自噬與腫瘤干細胞放療抵抗的研究進展*

鄭厚麟，李亞軍

563000貴州 遵義，遵義醫科大學第三附屬醫院 腫瘤科

目前，惡性腫瘤的發病率及死亡率逐年上升，已成為一種嚴重威脅人類健康和生命的疾病[1]。隨著醫學的發展，惡性腫瘤的診治水平不斷提高，但部分腫瘤的整體治療效果并不理想。放射治療是腫瘤綜合治療中重要的局部治療方法,包括術前、術后及根治性放療，對于提高惡性腫瘤的局部控制率及遠期療效尤為重要。而腫瘤細胞對常規電離輻射的抵抗性是放射治療失敗的主要因素[2]。故研究腫瘤細胞放療抵抗的機制、探尋提高腫瘤放療敏感性的方法仍是當今抗腫瘤治療的熱點。腫瘤干細胞(cancer stem cells，CSCs)理論的出現，從新的視角為腫瘤放療抵抗機制提供了理論依據及研究方向。CSCs具有的“干性”可能是放化療抵抗的“根源”[3]。另最新研究顯示，細胞自噬在CSCs維持“干性”的機制中發揮重要作用[4-6]。因此本文對近年來CSCs、細胞自噬及放療抵抗之間的相關性研究進展進行綜述。

1 CSCs與放療抵抗

眾所周知，腫瘤大多處于缺氧、缺營養的腫瘤微環境中，且此種惡劣的腫瘤微環境貫穿于腫瘤發生、發展及轉移復發的始終。腫瘤細胞中存在的少量CSCs正是克服這種不利的腫瘤微環境進而起始腫瘤增殖、復發及轉移的關鍵因素[7]。腫瘤干細胞理論認為CSCs具有的“干性”可能是腫瘤細胞產生放療抵抗的主要原因[8]。相關研究顯示，乳腺癌干細胞(breast cancer stem cells, BCSCs)通過增強DNA的修復及對自由基的清除，減少了氧化應激，從而導致其放療抵抗的增強[9]。Woodward等[10]研究證明，BCSCs放療后可通過激活Wnt/β-catenin信號通路促進腫瘤細胞的自我更新。另有研究顯示：粘液表皮樣癌CSCs通過NFκB信號通路的激活誘導放療抵抗[11]。但CSCs介導放療抵抗的確切機制仍少見報道。

2 細胞自噬與CSCs

自噬是真核生物中一種高度保守的蛋白降解途徑[12]，幾乎存在于所有細胞。在正常情況下細胞自噬活性較低，但在應激情況下，如細胞饑餓， 缺氧和生長因子缺乏時，細胞的自噬活性可被明顯誘導，將自身胞漿蛋白或細胞器包裹形成囊泡在溶酶體中降解。簡言之，自噬是細胞應對感染、低氧、營養缺乏、氧化應激等惡劣環境的重要生存機制之一[13]。初步研究發現CSCs和自噬之間存在著密切聯系：多種CSCs中均存在高自噬水平，包括肝癌[14]、前列腺癌[15]、乳腺癌[16]、卵巢癌[5]、骨肉瘤[17]、膠質母細胞瘤[18]。Li等[19]研究發現，CD133+肝癌干細胞自噬增強導致抵抗干擾素-γ(interferon-γ,IFN-γ)的免疫監控，而敲低自噬基因ATG5后可抑制自噬從而減弱肝癌干細胞的增殖能力，并增強了IFN-γ的免疫殺傷作用。Sanchez等[20]發現，無血清條件下培養的間充質干細胞通過自噬促進周圍乳腺癌細胞MCF-7生長，保護其逃避因營養缺乏導致的凋亡。所以，細胞自噬在CSCs維持“干性”的機制中發揮重要作用。

3 細胞自噬與放療抵抗

腫瘤細胞在放療過程中處在外界輻射打擊的應激狀態，自噬能在這樣的應激過程發揮什么樣的作用呢？目前多項研究表明，在腫瘤細胞中自噬對輻射誘導的應激反應包括細胞保護及細胞毒性兩個主要的相反功能。一方面，自噬通過去除和回收輻射損傷的細胞內細胞器和分子，為腫瘤細胞提供在輻射損傷中存活的機會，從而使腫瘤細胞對放療耐受[21]。抑制自噬可作為一種可能的放射增敏手段。Jing等[22]發現Wnt3a通過保護性自噬促進了頭頸部鱗狀細胞癌的放療抵抗。Ko 等[23]報道了自噬的細胞保護作用，抑制BECN1和ATGS自噬相關基因可增加腫瘤細胞對輻射的敏感性。另有研究報道，三陰性乳腺癌放療后細胞自噬水平增強導致放療抵抗性，細胞周期檢查點激酶1(checkpoint kinase 1 ,Chk1)抑制劑MK-8776抑制自噬后可增加放療的敏感性[24]。因此，自噬在輻射誘導的應激反應中以保護細胞功能誘導放療抵抗。另一方面，自噬的細胞毒性功能能夠促進腫瘤細胞的死亡[25]。研究表明，輻射誘導的細胞死亡可能與自噬相關[26]，Kim等[27]提出自噬可能是輻射誘導具有凋亡途徑缺陷的腫瘤細胞死亡的另一種機制。

總之，自噬在腫瘤啟動和癌變的早期階段發揮著重要的抑制功能。然而，一旦這個過程及功能突破后就促進腫瘤的發生發展，腫瘤細胞便可利用自噬作為一種生存機制，以適應放療的應激狀態及腫瘤細胞生長過程中存在的惡劣微環境，從而使腫瘤細胞產生放療耐受[28]。所以，今后有望通過調控細胞自噬的手段以提高腫瘤放療的敏感性，運用于臨床使更多的腫瘤患者獲益，這將可能成為臨床放射治療的研究熱點。

4 CSCs、自噬、放療抵抗三者之間存在密切聯系

CSCs存在“干性”是細胞放療抵抗的根源，而自噬又是維持干性的關鍵機制，那么CSCs、自噬、放療抵抗三者之間是否存在密切聯系。近年來已有相關研究顯示：CSCs具有更高的自噬水平和更強的放療抵抗性，Lomonaco等[29]研究證實，膠質瘤CD133+干細胞在照射后比CD133-親本細胞自噬增強，并高表達自噬相關蛋白LC3、ATG5和ATG12，抑制自噬可增強膠質瘤CD133+干細胞放療敏感性并降低其成球能力；Ke等[30]研究報道，環喹酚聯合鋅抑制自噬可明顯增強鼻咽癌干細胞的放射敏感性；Chang等[31]發現具有放療抵抗性的前列腺癌干細胞較親本細胞自噬增強，采用PI3K/mTOR通路抑制劑可抑制自噬從而顯著提高放療的敏感性。

抑制自噬提高CSCs放射敏感性，其機制主要有抑制自噬后誘導活性氧(reactive oxygen species,ROS)增加及自噬促進CSCs的分化。一方面，ROS是電離輻射誘導細胞殺傷的關鍵介質，輻射可導致ROS累積致DNA受損，并抑制腫瘤細胞干性誘導放療增敏，而自噬可減少腫瘤細胞中ROS累積所致的DNA損傷并維持腫瘤細胞的干性。Hou等[32]發現抑制自噬可增加ROS累積所致的DNA損傷并抑制骨髓間充質干細胞干性使其對放療增敏。另有研究顯示具有CSCs樣特征的膀胱癌側群細胞具有更高的自噬水平而表現出較低的ROS狀態，敲低自噬關鍵基因BECN1后其ROS水平較前升高，從而使放療增敏[33]。另一方面，抑制自噬提高CSCs的放射敏感性的另一個機制是自噬可促進CSCs分化。Zhuang等[34]研究證明自噬促進膠質瘤起始細胞的分化，膠質瘤CD133+干細胞在輻射后自噬增強而誘導膠質瘤干細胞分化使其產生放療抵抗。另有研究報道輻射促進BCSCs的分化能力而產生放療抵抗[35]。綜上所述，自噬是CSCs放療抵抗的可能機制，通過抑制自噬可誘導ROS增加及抑制分化而抑制CSCs的放療抵抗性，從而提高腫瘤細胞的放療敏感性。

5 總結和展望

放射治療是腫瘤綜合治療中重要的治療方法，腫瘤細胞的放療抵抗會導致放射治療失敗，從而導致腫瘤的局部復發和遠處轉移。因此，研究腫瘤放療抵抗的機制對提高放療敏感性從而提高患者的生存率具有重要意義。雖然目前對腫瘤放療抵抗的研究大多集中在臨床前研究，其確切機制尚未完全明確，但越來越多的證據表明，自噬與CSCs放療抵抗關系密切，抑制CSCs自噬在部分腫瘤中顯示出放療增敏的效果。在腫瘤治療中，是否可以通過調控CSCs中的自噬從而提高CSCs對放療的敏感性，以期殺死CSCs獲得臨床獲益，尚需進一步的探索研究。因此，研究自噬在CSCs放療抵抗中的作用為腫瘤的放射治療提供了新的思路。

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