自噬與腫瘤

高雅邢皓于愛鳴

1.中國醫(yī)科大學,遼寧 沈陽 110002 2.中國醫(yī)科大學生物化學教研室,遼寧 沈陽 110002

自噬與腫瘤

高雅1邢皓1于愛鳴2

1.中國醫(yī)科大學,遼寧 沈陽 110002 2.中國醫(yī)科大學生物化學教研室,遼寧 沈陽 110002

自噬作為一種細胞防御和應激調控的機制，目前成為癌癥研究領域的又一熱點。在不同種類的腫瘤以及腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段，自噬有抑制和促進兩種對立的影響。自噬異常與惡性腫瘤的能量代謝、細胞死亡、炎癥反應以及對腫瘤治療的耐藥性等方面都有密切的聯(lián)系。全面正確地了解自噬可為腫瘤治療提供一個嶄新的思路。

自噬；腫瘤；凋亡；抗腫瘤

自噬（autophagy）是細胞在饑餓、能量缺乏等代謝應激狀態(tài)下的一種分解代謝過程。細胞可以通過自噬消除，降解受損、衰老和失去功能的細胞、細胞器及變性的蛋白等大分子，為細胞提供循環(huán)能量。自噬作用的大大增強，表現(xiàn)為胞質中迅速涌現(xiàn)大量自噬體，這一現(xiàn)象被稱為“自噬潮”(autophagic flux)，廣泛用于自噬形成的檢測。自噬潮為細胞提供度過危機的能量。然而，過多或過少的自噬潮則危害細胞。

自噬存在于多種多樣的生理學和病理生理學過程。其中，惡性腫瘤是最早被發(fā)現(xiàn)的與自噬有關的疾病之一。近年來，隨著研究的不斷深入，自噬在腫瘤發(fā)生與發(fā)展中的作用引起人們的廣泛關注，成為癌癥研究領域的一個熱點。腫瘤細胞的自噬是一把雙刃劍：一方面，自噬可以清除腫瘤細胞內折疊異常的蛋白和功能異常的細胞器例如線粒體，抑制細胞應激反應，最終防止基因組損傷從而抑制癌癥發(fā)生。另一方面，在腫瘤生長的后期，腫瘤細胞可利用自噬作用使自身在營養(yǎng)缺乏和低氧或缺氧的狀況下得以存活。此外，自噬也可以保護腫瘤細胞對抗一些抗癌療法，并可以通過清除受損細胞器而阻止細胞凋亡。因此，在腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段，自噬對腫瘤細胞有不同的影響作用。充分認識自噬在腫瘤中的確切作用和功能，對于正確指導癌癥的治療與預防具有重要意義。

1 自噬的生物學特征

自噬有兩種不同的分類方法：① 根據(jù)細胞內貨物運送到溶酶體腔內方式的不同，可分為三種主要方式：大自噬（macroautophagy）、小自噬（microautophagy）和分子伴侶介導的自噬（chaperone-mediated autophagy,CMA）。

② 根據(jù)自噬對降解底物的選擇性將自噬分為兩類：選擇性和非選擇性自噬。至今研究最多的是大自噬的分子機制和生理作用，其具有的自噬發(fā)展過程迅速，批量降解，可誘導等特性有利于細胞快速適應惡劣環(huán)境。若無特殊說明，通常所指的自噬指大自噬。

2 自噬的基本形成過程

自噬依據(jù)大自噬、小自噬以及CMA有三種不同的形成過程。大自噬的發(fā)生過程可人為地分為四個階段：①分隔膜的形成：在應激狀態(tài)下，有雙層膜的杯狀分隔膜開始在被降解物的周圍形成。②自噬體的形成：隨著分隔膜逐漸延伸，將要被降解的胞漿成分完全包繞隔離形成自噬體。③自噬體的運輸、融合：自噬體形成后，通過細胞骨架微管網(wǎng)絡系統(tǒng)將其包裹物運輸?shù)饺苊阁w與溶酶體融合形成自噬溶酶體。④自噬體的降解：自噬體融合后最終被溶酶體中的水解酶溶解，降解產(chǎn)物在細胞內再循環(huán)利用。小自噬是指通過溶酶體膜自身變形，直接攝取胞漿中的貨物的過程。而CMA的具體過程為：首先由胞漿中的分子伴侶如熱休克蛋白70（HSP70）識別靶蛋白分子的特定5肽序列（KFERO）,然后分子伴侶-靶復合物與溶酶體膜上的受體識別、結合，最終轉運到溶酶體內降解[1]。三者最顯著的區(qū)別在于，只有在大自噬中才有自噬體的形成。

3 自噬的生理功能

自噬功能具有雙重性：一方面，自噬可以應對如營養(yǎng)匱乏、生長因子耗竭和低氧或缺氧等代謝應激；是細胞的“管家”，能清除有缺陷的蛋白質或細胞器，防止異常蛋白積聚并清除細胞內的病原體；也可能是基因組的“監(jiān)護者”。因此，自噬對于對抗衰老、癌變、神經(jīng)退行性病變、感染等皆有重要意義[2]。另一方面，自噬的過度活躍則會形成自噬應激，損傷細胞器，促進自噬性細胞死亡或通過激活凋亡/壞死通路誘導細胞死亡。近期研究表明，自噬參與了HIV感染過程中大量CD4+T淋巴細胞包括未感染的T細胞的凋亡現(xiàn)象[3]。

4 自噬對腫瘤的雙重作用

自噬與眾多疾病的發(fā)生存在著密切關系。其中，惡性腫瘤是最早被發(fā)現(xiàn)與自噬有關的疾病之一。自噬在腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段有著不同的影響。

5 自噬對腫瘤的抑制作用及其機制

現(xiàn)已初步明確，抑制自噬與腫瘤的發(fā)生存在一定的聯(lián)系和相關性。研究表明，自噬異常會導致受損的蛋白質和功能異常的細胞器（如線粒體）的累積，并誘導細胞應激反應。衰老和受損的蛋白質和細胞器是產(chǎn)生反應活性氧簇（ROS）的潛在來源，ROS可引起基因組損傷，導致染色體的不穩(wěn)定性，最終導致腫瘤的發(fā)生。在化學致癌物誘發(fā)的肝癌細胞中，在癌變前期的肝結節(jié)中出現(xiàn)了自噬能力下降的現(xiàn)象，并且從肝結節(jié)和肝癌組織分離得到的自噬泡中溶酶體酶類活性明顯降低[4]。人類乳腺癌、卵巢癌以及前列腺癌中都發(fā)現(xiàn)，作為自噬所必需的基因BECN1和Becn1(+/-)的缺失[5]。而化療藥物及放療處理中自噬能被激活，從而誘導哺乳動物組織和腫瘤細胞發(fā)生自噬性細胞死亡。如Chun等研究的紫杉醇及長春堿（抗微管藥物）對凋亡不敏感的胃癌細胞系SGC7901、BGC823的死亡機制中發(fā)現(xiàn)，紫杉醇和長春堿可以誘導胃癌細胞系自噬及自噬性細胞死亡[6]；抗雌激素藥他莫西芬以雌二醇受體為靶點，也可誘導乳腺癌細胞MCF-7發(fā)生自噬性細胞死亡[7]。

自噬在腫瘤發(fā)生過程中的抑制作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①降解、清除功能紊亂的細胞器：線粒體自噬（mitophagy）是自噬作用的最重要體現(xiàn)之一。現(xiàn)在普遍認為，自噬是唯一能在細胞內吞沒像線粒體這樣大的細胞器并且運送到溶酶體的機制。因此，若線粒體發(fā)生異常，膜通透性增加，產(chǎn)生大量ROS，將激活自噬來清除受損的線粒體，從而達到抑制腫瘤的作用。②誘導非凋亡性細胞死亡：近期相關研究提供了遺傳學證據(jù)，證明自噬途徑可以殺死細胞。人們發(fā)現(xiàn)，針對自噬基因Atg7和Beclin1的RNA干擾，能有效阻止caspase抑制劑zVAD誘導的小鼠L929細胞死亡。而針對自噬基因Atg5的RNA干擾能阻止etoposide（依托泊苷）誘導的bax-/-、bak-/-小鼠胚胎纖維母細胞（MEFs）死亡[8]。某些腫瘤細胞由于在凋亡通路上存在著一些特異基因的突變，不能發(fā)生凋亡形式的程序性細胞死亡，卻仍可通過自噬途徑得到清除。③抑制炎癥反應：自噬缺陷的一個直接后果是在應激壓力下癌細胞的長期慢性死亡。從壞死細胞中釋放的核苷酸可以通過激活Toll樣受體來促進炎癥的發(fā)生。這些死亡相關的分子模式（DAMPs）的存在為組織損傷和炎癥起著信號轉導的作用。因此，如果組織損傷沒有得到修復，腫瘤就會趁虛而入。④防止染色體不穩(wěn)定性：現(xiàn)已知Beclin1等位基因的缺失與染色體的增加或缺失有關[9]。因此，自噬能限制染色體不穩(wěn)定性進而抑制腫瘤發(fā)展。

6 自噬對腫瘤的促進作用及其機制

雖然在某些情況下自噬作用可以誘導腫瘤細胞的死亡，但在另外一些情況下，自噬可以緩解細胞所遭受的一些刺激（如營養(yǎng)或能量供應不求），對細胞的存活起到支撐作用。

自噬對腫瘤發(fā)展的促進作用具體體現(xiàn)在以下幾個方面：①自噬為腫瘤細胞提供保護并促進其存活：Kasper等在研究低氧調節(jié)誘導自噬基因MAP1LC3B和ATG時，非折疊蛋白反應（UPR）對癌細胞保護作用也表明自噬在缺氧的微環(huán)境中起到保護癌細胞的作用[10]。在Ras基因被激活的腫瘤如人類胰腺癌中，腫瘤細胞依賴于上調自噬的方式存活生長。②自噬抑制細胞凋亡：在etoposide處理過的野生型小鼠胚胎纖維母細胞（MEFs）中，僅僅發(fā)現(xiàn)很低的自噬活性。Kang等在研究胰腺癌的AGER時發(fā)現(xiàn)，AGER通過自噬途徑提高生產(chǎn)率，限制細胞凋亡[11]。③自噬增強腫瘤細胞對化療、放療或其他療法的耐受性：當接觸化療或放療后，腫瘤細胞會產(chǎn)生大量受損細胞器、蛋白質等有害成分，而此時提高自噬活性可及時清除這些有害物質，并提供應急的代謝物和能量為修復受損細胞器贏得時間和條件，從而保護腫瘤細胞免于發(fā)生凋亡性細胞死亡，以維持癌細胞的持續(xù)增殖。在抗癌藥Bortezomib誘導乳腺癌MCF-7細胞死亡時，自噬活性的增高使MCF-7細胞對Bortezomib產(chǎn)生耐藥性[12]。

小結

自噬在腫瘤發(fā)展的不同階段具有不同的影響作用。在腫瘤形成的早期，自噬抑制腫瘤發(fā)生；而在腫瘤生長的后期，自噬促進腫瘤發(fā)展。而從某種意義上講，無論對于何種類型的細胞，自噬都可以看做是一種細胞的防御應激機制：一方面，自噬能夠保護正常細胞，防止其惡性轉變；另一方面，自噬又能夠增強惡性轉化細胞的生存能力，起到保護作用。因而，自噬對腫瘤的雙重性是目前研究爭論的焦點。自噬與腫瘤的話題仍需要大量的研究，方興未艾。

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Autophagy as a cellular defense and stress regulation mechanism, has become another hot spot in the field of cancer research. In different stages and types of tumor, autophagy plays two opposing roles: inhibition and promotion. Abnormal autophagy is closely linked with the energy metabolism, cell death, inflammatory response and treatment resistance of malignant tumor. Comprehensive understanding of autophagy can provide a new idea for cancer treatment.

autophagy; tumor; apoptosis; anticancer