自噬的分子機制及其與中醫(yī)的聯(lián)系

李雋雨

·綜述·

自噬的分子機制及其與中醫(yī)的聯(lián)系

李雋雨

自噬；腫瘤；中醫(yī)藥

自噬（autophagy）源于希臘語，是“自我消化”的意思。它是機體在低氧、饑餓、高溫、細胞組織重構(gòu)及細胞死亡等不同階段中，真核細胞生物通過自我消化來獲取生存所必需的營養(yǎng)和能量一種方式。自噬主要分為巨自噬、微自噬及分子伴侶介導的自噬等三種類型。被廣為研究的多為巨自噬。近年來，自噬在腫瘤、糖尿病、心臟病、腎病等多個領(lǐng)域的研究越來越多，有望成為臨床治療的靶點，而被廣泛運用到臨床中。

1 自噬的分子機制

自噬是細胞胞漿內(nèi)膜重排后包裹衰老的蛋白質(zhì)和細胞器而成為自噬體，與溶酶體結(jié)合，形成自噬溶酶體，選擇性地將其內(nèi)受損、衰老、多余的蛋白質(zhì)、細胞器等降解和再利用，隨后由溶酶體將自噬體及其內(nèi)容物降解的過程[1]。

參與自噬的基因被稱作自噬相關(guān)基因（autophagy-ralated genes，Atg）[2]，至2015年已經(jīng)有40多個自噬相關(guān)基因被發(fā)現(xiàn)[3]。由Atg1、Atg13、Atg17等組成的Atg1（酵母菌中蛋白）/ULK1（哺乳動物中同源蛋白）復合物是誘導自噬產(chǎn)生的重要正調(diào)控因子。它在正常情況下與雷帕霉素靶蛋白復合物（mammalian target of rapamycin complex 1，mTORC1）結(jié)合，抑制自噬的發(fā)生；當機體缺氧、營養(yǎng)不足時，二者分離，從而使自噬被激活[4]。有研究發(fā)現(xiàn)自噬的雙層膜結(jié)構(gòu)的來源可能與Atg9囊泡有關(guān)，其機制仍有待研究由Vps15、Atg6（酵母菌中蛋白）/Beclin1（哺乳動物中的同源蛋白）、Atg18等組成的磷脂酰肌醇三磷酸（PI3）激酶復合物能使PI3磷酸化，形成的磷脂酰肌醇-3-磷酸（PI3P）招募蛋白并且互相結(jié)合[5]。兩個類泛素化蛋白結(jié)合系統(tǒng)是自噬體形成的必需條件，分別是由Atg5、Atg7、Atg10及Atg12等組成的Atg12-Atg5蛋白結(jié)合系統(tǒng)[6]和由Atg3、Atg4、Atg7及Atg8（酵母菌中蛋白）/LC3（哺乳動物中的同源蛋白）等組成的Atg8/LC3脂化系統(tǒng)[7]。Atg7、Atg10在前者泛素化過程中充當泛素化激酶E1和E2的作用；后者中扮演這兩個角色的則分別是是Atg7、Atg3，它們的活性對自噬有很大的影響力。目前Beclin 1及LC3常被用來評價自噬的活性。

2 自噬對腫瘤的雙重作用

自噬本身具有雙重性。在機體營養(yǎng)缺乏時，它通過“自我消化”起到保護細胞的作用；而當自噬被過度激活時，它就會因為“過度消化”而導致細胞自噬性壞死或者通過自噬誘導細胞凋亡。同理，自噬這種雙重性也體現(xiàn)在它對腫瘤的作用上。

腫瘤病變早期通過自噬清除衰老的細胞器、錯誤折疊的蛋白質(zhì)，抑制突變癌細胞的增殖，維持基因的穩(wěn)定性，起抑制腫瘤的作用。Wirawan等[8]也發(fā)現(xiàn)beclin 1的缺失出現(xiàn)在卵巢癌、乳腺癌等多種腫瘤當中。研究發(fā)現(xiàn)，他莫昔芬的作用能夠促使乳腺癌細胞MCF-7發(fā)生自噬，導致腫瘤細胞自噬性死亡而抑制腫瘤[9]。可能是由于自噬基因的缺失使其表達活性下降，P62蛋白、衰老細胞、氧活性簇（ROS）堆積而致腫瘤發(fā)生。

腫瘤迅速生長時會消耗大量的氧氣、營養(yǎng)成分等，造成一個“饑餓”的狀態(tài)，此時自噬發(fā)生則會對腫瘤起保護作用。有研究發(fā)現(xiàn)當膀胱癌中的MEG3（maternally expressed 3）被下調(diào)后會激活細胞自噬，從而保護腫瘤細胞，促進其增殖[10]。有學者在胰腺癌的研究1中發(fā)現(xiàn)AGER的生產(chǎn)率通過自噬途徑顯著增高，從而保護腫瘤細胞，限制凋亡[11]。

盡管P53被廣泛認為是一種抑癌基因，但其在腫瘤中發(fā)揮的作用也具有雙重性。孔德娟[12]研究中觀察到能夠抑制自噬、促進凋亡的是外源性的wtP53，它能使人卵巢癌細胞耐藥株SKVCR的耐藥性得以逆轉(zhuǎn)，從而抑制腫瘤的生長，而同為外源性的P53-175H則與前者不同，它促進自噬、凋亡、壞死，起抑制腫瘤的作用。

3 自噬與中醫(yī)的聯(lián)系

3.1 自噬的中醫(yī)病因病機自噬是在饑餓、缺氧等狀態(tài)下發(fā)生的。黃貴華等[13]認為，這在中醫(yī)表現(xiàn)為水谷精微缺乏、正氣不足，自噬被激活，通過降解衰老的細胞器及過度折疊的蛋白質(zhì)，所獲得的能量能夠用以維持基本的生命活動，促進陰陽調(diào)和，若自噬等自我保護機制不激活或產(chǎn)生能量不足以維持基本生命活動，機體則會失去“精氣轉(zhuǎn)化”功能，最終導致“陰陽離決”。靖林林等[14]同意黃貴華的觀點，認為氣化在微觀上表現(xiàn)為自噬的過程，在脾腎之氣充足的生理條件下，自噬通過“自我消化”來維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)抑制腫瘤的發(fā)生；而當“脾虛”、“腎虛”時，腫瘤能夠反過來利用自噬增加間質(zhì)細胞如CAFs等來促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展，甚至抵抗放化療的抗癌作用。

3.2 自噬與中醫(yī)針灸療法的相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，針灸療法對自噬有一定影響。李曉娟[15]通過實驗發(fā)現(xiàn)艾灸的處理能導致pAkt的活性顯著下調(diào)，而使eIF2α磷酸化進一步上調(diào)。劉龍琳[16]通過實驗發(fā)現(xiàn)針刺“靳三針”相應頭部穴位的全腦缺血缺氧小鼠的Beclin-1和LC3蛋白的表達較對照組顯著上調(diào)。牛明明等[17]通過實驗發(fā)現(xiàn)，“百會透曲鬢”針刺法能夠促進腦出血小鼠的自噬而達到保護細胞的作用。

3.3 中藥有效成分在自噬中的應用近年來，自噬成為治療腫瘤的一個靶點，許多研究發(fā)現(xiàn)中藥的有效成分能夠誘導自噬，這對腫瘤的治療提供了一個全新的思路[18]。β-欖香烯作為香茅草的有效成分，具有誘導人非小細胞肺癌細胞系NSCLCA-549自噬、凋亡的作用，這一過程中主要包括PI3K/Akt/m-TOR/ p70S6K1信號通路的參與[19]。苦參堿是中藥苦參的提取物，謝步善[20]通過用不同濃度的苦參堿與大鼠肝卵原細胞作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該細胞的自噬和凋亡可被低濃度的苦參堿所誘導產(chǎn)生，此過程中β-catenin蛋白與自噬相互調(diào)節(jié)，自噬抑制劑三甲基腺嘌呤（3-MA）的運用會導致凋亡顯著增加；將人肝癌細胞系HepG2和SMMC-7721與不同濃度的苦參堿作用，結(jié)果顯示苦參堿同樣能夠誘導人肝癌細胞的自噬，前者m-TOR依賴性，而后者非m-TOR依賴性，而苦參堿誘導的自噬可抑制肝癌細胞的凋亡。研究表明，火麻仁的提取物大麻酰B抑制m-TOR通路以促進自噬的產(chǎn)生[21]。張軍強[22]通過實驗發(fā)現(xiàn)苦參堿作用與人胃癌細胞SGC-7901后其死亡數(shù)顯著增加，在此過程中凋亡與自噬同時存在，但該誘導過程中參與的信號通路可能不包含PI3K/Akt/mTOR/p70S6K通路，當苦參堿誘導的自噬受到抑制時，胃癌細胞凋亡數(shù)顯著增加。蓮心堿是中藥蓮心的提取物，周靜等[23]研究發(fā)現(xiàn)，不同于對照組鮮有自噬體和自噬溶酶體的產(chǎn)生，蓮心堿作用后的人乳腺癌細胞出現(xiàn)了大量的自噬體，但幾乎難見明顯的自噬溶酶體，提示蓮心堿抑制自噬體與溶酶體的結(jié)合，最終阻斷了人乳腺癌細胞MDA-MB-231的自噬降解作用。槲皮素是桑葉、柴胡、旋復花等中藥的提取物，研究發(fā)現(xiàn)它不僅在胃癌細胞AGS和MKN28細胞的凋亡中起作用，它還能夠誘導自噬的發(fā)生，后者作用主要是通過抑制Akt/m-TOR通路的同時激活缺氧誘導因子-1（HIF-1）信號通路[24]來實現(xiàn)。麥冬皂苷為中藥麥冬的提取物，許秋菊等[25]認為，麥冬皂苷在抗宮頸癌細胞HeLa的過程中是抑制了Akt/m-TOR通路，它在誘導激活自噬的同時并不促進細胞的凋亡，3-MA抑制該自噬后促進宮頸癌細胞的凋亡。穿心蓮內(nèi)酯是穿心蓮的提取物，胡帥爾等[26]通過顯微鏡可觀察到其處理過的小鼠成纖維細胞MEF的GFP-LC3熒光斑點數(shù)增多，通過Western Blot檢測三種腫瘤細胞（結(jié)腸癌細胞HCT116、宮頸癌細胞HeLa、乳腺癌細胞MCF-7）的LC3H蛋白上調(diào)，LC3II蛋白在穿心蓮內(nèi)酯及溶酶體抑制劑氯喹的聯(lián)合作用下并沒有進一步增加，說明LC3II蛋白增加是抑制晚期自噬的成熟，而非誘導早期自噬體的形成。還有某些中藥有效成分具有抑制自噬的作用，主要包括了β-細辛醚、丹參酸B、人參皂苷Rg1等[27-29]，它們分別是中藥石菖蒲、丹參及人參的有效成分。

4 結(jié)語

從20世紀50年代自噬被發(fā)現(xiàn)至今，近10年來以腫瘤科、神經(jīng)科、心血管科為代表的學科對自噬的研究最為火熱。同時中醫(yī)藥及中醫(yī)針灸等特色療法與自噬相關(guān)的研究也日益增多，中醫(yī)在治療腫瘤當中的作用也日益增大，中西藥結(jié)合療法也越來越廣泛的應用于臨床腫瘤的治療當中。作為最早被發(fā)現(xiàn)與自噬有關(guān)的學科，腫瘤與自噬的相關(guān)研究越來越成熟，但如自噬對腫瘤雙重作用的具體機制及其中參與的信號通路等問題仍未得到解決。進一步開展對自噬與腫瘤復雜關(guān)系的研究可能會給腫瘤的臨床治療提供一個新的靶點，給現(xiàn)代醫(yī)學開啟一片更廣闊的天空。

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（收稿：2016-09-29修回：2016-11-03）

浙江中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院腫瘤科（杭州310053）