姜黄素联合放疗对胶质瘤自噬影响的研究进展

方森， 孙明军， 马识婷， 沈富辉， 赵大成， 徐定凯， 王菲， 贺振华

胶质瘤(glioma)是一种常见的原发性脑肿瘤,当前临床胶质瘤的治疗方法包括外科手术治疗、放疗、化疗等，同时免疫治疗和分子靶向治疗也在蓬勃发展中[1]。但胶质瘤依然呈现出难治愈、高复发、高致死的特点，仍是一种无法治愈的疾病。

姜黄素(curcumin, CUR)是从中药姜黄中提取的一种植物多酚。大量实验证明，CUR具有抑制肿瘤细胞生长增殖、抗侵袭转移、抗血管生成、阻遏细胞周期、诱导细胞自噬和凋亡、提高化疗敏感性等作用[2]。细胞自噬在癌症的发生发展中，一方面能为癌细胞提供营养[3]，另一方面又可以诱导细胞的自噬性死亡[4]。现有研究发现，体外肿瘤细胞予以放疗联合姜黄素处理后会出现自噬现象，且这种自噬与肿瘤细胞的增殖与迁移相关[5]。

在现有研究的基础上，我们了解到姜黄素可以通过作用于肿瘤细胞内的信号转导分子把放疗与自噬对肿瘤细胞的影响联系起来，这可能为临床治疗方案提供新的思路。所以本文将对近年来国内外，CUR联合放疗对胶质瘤和其他肿瘤自噬影响的研究进展进行汇总讨论，以期对胶质瘤患者群体的治疗有所帮助。

1 放疗对胶质瘤自噬的影响

胶质瘤的治疗方案中放疗是被推荐采取的治疗方式。尽管只有几十年的发展历史，但是放疗在提高患者的预后上作用明显[6-7]。近期对多种肿瘤细胞(如鼻咽癌细胞、结肠癌细胞、前列腺癌细胞以及胶质瘤细胞等)的体外研究发现，这些肿瘤细胞会通过自噬调节，增加对放疗的抵抗性。但对于胶质瘤细胞，自噬对于放疗的影响又表现出不同的效果，这可能与胶质瘤的类型和恶性程度有关。Cho等[8]的研究发现，在对胶质瘤U251、GL261系应用放疗时，自噬在胶质瘤放疗中保护了肿瘤细胞。同样的结论体现在Zheng等[9]的实验中，他们通过提高Linc-RA1来阻止胶质瘤细胞中H2Bub1/USP44的结合，进而抑制自噬并促进放射抗性。

体外对胶质瘤采用放疗结合DNA-蛋白激酶(catalytic sunbunit of the DNA-dependent protein kinase, DNA-PKcs)反义寡核苷酸的措施后，胶质瘤细胞大多自噬性死亡，而非凋亡。这说明自噬性死亡产生的同时伴随着胶质瘤放射敏感性的增强[10]。在外界刺激中，如缺氧造成的细胞自噬，也可以促进胶质瘤以及其他肿瘤如肾癌细胞、乳腺癌细胞的放射敏感性，促进肿瘤细胞向自噬性死亡的方向进行[11]。

由此可见，在胶质瘤细胞中自噬与放射敏感性的关系较为复杂，细胞最终的结局与放射剂量、药物作用靶点有关。所以，设计不同放射剂量梯度的实验和寻找最适的放射剂量，是我们后续需要完成的任务。

2 姜黄素对胶质瘤自噬的影响

CUR作为食物和传统中药的提取物，具有可靠的药物安全性[12]。实验证明，CUR能抑制肿瘤细胞生长增殖和迁移[13]。在张绪明等[14]的实验中发现，使用3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine ,3-MA)抑制自噬后，CUR对胶质瘤U87细胞增殖抑制作用减弱，这表明CUR抗肿瘤的机制是诱导肿瘤细胞自噬性死亡。

Maiti等[15]的研究表明，经脂质修饰后的CUR能够通过增强氧化应激，并作用于磷脂酰肌醇-3羟基激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B, PKB, 又称AKT)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)信号通路，进而诱导胶质瘤细胞发生自噬，控制胶质瘤的恶性增殖和迁移。Zhang等[16]通过重新构建层状双层纳米粒子CUR发现，PI3K、AKT、mTOR三个关键分子均呈现出剂量依赖性下调，实验结果显示，经修饰的CUR可以通过抑制PI3K/AKT/mTOR信号传导通路，上调人胶质母细胞瘤A172细胞自噬水平，最终促进自噬性死亡的发生。以上实验说明PI3K/AKT/mTOR信号传导通路在分子靶向治疗中具有很大的潜力。

但同时，我们也不应过度放大某一个经典通路中信号转导分子的作用，忽视了通路间的分子联系。因为我们发现体外实验中，即使尽可能地模拟肿瘤细胞所处的内环境，同一种肿瘤细胞也会表现出不同的代谢状态。Lee等[17]的实验证实了这一说法，CUR诱导的死亡是与胶质瘤的基础自噬流量水平有关。

3 姜黄素联合放疗对恶性肿瘤自噬的影响

基础实验证实CUR能够提高恶性肿瘤的放射敏感性，并降低大剂量射线带来的不良反应[18]。其机制可能与增加恶性肿瘤内细胞含氧量、促进肿瘤细胞自噬性死亡、抗血管生成、调控HIF-1α等相关基因表达有关。

3.1 自噬与肿瘤细胞的DNA修复 放疗中射线所含能量能够直接或间接地损伤肿瘤细胞中的遗传物质，进而影响肿瘤细胞中后续蛋白的产生，最终导致肿瘤细胞死亡[19]。肿瘤细胞内拥有保护自身遗传物质的相应机制，包括特异性地激活细胞周期检查点、特定地高表达某些保护性蛋白等。比如，当粒子辐射导致细胞DNA受损时，保护性自噬出现，可能与PARP-1蛋白SIRT1-7蛋白家族有关[20]。

CUR同样是一种DNA损伤诱导剂，其本身具有诱导自噬的作用，根据前面的研究结论，自噬也有可能是因为DNA损伤而出现，但上述研究并没有说明两种自噬的产生对细胞的具体影响。Ognibene等[21]在神经胶质瘤的体外实验中发现，CUR诱导神经母细胞瘤的DNA损伤与促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPK)的磷酸化降低有关，并发现CUR诱导产生的自噬有两方面的作用。一种是促进神经母细胞瘤(neuroblastoma, NB细胞)自噬性死亡，另一种是促进NB细胞的DNA修复。Huang等[22]则明确表述，CUR通过抑制泛素化诱导的连接蛋白43(connexin,CX43)降解来阻止胶质瘤细胞的增殖，并认为自噬在此过程中起到积极作用。但是有关放疗的剂量、自噬(无论是药物诱导产生还是粒子辐射诱导产生)与DNA修复的关系还需要进一步明确。

3.2 自噬与肿瘤细胞内的活性氧 活性氧(reactive oxygen species,ROS)是正常细胞生态中代谢的天然副产物，在维持细胞信号转导中有重要作用。但是在环境压力下，如辐射、热暴露，ROS会对细胞造成细胞毒性作用。CUR联合放疗过程，ROS的过度增多至少有两个途径。一是，CUR作为促氧化剂，介导生成ROS，增强脂质过氧化水平[23]；二是紫外线、粒子辐射照射引起正常组织细胞中ROS增高，从而导致正常组织发生恶变。

CUR可以激活ROS介导的线粒体通路和自噬性死亡途径进而诱导口腔癌细胞死亡[24]。在有关体外肺癌的实验中发现，CUR激活线粒体途径的过程中伴有自噬小体的产生，这种现象可能与肺癌细胞的凋亡有关[25]。另有研究发现，CUR联合放疗能抑制低氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1,HIF-1α)的表达，从而促进人乳腺癌细胞的死亡[26]。由于在肿瘤的放疗过程中，肿瘤细胞可以通过多种方式适应辐射诱导的氧化应激，比如通过增加HIF-1α的表达来降低ROS对细胞的影响[27]，且HIF-1α的激发可以造成细胞内自噬的发生[28]，但这种自噬的性质还不明确，故从ROS和HIF-1α途径研究提高肿瘤放疗的有效率至关重要。

3.3 调节肿瘤细胞中与自噬相关的信号转导通路 细胞信号转导通路是细胞完成生物学活动的生命线。各信号转导通路中，上游与下游信号转导分子相互调节(包括激活或抑制作用)，从而改变效应分子的活性，最终完成相应的生物学活动。

PI3K/AKT/mTOR通路在细胞增殖、生长、生存和迁移中发挥重要作用。如在胃癌细胞中发现，CUR通过抑制AKT的磷酸化诱导自噬，抑制肿瘤细胞的生长[29]。在卵巢癌细胞的体外实验中，CUR可以下调AKT、mTOR以及mTOR下游因子如p70S6K和4E-BP1的磷酸化水平，诱发保护性自噬的产生[30]，但在黑色素瘤中，则是诱导细胞自噬性死亡[31]。在对动物放疗实验的过程中，通过mTOR抑制剂来促进肿瘤细胞的自噬后，发现这种做法提高了细胞的生存率，降低了放疗的作用[32]。但根据上述结局，尚不能说明PI3K/AKT/mTOR通路在放疗联合化疗的具体作用。当前我们能明确的是，对PI3K/AKT/mTOR通路的抑制，不同肿瘤细胞的结局表现是不同的。在对胶质瘤采取放疗联合CUR的方案时，PI3K/AKT/mTOR通路的改变对肿瘤细胞的影响还需进一步探索。

P53是迄今发现与肿瘤相关性最高的基因。在有关放疗与肿瘤微环境的研究中认为，DNA损伤修复过程失败的一个原因是电离辐射造成P53的激活，这一过程诱导肿瘤细胞向细胞凋亡的方向进行[33]。CUR可以增加P53的表达以抑制肿瘤增殖[34]。同样，Thayyullathil等[35]认为P53对PAR-4的聚集性诱导是促使恶性胶质瘤自噬性死亡的必须条件。在体外膀胱癌的研究中又发现P53的激活可以增加癌细胞对射线的放射敏感性。因此可以看出，抑制或激活P53相关信号通路的活性及相关调控基因的药物开发是增强肿瘤治疗的一个新的辅助方法。

4 讨论与展望

手术治疗、放疗、化疗和免疫治疗仍旧是现在治疗肿瘤的四大支柱。在胶质瘤治疗方案的选择上，方案相对固定，但近年来患者的预后仍不容乐观[36]。所以寻找新的治疗方案对胶质瘤患者来说具有特殊的意义。CUR作为一种从天然植物提取的化学物质，尽管存在生物利用度差的现象，但是我们不应该忽视它在多种肿瘤的预防和治疗上所拥有的巨大潜能，并且当前还有众多的姜黄素类似物取得了不错的实验效果[31]。

通过对CUR应用研究的总结，我们发现：CUR可以作为一个桥梁，把增强胶质瘤的放射敏感性和促进胶质瘤的自噬性死亡结合起来，进而寻找信号转导通路中重要的信号转导分子。在胶质瘤细胞和其他肿瘤细胞中，PI3K/AKT/mTOR通路、AMPK信号通路、P53信号通路等发挥着重要的作用，这些通路一方面增强了肿瘤细胞的放射敏感性，一方面以自噬的方式促进细胞死亡，其中mTOR、P53分子可能是未来研究的重要靶点。