自噬在胃癌干細胞中的作用及研究進展

田恒金，汪非凡，高培垚，陳阿敏，王娜，張強

1.蚌埠醫學院第一附屬醫院檢驗科，安徽蚌埠 233000；2.蚌埠醫學院腫瘤基礎研究與臨床檢驗診斷重點實驗室，安徽蚌埠 233000

胃癌（gastric cancer，GC）是危及人類生命的惡性腫瘤，在所有惡性腫瘤中發病率排名第4 位。在我國，GC 的發病率在各類惡性腫瘤居第2 位，每年新診斷的GC 患者超過40 萬人，死亡約30 萬人，占全球GC 總死亡率的40%以上，是影響人類健康的最常見的惡性腫瘤之一[1]。GC 在發病早期通常無癥狀，可能延誤診斷，錯失手術治療時機。雖然近年來GC 的診治取得了長足進展，但仍缺乏有效的早期診斷指標，晚期GC 的預后仍不容樂觀[2]。胃癌干細胞（gastric cancer stem cell，GCSC）具有自我更新、侵襲轉移的能力，其負責GC 的進展、復發、轉移和耐藥并與GC 的發展密切相關。自噬是通過溶酶體系統（植物和酵母的液泡）降解過量或受損的細胞器、大蛋白質聚集體和入侵的病原體的一個高度保守的生理過程[3]。自噬在GCSC 中具有重要的生物學功能,本文通過自噬在GC 和GCSC 中的作用進行綜述。

1 細胞自噬

1.1 自噬的定義

自噬即亞細胞水平上的“自食”，是指由自噬相關基因（autophagy related genes，ATG）引起的應激適應過程，被定義為負責降解溶酶體中的胞漿蛋白和亞細胞器的細胞過程[4]。這一過程發生在大多數組織的基礎水平，有助于細胞質成分的常規周轉，并作為組織動態平衡的一部分。通常，自噬可由饑餓或其他形式的細胞應激誘導，導致溶酶體降解和降解產物的循環，生成細胞構建膜塊和能量，用于細胞更新和穩態[4-5]。同時自噬越來越被認為是一種蛋白質和細胞器的質量控制機制。自噬具有許多調節細胞的重要過程，包括自我更新、分化、衰老和凋亡[6]。自噬屬于分解代謝，是一個高度保守的能量依賴性病理、生理適應過程。

1.2 自噬的類型

自噬是一種在所有真核生物中高度保守的細胞降解和循環過程，自噬主要分為3 種類型：微自噬、大自噬和伴侶介導的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）。該3 種自噬在形態上雖然各不相同，但它們的最終目的是將產物運送到溶酶體里面進行循環和降解[7]。大自噬和微自噬都涉及動態膜重排以吞噬部分細胞質，它們具有隔離大結構的能力。微自噬是指細胞質內容物通過溶酶體膜的內陷或變形進入溶酶體的過程[8]。最初研究中，在電鏡下Percoll 顆粒在體外大鼠肝溶酶體內通過溶酶體膜的突起和內陷而被吞沒，從而形成囊泡。一項研究表明，一種叫作內體微自噬的微自噬樣過程將可溶性胞漿蛋白運輸到晚期內體多泡體的囊泡[9]。而CMA是一種獨特的選擇性自噬形式，具有高度特異性；通過它特定的胞漿蛋白一個接一個地穿過溶酶體膜進行降解，而所有CMA底物共有的是一個與KFERQ樣生化相關的五肽靶向基序，稱為CMA 靶向基序。降解可溶性胞漿蛋白亞群的選擇性是CMA 的獨特特性，它是直接由兩個因素決定：底物蛋白氨基酸序列中存在識別靶向基序及蛋白質在展開后逐一進入溶酶體腔[7]。而大自噬（俗稱的自噬）也不同于微自噬和CMA。在自噬過程中部分細胞質被隔離成一個雙膜囊泡，稱為自噬體。自噬體通過膨脹形成而不是通過膜出芽形成。在酵母中誘導大自噬時，自噬體的形成開始于單個液泡周位點，稱為吞噬細胞組裝位點（phagophore assembly site，PSA）[10]。在完整的自噬體與溶酶體/液泡融合時，內部的單膜囊泡被釋放到腔內。在其他情況下，產生的自噬體的膜被溶解，細胞的內容物被降解，產生的大分子通過膜孔被運送回細胞質中，以便循環使用。

2 GCSC

2.1 GCSC 來源

關于GCSC 的起源主要有兩種假說：第1 種假說認為GCSC 來源于胃干細胞的突變，導致正常胃黏膜向萎縮性胃炎、腸上皮化生、不典型增生演變，最后向GC 轉化[11]。 基于這一假設，評估GCSC 在不同解剖區域的表型和表達不同的特異性標記是至關重要的。尤其是LGR5+（富含亮氨酸的G 蛋白偶聯受體5）亞群位于幽門腺的底部，由Aaron J. W. Dr Hsueh 團隊首次發現。Lgr5 的過表達已在多種癌癥中被報道，它已被證明是腫瘤干細胞（cancer stem cell，CSC）的起源[12]。而Villin+細胞位于幽門前腺的底部，Villin 是一種鈣調控的肌動蛋白交聯蛋白。Qiao 等[13]證實，這種蛋白雖然罕見，但具有分化為多種胃黏膜細胞的潛力。此外，在其他研究中，由Villin-Cre 建立的GC 小鼠模型已被證明具有CSC的特性。第2 種假說認為GCSC 來源于骨髓間充質干細胞（bone marrow mesenchymal stem cell，BMMSC）[14]。BMMSC 是一種成體干細胞，它們可以遷移、再生并具有多重分化的潛力。當幽門螺桿菌感染引起胃損傷時，BMMSC 遷移到胃上皮并參與組織修復，提示BMMSC 參與GC 的發生發展。有人認為上皮間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）可產生GCSC，EMT 是上皮細胞通過失去細胞間接觸和細胞骨架重組而獲得成纖維母細胞表型的過程。EMT 通過細胞浸潤和轉移促進腫瘤的發展，被認為是腫瘤擴散的關鍵步驟，因為它通過細胞侵襲和轉移促進腫瘤的發展[15-16]。

2.2 GCSC 特征

CSC 首先在急性髓系白血病中被發現，被認為是腫瘤細胞的一個小亞群，具有自我更新、無限增殖的能力，被認為與腫瘤進展、免疫逃逸、復發、轉移和耐藥有關[17]。越來越多的研究證實GCSC 的存在及其在GC 進展、免疫逃逸、復發和轉移中的作用。有研究表明GC 中存在GCSC[18]。Han 等[19]從GC 患者切除的GC 標本中分離培養GCSC 和腫瘤相關成纖維細胞（cancer-associated fibroblasts，CAF），他們發現CAF 分泌的NRG1 通過調節GCSC 的自我更新促進了GC 的進展。Hasegawa 等[20]發現CAF 可通過調節TGF-b 信號通路來維持和增強GCSC 的腫瘤干細胞樣特性。Yes 相關蛋白參與許多惡性腫瘤的進展，并被認為通過轉化生長因子-β-活化激酶1 或抑制脂質素型前列腺素D2 合成酶和前列腺素D2 受體2 的表達來增強GCSC 表面標志物的表達和自我更新[21]。同時，研究表明GCSC 與免疫系統有著密切的相互作用。一方面，GCSC 有助于產生免疫抑制腫瘤微環境，以逃避免疫監視；另一方面，圍繞GCSC的免疫細胞可將非GCSC 轉化為GCSC，并保持其CSC 的性質。

3 細胞自噬與GCSC

3.1 自噬參與GCSC 相關通路

自噬在GC 中起著雙刃劍的作用，它對GC 有促進和抑制兩個方面的作用。長期幽門螺桿菌感染可損害胃黏膜的自噬，最終可能促進胃黏膜的腫瘤發生。而Beclin1、微管相關蛋白輕鏈和P62/SQSTM1被認為是自噬相關標志物，具有GC 預后價值。自噬抑制劑和自噬誘導劑顯示出GC 治療的前景。同時自噬也是CSC 存活和耐藥性的一個主要因素[22]。自噬在維持CSC 和癌細胞之間的動態平衡中發揮至關重要的作用。GCSC 作為GC 發病的基礎，GCSC 有多種信號通路參與，最常見的有Wnt 信號通路、Notch信號通路、Hedgehog 信號通路和Hippo 信號通路等[23]。

3.1.1 Wnt 信號通路 Wnt/β-catenin 信號通路被認為是組織修復和干細胞更新的關鍵。根據β-catenin是否被激活，Wnt/β-catenin 信號通路通常分為典型信號通路和非典型信號通路[24]。在癌變過程中，典型的Wnt/β-catenin 通路參與GCSC 的增殖與分化，而非典型的Wnt/β-catenin 通路與EMT 和GCSC 的啟動有關[25]。Liu 等[26]研究表明ICG-001 通過阻斷Wnt/β-catenin 信號通路，顯著抑制GCSC 的干細胞樣特性及GC 細胞系的生長、耐藥和轉移。同時，細胞自噬的激活通過Wnt/β-catenin 信號介導的單羧酸轉運蛋白1 的上調促進腫瘤轉移和糖酵解，因此它們在GCSC 發生和治療反應中發揮關鍵作用。

3.1.2 Notch 信號通路 Notch 信號通路對于GC 中腫瘤發生所需的CSC 的維持至關重要。Notch 信號通路是GC 發生中最活躍的通路之一，在GC 發生與胃干（祖）細胞增殖之間的聯系中起著關鍵作用[27]。在缺氧、饑餓等應激環境下，GCSC 也被證實通過自噬系統維持其細胞活性。因此，自噬抑制劑氯喹（chloroquine，CQ）也被認為是包括GC 在內的潛在癌癥治療藥物之一。CQ 是一種抗瘧藥物，具有抑制自噬體形成的作用。細胞自噬對GCSC 細胞活力的維持作用與Notch 信號通路的異常有關。Li 等[1]報道自噬抑制劑CQ 對GCSC 的細胞活力有抑制作用，與5-氟尿嘧啶聯合使用時抑制GCSC 增殖作用明顯增強；進一步的研究表明，自噬可通過調節Notch 信號通路來調控GCSC 的耐藥性，說明細胞自噬可通過靶向GCSC 發揮抗腫瘤作用。

3.1.3 HIPPO 信號通路 在GCSC 中，HIPPO 信號通路也是一種非常常見的信號通路，是一個高度保守的信號轉導通路；它有助于調節CSC 的自我更新和分化，同時也與癌癥的發展和維持有關。作為一種信號調節因子，PTPRU基因可通過抑制YAP基因的表達來減弱GCSC 的干性，從而抑制Hippo/YAP信號通路[28]。硬脂酰輔酶a 去飽和酶-1 被認為是腫瘤干細胞樣特性的原因。Gao 等[29]報道硬脂酰輔酶a去飽和酶-1 通過Hippo/YAP 信號通路增加了GCSC的干細胞樣特性，這是GC 腫瘤發生、化療耐藥和轉移的關鍵“種子”。相反，siRNA 抑制或敲低硬脂酰輔酶a 去飽和酶-1 會減弱GCSC 的干細胞樣特性。

4 蛋氨酸通過促進RAB37 甲基化和磷酸化調控GCSC 自噬

蛋氨酸（methionine，Met）是所有細胞所需的必需氨基酸。Cao 等[30]發現人原發性GC 細胞存在Met 依賴性，即無Met 的環境增強化療對GC 細胞的作用。此外，Met-γ 裂解酶是一種可特異性裂解Met的酶，通過裂解細胞上清液中的Met 抑制GCSC 的增殖。而補充Met-γ 裂解酶可使Met 裂解，降低GCSC中RAB37 的甲基化和磷酸化，從而誘導GCSC 自噬，抑制腫瘤生長[31]。而且Met 被證明通過促進甲基化過程參與自噬的調節。在酵母細胞中，Met 通過合成SAM 誘導蛋白磷酸酶2A 甲基化，從而抑制自噬，促進細胞生長[32]。而RAB37 是一種小GTPase 蛋白，參與細胞內信號轉導和囊泡傳導。研究表明RAB37基因直接與自噬相關基因5 結合，并以三磷酸鳥苷依賴性的方式促進自噬體的形成，抑制腫瘤生長[33]。Met 可促進GCSC 中RAB37 的甲基化和磷酸化直接降低其表達，并通過miR-200b/PKCα 軸抑制RAB37的活性，從而抑制RAB37 介導的GCSC 自噬，促進GCSC 的細胞活力。有研究表明miR-200b 在GC 中是一種腫瘤抑制因子，發現miR-200b 抑制劑激活了大鼠心臟成纖維細胞的自噬，提示miR-200b 可能是自噬的調節因子[34]。自噬與GCSC 的相關信號通路關系密切，通過研究細胞自噬也能為治療GC 提供一個潛在的靶點。

5 小結與展望

GC 在我國是一種多發疾病，而GC 的轉移、復發和化療耐藥對GC 患者來說是非常致命的。CSC具有自我更新、分化并促進腫瘤的形成。越來越多的證據表明CSC 是腫瘤形成和復發的根源。因此，闡明CSC 存活和CSC 干性維持的機制對于提高抗癌治療具有重要意義。同時腫瘤中CSC 的存在有助于放化療耐藥、腫瘤復發和轉移，這給腫瘤的治療帶來極大的困難。自噬是一個清除和回收細胞成分的過程，它促進對抗癌治療的抵抗。自噬是CSC 降低抗癌治療耐藥性的潛在靶點，而GCSC 作為CSC 的一種推動GC 進展，它在GC 的轉移、復發、化療和耐藥中起關鍵作用。因此細胞自噬可能對GCSC 也同樣具有抗腫瘤的作用，GCSC 也可成為GC 的潛在治療靶點。未來的研究應集中于識別特異性GCSC和深入了解GCSC 在GC 中的致病機制及深入研究細胞自噬與GCSC 的關系，從而實現其對GC 治療的革命性變革，更好為患者服務。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。