口服摄入、呼吸吸入和静脉内／腹腔内注射［13］，AgNPs暴露的途径和持续时间与其自身理化性质相关，其生物利用度、生物分布和病理表型结果是产生细胞毒性的主要决定因素［14-15］。另外，AgNPs的潜在细胞毒性机制还可能与其诱导的剂量效应、细胞内吞作用、亚细胞定位及内质网应激等有关［16］。

2 AgNPs诱导的自噬在抗肿瘤中的作用机制

2.1 参与自噬激活和自噬通量的分子 根据细胞内物质递送至溶酶体中降解的途径，可将自噬分为3种主要类型，即巨自噬（宏观自噬）、微自噬和分子伴侣介导的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）［17］。宏观自噬过程中发挥功能的结构是自噬体［18］，经过遗传筛选，主要鉴定出了36个自噬相关基因（autophagyrelated gene，ATG），这些基因及其相关分子协同调节自噬体形成的动力学过程，其中有18个ATG的子集涉及构成自噬体形成所需的核心自噬机制，核心ATGs蛋白可在功能上分为6个亚组：Atg1／ULK复合物（包括Atg1、Atg11、Atg13、Atg17、Atg29和Atg31）在自噬体形成的起始中起重要作用，主要通过指导Ⅲ类磷酸肌醇3-激酶（hosphoinositide 3-kinase，PI3K-Ⅲ）复合物定位至吞噬细胞装配位点（phagophore assembly site，PAS）；PI3K-Ⅲ复合物（包括Vps34、Vps15、Atg6和Atg14）主要控制吞噬体膜的成核和伸长，通过在PAS刺激磷脂酰肌醇3磷酸（phosphatidylinositol 3-phosphate，PI3P）的合成和积累，建立PI3P结合Atg2-Atg18复合物的平台；Atg2-Atg18复合物有助于将Atg12-Atg5-Atg16L和Atg8-PE复合物系统定位于PAS，并从PAS逆行运输Atg9囊泡；Atg12-Atg5-Atg16L缀合系统具有促进Atg8脂化反应的E3样活性，即Atg8与磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine，PE）的偶联，也是将Atg8正确定位于PAS所必需的；Atg8-PE复合物系统在自噬体形成期间控制吞噬细胞的扩增和闭合，在选择性自噬中通过与受体相互作用介导靶标的选择；含有Atg9的囊泡在自噬体形成的早期阶段中起重要的作用［19-20］。自噬体形成后，其外膜连续对接并与溶酶体融合形成自溶酶体，自溶酶体内捕获的物质被水解酶降解，所得大分子通过外排通透酶释放至胞质溶胶中进行进一步循环［21］。

2.2 AgNPs激活自噬对自噬通量的影响 激活自噬是大多纳米材料可引起的一种生物学过程［22］。LEE等［23］研究发现，暴露于AgNPs的细胞将导致LC3-Ⅰ转化为LC3-Ⅱ，且呈剂量依赖性，同时，p62蛋白也呈剂量依赖性积累，表明尽管AgNPs激活自噬，但其最终可能导致自噬通量受阻。除了自噬功能障碍外，AgNPs暴露还可引起细胞内ROS和细胞凋亡增加，阻断自噬底物p62的降解，并诱导细胞中的自噬体积聚［24］。XU等［25］研究也发现，AgNPs阻止了自噬底物p62的降解，并诱导了单核细胞中自噬体的积累。另外，LEE等［23］也初步阐明了自噬在AgNPs体内毒性中的作用，即AgNPs诱导的自噬及其细胞毒性反应（如细胞凋亡和生物能量衰竭）之间可能存在相互干扰。理论上，激活自噬可抵消其引起的毒性，但AgNPs诱导的自噬体积聚阻断了自噬通量，可能削弱该关键性细胞适应过程，加剧了其诱导的细胞自噬和生物体水平的稳态失衡［16］。AgNPs作为抗肿瘤剂具有极好的潜力［26］，YUSUF等［27］研究表明，AgNPs通过激活PI3K信号通路诱导HeLa细胞自噬，暴露的癌细胞自噬体形成作用增强，具有降解正常物质和溶酶体的功能，表明与诱导正常细胞中的缺陷性自噬相比，AgNPs可能在癌细胞中诱导保护性自噬，因此与自噬抑制剂联合应用可增强AgNPs的抗癌活性。WU等［22］也证实，AgNPs可诱导胶质瘤细胞的保护性自噬，自噬抑制剂与AgNPs联合治疗可提高疗效。

2.3 AgNPs诱导缺陷性自噬可能的分子机制 自噬在维持细胞稳态中的作用不可或缺，可通过多个信号转导严格控制细胞自噬水平［28］。有证据表明，翻译后修饰，特别是磷酸化、乙酰化和泛素化，决定了自噬作用中蛋白质的激活，并有助于微调自噬通量的变化［29］。而这些翻译后的修饰也受到严格控制，细胞应激的增加可导致翻译后修饰系统的破坏，或引起在生理条件下发生非特异性修饰［30］。泛素化过程负责标记蛋白质体的降解，因此泛素化作用对控制蛋白质变化方向至关重要。有证据表明，共轭泛素链有助于赋予自噬对底物的选择性［31］。p62具有与LC3相互作用的区域，可作为泛素化底物的载体受体，并将这些底物与自噬体内鞘上加工的LC3蛋白（LC3-Ⅱ）结合，在p62和泛素样蛋白的协助下，赋予自噬选择性，用于鉴别和去除受损细胞器、细胞内病原体和细胞溶质蛋白聚集体［32］。另外，蛋白质组学分析发现，AgNPs可上调泛素化相关酶的表达［33］。同时，AgNPs能通过遍在蛋白（即泛素化蛋白）和泛素化相关酶的转录上调或通过蛋白质冠的形成改变遍在蛋白的折叠和功能，从而对泛素修饰产生正面或负面影响［34］。因此，泛素化作用可能是AgNPs诱导的自噬激活及随后中断自噬通量和溶酶体功能的分子机制。

3 小结与展望

随着纳米技术的突破，AgNPs在肿瘤的治疗中发挥着显著作用。自噬是高度保守的分解代谢过程，在肿瘤中的作用具有双重性。AgNPs能够诱导肿瘤细胞自噬，且自噬的激活是响应纳米级物体的基本细胞过程，AgNPs会干扰自噬体-溶酶体融合的潜在自噬破坏因子，导致细胞质中扩大的自噬体异常积聚，这种有缺陷的自噬通量可能随后加剧AgNPs诱导的细胞毒性，其机制可能与泛素化作用相关。因此，需进一步研究自噬抑制剂及泛素化作用在AgNPs诱导的肿瘤细胞自噬中发挥的作用，使AgNPs作为一种治疗肿瘤的补充方法。