自噬在肺癌中的研究進(jìn)展

郭小波，耿 慶※，張 楠，江文洋，范 濤，李東航，張 霖

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院 a.胸外科，b.心血管內(nèi)科，武漢 430060)

自噬的本質(zhì)是溶酶體依賴的蛋白質(zhì)降解途徑，通過對(duì)蛋白和受損細(xì)胞器的降解及循環(huán)再利用，維持內(nèi)環(huán)境的平衡及穩(wěn)態(tài)。根據(jù)降解物質(zhì)運(yùn)送至溶酶體方式的不同可將自噬分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬；按照自噬對(duì)降解對(duì)象是否具有選擇性又可將自噬分為選擇性自噬和非選擇性自噬，在選擇性自噬中研究較多的是線粒體自噬[1]。研究發(fā)現(xiàn)，自噬異常與腫瘤、神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病等的發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系[2]。在各種腫瘤模型中，自噬發(fā)揮雙重作用，是初始腫瘤發(fā)生的抑制劑，然后成為腫瘤進(jìn)展的促進(jìn)劑，自噬抑制或加速腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展[3-4]，并且腫瘤治療過程中的療效可能受益于自噬的誘導(dǎo)和抑制，因此準(zhǔn)確評(píng)估自噬在腫瘤中的作用至關(guān)重要[5]。

近年來，肺癌患病率高且發(fā)病率不斷升高，其病死率位于各種惡性腫瘤之首，每年全世界約有130萬人死于肺癌，且近1/3的新發(fā)肺癌病例發(fā)生于我國[6-7]。因此，明確肺癌發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制和途徑，尋找更為有效的治療方法和靶向藥物至關(guān)重要。自噬與肺癌關(guān)系密切，一方面自噬有利于肺癌細(xì)胞的存活，促進(jìn)肺癌的發(fā)生發(fā)展，抑制基礎(chǔ)的自噬可以減少肺癌細(xì)胞增殖；但與此同時(shí)自噬又可以經(jīng)非胱天蛋白酶依賴途徑引起肺癌細(xì)胞的死亡，增加自噬可以抑制肺癌的發(fā)展[2,8]。自噬在肺癌中發(fā)揮保護(hù)作用還是促進(jìn)肺癌惡化值得進(jìn)一步研究?，F(xiàn)就自噬在肺癌中的研究進(jìn)展予以綜述。

1 巨自噬與肺癌

巨自噬即通常所指的自噬，是溶酶體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)降解途徑，雙層膜空泡通過包裹細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、脂質(zhì))及損傷細(xì)胞器形成自噬體，自噬體與溶酶體結(jié)合，并在溶酶體酶的作用下降解自噬底物成為氨基酸、脂肪酸等基礎(chǔ)成分，重新用于代謝途徑及產(chǎn)生ATP，維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)[9]。在饑餓或能量缺乏時(shí)，通過激活腺苷一磷酸活化蛋白激酶和抑制哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號(hào)通路啟動(dòng)巨自噬經(jīng)典通路。mTOR激酶是誘導(dǎo)自噬的重要調(diào)節(jié)分子，激活的mTOR[磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)和絲裂原激活蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)]可抑制自噬，而mTOR(腺苷一磷酸活化蛋白激酶和p53信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo))的負(fù)性調(diào)節(jié)則促進(jìn)自噬。mTOR下游自噬蛋白Beclin1及液泡分選蛋白34(唯一的Ⅲ類PI3K)，其與激活自噬的大分子復(fù)合物相關(guān)，并通過自噬相關(guān)基因(autophagy-related gene,Atg)形成Atg12-Atg5-Atg16L1復(fù)合體，控制自噬體的形成。此外，SQSTM1(sequestosome 1，一種選擇性自噬接頭蛋白)/p62以及微管相關(guān)蛋白輕鏈3-Ⅱ(microtubule-associated protein 1 light chain 3 Ⅱ，LC3-Ⅱ)蛋白在識(shí)別細(xì)胞和靶向自噬中也發(fā)揮重要作用[10]。

巨自噬與肺癌關(guān)系密切。研究發(fā)現(xiàn)，在癌癥背景下，致瘤過程(如激活PI3K/Akt、Akt/mTOR或胞質(zhì)中p53蛋白的聚集)會(huì)導(dǎo)致自噬受損，而自噬受損或抑制會(huì)引起基因組的不穩(wěn)定性，干擾細(xì)胞分化，影響細(xì)胞衰老程序的激活，此外還可擾亂細(xì)胞代謝，自噬受損又是一個(gè)潛在的致瘤過程[1-2]。雖然在腫瘤發(fā)生的早期階段自噬常受損，但在腫瘤進(jìn)展的晚期階段，自噬恢復(fù)，恢復(fù)的自噬使腫瘤細(xì)胞應(yīng)對(duì)內(nèi)源性應(yīng)激(如缺氧)，并增加對(duì)化療或放療的抵抗力[11]。Rao等[12]研究顯示，在KRASG12D-促使的肺癌中，自噬可抑制早期腫瘤的發(fā)生，自噬缺陷通過影響腫瘤微環(huán)境導(dǎo)致腫瘤的形成，而晚期自噬可加速腫瘤的進(jìn)程。Atg5依賴的自噬在肺癌進(jìn)展中可能發(fā)揮雙重作用。起初自噬受損，使腫瘤灶增加，并使從異型增生到腺瘤的轉(zhuǎn)化加快，然而，從腺瘤到腺癌的進(jìn)展需要自噬，表明損傷的自噬最終導(dǎo)致腫瘤減少，并使腫瘤小鼠的存活率增加[5]。Guo等[13]發(fā)現(xiàn)自噬抑制KRAS誘發(fā)肺腫瘤的嗜酸粒細(xì)胞瘤進(jìn)展并保持脂質(zhì)平衡。此外，自噬標(biāo)志物L(fēng)C3和p62/SQSTM1在早期非小細(xì)胞肺癌中有重要的預(yù)后價(jià)值，高LC3水平可能與較低的腫瘤侵襲性有關(guān)，而p62高表達(dá)與侵襲性腫瘤行為顯著相關(guān)[14]。

近年來研究發(fā)現(xiàn)靶向巨自噬可能被用于肺癌的治療。新的含肟-吡唑衍生物通過誘導(dǎo)自噬，以劑量和時(shí)間依賴性的方式抑制A549肺癌細(xì)胞增殖[15]。過氧化氫酶通過調(diào)控自噬有助于保護(hù)肺癌細(xì)胞免于凋亡和壞死[16]。

Chen等[17]發(fā)現(xiàn)，在A549人肺癌細(xì)胞中，順鉑通過上調(diào)自噬相關(guān)蛋白5和自噬基因Beclin1的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平誘導(dǎo)自噬。當(dāng)用小干擾RNA敲除Atg5和Beclin1破壞順鉑誘導(dǎo)的自噬反應(yīng)時(shí)，caspase-3分裂增加，細(xì)胞活力降低，表明在A549人肺癌細(xì)胞中，通過Atg5和Beclin1抑制自噬，可促進(jìn)順鉑誘導(dǎo)的凋亡性細(xì)胞死亡，增加療效。Leung等[18]發(fā)現(xiàn)，一種抑制KRAS-磷酸二酯酶δ相互作用的小分子抑制劑Deltarasin可通過阻斷自噬及增加其細(xì)胞毒性抑制KRAS依賴性肺癌細(xì)胞的生長。RNA結(jié)合基序5是一種腫瘤抑制基因，其抑制腫瘤細(xì)胞的生長。在人肺腺癌細(xì)胞中RNA結(jié)合基序5過表達(dá)，通過上調(diào)Beclin1基因、核因子κB/p65和下調(diào)Bcl-2誘導(dǎo)自噬，RNA結(jié)合基序5增強(qiáng)的自噬發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用，因此抑制自噬可能增加RNA結(jié)合基序5在肺癌中的抗腫瘤功效[19]。此外，在人肺癌細(xì)胞中，由于KRAS突變而引起絲裂原細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶高表達(dá)。而絲裂原細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶162通過誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞凋亡抑制人非小細(xì)胞肺癌的生長；此外，它可誘導(dǎo)自噬，同時(shí)使用絲裂原細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶162與自噬抑制劑，可抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的生長并增強(qiáng)細(xì)胞凋亡[20]?？傊?，靶向自噬在將來可用于肺癌的治療。

2 線粒體自噬與肺癌

線粒體的主要功能是產(chǎn)生ATP，調(diào)節(jié)能量平衡和細(xì)胞周期的重要細(xì)胞器。受損線粒體聚集產(chǎn)生活性氧類及各種炎性因子，產(chǎn)生細(xì)胞毒性并導(dǎo)致細(xì)胞死亡，受損線粒體的去除對(duì)于維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要[21]。受損線粒體去除的重要途徑是線粒體自噬，線粒體自噬是一種選擇性自噬過程，其是細(xì)胞通過自噬，在溶酶體酶的作用下，特異性從細(xì)胞中清除損傷或不需要線粒體的過程。線粒體自噬包括PINK1(PTEN induced putative kinase 1)/Parkin、BNIP3L(protein 3-like protein)/Nix和FUNDC1(FUN14 domain containing 1)等多條自噬途徑[22]。在線粒體損傷時(shí),PINK穩(wěn)定存在于線粒體外膜并招募E3連接酶Parkin，通過多聚泛素化作用導(dǎo)致自噬連接蛋白SQSTM1/p62等聚集，并結(jié)合到LC3上啟動(dòng)自噬。另外，BNIP3和BNIP3L/Nix可通過非泛素化機(jī)制直接啟動(dòng)自噬。

線粒體自噬在肺癌細(xì)胞存活中發(fā)揮關(guān)鍵作用，線粒體自噬的主要調(diào)節(jié)因子被認(rèn)為是腫瘤抑制因子，且隨著肺癌的進(jìn)展，BNIP3表達(dá)下調(diào)[23]。E3泛素連接酶(ARIH1/HHARI)是PINK1依賴得線粒體自噬調(diào)節(jié)因子，在肺腺癌中過表達(dá)且與化療誘導(dǎo)的凋亡抵抗相關(guān)，而抑制線粒體自噬或自噬調(diào)節(jié)因子可以增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)化療誘導(dǎo)的死亡[23]。楊瑩[24]研究發(fā)現(xiàn)，肺癌干細(xì)胞中線粒體功能損傷且數(shù)量減少，對(duì)溶酶體和線粒體的激光共聚焦成像顯示肺癌干細(xì)胞中存在活躍的線粒體自噬現(xiàn)象，對(duì)其機(jī)制的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)BNIP3L蛋白在其中發(fā)揮一定作用。

夏茂[25]研究發(fā)現(xiàn)，溶瘤麻疹病毒疫苗株(MV-Edm)通過誘導(dǎo)線粒體自噬抑制細(xì)胞的抗病毒固有免疫應(yīng)答，抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)病毒的復(fù)制，導(dǎo)致非小細(xì)胞肺癌壞死性細(xì)胞死亡，因此可以通過調(diào)節(jié)自噬增強(qiáng)MV-Edm溶瘤效果，優(yōu)化MV-Edm溶瘤策略。用于治療偏頭痛的酒石酸雙氫麥角堿可以抑制多種肺癌細(xì)胞生長，其通過降低線粒體膜通透性，增加活性氧類產(chǎn)生和凋亡，導(dǎo)致線粒體受損，從而激活PINK1途徑的線粒體自噬，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和促進(jìn)肺癌細(xì)胞死亡，表明酒石酸雙氫麥角堿可以開發(fā)為抗肺癌治療劑[26]。

3 外泌體與肺癌自噬

近年來，關(guān)于外泌體與疾病的研究逐漸增多，研究表明，外泌體參與細(xì)胞或機(jī)體免疫應(yīng)答、組織修復(fù)、調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬、增殖分化、分泌功能等生理過程，亦可參與細(xì)胞轉(zhuǎn)化、腫瘤生長、增殖、轉(zhuǎn)移及誘導(dǎo)耐藥等病理過程[27]。其最早是在培養(yǎng)網(wǎng)織紅細(xì)胞的上清液中被分離純化出來，并且被發(fā)現(xiàn)是由人體細(xì)胞釋放到細(xì)胞外的囊泡結(jié)構(gòu)，透射電鏡下顯示為類似于紅細(xì)胞模型的雙凹圓盤狀結(jié)構(gòu)。囊泡內(nèi)容物具有多樣性，可包含蛋白質(zhì)、核酸或脂質(zhì)等在細(xì)胞通訊中發(fā)揮作用的生物活性物質(zhì)；此外，在機(jī)體血液、尿液、漿膜腔液、腦脊液甚至乳汁中均分離出外泌體，說明外泌體還具有普遍性[27-28]。與其他信號(hào)分子相同，細(xì)胞形成外泌體后可通過自分泌、旁分泌或內(nèi)分泌等方式運(yùn)輸?shù)侥繕?biāo)部位，接近目標(biāo)細(xì)胞后，由于其具有脂質(zhì)雙分子層的結(jié)構(gòu)，外泌體分子配體與靶細(xì)胞受體接觸，或通過膜融合、內(nèi)吞等方式入胞繼而發(fā)揮特定生物學(xué)作用。

研究表明，外泌體與惡性腫瘤自噬過程有關(guān)，且具有雙重性，一方面外泌體可以調(diào)節(jié)自噬，而反過來，Atg可以調(diào)節(jié)外泌體的釋放，外泌體作為細(xì)胞間信息交流的載體，根據(jù)其內(nèi)容物的不同，調(diào)節(jié)對(duì)細(xì)胞代謝及細(xì)胞間物質(zhì)交換和信息交流，參與生理、病理過程以及腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移等過程[29]。外泌體含有凋亡抑制蛋白(Bcl-2、Bcl-xL、Bax)、蛋白酶體等可以抑制乳腺癌、白血病等腫瘤自噬，在腫瘤增殖及侵襲過程中發(fā)揮作用[30-31]。外泌體中的miR-7-5p被發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)受體細(xì)胞自噬，外泌體介導(dǎo)的自噬明顯被miR-7-5p抑制劑減弱。此外，外泌體miR-7-5p誘導(dǎo)的自噬與表皮生長因子受體/PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路相關(guān)[32]，進(jìn)一步研究表明，miR-7-5p可靶向抑制表皮生長因子受體表達(dá)，該過程可能涉及抑制表皮生長因子受體mRNA向蛋白翻譯進(jìn)程及對(duì)mRNA本身進(jìn)行降解，從而抑制非小細(xì)胞肺癌的增殖和侵襲過程[33-34]。另一方面，Guo等[34]研究發(fā)現(xiàn)自噬可調(diào)節(jié)外泌體的釋放，Atg5能夠通過控制外泌體的釋放量調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移與擴(kuò)散。Guo等[34]進(jìn)一步證實(shí)，由Atg5-Atg16L1所控制的外泌體釋放機(jī)制能夠產(chǎn)生一系列復(fù)雜的效應(yīng)，包括自噬基因、自噬激活與抑制、溶酶體靶向藥物和癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的微環(huán)境等。在臨床同時(shí)應(yīng)用酪氨酸激酶抑制劑類藥物(吉非替尼、厄洛替尼)和化療藥物順鉑治療晚期非小細(xì)胞肺癌時(shí)出現(xiàn)了拮抗效果，原因是酪氨酸激酶抑制劑類藥物(吉非替尼)處理過的細(xì)胞通過外泌體介導(dǎo)上調(diào)細(xì)胞自噬、抑制細(xì)胞凋亡來降低對(duì)順鉑的敏感性，而通過外泌體分泌抑制劑GW4869處理可增加酪氨酸激酶抑制劑、順鉑的協(xié)同殺傷效果[35-36]。

4 自噬在肺癌放化療耐藥中的研究

目前對(duì)于肺癌的治療最新美國國家綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)指南指出[37]，Ⅰ、Ⅱ期及部分Ⅲ期的非小細(xì)胞肺癌患者的首選方案為手術(shù)，術(shù)后高?；颊摺⒉辉富虿豢墒中g(shù)患者可行放療、化療、靶向治療；小細(xì)胞肺癌分期不超過T1～2N0的患者可行手術(shù)治療，其余患者需行化療或同步放療。癌癥化療藥物與電離輻射往往誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞自噬，研究顯示電離輻射誘導(dǎo)正常肺臟中自噬相關(guān)結(jié)構(gòu)的功能障礙，LC3A/Beclin1 mRNA轉(zhuǎn)錄水平降低，LC3A和p62蛋白聚集，這是由于自噬體的成熟缺陷還是異常降解增多值得深一步研究[38]。當(dāng)誘導(dǎo)的自噬對(duì)肺癌細(xì)胞具有保護(hù)作用時(shí)，抑制自噬可以增強(qiáng)肺癌細(xì)胞對(duì)化放療的敏感性[39]，故可以用自噬抑制劑與化療或放療聯(lián)合應(yīng)用來治療肺癌。

研究表明降糖藥二甲雙胍通過激活腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體抵抗的肺癌細(xì)胞自噬流，增強(qiáng)腫瘤壞死因子相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞死亡。二甲雙胍聯(lián)合化療可以提高抗癌藥物的療效，同時(shí)減少不良反應(yīng)發(fā)生，減輕耐藥性[40]。表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑吉非替尼和埃羅替尼已被廣泛用于非小細(xì)胞肺癌患者的治療,吉非替尼或埃羅替尼通過抑制PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞中高水平的自噬，當(dāng)氯喹或Atg5和Atg7的靶向小干擾RNA抑制自噬時(shí)，吉非替尼或埃羅替尼誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性及抑制增殖的效果大大增強(qiáng)，因此自噬抑制在提高表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑對(duì)晚期非小細(xì)胞肺癌患者治療效果中是一個(gè)有前途的方法[41]。在化療耐藥性肺癌細(xì)胞中Klotho基因水平顯著降低，并伴隨著在耐藥肺癌細(xì)胞中細(xì)胞自噬的增加。過表達(dá)Klotho和給予順鉑處理的A549細(xì)胞，自噬受到抑制，此外Klotho和順鉑以劑量和時(shí)間依賴的方式抑制肺癌細(xì)胞的增殖，而敲除Klotho，明顯促進(jìn)肺癌細(xì)胞的增殖，因此，可以通過誘導(dǎo)抑制腫瘤基因Klotho的表達(dá)，抑制耐藥肺癌細(xì)胞自噬，從而恢復(fù)耐藥細(xì)胞對(duì)化療的敏感性[42]。Yu等[43]研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的激活能通過抑制PI3K/Akt/mTOR通路促進(jìn)細(xì)胞自噬和凋亡，從而逆轉(zhuǎn)人小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的耐藥。

5 展 望

自噬在肺癌的發(fā)生發(fā)展、增殖及治療中發(fā)揮重要作用。在肺癌治療中可將自噬作為肺癌治療靶點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)自噬活性誘導(dǎo)自噬或抑制自噬，從而影響肺癌細(xì)胞抑制肺癌生長。但自噬與腫瘤的復(fù)雜關(guān)系還有待進(jìn)一步探討，深入識(shí)別自噬的功能將有助于找到治療肺癌的靶點(diǎn)。另外，外泌體在各種病理生理中均顯示出其作用，但在肺癌中的研究尚顯不足，仍需研究其在肺癌進(jìn)展及治療中的作用及調(diào)控點(diǎn)，從而在肺癌治療中發(fā)揮獨(dú)有的作用，提高肺癌患者生存期及生活質(zhì)量。