自噬与恶性黑色素瘤侵袭转移相关性研究进展

高翔, 赵雪宁, 韩昭

1.成安县人民医院,2.永年区第一医院,3.河北工程大学附属医院,河北 邯郸 056000

恶性黑色素瘤(malignant melanoma,MM)是一种高度恶性的黑色素细胞肿瘤,具有高侵袭、高转移、高致死率的特性。据统计,恶性黑素瘤发病率占全部恶性肿瘤的3%,占皮肤恶性肿瘤的7%～20%,该肿瘤对放化疗不敏感、死亡率较高[1]。近年来MM的发病率明显上升,在西方发达国家的发病率上升速度可能仅次于肺癌,年平均增长速度为4%～6%[2]。MM预后不良的主要因素是其高侵袭转移力和早期的转移能力[3],早期手术切除病变组织,可使5年生存率达到99%,一旦发生远处转移,术后5年生存率至少会降低10%[4]。目前对黑素瘤的治疗主要包括手术切除、放射线治疗、化学疗法等,但这些方法仅对早期阶段有效,对进展期或晚期患者治疗效果不佳[5],肿瘤侵袭转移的早期发现和早期治疗是目前临床上增加 MM患者生存率的唯一手段,所以进一步深入研究MM 侵袭转移机制意义重大。黑色素瘤中存在自噬,且自噬在黑色素瘤的转移及发展中起重要作用[6]。近年来,细胞自噬在黑色素瘤的发病机制和治疗中的作用受到广泛关注,细胞自噬水平升高可能维持黑色素瘤细胞的活力并导致其耐药性产生,而对细胞自噬的深入研究有助于更好地理解黑色素瘤的发病机制及耐药的相关性。自噬是促进还是抑制黑色素瘤的发生、发展目前尚未定论[7],自噬有可能代表一种黑素瘤治疗的靶点。本文就细胞自噬与黑色素瘤侵袭转移相关性研究进展作一综述。

1 细胞自噬概述

自噬是真核细胞在生长因子或营养缺乏、缺氧、内质网应激等有害刺激下所发生的一种适应性生化过程。细胞自噬是真核细胞对持续性内外刺激的非损伤性应答反应,在各种代谢压力下,细胞内的蛋白质、细胞器和胞质通过自噬作用被包裹、消化再利用[8]。自噬在细胞的生长、发育和疾病发生中起着重要的作用,通过自噬作用,细胞完成重塑分化,积极适应不同的环境。在细胞饥饿状态或组织缺血时,细胞通过自噬来提供营养,用以维持细胞的存活[9]。这些都体现了细胞自噬在病理和生理状态下的广泛意义。遭受饥饿、氧化应激、低氧、高温、损伤等外界刺激情况或细胞器的损坏、突变蛋白的积聚及微生物的侵袭等应激时,可以诱导细胞自噬发生,发生自噬的细胞胞浆中出现大量游离的双层膜性结构,称为前自噬泡或分隔膜(isolation membrane,IM)。IM逐渐延伸,将待降解的蛋白质或细胞器完全包绕形成自噬体 (autophagosome,AP)。成熟的AP与细胞骨架微管系统相互作用,被运输至溶酶体,这一过程称为自噬体的转运与融合。自噬体外膜与溶酶体融合,内囊泡释放入溶酶体,形成自噬性溶酶体。随后内囊泡酸化,溶酶体内的水解酶将内囊泡的膜水解,溶酶体蛋白水解酶活化,进而水解内囊泡的内容物。自噬体水解后产生的氨基酸、核苷酸等营养成分可以被细胞利用。自噬与凋亡是两种程序性细胞死亡方式,两种通道存在于同一细胞内,有共同的诱发因素,有相似的调控途径;但两者的功能不同,并相互影响及制约,自噬有利于细胞的存活,而凋亡导致细胞死亡,两者间的相互作用机制及调控方式目前尚未明了[10]。

2 自噬与肿瘤的生物学行为

自噬对肿瘤细胞具有抑制和促进的双重作用[11]。自噬初期可以作为肿瘤发生的一种抑制因素,对自噬的抑制可使蛋白降解减少,合成代谢增加,最终导致原癌细胞持续增殖。在肿瘤生长过程中,尤其是当肿瘤内还没有形成足够的血管为其扩增提供营养时,肿瘤细胞可以通过自噬来克服营养缺乏和低氧的环境得以生存。同时自噬对线粒体的分隔可防止促凋亡因子如细胞色素和凋亡诱导因子的扩散[12]。此外,自噬可以清除电离辐射时受损的大分子或细胞器,保护肿瘤细胞免受电离辐射的作用,从而逃避凋亡而存活下来[13]。目前研究发现,细胞自噬对多种恶性肿瘤如肺癌、肝癌、乳腺癌、胰腺癌及黑色素瘤的发生发展具有较为重要的影响[14-17]。由于肿瘤的发展,肿瘤细胞需要侵入局部组织,在组织脱离生存并获得在远处二次成形的特点[18]。从原发肿瘤部位的肿瘤细胞侵袭,内渗入血液或淋巴循环和在循环中生存,在靶器官部位的肿瘤细胞外渗和肿瘤细胞在新部位增殖[19]。

3 自噬与黑色素瘤的侵袭转移

在MM中AKT通路的活化可以促进细胞自噬作用[20-21]。Bcl-2可以与Beclin1相互作用抑制细胞自噬。敲除Bcl-2的BH4结构域可以降低恶性黑色素瘤的生长,同时细胞出现明显的自噬作用,缺少BH4结构域的Bcl-2蛋白可通过改变微观蛋白轻链3B-Ⅱ导致p62蛋白表达下降[22],从而增加了细胞的自噬作用。这可能是缺乏BH4结构域Bcl-2蛋白的一个新功能。皮肤疾病中常见的恶性肿瘤如皮肤鳞状细胞癌、恶性黑素瘤等均存在自噬[23]。黑素瘤是皮肤科恶性程度高,预后差的恶性肿瘤,研究表明黑素瘤细胞具有很高的自噬水平。Lazova等[24]通过光镜和定量免疫荧光对约1 400例20种肿瘤(包括黑色素瘤和乳腺癌)的自噬标志物 LC3抗体的实验显示:正常皮肤组织中黑色素细胞内染色不明显,而只发生皮肤播散型黑色素瘤组织细胞的 LC3 抗体染色明显,在高核分级、高有丝分裂率、转移和生存期缩短的病例中,LC3呈现高表达,表明自噬水平升高与恶性肿瘤侵袭性和预后差相关。Lazova等[25]通过免疫组化检测了12例浅表播散型黑素瘤、原位黑素瘤及侵袭性黑素瘤瘤细胞LC3B表达及电镜观察,均存在自噬现象,同样内质网应激可导致黑素瘤进展,而内质网应激是自噬的促发因素,因此对于黑素瘤自噬是一种肿瘤在进展期缺氧条件下一种保护机制,瘤细胞利用自噬获取营养物质而得以生存。有研究发现正常黑色素细胞和早期原位黑色素瘤相比较,原位黑色素瘤和黑色素瘤标本高表达LC3和大量的自噬体,表明在疾病的发生发展过程中自噬活性的提高可能是一个后期阶段的事件[26]。此外,肿瘤生长需要从体内肿瘤微环境不断提供营养和氧气,这是通过血管生成,血管形成的过程。血管生成主要由内皮细胞(ECs)进行。自噬可以保护ECs免受缺氧和代谢应激诱导的损伤,并调节ECs在血管生成中的功能[27]。EC特异性的自噬基因Atg7的缺失破坏了血管脂质稳态[28]。在ECs中敲除另一个自噬基因Atg5会导致肿瘤血管系统异常,并延迟黑色素瘤的生长[29]。

然而,也有研究发现Beclin1是自噬调节中的重要分子,可以抑制肿瘤的发生。不同的研究方法表明在机体恶性黑色素瘤从快速生长到转移过程中,Beclin1表达持续下降[30-31],说明在恶性黑色素瘤中自噬作用被抑制。Hara等[32]检测了5例进展期黑素瘤患者和3例原位黑素瘤患者Beclin-1表达情况,发现进展期黑素瘤高表达Beclin-1,而原位黑素瘤低表达Beclin-1。Beclin-1在小鼠黑素瘤模型研究中还具有调节血管生成作用。内质网应激诱导剂bortezomib可以激活自噬,而敲除Beclin-1或 Atg7,可增加黑素瘤细胞对bortezomib诱导细胞死亡的敏感性[33]。Han等[34]采用RT-PCR实验和Western blotting实验分别从基因水平和蛋白水平检测Beclin1对黑色素瘤EMT过程的影响,结果显示,相对于空白组与NC组,转染组E-cadherin mRNA 及蛋白表达均升高,VimentinN-cadherin mRNA及蛋白表达均降低,证实Beclin1的过表达抑制了黑色素瘤EMT的过程,可能进而影响肿瘤的恶性生物学行为。Miracco等[35]对良性痣、发育不良痣、放射性或垂直性生长的黑素瘤、以及转移性黑素瘤的149例活体组织,用免疫组织化学和Western蛋白印迹法,分析胞质中Beclin1和MAP1LC3的含量,结果显示Beclin1在良性痣和正常的黑色素细胞胞质里,中至强度的染色和核仁表达阳性。其中良性痣细胞胞质中100%表达、发育不良痣86.4%表达、放射性生长54.5%表达、垂直性生长54.3%表达、转移性黑素瘤26.7%表达。而正常的黑色素细胞、良性痣中MAP1LC3的表达水平高于黑素瘤细胞(P<0.05)。上述结果显示随着疾病的进展Beclin1表达水平逐渐降低,推测自噬有抑制癌细胞生长的作用。Sivridis等[36]研究了自噬和黑素瘤患者预后的关系,79例结节性黑素瘤患者细胞胞浆内弥漫性表达Beclin1和MAP1LC3,Beclin1高表达会促进肿瘤细胞的凋亡,低表达的患者易发生肿瘤的侵袭和破溃,且术后5年生存率会降低,提示MAP1LC3的高表达未显示出临床意义,但可作为监测自噬水平的标记基因。

4 结语

黑色素瘤作为难治性的皮肤恶性肿瘤已经引起广泛关注,有关其发生和进展的机制需要被准确了解。自噬被认为对黑色素瘤有显著的调节作用。迄今为止,许多数据支持自噬在黑色素瘤中的动态作用,如在肿瘤进展的早期作为肿瘤抑制因子,以及在肿瘤维持和治疗耐药性的后期作为癌症促进因子。随着对细胞自噬机制研究的不断深入,细胞自噬与黑色素瘤之间的相互作用与影响也会越来越明确,因此可以通过调控细胞自噬达到控制黑色素瘤发生和发展的目的。发现黑色素瘤新的治疗靶点,有望明确对黑色素瘤产生耐药性的分子机制,为未来黑色素瘤的治疗提供很大帮助。