自噬在菌群相关肿瘤中的研究进展*

王宇 刘超 杜江 周旋

自噬是真核生物中进化保守的细胞内循环系统和细胞自我降解过程，可作为一种细胞死亡机制，在肿瘤发生发展中发挥重要作用[1]。研究表明自噬在肿瘤发生发展中具有双重作用；在一定条件下自噬可促进肿瘤发生发展，而在某些情况下则表现为对肿瘤的抑制作用，取决于癌症类型、疾病分期和肿瘤微环境等。从机制上分析，自噬可分为非选择性自噬与选择性自噬。非选择性自噬将细胞质部分包裹到自噬小体中，而后将其转运至溶酶体中进行降解；相比之下，选择性自噬在识别特定靶点后被激活，如蛋白质聚集物、受损的细胞器和细胞内病原体等[2]。

菌群和肿瘤之间的联系是密不可分的。研究发现，约16%的恶性肿瘤与菌群有关。菌群失调参与了包括胃癌、结肠癌、胰腺癌、胆管癌、前列腺癌、乳腺癌等多种肿瘤的的发病过程。菌群失调可通过多种机制影响肿瘤增殖与转移，如肿瘤细胞增殖/凋亡失衡、刺激/抑制肿瘤免疫、刺激/抑制肿瘤代谢等[3]。据此，目前各国学者已开展多项靶向微生物的小分子药物的临床研究，并且某些微生物本身亦被研究用于肿瘤的治疗。

更重要的是自噬与菌群被证实可相互作用，共同影响肿瘤进展。牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas Gingivalis）感染诱导的自噬可通过诱导肿瘤细胞G1期阻滞抑制口腔癌进展[4]；具核梭杆菌（Fusobacterium Nucleatum）可上调ULK1 和ATG7，促进肿瘤自噬，诱导食管癌对奥沙利铂与5-FU 耐药[5]。本文重点阐述自噬在菌群和肿瘤互作中的桥梁作用；评估以菌群/自噬生物轴为靶点的多分子药物作为肿瘤治疗策略的有效性，同时总结相关临床试验或动物实验以评估靶向菌群/自噬作为抗肿瘤策略的治疗潜力。

1 菌群在肿瘤发生发展中的作用

在癌症的发展过程中，微生物群落可以通过促进黏膜炎症或引起全身疾病直接或间接致癌。其中最广泛的研究集中在口腔菌群[6]和肠道菌群[7]。

口腔微生物群相对复杂，常见的致病菌属有链球菌属（Streptococcus）、普氏菌属（Prevotella）、梭杆菌属（Clostridium）以及卟啉单胞菌属（Porphyromonas）等[8]。研究表明，口腔中的致病菌与多种消化系统肿瘤密切相关。食管癌的发生与牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌有关；牙龈卟啉单胞菌在食管鳞状细胞癌中的检出率高于癌旁组织或正常对照组[9]；具核梭杆菌DNA 在食管癌组织中明显高于正常食管组织[10]。胃腺癌组织中口腔菌群，如链球菌、梭状芽胞杆菌等的富集量显著高于非肿瘤组织；短乳杆菌（Lactobacillus Brevis）则明显低于非肿瘤组织[11]；非贲门型胃癌组织中拟杆菌的比例明显降低[12]。此外，胰腺癌患者唾液菌群中淋病奈瑟菌（Neisseria Gonorrhoeae）和链球菌的水平明显低于健康人群。更值得关注的是，牙龈卟啉单胞菌被证实与胰腺癌的发生密切相关。另有研究提示[13]，结直肠癌中具核梭杆菌的总丰度是癌旁正常组织的415 倍，且与淋巴结转移呈正相关。

菌群失调同样可作为重要驱动力量参与到肿瘤的发生发展之中。幽门螺杆菌（Helicobacter Pylori，HP）和伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）已被证实是胃癌和MALT 淋巴瘤的致病菌。HP 通过JAK/STAT1 信号通路增加肿瘤相关纤维母细胞(cancer associated fibroblasts， CAFs )中VCAM1的表达，胃癌患者VCAM1 水平与肿瘤进展及不良预后呈正相关；此外，CAFs 衍生的VCAM1 与ITGAV/β1的相互作用可促进胃癌细胞在体内外的侵袭[14]。在大肠癌的研究中发现，慢性炎症可促进大肠埃希菌（Escherichia Coli）的积累，或通过空肠弯曲杆菌（Campylobacter Jejuni）产生的细胞致死膨胀毒素诱发癌变；此外，结直肠癌细胞系的致癌性转录突变可能与具核梭杆菌FadA 黏附复合物有关[15]。

2 自噬调控肿瘤进展

自噬是细胞降解回收自身组件的复杂过程。正常体细胞中自噬可抵御肿瘤发生；一旦肿瘤形成并快速增殖超出血管供应能力，自噬将提供能量保证肿瘤细胞存活，即保护性自噬[16]。自噬过程主要包括隔离膜或吞噬泡的形成和延伸、自噬小体的形成、自噬与溶酶体融合形成自噬溶酶体，以及细胞内物质的降解，最终降解产物如氨基酸和脂肪酸被细胞重复利用[17]。研究证实，自噬与恶性肿瘤耐药、复发和转移密切有关；缺乏自噬可导致癌症，但自噬本身也可能促进肿瘤发生。肿瘤细胞中自噬水平的调控机制可分为3 种情况：1）肿瘤的乏氧微环境诱导自噬水平提高；2）癌基因或抑癌基因调控自噬水平；3）肿瘤细胞中溶酶体活性和转运能力的变化也可能导致自噬水平的变化[18]。

自噬在不同类型的肿瘤细胞中，以及在肿瘤发生的不同阶段，甚至在肿瘤组织的不同部位都表现出不同的生物学活性与功能。一方面，自噬可以为肿瘤细胞提供生长所需的代谢物，维持内部环境的稳定，从而促进肿瘤的发生与进展。有研究通过ChIP-PCR 及双荧光素酶报告基因等分析发现， STAT3 可转录调控TXNDC17 表达水平，增强结直肠癌细胞自噬潮（autophagic flux）从而诱导肿瘤紫杉醇耐药；在骨肉瘤细胞系 Saos-2 以及 MG-63 中，去甲基化酶 JMJD6 通过增强细胞自噬促进肿瘤局部增殖[19]；HMGB1 上调LC3-II 的表达，抑制p62 表达，通过PI3K/MEK/ERK 信号通路形成自噬体并诱导自噬，从而促进白血病细胞化疗耐药[20]；另一方面，自噬可以避免氧化应激、持续性炎症、DNA 损伤等，最终起到抑制肿瘤的作用。在非小细胞肺癌中，酪蛋白激酶1α（CK1α）作为自噬诱导物，激活PTEN/AKT/FOXO3a/Atg7 轴，增加自噬并负性调控肿瘤局部增殖[21]；另有研究证实在肝癌Huh7 细胞中IFN-γ 通过协助构建自噬复合物的IRF-1 信号通路诱导自噬小体形成和LC3 转化，抑制细胞生长并诱导非凋亡性细胞死亡。

3 肿瘤中参与自噬的主要菌群

3.1 HP

HP 是胃癌的主要危险因素，可能在不同感染阶段具有不同的作用。研究表明，2%～3%的HP 感染者最终会发展为胃癌。细胞毒性相关基因A（CagA）和空泡毒素A（VacA）是HP 的主要致病因子。VacA是HP 调节自噬的主要途径，当胃上皮细胞长期暴露于VacA 时，会抑制自噬通路并诱发癌症；研究发现[22]，低密度脂蛋白受体相关蛋白-1（low density lipoprotein receptor associated protein-1，LRP-1）可通过VacA 介导胃癌上皮细胞自噬，但具体机制不明。CagA 可能通过PI3K/AKT/mTOR 信号通路抑制自噬，CagA 一旦进入胃上皮细胞，可能被酪氨酸磷酸化，改变肌动蛋白的细胞骨架，最终抑制自噬，从而促进肿瘤播散[23]。长期感染HP 会降低自噬水平进而诱导自噬底物p62聚集，p62 直接与Rad51 相互作用，促进Rad51 泛素化降解并抑制其DNA 损伤修复能力，最终通过提高DNA 双链断裂和基因组不稳定性促进胃癌发生[24]。

近年来，越来越多的学者认为结肠癌的发生与HP 感染密切相关。有报道指出高水平的HP 感染有助于结肠癌的体外存活，应用免疫组织化学方法发现自噬相关蛋白Beclin-1 在HP 感染的结肠癌组织中异常表达，推测Beclin-1 介导了HP 感染的促肿瘤活性，但该结论尚存争议，当胃上皮细胞Beclin-1 的表达水平被IFN-γ 刺激升高时，自噬被激活，IL-1β 诱导的炎症、HP 诱导的上皮细胞凋亡、细胞增殖等过程被抑制，从而参与抑制细菌感染和胃黏膜癌变。HP 除了调节结肠癌细胞的自噬和凋亡外，还可以通过代谢物抑制胃酸的分泌，间接引起胃泌素的过量排出，导致肠道细胞异常增殖，诱发结肠息肉甚至结肠癌[25]。

3.2 具核梭杆菌

具核梭杆菌与结直肠癌的发生发展同样密切相关。在结直肠癌发生过程中，从正常组织到肿瘤组织，具核梭杆菌的丰度逐渐增加，并与美国联合癌症委员会（AJCC）结直肠癌患者的分期呈正相关[26]；有研究提示[27]，在化疗后复发的大肠癌组织中，具核梭杆菌丰度增加，并与患者的临床病理特征密切相关，促进大肠癌对化疗的耐药；在机制上，具核梭杆菌通过调控TLR4、MYD88 先天免疫信号以及特异性miRNA，激活自噬通路，改变大肠癌化疗反应。通过体内外实验发现，miR-18a*和miR-4802 在具核梭杆菌感染的肠癌细胞中表达水平显著降低，靶基因ULK1 和ATG7 的mRNA 表达水平显著升高，从而促进结肠癌细胞自噬，过表达miR-18a*和miR-4802 可抑制具核梭杆菌诱导的肿瘤细胞自噬，抑制miR-18a*和miR-4802 则得到相反的结果。

另一方面，现有资料表明具核梭杆菌感染与食管癌同样密不可分。具核梭杆菌在食管癌的发生发展中发挥重要作用，可刺激肿瘤细胞中IL-6 的表达水平，促进食管癌细胞增殖，促进疾病的发展。关于IL-6 与自噬在食管癌发展过程中的关系的研究较少。在垂体肿瘤中抑制IL-6 的表达，可促进细胞自噬，调节细胞周期，抑制细胞增殖；研究指出LC3-II 可能是IL-6 的靶基因，而LC3-Ⅱ是肿瘤增殖和恶化的关键分子，其表达水平直接反映自噬的活性。在另一项研究中[5]，284 例食管鳞癌组织标本免疫组织化学结果提示，具核梭杆菌感染与ATG7 表达之间存在显著正相关，具核梭杆菌可增强内源性LC3 和ATG7 表达水平，上调自噬小体形成，诱导食管癌对5-FU、顺铂（C-DDP）和多西他赛的化疗耐药。

3.3 牙龈卟啉单胞菌

牙龈卟啉单胞菌是引起牙周炎、食道炎的重要病原菌。研究指出[4]，牙龈卟啉单胞菌通过诱导G1 期细胞阻滞抑制口腔癌细胞增殖，但对细胞凋亡无影响。牙龈卟啉单胞菌感染后，与未感染对照组相比，口腔癌细胞中CyclinD1 和CDK4 的表达水平降低，而CDK抑制剂p21 的表达上调在这些感染细胞中，自噬显著增强，可能有助于抑制细胞增殖；进一步的实验表明，这种自噬反应是由活性氧的形成激活的。

除了上述菌群外，慢性肝病患者可出现肠道细菌移位、小肠细菌过度生长和内毒素血症。研究发现，乙型肝炎相关性肝癌患者容易出现小肠细菌过度生长，小肠细菌过度生长患者的TLR2、TLR4 表达水平和血浆内毒素浓度升高，且内毒素浓度与TLR2、TLR4表达水平升高呈正相关。TLR 在自噬中起重要作用。TLR 信号通路可增强MyD88 或TRIF 与自噬相关蛋白Beclin-1 的相互作用，抑制Beclin-1 与Bcl-2 的结合而抑制自噬。TLR 激活导致mTOR 激活，mTOR激活后与MyD88、IRF5、IRF7 相互作用，控制TNF-α、IL-10、IL-12 基因转录并影响自噬[28]。

4 联合治疗

近年来，在评估自噬与癌症关系的临床试验中取得了突破性的成果。许多临床试验研究发现，单一的自噬抑制剂即可抑制癌症。研究表明，氯喹（chloroquine）通过PI3K/AKT/mTOR 抑制自噬，增强细胞凋亡从而治疗转移性前列腺癌[29]。另一项Ⅰ期临床试验中，研究者试图联合硼替佐米和羟氯喹治疗复发或难治性骨髓瘤，结果提示在22 例可评估缓解的患者中，3 例（14%）部分缓解，3 例（14%）轻微缓解，10例（45%）疾病稳定。因此，利用硼替佐米和羟氯喹联合治疗是可行的，也是改善骨髓瘤预后的潜在治疗策略。更重要的是，研究者们发现自噬抑制剂与癌症治疗药物联合使用（如抗生素类、代谢抑制剂等），可提高癌症的治疗效果。

4.1 自噬抑制剂联合抗生素的抗肿瘤作用

目前对抗生素联合自噬抑制剂抗肿瘤的研究较少，使用的抗生素多为雷帕霉素（rapamycin）。部分学者使用雷帕霉素联合自噬抑制剂3-MA 处理人肺癌细 胞A549。Western blot结果显示，PARP 以及caspase-3 的酶切带及线粒体凋亡相关蛋白细胞色素C 表达明显增加；MTT 结果显示，3-MA 抑制自噬可显著增加雷帕霉素，并引起细胞存活率下降[30]。Liu等[31]在雷帕霉素与氯喹联合抗骨肉瘤的研究中发现，雷帕霉素与氯喹在体外单独应用具有一定的抗肿瘤作用，联合使用可增强对骨肉瘤的抗肿瘤作用。

4.2 自噬抑制剂和代谢抑制剂联合

为了补偿高能量消耗和低氧化磷酸化的影响，癌细胞增强糖酵解途径并激活自噬以获得更多的能量。抗血管生成药物以及一些葡萄糖摄取抑制药物均能很好地抑制肿瘤细胞获取营养，而自噬抑制剂则可以通过自噬途径阻止肿瘤细胞获得能量补充。mTOR 和AMPK 信号通路控制哺乳动物细胞的能量状态，两者同为自噬激活的关键信号通路。二甲双胍、自噬抑制剂3-MA 以及3-MA 联合二甲双胍处理TPC-1 细胞后，与二甲双胍组相比，二甲双胍联合3-MA 组的相对细胞存活率显著降低，而凋亡率显著升高，表明3-MA 可促进二甲双胍诱导的TPC-1 细胞凋亡[32]。因此，这两种药物的联合可能成为一种更有效的癌症治疗方法[33]。

4.3 自噬抑制剂与细胞器损伤药物联合

自噬的一个重要功能是去除受损的蛋白质和细胞器。在癌细胞中，这种自噬作用防止了对癌细胞细胞器和DNA 的过度破坏，从而对基于细胞损伤的抗癌药物产生较大的耐药性。因此，细胞器损伤药物联合自噬抑制剂可能是一种更有效的诱导细胞死亡的治疗方法。当自噬被阻断时，一种名为“siramesine”的溶酶体可破坏药物，导致更多的癌细胞死亡[34]，然而，siramesine 使溶酶体不稳定的机制尚未明确，可能是通过直接破坏溶酶体的稳定和诱导自噬体的积累来触发肿瘤细胞死亡。因此，siramesine联合自噬抑制剂是未来癌症治疗的一种有前景的方法。

5 结语与展望

自噬在多种人类肿瘤中存在调控异常，菌群失调同样参与到肿瘤的发生发展之中。本文综述了自噬、菌群与肿瘤的关系，并重点强调两者在肿瘤发生发展中的相互作用及具体分子机制。然而，目前关于自噬在菌群致癌进程中的作用认识仍然相对贫乏，具体分子机制尚未明确，继续进一步深入研究。与此同时，以菌群/自噬生物轴为靶点的分子靶向治疗同样暂未成熟，需要开展临床试验进行系统验证其安全性及有效性，以寻求更好的肿瘤治疗策略。