細胞自噬在腫瘤發生發展中作用的研究進展

細胞自噬在腫瘤發生發展中作用的研究進展

李丁，張鵬

(天津醫科大學腫瘤醫院·國家腫瘤臨床醫學研究中心，天津300060)

摘要：細胞自噬不僅能為受損或基因突變的細胞提供營養物質，繼續生存，亦能使凋亡機制受損的細胞通過自我消化發生死亡，清除體內異常細胞，維持機體健康；自噬亦能促進腫瘤的發生發展。探討細胞自噬發生的分子機制，明確相應的信號途徑有助于利用細胞自噬抑制腫瘤細胞的生長。

關鍵詞：腫瘤；細胞自噬；細胞凋亡

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2015.45.042

中圖分類號：R730 文獻標志碼：A

基金項目：國家自然科學基金資助項目(81302250,81372307)；天津市衛生局科技

收稿日期：(2015-08-10)

通信作者：張鵬

目前，一種不依賴凋亡途徑的細胞死亡——細胞自噬已成為研究熱點[1]。較高水平的細胞自噬能使凋亡機制受損的細胞直接死亡；同時，細胞自噬亦是除外泛素化降解系統另一種主要的真核細胞內蛋白降解機制，這種降解機制不僅能在細胞饑餓時為其提供氮源，亦能幫助細胞清除代謝廢物，使腫瘤細胞在惡劣環境下繼續生存，甚至可抵抗化療藥物。研究發現，細胞自噬在維持機體健康及疾病發生中均發揮重要作用。現將細胞自噬在腫瘤發生發展中作用的研究進展綜述如下。

1細胞自噬的概念

自噬是細胞的自我消化過程。目前認為，自噬主要通過3種方式實現細胞內自我消化，分別為分子伴侶介導的自噬(CMA)、巨自噬及微自噬。CMA僅存在于哺乳動物細胞中，主要用來降解可溶性蛋白；而其他兩種自噬途徑則廣泛存在于真核細胞包括哺乳動物細胞、植物細胞及真菌中，不僅能介導蛋白質的降解，亦能降解細胞器。在不同器官及微環境中細胞選擇的自噬途徑亦不一致，上述3種自噬途徑亦可能在同一個細胞中同時發生[2]。作為細胞內物質降解的重要途徑，營養缺乏往往是自噬的誘因，細胞通過自噬降解其內的細胞器或蛋白，為細胞基本的生命活動提供氮源及其他小分子物質，此時如果細胞自噬機制受損，則無法合成維持生命活動的基本物質，導致細胞死亡；相反，如果自噬程度過高，細胞將陷于自我消化的惡性循環，最終死亡。細胞自噬亦是細胞清除錯誤折疊的蛋白質、代謝廢物及毒性氧自由基的基本途徑，能有效防止代謝物對細胞及基因組的損傷，因而自噬能發揮抗腫瘤、抗老化作用；但另一方面，自噬過程能為細胞提供營養物質，幫助其渡過惡劣環境，亦起到了促進腫瘤發生發展的作用，因此自噬被認為是腫瘤發生發展過程中的“雙刃劍”。

2細胞自噬對腫瘤的抑制作用

與前自噬小體形成相關的三磷酸肌醇激酶(PI-3K)，其組分Becline1、紫外線抵抗相關蛋白(UVRAG)及Bif已被證實具有抑制腫瘤的作用。Becline1不僅能使PtdIns轉化為形成自噬泡必需的PtdIns 3，亦能與Bcl-2相互作用；Becline1在酵母中的同源物為APG6/VPS3，其單等位基因缺失在40%～75%散發的乳腺癌和卵巢癌患者中被發現，而正常乳腺上皮中Becline1的表達水平則高于腫瘤組織，這亦是自噬與腫瘤存在聯系的首次發現[3]；人乳腺癌細胞(MCF7)中，自噬激活的Becline1能在體外抑制MCF7的增殖和克隆形成，并且抑制其在裸鼠內的成瘤性；能與Becline1相互作用的Bcl-2最早作為原癌基因，其在淋巴細胞中因易位而被激活，Bcl-2家族的部分成員為凋亡所需，另一部分則阻礙細胞凋亡，具有抗凋亡功能，如Bcl-2的表達會阻止Fas/TNF-R1通路介導的細胞凋亡，與其他Bcl-2結合蛋白不同，Becline1不能失活Bcl-2的抗凋亡功能，過表達Becline1不能引起細胞凋亡，但是與Bcl-2結合的Becline1卻失去了介導自噬的功能。上述研究證明Becline1對腫瘤細胞的抑制作用是通過自噬而非凋亡途徑實現的[3,4]。

PI3K的另一非組成型亞基Bif-1，最初是作為Bax結合蛋白被發現的，Bif-1作為一個保守的胞質蛋白，其C端含有SH3結構域，通過與Beclin1相互作用，參與自噬小體的形成，但與Bcl-2家族的其他成員間無同源序列。在營養缺乏調節下，Bif-1能在胞質中富集LC3/Atg8、Atg5及Atg9，促使自噬小體的形成，抑制Bif-1，降低細胞自噬，敲除Bif-1則會使小鼠發生散發性腫瘤[5]，進一步證明Bif-1的腫瘤抑制作用。近年來對各種人類腫瘤的研究發現，Bif-1在胰腺導管腺癌、結直腸癌、前列腺癌、膀胱癌、膽管癌及胃癌中表達下降，是上述腫瘤中的抑癌基因，但最近有關肝細胞癌的研究數據提出，Bif-1在肝細胞癌中更像一個原癌基因而非腫瘤抑制基因，高表達Bif-1是肝細胞癌患者不良預后的獨立危險因素[6]。

UVRAG蛋白被證實能通過直接作用正向調控Becline1，促進自噬的發生，UVRAG的單等位基因缺失在各種人類結腸癌中被發現，恢復HCT116結腸癌細胞中UVRAG的表達能增加細胞自噬，抑制細胞增殖，而沉默其表達則抑制自噬，此外，UVRAG第8外顯子(A)10微衛星序列在結腸癌及胃癌中發現移碼突變，使其終止密碼子提前出現，產生失去調節自噬功能的UVRAG蛋白[7]。

盡管已證實Becline1、Bif-1及UVRAG能通過自噬抑制腫瘤的發生發展，但除外作為IP-3K的組分影響自噬外，上述3種因子還具有其他功能。Becline1及Bif-1能與Bcl-2結合，Becline1同時亦是caspase-3、7、8的底物；Bif-1能下調EGFR的表達，從而降低MDA-MB231的遷移；UVRAG除通過自噬途徑抑制腫瘤，還與DNA損傷修復及維持中心粒的穩定性有關；因此，自噬并不是Becline1、Bif-1及UVRAG抑制腫瘤的唯一途徑。相比之下，與自噬核心機制相關的Atg4C更能證明自噬與腫瘤的關系，Atg4蛋白作為ROS感受器能通過半胱氨酸殘基的氧化引起自噬，Atg 4C敲除小鼠表現出饑餓介導的自噬水平下降，易發纖維肉瘤[8]。此外，自噬亦是除凋亡外細胞死亡的另一種途徑，部分能誘導自噬的藥物如替莫唑胺能使抵抗凋亡的膠質瘤細胞死亡，非甾體類抗炎藥物SSA通過誘導自噬介導腫瘤細胞的死亡，siRNA沉默Atg 7能減弱SSA介導的自噬引起細胞死亡，肺癌細胞中SSA能通過抑制Akt/mTOR途徑誘導自噬引起細胞死亡，過表達Akt能抵抗SSA介導的細胞死亡[9]。

失巢凋亡是一種黏附依賴生長的細胞脫離依附的胞外基質而啟動的細胞凋亡，失巢凋亡對機體的正常發育至關重要，其可確保脫離基質的細胞死亡,而失巢凋亡的消失則是腫瘤細胞脫離當前生存環境，向遠處器官轉移的基礎[10,11]。CDCP 1-PKCδ信號途徑引起的自噬抑制被發現是肺癌細胞抵抗失巢凋亡的關鍵因素, CDCP 1是CUB結構域結合蛋白1，與抑制失巢凋亡促進腫瘤轉移相關，siRNA沉默CDCP 1表達會引起懸浮細胞死亡，但這一過程中caspase-3未發生剪切，說明抑制CDCP 1介導的細胞死亡并不是由凋亡引起的，而同時沉默CDCP 1及其下游靶蛋白PKCδ的表達，會引起LC3-Ⅱ增高，此外，Fyn激酶磷酸化CDCP 1能減少自噬小體形成，而這一過程能被PKCδ的激酶抑制劑所抑制，說明自噬參與失巢凋亡能抑制細胞轉移[12]。

3細胞自噬對腫瘤的促進作用

缺氧、缺血及放療均能引起腫瘤細胞自噬水平升高，腫瘤組織缺乏血供，易發生轉移，使腫瘤細胞處于代謝應激狀態，而此時自噬能幫助凋亡機制缺陷的腫瘤細胞在這種代謝應激條件下繼續生存[13,14]。研究發現，當下調Becline1、Atg 14及LC3-Ⅱ后，再使用雷帕霉素處理細胞，細胞不能生存，但當存在外源誘導的自噬(如使用海藻糖或鈣依賴蛋白酶抑制劑能誘導自噬)，雷帕霉素不能引起細胞凋亡，同樣雷帕霉素介導的凋亡亦能被自噬抑制劑3-MA或沉默Atg 5而逆轉，說明當各種因素引起細胞微環境改變時，自噬能保護細胞免受損失[15]。

研究發現，腫瘤細胞的生長、轉移和復發的特點與干細胞十分相似。腫瘤組織中只有一少部分細胞具有腫瘤干細胞的能力，腫瘤干細胞是腫瘤維持自我更新，無限繁殖并向遠處器官轉移的重要因素[16,17]。近期在乳腺癌中的研究發現，細胞自噬是乳腺癌組織中的腫瘤干細胞樣細胞(CSC)成瘤的必要因素；K/H離子載體Salinomycin(Sal)在紫杉醇處理的乳腺癌干細胞樣細胞中活性下降，盡管原因不清，但研究證實Sal能在CSC及非CSC中阻止自噬及溶酶體蛋白酶的活性，利用帶有綠色熒光蛋白的GFP-LC3及含有紅色熒光蛋白的LysoTracker-Red檢測發現Sal處理后的細胞自噬小體不能與溶酶體融合，Sal能顯著抑制乙醛脫氫酶陽性的HMLER細胞自噬水平，并且增加其凋亡，這一增加細胞凋亡的效應在自噬相關蛋白Atg7缺失的情況下更為明顯，在新發現Sal介導的自噬-溶酶體途徑中，細胞自噬水平受抑后CSC的成瘤性受到抑制[18]。

在腫瘤治療方面常選擇通過抑制自噬來抑制腫瘤，如沉默Atg蛋白能使腫瘤細胞對化療和放療更加敏感，通過氯喹抑制小鼠淋巴瘤細胞的自噬，能增加p53或DNA烷化劑介導的細胞死亡和細胞抑制，細胞自噬抑制劑3-MA及巴弗洛霉素能使提高膠質瘤細胞對放療的敏感性[19]。此外，腫瘤的耐藥有時亦與自噬有關，有研究認為，腫瘤細胞對雷帕霉素的耐藥有可能是通過抑制TOR途徑引起自噬水平升高造成的[20]；抗腫瘤藥物5-FU能誘導A549細胞產生明顯自噬，促進Beclin1產生，p62蛋白水平下降，細胞中出現酸性囊泡，使用自噬抑制劑3-MA或利用siRNA沉默Atg7表達能增強5-FU介導的細胞凋亡，并能刺激ROS的產生從而介導細胞凋亡，這一現象證明5-FU介導的細胞自噬能減少其引起的細胞凋亡，是腫瘤細胞抵抗該藥物的機制之一[21]。

綜上所述，自噬在腫瘤中的功能有矛盾性，一方面當細胞在遇到壓力(如代謝應激、缺氧、細胞毒性藥物等)時，缺乏自噬會引起死亡，同樣過高水平的自噬亦會使凋亡機制受損的細胞直接死亡，這些均有助于腫瘤的治療；但另一方面，適當的自噬亦能幫助細胞抵抗死亡。因此，在考慮增加或減少細胞自噬以抑制腫瘤時，應首先明確自噬在不同腫瘤細胞中的作用，不同的動物模型提示我們，在凋亡機制受損的細胞中，自噬對腫瘤的抑制作用可能大于促進作用；而由原癌基因引起的腫瘤，抑制自噬則可能起到抑制腫瘤的作用。因此，不同腫瘤中自噬的機制研究對于腫瘤的治療、抗腫瘤藥物的研發有重要意義。

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