细胞自噬与细胞凋亡及其交互作用在肝癌治疗中的研究进展

齐鑫鑫，刘涛

(新疆医科大学公共卫生学院，乌鲁木齐 830011)

细胞程序性死亡是机体与生俱来的自我调节机制，根据其死亡机制可分为细胞凋亡、细胞自噬、细胞类凋亡、细胞有丝分裂灾难和胀亡。近年来，细胞自噬与细胞凋亡的研究备受关注。细胞凋亡，又称Ⅰ型程序性死亡，是个体发育过程中基因调控下的细胞主动性死亡过程，是细胞为了应对外环境改变而产生的防御性应答[1-2]。细胞凋亡的生物学机制与许多疾病的致病机制一致[3-5]。细胞自噬是细胞内主要的死亡机制之一，这一特定的细胞学过程是细胞自我消化、降解、维持内环境稳态的重要机制。有报道指出，自噬通过阻止有毒蛋白质的积累或调节免疫系统在细胞保护中起关键作用[6]。按照生理途径不同，细胞自噬分为巨自噬、微自噬与分子伴侣介导的细胞自噬，下文提及的自噬均指巨自噬。目前，将细胞死亡机制用于各种疾病治疗的研究逐渐深入、广泛，已成为生命科学研究中最引人注目的研究领域之一。现就细胞自噬与细胞凋亡及其交互作用在肝癌治疗中的研究进展予以综述，以此为探索肝癌治疗方法提供新思路。

1 细胞自噬与细胞凋亡分子水平上的联系

细胞自噬与细胞凋亡关系错综复杂，将细胞自噬与细胞凋亡用于治疗各种疾病的研究越来越广泛[7]，但自噬与凋亡之间相互转换的具体作用机制尚不清楚，随着研究的不断深入，越来越多的交互因子、联系蛋白及细胞信号转导通路被研究人员发现，如胱天蛋白酶(caspase)家族、原癌基因Ras、DAPK/DRP-1、c-Myc等均是参与自噬调控的细胞凋亡因子[8]。因此，探讨细胞自噬与细胞凋亡之间的关系对肿瘤治疗具有非常重要的意义。

1.1细胞自噬与细胞凋亡共同调控因子 在分子水平上，有许多基因在细胞自噬和细胞凋亡途径中均发挥了重要作用，自噬相关基因(autophagy related genes，ATG)种类繁多，遍布细胞自噬的整个过程。此外，细胞ATG也可调控细胞凋亡，Liang等[9]研究发现，ATG5与Beclin-1可以平衡细胞自噬与细胞凋亡的水平，凋亡相关因子B细胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2)的拮抗剂Obatoclax也可通过这一机制调节腺样囊性癌细胞的凋亡与自噬。Bcl-2分子在与自噬相关蛋白Beclin-1、凋亡相关蛋白Bcl-2相关X蛋白/Bak结合后即可调控细胞自噬与细胞凋亡[10]。同样，凋亡因子也参与了自噬的调控作用：Bcl-2可以抑制Beclin-1依赖的细胞自噬性死亡，在此过程中，它并不是直接参与自噬调控作用，而是间接地发挥自噬调控作用[11-12]。Caspase家族蛋白是细胞凋亡的关键蛋白，它不仅调控细胞凋亡，还可影响细胞内自噬水平的表达[8，13]。Caspase-3通过灭活Beclin-1抑制细胞自噬诱发细胞凋亡，caspase-8通过切割受体相互作用蛋白激酶诱导细胞自噬。抑癌基因p53，作为细胞凋亡中的激活因子，既可上调促凋亡基因也可下调抗凋亡基因。此外有文献报道，p53也可发挥自噬调节作用：多氯联苯醌可通过调控p53的表达促使细胞自噬与细胞凋亡进行转换[14]。Fu等[15]研究发现，姜黄素可通过激活p53基因而抑制磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)的表达，从而达到促进胃癌细胞发生细胞自噬与凋亡的目的。Khaodee等[16]研究发现，葡萄糖苷酶Ⅱβ亚基在肺癌中调控细胞自噬、凋亡与p53的转录有关。可见，细胞自噬及细胞凋亡关键分子相互交错，细胞自噬与细胞凋亡间的细胞信号转导通路也可由此产生联系。

1.2细胞自噬与细胞凋亡的交互通路 细胞自噬与细胞凋亡之间错综复杂的关系不仅体现在共同调控的细胞因子，还体现在许多维持细胞基础活动的信号转导通路，这些通路参与细胞自噬与细胞凋亡的方式也各不相同，其中Wnt/β联蛋白(β-catenin)信号通路在细胞增殖、分化与凋亡及细胞自噬中均扮演重要角色。雷公藤内酯通过下调Wnt/β-catenin信号通路诱导细胞自噬与凋亡、抑制血管生成，达到抑制骨肉瘤细胞增殖的目的[17]。在非小细胞癌的治疗中，Wnt抑制因子-1介导的自噬通过下调Dvl-2基因、抑制Wnt/β-catenin信号通路，从而抑制非小细胞癌的增殖，促进其凋亡[18]。Wnt/β-catenin信号转导通路既可调控p62介导的细胞自噬，也可调控p62依赖的细胞凋亡[19]。PI3K/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号转导通路在调控肿瘤细胞增殖、凋亡及自噬领域研究广泛，在辣椒素防治鼻咽癌的试验中，辣椒素可以通过PI3K/Akt/mTOR信号途径诱导鼻咽癌细胞自噬与凋亡的发生，从而起到防治鼻咽癌的作用[20]。沙利霉素可以通过激活活性氧类介导的PI3K/Akt/mTOR信号途径促进前列腺细胞癌的凋亡，在该过程中，自噬抑制剂抑制自噬可增强沙利霉素的促凋亡作用[21]。此外，促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activation protein kinase，MAPK)/c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)途径与细胞的增殖、凋亡和自噬有密切联系。研究发现，miR-103过表达可通过MAPK/JNK与Janus激酶(Janus kinase，JAK)/信号转导及转录激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)信号通路抑制脊髓损伤大鼠的细胞自噬与凋亡[22]。同时，MAPK/JNK途径还可平衡化疗药物诱导的细胞自噬与细胞凋亡[23]。在JAK抑制剂对T细胞急性白血病影响的实验中，研究人员发现JAK抑制剂TG101209可以抑制T细胞急性淋巴细胞白血病细胞自噬、上调细胞凋亡，从而起到治疗白血病的作用[24]。此外，还有一些细胞因子和信号转导通路也参与了调控细胞自噬与凋亡，两者之间多层次的联系在维持细胞平衡中显得尤为重要。

1.3细胞自噬与细胞凋亡的交互作用 研究人员将凋亡与自噬的关系总结为以下两种：相互促进关系、相互对抗关系。当细胞自噬与细胞凋亡的终极目标均为促进细胞死亡时，两者有以下几种相互促进关系：①相互独立的调控细胞死亡。②互补关系，即两者同时发生，但是有主次之分，如细胞在饥饿或缺氧条件下[25-27]，通过诱发细胞自噬为细胞凋亡等生理活动提供ATP[28]。电离辐射治疗肿瘤时，使细胞处于营养匮乏的状态，此时自噬水平增加，为细胞提供ATP并释放凋亡信号，使癌细胞发生凋亡[29]。研究表明，细胞自噬的发生本身伴随着ATP泵的驱动，若该类自噬受到抑制，则无法为凋亡提供能量，从而使得凋亡无法正常进行[30]。此外，轻微的内质网应激可以使自噬维持细胞凋亡阈值，促进细胞存活。③替补关系：在使用自噬抑制剂抑制自噬后，细胞凋亡的发生率会增加。有时，当细胞凋亡功能缺陷时，可以通过诱发细胞自噬促进细胞死亡。而过量的内质网应激超过自噬调节范围，可以促进细胞凋亡的发生[31]。陈金东[32]认为，细胞自噬与细胞凋亡的拮抗作用是相互的。研究发现，氢分子可以通过激活上游的细胞自噬起到下调转录因子C/EBP同源蛋白表达、抑制氧化型低密度脂蛋白诱导的巨噬细胞凋亡的作用[33]，在内质网应激中，自噬通过消化蛋白聚集物和错误折叠蛋白质维持内质网功能，从而抑制内质网应激诱发的细胞凋亡。

2 细胞自噬与细胞凋亡及其交互作用与肝癌治疗

肝癌发病率在全球癌症发病率中居第六位，死亡率在全球癌症相关死亡率中居第二位，其中超过一半的新发病例和死亡病例在中国[34-36]。传统的肝癌治疗仍存在较多问题，因此对于肝癌患者,探索更为有效的治疗手段至关重要。肿瘤发病机制及靶向基因治疗是近年来研究的热点,寻找参与绝大多数肝癌治疗的分子学机制是现阶段肝癌治疗迫切需要解决的问题。研究人员利用凋亡与自噬及其之间的交互作用作为探寻新的肝癌治疗靶点与治疗机制，也已成为当今肝癌治疗中的研究热点。虽然这一机制存在很多争议，但可为今后寻找肝癌治疗靶点提供依据。

2.1细胞自噬 自噬在肿瘤中的调节作用非常复杂，目前在关于自噬与肿瘤的众多研究中，自噬既可以帮助肿瘤细胞存活产生耐药，也可作为肝癌的治疗机制[37]。研究发现，中药既可通过诱导肝癌细胞自噬，也可通过抑制自噬达到治疗肝癌的目的[38]。研究表明，谷胱甘肽转移酶可以通过激活自噬使肝癌细胞抵抗化疗药物奥沙利铂与索拉菲尼的治疗，产生耐药[39]。而自噬缺陷可以使机体DNA受损，加速肝细胞癌的发展进程[40]。研究表明，在自噬敲低的Huh7肝癌细胞中，细胞可无限增殖且细胞死亡受到抑制[41]。万燕雅[42]研究发现，在肝癌的放疗过程中，肝癌细胞自噬增强，可降低肝癌细胞对放疗的敏感性，若在该过程中同时使用自噬抑制剂抑制自噬的发生，则可增强其敏感性。此外，自噬也可引起化疗药物的耐药性，Zhang等[43]通过体内外实验发现，棉酚可以通过诱导内质网应激起到治疗肝癌的作用，但同时棉酚诱导的细胞自噬可以使肝癌细胞免受内质网介导的细胞凋亡，因此将自噬抑制剂与棉酚联合可以起到良好的抗肝癌作用。而在肝癌的免疫治疗中，细胞自噬同样具有重要的调控作用，有研究人员以此为着眼点研究靶向肝癌相关抗原的疫苗[44]。敲除JAK基因后，该通路下游的STAT被灭活，从而减少Bcl-2表达、活化caspase-3诱导肝癌细胞凋亡的发生，与此同时，糖原合成酶激酶与mTOR表达增加，肝癌细胞自噬水平增加[45]。由此可见，自噬在肝癌中扮演两种角色：①自噬在肝癌治疗中起抑制作用，是化疗药的耐药机制之一；②自噬可以作为肝癌治疗的靶点，为后续肝癌治疗的研究提供依据。细胞自噬对肝癌治疗不仅具有双向性，其调控机制也非常复杂，故有待进一步研究。

2.2细胞凋亡 研究发现，大多数药物通过抑制癌细胞的凋亡达到治疗癌症的目的。据报道，细胞凋亡途径主要有两种，分别为内源性凋亡途径与外源性凋亡途径，这两种凋亡途径均参与癌症的调控，目前一些凋亡小分子已用于癌症治疗药物的研发中[46]。研究发现，一些中药成分也可通过调控细胞凋亡起到肝癌治疗的作用[47]。如Huang等[48]通过体内外研究发现，苦龙苷可以通过上调p53凋亡基因、下调人端粒酶逆转录酶凋亡蛋白来诱导肝癌细胞凋亡。在嘧啶胺诱导HepG2肝癌细胞凋亡的研究中，学者发现嘧啶胺可以通过上调Bcl-2相关X蛋白、caspase-3、caspase-8、caspase-9，下调Bcl-2、DNA修复酶抑制HepG2肝癌细胞凋亡，表明嘧啶胺可能同时通过调控内源性细胞凋亡与外源性细胞凋亡达到治疗肝癌的目的[49]。另有研究发现，肉苁蓉苯乙醇苷在体内外实验中均可以通过调节细胞凋亡抑制H22细胞的增殖[50]。细胞凋亡参与了肝癌的发生发展，无论何种因素诱导的肝癌均会有细胞凋亡的参与，且不同的药物调控细胞凋亡的机制也不同：有些药物通过调控Bcl-2相关X蛋白与Bcl-2蛋白比例阻滞诱导肝癌细胞凋亡，有些药物可通过调控p53基因介导的细胞信号转导通路诱导细胞凋亡，也有些药物可通过调控细胞周期诱导细胞凋亡，不同的药物可将细胞阻滞在不同的复制阶段，导致细胞无法正常分裂而凋亡。细胞凋亡在调控肿瘤的发生发展中是单向的，但不是单一存在，细胞内还存在一些其他调控机制，可与凋亡共同作用，一起调控肝癌的发生发展。

2.3细胞自噬与细胞凋亡的交互作用 研究表明，肿瘤相关巨噬细胞可以通过诱导肝癌细胞自噬降低索拉菲尼的促肝癌细胞凋亡作用，表明抑制细胞自噬，可以增强索拉菲尼的抗肝癌作用[51]。冯传平等[52]采用不同浓度迷迭香酸、自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤与自噬诱导剂雷帕霉素对HepG2肝癌细胞进行干预，结果发现不同浓度迷迭香酸可以通过抑制细胞自噬促进HepG2细胞的凋亡。此外，齐墩果酸可以通过PI3K/Akt/mTOR信号转导通路与活性氧类系统诱导肝癌细胞自噬性死亡[53]。Liu等[54]研究发现，木樨草素可通过诱导人肝癌SMCC-7721细胞株发生细胞自噬促进细胞凋亡。研究表明，在由乙型肝炎发展的肝癌中，上调ATG5-ATG12基因可能与肝癌细胞凋亡密切相关[55]。可见，自噬相关基因ATG与细胞凋亡在肝癌的治疗中存在紧密联系。三氧化二砷既可以诱导肝癌细胞自噬性死亡也可诱导细胞凋亡，若使用抑制剂可以抵抗细胞凋亡[56]。此外，一些药物可通过诱导细胞自噬参与肝癌细胞的凋亡，既可以负向调控也可正向调控，由内质网应激与细胞凋亡程度决定[57]。可见，细胞自噬与细胞凋亡在同种细胞不同环境中可能产生不同的交互作用，这可能与肿瘤微环境的改变有关。细胞自噬与细胞凋亡之间存在错综复杂的关系，从目前关于细胞自噬与细胞凋亡相关文献中可以看出细胞自噬与凋亡之间存在一定的转换机制，在凋亡缺陷的肝癌中，细胞自噬可作为一种死亡方式诱导肝癌细胞的死亡；此外，内质网应激与氧化应激也参与了自噬与凋亡的转换过程。目前，对于细胞自噬、凋亡及肝癌的治疗仍处于初级阶段，自噬与凋亡的交互作用可能与肿瘤的转移、代谢、微环境以及肿瘤耐药存在一定的联系，细胞自噬与细胞凋亡的交互作用在肝癌的发生发展中呈现双向性，但其具体机制尚不清楚，还需进一步探讨。

3 小 结

肝癌作为全球最常见的恶性肿瘤之一，严重危害人类健康，因此研发有效的肝癌治疗药物是当前的研究热点之一。目前，细胞凋亡作为肝癌的治疗机制，研究较为广泛，但仅针对细胞凋亡机制研究肿瘤治疗方法较为局限。细胞自噬作为另外一种细胞死亡机制，在肝炎-肝硬化-肝癌发展过程中扮演重要角色。然而，细胞自噬与细胞凋亡并非单独存在的死亡机制，两者存在交互作用，且在肝癌的发生发展中具有双向性。因此，进一步探讨细胞自噬与细胞凋亡之间的交互作用不仅可以为肝癌的治疗提供新视野，对探讨其他疾病发生发展的机制同样至关重要。