自噬在惡性血液病防治過程中的研究進展

王文儒 唐旭東

中國中醫科學院西苑醫院血液科，北京 100091

自噬是一種由溶酶體介導的細胞內物質分解代謝過程，在惡性血液病中具有雙向作用。本病早期，自噬能清除異常的細胞器，減少有害物質堆積，有效防止細胞癌變，且自噬過度活化會誘發Ⅱ型程序性細胞死亡，使癌變的細胞得以清除。但本病后期，自噬可使腫瘤細胞獲取各種物質和能量，有助于惡性細胞對抗因自身高代謝所形成的營養和能量缺乏，促進腫瘤細胞生長增殖[1-3]。近年來醫學界對自噬的研究日益深入，對惡性血液病病理機制的了解也更成熟。現發現本病不同階段自噬水平存在區別。放化療能上調機體自噬水平，誘發細胞死亡，但同時也使殘余的腫瘤細胞持續存活，使機體產生耐藥性。所以，如何通過調節自噬水平影響本病進展，提高治療效果，是目前惡性血液病防治過程中的重點。如何通過有效干預本病過程中自噬水平，來阻礙本病惡化、清除腫瘤細胞，是日后惡性血液病防治中的新研究方向。

1 自噬的分子生物學機制

1.1 自噬的基本特點

正常人體內自噬與細胞凋亡處于平衡狀態，自噬能清除降解細胞內異質蛋白的聚集、清除受損的細胞器、減少活性氧（reactive oxygen species，ROS）等有害物質的積累，降低細胞內的不利因素，有利于其存活。當接受到細胞內外不利因素刺激時，細胞自噬會上調以清除有害因素、保護自身穩定，但若自噬上調過度，則會誘發Ⅱ型程序性細胞死亡，使該細胞被清除，降解的核酸、氨基酸等物質將被其他細胞所利用[4-5]。

1.2 自噬的分子機制

自噬的過程可分為3 個階段：啟動誘導、延長成熟和融合降解[2-4]。

1.2.1 啟動誘導 人體在饑餓、缺血、缺氧狀態或體內存在氧化應激損傷時，自噬會被激活，粗面內質網非核糖體區域、高爾基體或胞漿的膜相互聚集，構成具有雙分子層膜結構的吞噬泡，這一小囊泡脫落后包繞在被降解底物的周圍（如異質蛋白、退化細胞器）[5]。

這一過程受多種分子和信號通路的控制，其中磷脂酸肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）起到關鍵作用。人體內存在3 類PI3K：Ⅰ型PI3K 是自噬的負調節因子，能結合哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）抑制自噬；有關Ⅱ型PI3K 的研究鮮見，其作用尚不明確；Ⅲ型PI3K 能參與自噬各階段，在與Vps34 復合物（由Beclin-1、Vps34、Vps14L 等構成）結合后，通過激發自噬相關基因14（autophagy related gene 14，Atg14）來啟動自噬，還可與抗紫外線相關基因聯合參與自噬體的成熟[6-7]。研究發現PI3K 抑制劑3-甲基腺嘌呤能特異性阻斷細胞自噬的發生，在腫瘤[8]、心血腦血管[9]、腎病[10]等多系統中被廣泛用作自噬抑制劑。

1.2.2 延長成熟 囊泡脫落后分隔膜逐漸延伸，由囊泡樣逐漸發展為半環，最終閉合成環狀包裹被降解底物，形成完整的雙層膜自噬體[5]。

自噬體的伸展擴張可通過兩條泛素樣蛋白系統完成。一是Atg5-12-16 復合物介導的通路，首先Atg7誘導Atg12 活化，并在Atg10 幫助下與Atg5 結合成類泛素化形式，在自噬體前體階段，Atg5-12-16 復合物能募集Atg8 系統，促進自噬體膜的延長，當自噬體形成后，復合物則脫離外膜釋放入胞漿中。二是泛素樣微管相關蛋白1 輕鏈3（ubiquitin-like protein microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3）參與的通路。LC3由Atg8 同源染色體編碼，被Atg4 分解生成LC3-Ⅰ，LC3-Ⅰ主要位于細胞胞漿中，在Atg5-12-16復合物形成后，能向自噬體膜聚集，在經過Atg7 激活和Atg3 的修飾后形成LC3-Ⅱ。LC3-Ⅱ能與膜結合作為受體與靶向分子配體結合，同時還可以作為自噬的標志物，這兩條系統是相互影響、相互協調[2-4]。

1.2.3 融合降解 當自噬體膜閉合成熟后，外膜與溶酶體膜融合，釋放具有單層膜的自噬體到溶酶體內腔（內含會被降解的底物），使得膜和內容的降解底物逐漸被溶酶體的各種酶類破壞，最終物質的被降解并釋放入胞內。在透射電鏡下可見自噬體為直徑300～900 nm 的雙層膜包囊泡結構，內含胞漿大分子物質和細胞器等被降解底物，自噬體的半衰期僅有8 min[1-2]。研究發現自噬抑制劑羥氯喹、氯喹等可通過抑制溶酶體對自噬體內容物的降解，具有抑制自噬的作用[3-5]。

1.3 自噬的調節機制

1.3.1 mTOR1 信號通路 mTOR1 被認為是自噬的“門控因子”。當mTOR1 活化后，能促進下游的Unc-51類似自噬激活激酶1（unc-51 like autophagy activating kinase 1，ULK1）磷酸化，從而抑制自噬水平[6]。當胞內出現能量代謝、生長因子、營養氧化等時，其會通過各種通路來影響mTOR1 的表達，其中PI3K-I/Akt 通路在激活后能促進mTOR1 活性，以抑制細胞自噬，而AMP 活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）和P53 通路則對mTOR 有抑制作用，使得ULK1去磷酸化，進而激活細胞自噬。研究發現[1,6]，干預mTOR 相關信號通路能有效調節自噬，如mTOR1 抑制劑雷帕霉素能激活細胞自噬水平。

1.3.2 Beclin-1 信號通路 Beclin-1 是首個在哺乳動物中被發現的自噬相關基因。當細胞內能量代謝異常時會誘導ULK1 磷酸化，從而激活下游的Beclin-1和Ⅲ型PI3K，以促進Vps34 復合物的形成，誘導啟動自噬的發生。Beclin-1 作為自噬的正調節因子，在正常情況下會與凋亡基因Bcl-2 結合，阻止Beclin-1 與Vps34 結合，細胞自噬被抑制。研究發現[7]，沉默Beclin-1 基因表達會抑制細胞自噬，結合Beclin-1 在低氧、低能和放化療過程中表現出的抗凋亡特性，Be clin-1 抑制劑可通過干預自噬為血液系統腫瘤的治療和抗耐藥研究提供新的思路。

2 自噬在惡性血液系統疾病中的研究

2.1 骨髓增生異常綜合征（myelodysplasitc syndrome，MDS）

MDS 是一組起源于造血干細胞的異質性髓系克隆性疾病，臨床表現為一系或多系血細胞無效/病態造血，有向急性白血病轉化的高風險。

研究表明[11]，MDS 患者有核紅細胞自噬異常，中低危患者骨髓細胞較正常人群自噬水平更高，而高危MDS 患者則減弱，提示在中低危MDS 能通過提高自噬來清除胞內有害物質，防止細胞的惡化，延緩病情進展；而高危患者與中低危患者比較，其預后更差、轉化為白血病的風險更高，與自噬水平低相關。研究發現[12]，在MDS 細胞株SKM-1 加入去甲基化藥物（如阿扎胞苷等）后細胞自噬水平上升，細胞凋亡增加，提示激活自噬功能可能是其對MDS 產生治療作用的途徑之一。Romano 等[13]采用蛋白組學的方法，對20 例高危MDS 患者進行研究后發現，在去甲基化治療中加入氯喹后能有效逆轉長期使用阿扎胞苷所產生的高自噬水平，效果明顯提升，為去甲基化效果不佳或產生耐藥性的患者提供了新的治療思路。

2.2 白血病

自噬在白血病的治療過程中表現出兩面性，一方面能維持未轉化細胞的穩態、保護正常細胞免受外界不良因素的影響，并通過介導免疫系統發揮抑癌作用，保護正常組織細胞免受治療影響；另一方面殘存的腫瘤細胞能通過自噬獲取能量和物質，從而降低機體對藥物的敏感性，導致機體產生耐藥性[14]。

2.2.1 急性髓細胞性白血病（acute myeloid leukemia，AML）通過對AML 細胞的研究發現，AML自噬異常與PI3K、mTOR 和AMPK 等多條通路相關[14]。在使用阿糖胞苷[15]及三氧化二砷[16]等化療藥物后，AML 細胞自噬水平增高，細胞大量死亡，且不能被細胞凋亡相關的胱天蛋白酶抑制劑所阻斷，提示過度活化自噬可誘導白血病細胞發生Ⅱ型程序性細胞死亡，從而有效降解癌變的細胞，延緩本病進展。但自噬又會提高放化療后腫瘤細胞的“生存能力”，使得機體對常規放化療產生耐藥性[5,14]。Piya 等[17]將AML 細胞與骨髓間充質細胞共同培養，發現其能有效誘導AML 細胞出現自噬，對阿糖胞苷等細胞毒性藥物耐藥性增加，但在抑制自噬相關基因Atg7 表達后，AML細胞對這些藥物的敏感性有所恢復，提示降低自噬水平能有效改善AML 中產生耐藥性的情況。研究發現，靶向調節自噬相關通路能有效改善AML 的治療，如：通過促進mTOR 途徑降低自噬水平，進而提高阿糖胞苷的療效[18]；針對性抑制AMPK/ULK1 通路后，能誘導產生耐藥性的白血病細胞的凋亡[19]。

2.2.2 慢性粒細胞白血病（chronic myeloid leukemia，CML）在CML 中BCR-ABL 融合基因活化后能通過PI3K/Akt 通路抑制自噬[20]，酪氨酸激酶抑制劑（tyrosine kinase inhibitors，TKI），如伊馬替尼、尼洛替尼、達沙替尼等，能通過作用于該通路來促進自噬的發生，從而誘導Ⅱ細胞自噬性死亡，降解BCR-ABL融合蛋白[21]。此外對CML 細胞株K562 的研究發現，蒽環類[22]及高三尖杉酯堿[23]等化療藥物均可通過誘導自噬來促進細胞凋亡，從而達到治療效果。而自噬的兩面性也是TKI 及化療對CML 療效差及產生耐藥性的重要原因，如何通過有效抑制自噬來增加TKI 的療效一直是近些年的研究重點。在體外實驗中[24]，抑制PI3K 通路能提高TKI 的療效，證明了降低自噬能有效延緩病情發展。研究發現，在聯合氯喹[25]、Spautin-1[26]等自噬抑制劑后，CML 細胞能恢復對TKI和常規化療的敏感性，增加治療效果。這種在使用TKI或化療時配合抑制自噬的治療方案效果顯著，為日后CML 的治療提供了新思路。

2.2.3 淋巴細胞白血病 急性淋巴細胞白血病（acute lymphocytic leukocyte，ALL）常規治療方案中化療藥物及TKI 等能促進PI3K/AKT/mTOR 信號活化，進而誘導ALL 細胞發生Ⅱ型程序性細胞死亡，從而抑制腫瘤的生長、延緩病情的發展[27]。研究發現，ALL 耐藥的原因與自噬關系密切，Shi 等[28]對ALL 細胞株予以阿蘭內酯后能有效抑制自噬，誘導ALL 細胞凋亡，從而達到治療效果。近年來，自噬抑制劑為復發難治性ALL 提供了新的治療思路，如對ETV6-RUNX1 陽性的ALL 患者使用羥基氯喹后能有效降低腫瘤細胞的活性，增加其對L-天冬酰胺酶的敏感性[29]。

在慢性淋巴細胞性白血病（chronic lymphocytic leukocyte，CLL）中Beclin-1、Atg5 等自噬相關蛋白較正常對照組均有增加，自噬水平升高，使腫瘤細胞在化療藥物治療后存活[30]。故有效抑制自噬水平，在CLL的治療過程中十分重要。研究表明，在抑制Atg表達或聯合自噬抑制劑后，能增加化療藥物對腫瘤細胞的殺傷作用，提高療效并能對抗耐藥性[30]。Kong 等[31]發現，對CLL 細胞予以組蛋白去乙酰化酶抑制劑能有效抑制自噬，活化內源性凋亡途徑，促進腫瘤細胞死亡，從而減少腫瘤細胞浸潤，保護正常造血細胞。

2.3 多發性骨髓瘤（multiple myeloma，MM）

MM 是一種以分泌大量單克隆免疫球蛋白或輕鏈為特點的惡性血液病，由于惡性漿細胞會產生過量的異常免疫球蛋白分子且難以通過正常途徑降解，使得細胞內出現廣泛的蛋白沉積和浸潤，影響細胞正常代謝功能和生長增殖。近期研究發現，除了蛋白酶體途徑等凋亡途徑外，MM 還可通過自噬來降解細胞內過量的異常免疫球蛋白，從而維持自身的存活，提示在MM 中基礎水平的自噬具有“保護作用”[32]。

世界衛生組織建議無論對于初發還是復發的MM，應首選蛋白酶體抑制劑（如硼替佐米）治療。硼替佐米能大幅度增加MM 細胞的自噬水平，進而誘導腫瘤細胞發生Ⅱ型程序性細胞死亡[33]。隨著研究的進一步深入，發現自噬活化可能是MM 患者產生耐藥性的原因之一。對MM 細胞株予以FTY720[34]和氯喹[35]等自噬抑制劑后，凋亡相關的細胞毒性會增加，從而抑制MM 細胞的存活，改善細胞的耐藥情況。Scott 等[36]在常規化療的基礎上，運用mTOR 抑制劑和羥氯喹雙藥聯合治療復發或難治性的MM 患者，取得較好效果。

2.4 淋巴瘤

淋巴瘤與免疫系統密切相關，常以實體瘤形式生長，除了常規的化療和放射治療外，靶向治療也是重要治療手段。研究發現，自噬在這些分子靶向信號通路中起到重要作用，且能調控各免疫細胞亞群之間平衡，干預多種淋巴細胞分化、增殖及活化[37]。

PI3K 信號通路及mTOR 調控途徑在多種淋巴瘤中均發現表現異常[38]，如：霍奇金淋巴瘤、彌漫性大B細胞淋巴瘤、濾泡性淋巴瘤和套細胞淋巴瘤等。近年來發現，在淋巴瘤治療過程中，聯合自噬抑制劑不僅能有效增強抗腫瘤藥物的細胞毒性，還能提升單克隆抗體特異性抗原的表達，增加靶向治療效果，如：FTY720 能延緩套細胞淋巴瘤中治療靶點CD47 的降解，從而增加Mlilatuzumab 的活性[39]。此外自噬抑制還能有效增強抗腫瘤藥物的細胞毒性，改善治療過程中的耐藥性產生情況，如在套細胞淋巴瘤中，氯喹能恢復腫瘤細胞對化療藥物的敏感性[40]。Dong 等[41]認為自噬在對抗淋巴瘤耐藥過程中存在雙向作用，其與化療藥物兩者能否協同作用，關鍵在于后者的作用機制是否與自噬相關。由此可見，臨床治療方案中自噬干預的措施需根據治療的目的、患者的情況和聯合的藥物等多種因素決定。

3 總結和展望

在多種惡性血液病中均存在自噬異常情況。其中，MDS 患者自噬水平與預后分層相關；多條自噬途徑被證實影響白血病發展；MM 中惡性漿細胞的存活得益于自噬的作用。放化療、去甲基化及靶向治療均能激活自噬，誘導腫瘤細胞發生Ⅱ型程序性細胞死亡，清除惡性細胞，從而達到治療作用。但自噬的雙向性也是臨床治療中出現耐藥的重要原因，多種惡性血液病中予以自噬抑制劑能有效增強常規治療效果，緩解疾病復發和耐藥情況，為惡性血液病治療提供了新的思路，特別是難治復發性患者。

近年來，惡性血液病發病率逐漸增加，由于惡性程度高、生存率低，如何有效提高治療效果、延長患者生存期、減少疾病復發，是血液專科醫師關注的重點，在臨床治療過程中，應根據患者情況綜合考慮，有效調節自噬水平，有針對性地予以干預，不應盲目激活或抑制自噬。但在惡性血液病中自噬抑制劑的使用并未成熟，臨床相關聯合治療方案有待進一步研究。