自噬基因Beclin1在胰腺癌中的研究進(jìn)展

鄭春燕，劉曉風(fēng)，孫秀威

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院消化內(nèi)科，哈爾濱 150081

胰腺癌是一種具有高度侵襲性的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，其發(fā)病率位居全球腫瘤第12位，是腫瘤相關(guān)死亡的常見原因[1-2]。目前胰腺癌的治療主要以外科手術(shù)為主[3]，輔以放化療。但是由于胰腺癌早期診斷率低，對放化療不敏感，且易較早出現(xiàn)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致手術(shù)切除困難，即使采用根治性手術(shù)切除腫瘤，患者術(shù)后5年生存率也不超過5%[1]。

近年來自噬與腫瘤的關(guān)系引起人們廣泛關(guān)注，自噬基因Beclin1作為新的候選抑癌基因[4]，參與自噬的發(fā)生。Beclin1的表達(dá)缺失，提示自噬活性衰減，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。由于胰腺癌的早期診斷率低、惡性程度高，導(dǎo)致患者預(yù)后差。本研究探討B(tài)eclin1在胰腺癌中的研究進(jìn)展，以期為胰腺癌治療提供新思路。

1 自噬的概述

自噬是真核細(xì)胞捕獲細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等大分子物質(zhì)并將其送至溶酶體降解的過程[5]，產(chǎn)生的分解產(chǎn)物，如氨基酸、碳水化合物和脂肪酸等用于生物合成和能量生成的底物，因此自噬對維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。

1.1 自噬的分類

根據(jù)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)降解途徑的不同，可將自噬分為3種類型：巨自噬、微自噬、由分子伴侶介導(dǎo)的自噬（chaperonemediated autophagy，CMA）。巨自噬是指細(xì)胞在受到外界刺激時，形成獨(dú)立的特殊雙層膜結(jié)構(gòu)，延伸拓展并包裹部分物質(zhì)（細(xì)胞質(zhì)、蛋白質(zhì)或細(xì)胞器），形成自噬體，再與溶酶體結(jié)合并發(fā)生物質(zhì)降解的過程[6]；微自噬是指機(jī)體內(nèi)需要被消除的物質(zhì)直接被溶酶體吞噬從而降解的過程；CMA是指待降解的物質(zhì)進(jìn)入溶酶體時需要伴侶蛋白的協(xié)助。

1.2 自噬的形成

通常所說的自噬是指巨自噬，以下簡稱自噬。自噬的形成主要分為3個階段：①自噬的誘導(dǎo)。當(dāng)細(xì)胞受到外界刺激時，自噬誘導(dǎo)信號被激活，細(xì)胞內(nèi)待降解物質(zhì)周圍形成脂質(zhì)樣雙膜自噬前體[7]。②自噬體的形成。雙層膜結(jié)構(gòu)不斷延伸，逐漸將被包繞的細(xì)胞器或其他大分子物質(zhì)完全包裹，形成自噬體。③自噬體內(nèi)容物的降解。自噬體和溶酶體融合，利用溶酶體酸性水解酶降解自噬體內(nèi)容物，同時將降解產(chǎn)物循環(huán)利用，通過產(chǎn)生腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）來維持細(xì)胞存活。

1.3 自噬的調(diào)節(jié)

雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）是進(jìn)化上保守的絲氨酸/蘇氨酸磷脂酰肌醇-3-羥激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）相關(guān)激酶家族中的成員，是細(xì)胞自噬生物學(xué)功能的中心調(diào)控者[8]，MTOR存在兩種復(fù)合體，即MTORC1和MTORC2，與自噬調(diào)節(jié)相關(guān)的主要是MTORC1復(fù)合體，該復(fù)合體參與自噬體的誘導(dǎo)及形成，維持細(xì)胞基本的自噬水平。MTORC1通路由多種信號通路組成，其中起主要作用的是PI3K/AKT/MTOR信號通路。該通路激活后可以通過磷酸化其下游效應(yīng)核糖體蛋白S6激酶和真核翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白（4E-binding protein，4E-BP），誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的生長和增殖，同時通過unc-51樣自噬激活激酶1（unc-51 like autophagy activating kinase 1，ULK1）抑制分解代謝程序，抑制腫瘤細(xì)胞自噬的發(fā)生[9]。

2 自噬基因Beclin1的概述

2.1 Beclin1的結(jié)構(gòu)

1999年Liang等[10]在致死性病毒性腦炎的大鼠中發(fā)現(xiàn)一種相對分子質(zhì)量為60 000的卷曲蛋白質(zhì)，研究者將編碼這種蛋白質(zhì)的基因命名為Beclin1。Beclin1基因也稱為BECN1基因，是首個被發(fā)現(xiàn)的哺乳動物自噬相關(guān)基因，該基因位于人類染色體17q21[11]，含12個外顯子和11個內(nèi)含子，由Bcl-2同源結(jié)構(gòu)域3（Bcl-2 homologous domain 3，BH3）、中央螺旋區(qū)（central coiled-coil domain，CCD）和進(jìn)化保守區(qū)（evolutionarily conserved domain，ECD）3個重要的結(jié)構(gòu)域組成。其中，BH3結(jié)構(gòu)域位于N端，是Bcl-2蛋白家族的一部分，通過與Bcl-2結(jié)合參與自噬；CCD結(jié)構(gòu)域位于中間，可與紫外線輻射誘導(dǎo)相關(guān)基因（UV radiation resistance associated gene，UVRAG）結(jié)合，促進(jìn)自噬膜的形成并抑制腫瘤的發(fā)展；C端為進(jìn)化保守結(jié)構(gòu)域，是Beclinl與Vps34結(jié)合的位點(diǎn)，是啟動自噬以及抑制腫瘤的功能區(qū)域[12]。可見Beclin1既可以參與自噬體的形成，又可通過調(diào)節(jié)自噬活性參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[13]。

2.2 Beclin1與自噬

Beclin1在自噬的誘導(dǎo)啟動階段具有至關(guān)重要的作用，Beclin1通過ECD結(jié)構(gòu)域與Ⅲ型PI3K及Vps34結(jié)合，形成自噬關(guān)鍵復(fù)合體，誘導(dǎo)自噬[14]。饑餓、缺氧、感染等均可誘導(dǎo)自噬的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)自噬的最佳刺激是營養(yǎng)剝奪[15]，體外培養(yǎng)的哺乳類動物細(xì)胞，饑餓狀態(tài)下很容易誘發(fā)自噬，在完全營養(yǎng)缺乏的狀態(tài)下，自噬水平會更高。另外，缺氧也可以誘導(dǎo)自噬，缺氧狀態(tài)下通過激活缺氧誘導(dǎo)因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1），進(jìn)而調(diào)節(jié)下游Bcl-2和腺病毒E1B 19 kDa相互作用蛋白3（Bcl-2 and adenovirus E1B 19 kDa interacting protein 3，BNIP3）及其同源基因的表達(dá)水平，最后通過系列反應(yīng)進(jìn)一步激活包括Ⅲ型PI3K及Vps34在內(nèi)的自噬關(guān)鍵復(fù)合體，促進(jìn)自噬的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，特定位點(diǎn)缺失的Beclin1不能與PI3K結(jié)合，也就不能接受能量信號誘導(dǎo)自噬作用。

2.3 Beclin1在腫瘤中的作用

Beclin1是單倍體不足的腫瘤抑制因子，是哺乳動物參與自噬的一種特異性基因，Beclin1的下調(diào)或單等位基因的缺失在多種腫瘤研究中經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)[16]。Qiu等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，肝癌中Beclin1的表達(dá)較正常組織和肝硬化組織顯著降低，檢測其表達(dá)程度有助于判斷病情進(jìn)展與預(yù)后。Russell等[18]發(fā)現(xiàn)，Beclin1基因在胃癌中的表達(dá)存在缺失，且與胃癌的組織分化程度、TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等相關(guān)，分化程度越低，TNM分期越高，有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的患者Beclin1基因表達(dá)越低。

3 Beclin1與胰腺癌

3.1 Beclin1與胰腺癌的發(fā)生

李曉姝等[19]發(fā)現(xiàn)，在胰腺癌中自噬基因Beclin1的缺陷會導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞逃避自噬性死亡，穩(wěn)定轉(zhuǎn)染Beclin1后，可促進(jìn)細(xì)胞的自噬活性，降低其成瘤能力。Degenhardt等[20]構(gòu)建了Beclin1陽性/陰性（Beclin1半合子敲除）的小鼠永生化上皮細(xì)胞，研究發(fā)現(xiàn)Beclin1陽性的上皮細(xì)胞腫瘤形成的潛伏期延長。與Beclin1陽性細(xì)胞相比，Beclin1等位基因缺失加速了腫瘤的生長。

Li等[21]利用脂質(zhì)體法將Beclin1siRNA轉(zhuǎn)染入人胰腺癌細(xì)胞，引起胰腺癌細(xì)胞中Beclin1表達(dá)下調(diào)，Beclin1低表達(dá)對胰腺癌細(xì)胞的周期分布產(chǎn)生明顯影響；吉西他濱是一種目前用于治療胰腺癌療效顯著的細(xì)胞周期特異性抗腫瘤藥，該研究觀察了吉西他濱作用于Beclin1siRNA干涉的胰腺癌細(xì)胞后細(xì)胞周期及凋亡的變化，結(jié)果顯示Beclin1改變了吉西他濱對細(xì)胞周期的分布，且細(xì)胞中Beclinl表達(dá)水平的降低明顯抑制了吉西他濱誘導(dǎo)的胰腺癌細(xì)胞的凋亡。

炎性反應(yīng)是促進(jìn)腫瘤發(fā)生的危險因素之一，在急性胰腺炎中，自噬功能受損，Beclin1表達(dá)水平降低，引起應(yīng)激狀態(tài)下的胰腺細(xì)胞發(fā)生壞死，細(xì)胞壞死后可釋放促炎細(xì)胞因子，為腫瘤細(xì)胞提供一個可以促進(jìn)增殖的微環(huán)境。在慢性胰腺炎中，常存在自噬損傷，慢性胰腺炎是胰腺癌發(fā)生的明確危險因素。Beclin1表達(dá)下調(diào)可通過促進(jìn)炎性反應(yīng)增加胰腺癌的易感性。

研究者通過體外實(shí)驗(yàn)將Beclin1基因表達(dá)載體轉(zhuǎn)染進(jìn)入胰腺癌細(xì)胞（PANC-1細(xì)胞），結(jié)果提示轉(zhuǎn)染了Beclin1基因表達(dá)載體的PANC-1細(xì)胞的體外增殖能力明顯下降。

上述一系列研究表明，Beclin1表達(dá)下調(diào)后，通過減弱腫瘤細(xì)胞的自噬性死亡及凋亡，促進(jìn)炎性反應(yīng)及腫瘤細(xì)胞增殖來促進(jìn)胰腺癌的進(jìn)展。

3.2 Beclin1在胰腺癌中的表達(dá)

Kim等[22]利用免疫組織化學(xué)方法檢測了63例胰腺癌組織中Beclin1的表達(dá)水平，49例（77.8%）胰腺癌組織中Beclin1陰性表達(dá)，14例（22.2%）Beclin1陽性表達(dá)，且Beclin1陰性表達(dá)的胰腺癌患者的中位無遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移生存期（10個月）明顯短于Beclin1陽性表達(dá)的患者（21個月）。張創(chuàng)杰等[23]檢測了64例胰腺癌及64例相應(yīng)癌旁正常組織中Beclin1的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)Beclin1陽性表達(dá)率分別為28.1%、90.6%，在高、中、低分化胰腺癌中的陽性表達(dá)率分別為75.0%、31.8%、6.3%；TNM分期為Ⅰ～Ⅱ期患者的Beclin1陽性表達(dá)率為44.4%，Ⅲ～Ⅳ期患者的Beclin1陽性表達(dá)率為16.2%。柯能文和劉續(xù)寶[24]檢測了Beclin1在25例胰腺癌組織及20例正常胰腺組織中的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陽性組患者的Beclin1表達(dá)水平低于淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陰性組。

上述研究發(fā)現(xiàn)，Beclin1在胰腺正常組織中的表達(dá)明顯高于胰腺癌組織，且胰腺癌組織中Beclin1的表達(dá)與分化程度、TNM分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移具有一定的關(guān)系。胰腺癌惡性程度越高，Beclin1表達(dá)水平越低，提示Beclin1的表達(dá)下調(diào)[25]，可能是胰腺癌發(fā)展的機(jī)制之一。

3.3 Beclin1與胰腺癌治療

Beclin1作為一種單倍體不足的腫瘤抑制基因，其下調(diào)或缺失可促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的惡性生物學(xué)效應(yīng)，誘導(dǎo)自噬。上調(diào)Beclin1的表達(dá)，可成為治療胰腺癌的有效手段。

雷帕霉素（也稱為西羅莫司）是從吸水鏈霉菌中分離出的一種新型大環(huán)內(nèi)酯類免疫抑制劑，同時還可以作為自噬誘導(dǎo)劑發(fā)揮抗腫瘤活性作用。雷帕霉素可以阻斷PI3K/AKT/MTOR通路的激活，進(jìn)而抑制蛋白質(zhì)生物合成和細(xì)胞增殖，導(dǎo)致細(xì)胞周期被阻滯在G1期。另外，Manegold等[26]研究顯示雷帕霉素能加強(qiáng)胰腺癌對放射治療的敏感性，研究者發(fā)現(xiàn)分次放射治療聯(lián)合雷帕霉素可以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，抑制腫瘤血管的生成，減少腫瘤細(xì)胞的耐輻射性，抑制胰腺癌進(jìn)展。

雷公藤內(nèi)酯是一種雷公藤內(nèi)酯醇的提取物。Mujumdar等[27]研究表明雷公藤內(nèi)酯可以誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞自噬，經(jīng)其處理的胰腺癌細(xì)胞，自噬相關(guān)蛋白增多，腫瘤細(xì)胞增殖呈時間和劑量依賴性減少以及細(xì)胞周期抑制，還可以抑制胰腺癌細(xì)胞活性，阻斷體內(nèi)生長和轉(zhuǎn)移擴(kuò)散。

姜黃素是從姜科植物姜黃中提取的酚類化合物，是姜黃的主要成分。由于姜黃素具有疏水性，可以輕松穿過人體的細(xì)胞膜，具有抗炎、抑制腫瘤細(xì)胞增殖及誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的特性。劉捷等[28]研究了姜黃素對惡性胰腺癌的作用，受試者每天口服一定劑量的姜黃素，然后對其中11例受試者進(jìn)行藥效學(xué)評價，結(jié)果表明姜黃素對胰腺癌有抑制作用，其作用機(jī)制主要通過上調(diào)Beclin1的表達(dá)，激活細(xì)胞自噬，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞死亡。也有研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素聯(lián)合順鉑可以通過誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的發(fā)生提高腫瘤細(xì)胞對順鉑的敏感性[29]。

4 小結(jié)與展望

胰腺癌是消化系統(tǒng)常見的惡性腫瘤，因其進(jìn)展快、侵襲性強(qiáng)，大多數(shù)患者在診斷時已處于局部晚期或存在遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[30]，故手術(shù)切除率低。即使手術(shù)切除，術(shù)后復(fù)發(fā)率仍高達(dá)50%～80%，因此，客觀預(yù)測胰腺癌的轉(zhuǎn)移及評估預(yù)后非常重要。

自噬在腫瘤的治療中具有很大的前景，應(yīng)用自噬誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)自噬，對腫瘤的抑制和提高放、化療敏感性具有積極的作用。自噬基因Beclin1可以作為腫瘤治療的潛在干預(yù)靶點(diǎn)，為腫瘤治療提供新策略。但也有研究者發(fā)現(xiàn)自噬基因Beclin1對胰腺癌細(xì)胞沒有抑制作用，不能作為抑癌基因的候選基因。自噬基因Beclin1究竟對細(xì)胞有無影響，其介導(dǎo)的自噬對腫瘤細(xì)胞的死亡是否有促進(jìn)作用，相關(guān)機(jī)制是什么，仍需要更深入的研究，如果能找到其確切機(jī)制，可以為胰腺癌的治療提供一種新途徑，對胰腺癌患者的診斷和治療以及評估預(yù)后意義重大。