自噬與胃癌相關腫瘤基因的作用研究

王彬彬(綜述)，張方信(審校)

(1.甘肅中醫學院臨床醫學院，蘭州 730000； 2．蘭州軍區蘭州總醫院消化內科，蘭州 730050)

自噬與胃癌相關腫瘤基因的作用研究

王彬彬1△(綜述)，張方信2※(審校)

(1.甘肅中醫學院臨床醫學院，蘭州 730000； 2．蘭州軍區蘭州總醫院消化內科，蘭州 730050)

摘要：自噬是一個保守的依賴溶酶體的降解途徑，可降解長壽命蛋白質、細胞器和部分細胞質，是細胞內的再循環系統。自噬對腫瘤的發展過程扮演雙重角色，在腫瘤發生早期，自噬能抑制癌前細胞的持續生長而減少腫瘤的發生；當腫瘤進展到中晚期階段時，腫瘤細胞可利用自噬機制對抗營養缺乏和缺氧而獲得生存。自噬與胃癌的發生、發展有非常密切的聯系，但與胃癌發生的詳細機制尚不清楚。該文就自噬與胃癌相關腫瘤基因之間的作用關系予以綜述，希望能對胃癌的預防和診治提供新的策略。

關鍵詞：胃癌；自噬；Beclin-1基因；人第10號染色體缺失的磷酸酶張力蛋白同源基因；微管相關蛋白1輕鏈3

自噬是在缺血、缺氧等應激環境的誘導下，自噬細胞胞質中出現大量自噬溶酶體，降解所包裹的物質；它是一種高度保守的多步驟的代謝過程，通過降解發生病變的細胞器和已受損的蛋白質來維持細胞內環境穩定及基因組的完整性[1]。自噬作用已被證明參與多種生理過程，在能量代謝、細胞器周轉、生長調節和衰老等發生、發展中占有重要的地位，自噬受損可導致疾病(如心肌病和癌癥)[2]。雖然自噬調控的全貌不可見，但最近的諸多評論已涵蓋多方面，尤其在腫瘤細胞生長、分化和抵抗藥物治療等方面自噬扮演重要角色，但自噬對于腫瘤細胞的作用依然是腫瘤基礎研究的活躍領域[3]。自噬在胃癌等胃腸腫瘤中的自噬活性及自噬調控機制復雜，現就近年來這方面的研究進展予以綜述。

1自噬的分類與調控途徑

1.1自噬的分類自噬是一個通用術語，根據將細胞質中降解物運送到溶酶體方式的不同分為3種類型，即巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬，并且其機制和功能存在差異；在巨自噬中，自噬體前體獨特的雙膜結構包裹細胞質中待分解的物質形成自噬泡，自噬泡進一步完全隔離自噬物，形成自噬體，其外膜與溶酶體膜融合，內膜及其包裹的物質進入溶酶體腔，被溶酶體中的水解酶水解成其組成成分，并通過膜通透釋放到胞質中，被細胞重新利用；微自噬是通過溶酶體本身溶酶體膜內側內陷吞噬細胞質物質；分子伴侶介導的自噬不涉及膜的重組，相反，未折疊的底物蛋白直接橫跨溶酶體膜與胞質中的分子伴侶熱激同源蛋白70識別并與之結合形成復合物；巨自噬被認為是自噬的主要類型，與微自噬和分子伴侶介導的自噬相比，其研究最廣泛，因此，這里指的巨自噬簡稱為自噬[4]。

1.2自噬調控機制自噬作用的研究從形態學到分子機制過渡依賴autophagy-related genes(Atg)基因的識別，其調控分子機制復雜且又高度保守[1-5]，至今尚未完全闡明。目前研究發現，參與酵母自噬缺陷突變體的基因超過30種，根據自噬體形成所需要相應基因功能的不同分成不同的亞組：Atg1/Unc51-like kinase(Ulk)復合物(包括Atg1、Atg11、Atg13、Atg17、Atg29和Atg31)，是調控自噬體形成的誘導初始復合物；Atg9及其循環系統(包括Atg2、Atg9和Atg18)輸送在自噬泡內形成的Atg1復合物；磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinases，PI3Ks)復合物[包括空泡分選蛋白(vacuolar protein sorting，Vps)34、Vps15、Vps30/Atg6和Atg14]作用于自噬小泡成核階段[1]。近年來，研究發現，已經確定多種細胞信號通路來調節自噬，主要包括哺乳動物雷帕霉素靶點(mammalian target of rapamycin，mTOR)途徑、PI3K途徑、Atg5-Atg12途徑、微管相關蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)途徑等，其中mTOR信號途徑是調節自噬的主控分子[5-6]。自噬相關基因、細胞因子、離子通道等參與自噬的調節，例如，Beclin-1基因與PI3K形成復合物促進自噬過程[5]。人第10號染色體缺失的磷酸酶張力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homologue deleted from chromosome 10，PTEN)作為腫瘤抑制基因，使蛋白激酶B(protein kinase B，AKT)去磷酸化而使PI3K失活阻斷PI3K-AKT-mTOR信號通路[7-8]。巨噬細胞移動抑制因子作為一種多功能細胞因子參與炎癥和腫瘤的發生，通過應激、饑餓等因素誘導活性氧的產生，抑制巨噬細胞移動抑制因子的表達，進而抑制自噬過程[6]。鈣離子也參與自噬的調控，其通過激活鈣離子-鈣調蛋白依賴性蛋白激酶β使腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK)磷酸化，阻斷mTOR誘導自噬過程[9-10]。

2自噬與胃癌相關基因

目前自噬在不同的腫瘤中的機制尚不明確。研究自噬相關分子在胃癌細胞中的表達情況及以自噬為靶點促進胃癌細胞死亡的可行性，或可率先理清自噬對胃癌發生、發展可能的作用，為胃癌的臨床研究及治療提供參考，甚至形成新的胃癌治療方法。

2.1Beclin-1基因與胃癌Beclin-1基因是酵母Atg6在哺乳動物中調節自噬的同源基因，其在調節自噬起始囊泡形成的過程中起關鍵作用，是自噬第一階段不可或缺的基因[11]。Geng等[12]研究發現，在271例胃癌患者中，229例(84.5%)胃癌組織高表達Beclin-1信使RNA和Beclin-1蛋白，而正常胃黏膜細胞不表達或極低程度地表達Beclin-1信使RNA及其蛋白，表明胃癌細胞自噬水平是上調的；同時還發現，Beclin-1 和血管內栓子的表達之間有顯著關系，表明Beclin-1可被作為淋巴結陽性患者胃癌血管內栓塞的標志物，這些結果凸顯Beclin-1在胃癌發展中的重要作用。Yu等[13]研究也證實了胃癌組織和多種胃癌細胞不同程度表達Beclin-1信使RNA和蛋白質；還發現其表達與性別、年齡、TNM分期及分化有相關性，可作為胃癌的獨立預測因素之一。Beclin-1在細胞自噬調控中起主導地位，可抑制腫瘤的發生；而其在胃癌細胞中卻發生高表達，其原因可能為：在胃癌發生、發展過程中可能存在某種逃逸自噬性死亡的機制；Beclin-1的高表達可能對抗胃癌發生、發展中的某種因子[12-14]。

2.2PTEN基因與胃癌PTEN基因是一個具有脂性磷酸酯酶活性的腫瘤抑制基因，可通過PI3K-AKT- mTOR途徑抑制脂質磷酸酶活性而參與細胞自噬過程(包括細胞存活、增殖、能量代謝和細胞結構)[8]。因此，PTEN的表達和功能(包括轉錄調控、轉錄后調控的非編碼RNA、翻譯后修飾和蛋白質相互作用等機制)在腫瘤的發生、發展中起關鍵作用[15-16]。Li等[17]研究發現，在33例胃癌患者的胃癌細胞中mTOR蛋白高表達，多見于胃癌Ⅲ期和Ⅳ期，表明mTOR激酶的過度活化在胃癌發展的晚期，而正常胃黏膜細胞中很少或不表達mTOR蛋白，mTOR的免疫反應強度數據表明mTOR的高表達水平與胃癌進展顯著增加；與之相反，PTEN蛋白在胃癌細胞中表達缺失，而在正常胃黏膜細胞和早期胃癌細胞中高表達，PTEN的免疫反應強度數據表明PTEN蛋白的高表達水平與腫瘤進展顯著降低。PTEN基因是一種腫瘤抑制基因，能夠抑制腫瘤的侵襲和轉移，共同調節腫瘤的進展，并參與胃癌細胞的增殖、浸潤和轉移[18]。主要原因是PTEN基因的雜合缺失及PTEN基因啟動子高甲基化，其與人類惡性腫瘤的發生、發展密切相關，對抑制胃癌的發生、發展具有重大意義，提示PTEN也可能通過自噬參與腫瘤的發生、發展[19]。

2.3Klotho基因與胃癌Klotho基因首先從表現為衰老的模型小鼠中克隆成功，人和大鼠之間具有較高的同源性[20]。Klotho基因已被證明是一種腫瘤抑制基因，參與肺癌[21]、結腸癌[22]、肝癌[23]等腫瘤細胞的凋亡和自噬過程。Wang等[24]研究發現，Klotho基因啟動子在人胃癌細胞中甲基化，使其在胃癌細胞表達下調；同時還研究了99例胃癌組織中的蛋白水平，發現46%(47/99)的胃癌患者表達Klotho基因啟動子甲基化，而正常胃組織不表達Klotho基因啟動子甲基化。Xie等[25]研究也證實，Klotho啟動子甲基化使胃癌細胞LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比例下降而抑制自噬；恢復Klotho的表達后，LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比例顯著增加，并恢復自噬抑制胃癌細胞增殖；其可能發生機制是Klotho基因下調胰島素樣生長因子受體(insulin-like growth factor receptor，IGFR)1、胰島素受體底物(insulin receptor substrate，IRS)1、PI3K、Akt和mTOR的磷酸化，抑制IGFR-1-IRS-1-PI3K-Akt-mTOR通路的活性，誘導自噬的發生，使胃癌細胞停滯在G0和G1期。

2.4p53基因與胃癌p53基因作為腫瘤抑制蛋白參與生物過程的多個方面，包括細胞凋亡、細胞周期停滯、代謝、分化、氧化應激、衰老等穩態調節。最近一些研究表明，p53不僅參與細胞凋亡，還通過調節AMPK、PTEN、損傷相關的自噬調節器、p19基因、mTOR通路等參與自噬過程[26-29]。Xing等[30]研究發現，PI3K抑制劑LY294002抑制胃癌細胞中生長時LC3信使RNA表達增加，p53和自噬水平被激活，p53和PI3K/Akt/mTOR信號可能參與胃癌細胞凋亡和自噬的調控，可以推斷p53的活化可顯著增加細胞中的自噬水平，可能有助于提高p53抑制腫瘤的功能。Zhu等[31]研究人胃癌細胞凋亡時發現，阻斷核因子κB信號通路可使p53表達增加，可誘導細胞凋亡和自噬相關蛋白LC3的產生，因此可推斷，p53通過激活自噬機制誘導腫瘤細胞凋亡。這表明p53基因在腫瘤細胞凋亡和自噬調控過程中起關鍵作用。

2.5LC3與胃癌LC3是酵母Atg8在哺乳動物的同源基因，是在高等真核細胞中發現的第一種自噬體膜蛋白，可作為自噬標志性分子檢測自噬活動，細胞中LC3有LC3-Ⅰ和LC3-Ⅱ兩種存在形式[32]。Yoshioka等[33]研究發現，在38例胃癌細胞胞質中LC3表達率為58%，而在非癌性上皮細胞中不表達，LC3在胃癌細胞中高表達，表明胃癌細胞自噬水平升高，但與胃癌浸潤深度及淋巴結轉移等無相關性，這說明LC3表達在胃癌早期有推動作用。Pan等[34]研究牛乳鐵蛋白素B抗人胃癌細胞效力時發現，在胃癌細胞凋亡裂解早期(2~6 h)出現LC3-Ⅱ和Beclin-1表達增高，而裂解晚期(12~24 h)LC3表達逐漸下降，這表明LC3-Ⅱ表達對胃癌細胞凋亡的發生具有推動作用。以上研究結果證明，自噬參與胃癌細胞生理病理的各個階段，但LC3表達與胃癌分期及凋亡的相關性和機制還需進一步探索。

3小結

細胞自噬廣泛參與腫瘤及相關疾病的病理生理過程，通過上文敘述可知自噬相關基因Beclin-1、PTEN、Klotho、p53、LC3與胃癌相關。但胃癌的發生發展過程極其復雜，自噬相關基因的參與只是其中的一小部分，其確切作用和具體機制依然未能闡明。需要進一步深入研究自噬在胃癌不同發展階段的基因調控來闡明胃癌的發病新機制，尋找胃癌治療的新方法，提高人們的生存質量。

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Research on the Role of Autophagy and Gastric Cancer-Related Genes

WANGBin-bin1，ZHANGFang-xin2．(1．CollegeofClinicalMedicine，GansuUniversityofTraditionalChineseMedicine，Lanzhou730000，China； 2．DepartmentofGastroenterology，LanzhouGeneralHospital，LanzhouCommand，Lanzhou730050，China)

Abstract：Autophagy,which is a conserved degradation pathway dependent on lysosomal can degrade longevity protein，organelles and part of the cytoplasmic，and it is the recirculation system within cells．Autophagy plays a double-role in the tumor development：in the early onset of tumors，autophagy can reduce the incidence of tumors though inhibiting the continuous growth of precancerous cells;when the tumor progresses into the advanced stage，tumor cells can live with autophagy mechanism against nutritional deficiencies and lack of oxygen to survive.The current studies found that autophage has a very close relationship with the development of gastric cancer,though the specific mechanism remains unclear．Here is to make a review of the correlation between autophagy and gastric cancer-related genes,hoping to provide new strategies for the prevention,diagnosis and treatment of gastric cancer.

Key words：Gastric cancer； Autophagy； Beclin-1； Phosphatase and tensin homologue deleted from chromosome 10； Microtubule-associated protein 1 light chain 3

收稿日期：2014-07-08修回日期：2014-10-08編輯：鄭雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.10.022

中圖分類號：R735．2

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)10-1788-03