自噬在胰腺癌發生發展及治療中的作用

郭承濤 湛先保

海軍軍醫大學長海醫院腫瘤科，上海 200433

【提要】 自噬是真核生物中高度保守的依賴溶酶體的分解代謝過程，不僅可以維持細胞內穩態，還在腫瘤發生發展的各個階段發揮重要作用。胰腺癌是惡性程度最高的惡性腫瘤之一，發生與發展機制尚未闡明。近年來研究發現自噬在胰腺癌生存和發展中發揮重要作用，并對胰腺癌放療、化療等療效有重要影響。

細胞自噬是細胞內重要的物質分解代謝機制，是廣泛存在于真核生物中具有高度保守、用于降解和回收利用細胞內生物大分子和受損細胞器的生理和病理生理過程。自噬過程中蛋白質或細胞器等胞質成分被雙層膜結構的自噬小泡包裹，并最終運送至溶酶體中進行降解，降解產生的氨基酸、糖類、脂肪酸和其他一些小分子物質可被再利用或產生能量，從而維持細胞基本的生命活動[1]。根據底物類別、自噬調控機制及轉運途徑的不同，自噬大致分為3種類型：微自噬(micro-autophagy)、分子伴侶介導的自噬(chaperone-mediated autophagy, CMA)和巨自噬(macro-autophagy)。這些自噬過程都有一個共同點，即都是在溶酶體中實現蛋白或受損細胞器的降解，目前關于細胞自噬的研究主要集中在巨自噬。生理狀態下細胞內自噬維持在較低水平，但在應激條件下(如饑餓、缺血缺氧、細胞器受損等)自噬可被誘導增強。細胞自噬水平的過度活化可引起細胞發生自噬性死亡(autophagic cell death，AuCD)，因而自噬也被稱為Ⅱ型程序性細胞死亡。

一、自噬與腫瘤

自噬具有抑制腫瘤和促進腫瘤的雙重效應，這種效應與腫瘤類型、腫瘤發展階段以及基因突變等密切相關。一方面，自噬可以為腫瘤細胞提供生長所需的代謝物、維持內環境的穩定,進而發揮促癌作用；另一方面，自噬又可以避免正常細胞遭受氧化應激、持續性炎癥、DNA損傷等病理損害，發揮抑癌作用[2]。生理情況下自噬通過維持細胞穩態和正常代謝抑制健康細胞惡性轉化，并且在抗腫瘤免疫監視中發揮作用，但惡性腫瘤一旦形成，自噬在不利的微環境條件下則促進腫瘤細胞進展以及產生抗腫瘤治療的抵抗[3]。

二、自噬在胰腺癌發生中的作用

目前已有研究證實異常的自噬參與了胰腺炎的發生發展過程[4]。一方面，自噬在胰腺炎早期能隔離和降解潛在有害的活化的胰腺蛋白酶原[5]，保護胰腺腺泡細胞免受損傷從而抑制胰腺炎的發生，自噬缺陷可導致錯誤折疊蛋白增加、內質網應激和線粒體損傷引起活性氧自由基在胰腺組織中蓄積從而促進胰腺炎發生[6-7]，進而增加胰腺癌發生的風險；另一方面，自噬缺陷能減少小鼠體內胰蛋白酶原激活并減輕其對胰腺的損傷[8]，提示自噬能通過激活胰蛋白酶原促進胰腺炎的發生。空泡膜蛋白1(vacuole membrane protein-1，VMP1)是一種與自噬啟動密切相關的跨膜蛋白，它與自噬相關蛋白Beclin1直接結合促進自噬體的形成[9]。有研究顯示胰腺炎癥和活化的K-ras信號可強烈誘導VMP1表達，進而與Beclin1結合促進自噬，為胰腺癌發生提供能量和營養底物[10]。胰腺癌被認為是包括遺傳改變在內的多種未知因素相互作用的結果。90%的胰腺癌中伴有K-ras基因突變。胰腺癌的生長高度依賴自噬，特別是在致癌基因K-ras發揮其主要作用的早期階段。通過氯喹干擾胰腺腫瘤細胞中自噬體與溶酶體結合，抑制胰腺腫瘤細胞的自噬活性，顯著降低了腫瘤細胞的增殖能力，表明自噬在胰腺癌發生中起促進作用[11]，但這一作用仍然存在很多爭議。此外，實驗研究表明持續激活的自噬能通過直接靶向信號轉導和轉錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)-BCL2-BECN1通路導致胰腺癌細胞自噬性死亡，從而起到抑制腫瘤的效應[12]。以上研究結果提示自噬對胰腺癌發生的不同影響可能與其所處的具體階段有關。

三、自噬在胰腺癌進展中的作用

大量研究表明胰腺腫瘤依賴自噬，自噬促進了胰腺腫瘤的生長和發展。Fujii等[13]通過對71例經胰十二指腸切除術患者的胰腺癌組織進行免疫組織化學分析，發現胰腺癌組織中自噬活性升高，且與不良預后顯著相關。與正常胰腺、輕度和中度上皮內瘤變的胰腺導管上皮細胞相比，81%重度上皮內瘤變的胰腺導管上皮細胞和胰腺癌細胞胞質中存在中度或重度的自噬標記蛋白LC3染色。通過氯喹干擾自噬體和溶酶體結合抑制自噬活性可導致胰腺腫瘤異種移植物和遺傳小鼠模型中腫瘤消退，小鼠存活期延長[11]，表明自噬具有促進胰腺腫瘤的生長和進展的病理生理學意義。

晚期糖基化終末產物受體(receptor of advanced glycation endproducts,RAGE)是細胞內氧化應激和炎癥信號通路的重要因子，在胰腺癌中高表達，可誘導活性氧自由基產生，兩者協同參與誘導胰腺癌細胞自噬的發生。胰腺移植瘤小鼠在敲除RAGE后，導致白介素-6(IL-6)/信號轉導和STAT3誘導的自噬活性被抑制，并延緩了胰腺腫瘤的進展[14]。此外，利用特異性PI3K抑制劑3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine，3-MA)作用于Vps34和PI3Kγ可抑制胰腺腫瘤干細胞自噬體形成，導致胰腺腫瘤干細胞死亡，mTOR抑制劑雷帕霉素誘導胰腺腫瘤干細胞自噬活性可使其抵抗缺氧和饑餓誘導的凋亡能力增強，表明自噬介導了胰腺腫瘤干細胞在缺氧微環境中的存活能力[15]。另外胰腺癌中MiT/TFE家族轉錄因子過度表達和組成型激活可進一步介導溶酶體大量擴增，從而激活自噬促進胰腺癌的發展[16]。實驗研究顯示在K-ras驅動的胰腺癌基因工程小鼠模型中敲除ATG5或ATG7，自噬活性降低，腫瘤的進展明顯減慢[17-18]。在p53雜合性缺失的K-ras驅動的胰腺癌基因工程小鼠模型，羥氯喹干擾自噬體和溶酶體結合從而抑制自噬活性，可增加低級別胰腺導管上皮內瘤變的發生，但抑制了其向高級別胰腺導管上皮內瘤變和胰腺導管腺癌轉變的過程，而在p53純合子缺失的小鼠模型中，羥氯喹抑制自噬活性則促進了胰腺導管腺癌的進展[17]。這種差異表明p53可能影響自噬在促進胰腺癌發展中的作用，但小鼠腫瘤在p53純合子缺失情況下形成并不是正常的生理現象，不能準確模擬人類胰腺腫瘤的發生發展過程[19-20]。

自噬的作用不僅僅限于胰腺腫瘤細胞，其周圍的細胞自噬也能為胰腺腫瘤生長和發展提供能量。胰腺星狀細胞是胰腺間質中的一種重要細胞類型，有研究發現胰腺腫瘤細胞能刺激胰腺星狀細胞自噬，星狀細胞自噬被激活后分泌丙氨酸，進而為胰腺癌細胞生長提供營養支持，抑制星狀細胞的自噬活性則消除了這種效應，且通過氯喹抑制星狀細胞自噬能使胰腺移植瘤小鼠的腫瘤體積縮小[21-22]，揭示了腫瘤間質細胞自噬激活在胰腺癌生長中的重要性。Yang等[23]將K-ras突變的胰腺癌細胞注入基因工程小鼠進行原位移植，通過在不同時間全身敲除ATG4B觀察小鼠間質細胞自噬對移植腫瘤的影響，發現與腫瘤細胞自身自噬相比，腫瘤微環境中間質細胞自噬對基因工程小鼠移植腫瘤的早期發生起主要作用；而在小鼠已經形成的胰腺移植腫瘤中，抑制腫瘤細胞自噬較抑制間質細胞自噬，則表現出更顯著的腫瘤消退，表明腫瘤細胞自噬和間質細胞自噬可共同維持胰腺腫瘤的生長，二者所起的作用可能與腫瘤發展階段有關。

目前，自噬與腫瘤的研究主要集中在巨自噬，微自噬和分子伴侶介導的自噬在胰腺腫瘤研究中仍然較少。蛋白質乙酰化作為一種重要的翻譯后修飾一直備受關注，近幾年來逐漸成為研究熱點。乳酸脫氫酶A(lactate dehydrogenase A，LDH-A)是人體內一種能夠產生乳酸的代謝酶，其參與糖酵解途徑為腫瘤細胞提供能量。有研究報道胰腺癌中LDH-A的K5乙酰化水平下調可抑制經分子伴侶介導的自噬途徑，導致LDH-A在腫瘤細胞中大量累積，為胰腺癌細胞轉移、浸潤、侵襲和惡化提供能量[24]。

四、自噬在胰腺癌治療中的作用

目前多數研究顯示胰腺腫瘤組織中細胞自噬活性增強并促進腫瘤生存，因而抑制自噬有望成為胰腺腫瘤治療的新手段。然而在第一項轉移性胰腺癌人體臨床試驗中，利用羥氯喹抑制自噬并沒有表現出顯著的治療效果[25]，說明單獨抑制自噬并不足以影響胰腺腫瘤生長。有研究發現體內抑制自噬活性能減弱胰腺腫瘤干細胞的活力，吉西他濱聯合氯喹能顯著增強化療藥物的抗腫瘤作用，且吉西他濱聯合氯喹比單獨化療或抑制自噬能更有效抑制胰腺腫瘤的進展[26-27]。5-氟尿嘧啶或吉西他濱處理后胰腺腫瘤細胞自噬活性明顯增加，利用氯喹抑制自噬則顯著增強化療藥物對胰腺癌PANC1和BxPC-3細胞增殖的抑制作用[28]。體外實驗表明魚藤素能阻斷自噬活性，進而增加胰腺癌細胞對多柔比星的敏感性[29]。另有研究顯示抑制自噬能提高胰腺神經內分泌腫瘤細胞對舒尼替尼的敏感性，舒尼替尼聯合氯喹能降低腫瘤細胞的活力，減輕小鼠模型的腫瘤負荷[30]。還有研究者報道miR-216a可抑制Beclin1介導的自噬，增加胰腺癌細胞對放療的敏感性[31]。以上研究結果表明在化療或放療時腫瘤細胞通過增加自噬活性促進細胞存活而抵抗治療，抑制自噬能扭轉對治療產生的抵抗，因此自噬抑制聯合化療或放療比單一抑制自噬活性在胰腺癌治療中更具潛力。在一項吉西他濱聯合羥氯喹對胰腺癌患者術前治療安全性和耐受性研究的臨床試驗中，35例患者有19例(61%)在治療后CA19-9降低，29例(94%)患者進行了手術切除，R0切除率為77%，且自噬活性較高的患者表現出明顯的生存獲益(無病生存期15.0個月比6.9個月，總生存期34.8個月比10.8個月，P值均<0.05)[32]。除了能增強化療和放療對腫瘤的治療效應外，抑制自噬還能加強對胰腺癌靶向治療的有效性。體外研究發現阿奇霉素抑制胰腺癌BxPC-3和PANC1細胞自噬，從而增加吉非替尼對胰腺腫瘤細胞的毒性導致細胞死亡[33]。氯喹能減少腫瘤血管的彎曲度和密度，促進成熟且具有功能的血管形成，增加腫瘤的灌注，從而提高了腫瘤對化療藥物的反應，此外氯喹可使血管內皮細胞排列更均勻，增加腫瘤血管內皮粘附連結，導致血管內皮屏障難以穿透，由此阻止了癌細胞散播和轉移，因此氯喹抑制自噬可能不是對腫瘤產生影響的唯一機制[34]，特異性抑制自噬的藥物需要進一步研究。

綜上所述，自噬在胰腺癌的發生、發展過程中發揮復雜而顯著的作用，但調節自噬過程的具體分子機制在胰腺癌背景下尚未明確。自噬也與胰腺癌的治療密切相關，抑制自噬是胰腺癌的一種新型治療策略，可增強傳統化學藥物對抗腫瘤治療的效應。進一步深入研究并揭示自噬在胰腺癌中作用和機制，以及確定和評估更有效且特異性阻斷自噬的藥物及其組合的理想方案具有一定的前景。

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