细胞自噬与肿瘤血管生成的研究进展

凌潜龙　张懿刚　朱磊磊　朱冰

【关键词】 细胞自噬；肿瘤细胞；血管内皮细胞；血管生成；抗血管生成治疗

中图分类号：R730.23 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2023.07.013

自噬是真核细胞一种特殊的行为过程，其机制已研究了将近60多年。到目前为止，研究人员已经鉴别出四种类型的自噬：巨自噬、微自噬、伴侣介导的自噬［1］和选择性自噬［2］。我们后续主要介绍巨自噬（以下简称自噬），因为它在癌症转移和血管生成领域研究最为广泛［3］。在肿瘤微环境中，细胞自噬在应激和营养缺乏时会促进肿瘤生长因子的生物合成。例如，它可以诱导肿瘤各细胞分泌血管生成因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），进而调控肿瘤血管生成［4］。其中肿瘤血管内皮细胞（tumor vascular endothelial cells，TECs）经常暴露在低氧、营养缺乏等恶劣环境中，因而引发自噬调控肿瘤微血管新生［5］。然而，细胞自噬也是可以抑制肿瘤血管的发生和癌症转移［6］。简而言之，血管生成是肿瘤生长的重要环节之一，而自噬在肿瘤血管生成方面又发挥重要的作用。因此，研究细胞自噬与肿瘤血管生成，已然成为临床治疗癌症中需迫切攻破的难题。

1 细胞自噬促进肿瘤血管生成

1.1 自噬与肿瘤细胞

近年来，随着对自噬研究的不断深入，发现有许多肿瘤中的自噬往往会促进细胞生长和肿瘤进展。在肿瘤微环境中，细胞自噬、肿瘤细胞与血管形成三者密切相关。例如，低氧、酸中毒、营养剥夺等某些特定的情况下，肿瘤细胞为了寻求更好的生存环境，会依赖自噬并使其分泌肿瘤相关生长因子促使自身细胞生长。同时通过血液循环将生长因子运输至血管内皮细胞继而促进血管生成，从而加速肿瘤发生发展［7］。有研究表明，肿瘤细胞发生自噬可以影响患者体内酸性α-葡萄糖苷酶（GAA）对肿瘤血管的作用。GAA缺乏导致体内血糖升高，通过自噬阻碍诱导Rac-1上调继而调控微血管形成［8］。通过小鼠基因组模型研究发现，调控TNF-α信号通路可增强自噬保护肿瘤细胞免受T细胞攻击，并有利于营造促血管生成因子的肿瘤微环境［9］。当然，细胞自噬可以通过复杂的信号通路，如ERK/AKT/mTOR、STATS3/Notch、PI3K/AKT/mTOR等，促进肿瘤血管形成［10］。目前研究人员已经陆续发现通过调节信号通路的某个靶点，以此来调控癌细胞自噬影响肿瘤血管生成。例如，在Hippo-YAP信号通路中，通过靶向核心激酶1调控自噬作用于肿瘤细胞就可影响血管生成［11］。B7-H3作为一种免疫检查分子，调控激活NF-κB信号途径，诱导发生肿瘤细胞自噬行為，使VEGFA的表达升高，进而促进结直肠癌血管形成［12］。此外，KOREN等人［13］发现，P62在黑色素瘤中以自噬独立的方式促进血管新生，并有利于癌细胞转移。同样，AKT和Beclin-1信号通路之间也存在关联，并控制癌细胞功能，通过调控自噬来促进肿瘤血管生成。

1.2 自噬与肿瘤血管内皮细胞

如今，肿瘤血管内皮细胞中的自噬行为引起了医学界广泛关注［14］。证据显示，自噬显著调控肿瘤内皮细胞生物学行为，进而影响肿瘤血管生成。即使乳酸中毒引发自噬，肿瘤血管内皮细胞也能稳定增殖。而值得一提的是，肿瘤内皮细胞有着高水平的能量需求，为满足此需求，TECs会高表达D-3-磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH-3）和磷酸丝氨酸氨基转移酶1（PSAT1）。此外，TECs中的核苷酸生物合成也明显多于正常血管内皮细胞［15］。细胞自噬在肿瘤血管生成中的作用是复杂的，在肿瘤微环境中，ATG5介导营养剥夺所触发的自噬会使内皮细胞分泌更多的血管因子，以自分泌的方式直接促进肿瘤血管生成。当然，自噬可以通过不同机制调节内皮细胞。其中，氧化应激产生自噬会促进肿瘤血管生成，这可能与内皮细胞产生VEGFA、PDGFA等有关［16］。在血管内皮细胞中，一种P型ATP酶载体ATP7A通过限制自噬介导的VEGFR2的降解，从而促进VEGFR2的信号转导和肿瘤血管生成［17］。与正常血管内皮细胞相比，肿瘤血管内皮细胞自噬通量增加，使其分泌更多的缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factors，HIF），如HIF1-α来对抗癌细胞死亡。临床样本研究显示，如果没有适当的内皮细胞血管系统来提供充足的养分，肿瘤大小可能就无法达到2 mm以上［18］。除此之外，患者体内的白介素-6的分泌也与自噬和内皮细胞生长有关，可导致肿瘤血管生成，这就为未来治疗肿瘤提供了潜在靶点［19］。因此，肿瘤血管内皮细胞的自噬研究是治疗癌症的另一个重要方向。

1.3 自噬与肿瘤相关细胞

在肿瘤微环境中，部分肿瘤细胞由于能量需求供应不足诱导氧化应激，而癌细胞将这种氧化应激传递给邻近的肿瘤基质细胞，如成纤维细胞、淋巴细胞和周细胞等，使其发生自噬，分泌肿瘤相关因子，促进肿瘤细胞生长和微血管形成［20］。在大多数实体肿瘤中，细胞自噬作用于肿瘤间质中的巨噬细胞使其释放趋化因子和细胞因子，这些因子会促使肿瘤血管生成［21］。越来越多的证据表明，自噬促进了肿瘤干细胞（cancer stem cells，CSCs）的生长与迁移。同时可以有效地提高CSCs分泌血管生成因子的能力，以此加速形成肿瘤微血管［22］。在肝癌细胞中，自噬调控肿瘤上皮细胞-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）可营造出血管新生的微环境，并促进肿瘤转移和侵袭［23］。除此之外，细胞自噬与肿瘤其他相关细胞也有着复杂的关联。靶向肿瘤相关细胞的自噬将会为抗肿瘤治疗提供新的思路。以上阐述表明，细胞自噬是可以促进肿瘤血管形成的，通过调控自噬干扰血管生成已然是临床工作中治疗癌症的热点之一。

2 细胞自噬抑制肿瘤血管生成

2.1 自噬与肿瘤细胞

尽管自噬被认为是促进肿瘤生长的动力因素，但如今对自噬的理解模式已经有所转变，毕竟自噬也可以抑制肿瘤［24］。许多癌症中，自噬基因的表达已经显著降低。在肿瘤微环境中，糖酵解中间体诱导的细胞自噬就会抑制血管生成［16］。一种抗血管生成的核心蛋白聚糖可诱导肿瘤发生自噬，也能抑制肿瘤血管形成［25］。在先前的一项研究中，研究人员使用一种有效自噬诱导剂天然产物厚朴酚（Ery5）的衍生物，在体内外模型中研究细胞自噬与肿瘤血管生成的关系。通过进一步研究证实，在人前列腺癌细胞中，由Ery5引发的自噬负性调节肿瘤血管生成［26］。脂噬作为一种新型的脂类分解代谢过程，也是选择性自噬的特殊类型。在肝癌细胞中，CCAAT增强子结合蛋白α可激活脂噬作用于肿瘤血管，进而降低肿瘤的发生［27］。此外，已经证明肌肽（一种天然二肽）可以介导AKT/mTOR通路调控自噬抑制人的胃癌细胞增殖，减少相关生长因子的生成，造成肿瘤血管生成障碍［28］。值得一提的是，抑癌基因P53也与肿瘤细胞自噬有关。在参与血管生成过程中作为负调节因子，在肿瘤进展中可能抑制VEGFA的转录水平继而干扰血管生成。而在某些肿瘤血管系统中，Notch1也是血管生成的负调节因子。因此，关注自噬调控Notch1通路来抑制血管生成已然成为另一种可观的手段［29］。而最近的一项研究发现，FOXK蛋白是自噬重要的转录抑制因子之一。通过CHK2-FOXK轴在调节DNA损伤引发的自噬抑制血管有重要作用，这就对抗癌治疗具有重大意义［30］。

2.2 自噬与肿瘤血管内皮细胞

细胞自噬调控血管内皮细胞可能表现出一种特有的抗肿瘤特性［2］。在血管内皮细胞中，自噬和血管生成存在一种AKT3级联反应通路。一项基于对小鼠的研究表明，这种通路中的任何缺陷都可能导致自噬增加、内皮细胞生成减少，从而阻碍血管生成［31］。此外，在肿瘤血管内皮细胞表面存在一种蛋白酪氨酸磷酸酶2（SHP2），此蛋白可介导酪氨酸激酶活性。通过细胞自噬与该蛋白建立联系，进而作用于肿瘤血管生成。KUMAR等人［32］已研究证明，SPH2缺失减少了小鼠肿瘤模型中血管生成和密度。肿瘤血管内皮细胞会表达大量的神经节苷脂（GM3）。研究发现，GM3可调控内皮细胞氧化应激诱导自噬来抑制肿瘤血管生成［33］。另外，有研究表明，在自噬通路中可通过降解自噬受体（NBR1），减少血管形成，进而抑制乳腺癌发展和转移［6］。此外，甲苯达唑（MBL）能诱导内皮细胞发生自噬，抑制肿瘤血管生成［34］。束纤溶素（Fascaplysin）可诱导肿瘤血管内皮细胞自噬。在一项体外毛细血管形成实验中，用自噬抑制剂3-MA或ATG5siRNA抑制束纤溶素引发的自噬可增加抗肿瘤血管生成活性［35］。简而言之，以上试验表明，调节肿瘤血管内皮細胞中的自噬行为会对肿瘤进展产生有利影响，以此达到治疗的目的。

2.3 自噬与肿瘤相关细胞

目前，研究首次证明了奈非林的抗血管生成机制，通过mTOR/p70S6K途径诱导自噬并抑制肿瘤M2-巨噬细胞极化来对抗血管生成［36］。自噬在特定的肿瘤干细胞中被证明是下调的。例如，黑曲霉素诱导的胶质瘤细胞自噬会抑制CSCs的特性，使得分泌血管生成因子减少，从而间接抑制了血管生成［37］。同样，LEI等人［22］证明了一种瘤腺病毒可以靶向异常的P16INK4/R信号通路，此时的细胞自噬会诱导脑肿瘤干细胞的死亡，并发现部分的脑肿瘤血管形成受阻。WANG等人［38］发现在食管鳞癌细胞中，自噬抑制肿瘤EMT和干细胞标志物，并且细胞自噬也可导致乳腺癌中干细胞的凋亡，肿瘤中的血管形成可能会受到影响。而在转移性乳腺癌细胞中，含死亡效应区域的DNA结合蛋白（DEDD）与Ⅲ类磷脂酰肌醇3激酶（PI3KC3）相互作用，激活自噬，并减弱EMT，此时发现微血管新生明显减少［39］。因此，研究EMT与自噬的关系可能是治疗肿瘤进展的一个新方向。

3 细胞自噬与抗肿瘤血管生成治疗

研究数据发现，自噬与肿瘤发生发展、转移有关。药物可以诱导自噬通量，继而促进自噬，但自噬增多反过来又会增加耐药性［40］。因此，深入了解自噬与肿瘤药物治疗机制方面具有重大意义。在一项临床研究中［41］，草药来源的大黄素可以降低三阴乳腺癌（TNBC）细胞中VEGFA的转录。通过引发自噬能有效抑制斑马鱼的血管生成。更为重要的是，可以阻断小鼠模型中肿瘤血管的生成，显著提高小鼠存活率。抗血管生成药物索拉非尼可降低肿瘤微血管密度，这可能与其增加肿瘤缺氧上调肿瘤细胞自噬活性相关［42］。贝伐单抗可以上调自噬相关蛋白LC3的表达，并诱导自噬体形成，减少了肝癌血管的形成，起到治疗肿瘤的作用［43］。此外，临床研究发现，虫草素参与自噬信号通路的传递，从而引发自噬，导致细胞死亡，减少血管生成，进而抑制肿瘤［44］。在治疗结直肠癌的药物中，姜黄素效益突出，它可以通过细胞机制，如细胞自噬、周期和凋亡的信号通路，进而抗击肿瘤血管生成［45］。临床应用中还发现，2-脱氧葡萄糖（2-DG）可以用于抗肿瘤治疗，但效果不佳。据此研究人员探索出2-DG和自噬抑制剂羟氯喹（HCQ）联合应用，成为一种有前景的治疗手段。而大麻素可能与肿瘤自噬有关，在抗击血管生成方面也具有很大的潜力［46］。当然，对于这些药物的治疗效果，需要我们有更多的临床试验和基础研究来证明。因此，我们认为，在肿瘤治疗过程中，了解自噬和靶向肿瘤血管生成药物治疗关系是很重要的。

4 小结与展望

近年来，细胞自噬与肿瘤血管形成备受关注。自噬在肿瘤微环境中与肿瘤各细胞互相关联调控血管生成因子的变化，最终影响肿瘤的发生发展。基于以上相关研究，本文旨在将细胞自噬与肿瘤血管生成相关机制进行讨论，并在肿瘤晚期治疗中具有重要意义。然而，血管生成是一个涉及多分子、多步骤的过程，各种通路之间相互关联，调控网络错综复杂，细胞自噬在肿瘤血管生成中的作用仍有待进一步挖掘。因此，在未来需要更多的研究来找出上述的确切关联，为肿瘤治疗带来更多方案，让更多患者受益。

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（收稿日期：2022-10-16 修回日期：2022-11-04）

（編辑：潘明志）

基金项目：安徽省高等学校自然科学研究项目（KJ2021ZD0090）；蚌埠医学院研究生科研创新项目（Byycx22090）

第一作者简介：凌潜龙，男，在读硕士研究生，研究方向：胃肠肿瘤及血管临床与基础研究。 E-mail：203551716@qq.com

通信作者：朱冰。E-mail：bbmczhubing@163.com

［本文引用格式］凌潜龙，张懿刚，朱磊磊，等.细胞自噬与肿瘤血管生成的研究进展［J］.右江医学，2023，51（7）：650-654.