自噬在非小细胞肺癌中的研究进展*

景学芬 综述,王翠峰 审校

包头医学院第一附属医院检验科,内蒙古包头 014010

非小细胞肺癌(NSCLC)是人类最常见的癌症,近些年NSCLC虽在诊断及治疗方面有了更进一步的提升,但对于实现肿瘤的早期诊断和精准治疗仍有不足,致使患者的5年生存率不超过20.00%[1]。因此探讨NSCLC发病的分子机制,提高NSCLC的早期诊断率及制订有效的治疗方式势在必行。

自噬是一种重要的能量代谢途径,它可接受自噬相关分子及基因的调控来维持真核细胞的稳态。有研究发现自噬在NSCLC发展的各阶段表现不同,不同阶段发生的自噬也会导致肿瘤治疗耐药性的产生[2]。因此探究自噬在NSCLC中的表现,对NSCLC的诊断和治疗尤为重要。本文通过查阅相关资料探讨自噬在NSCLC进展过程中可能存在的分子调节机制,为NSCLC早期诊断提供新见解,同时归纳总结其在NSCLC治疗中的实际应用价值,为NSCLC的精准治疗提供新方向。

1 自噬在NSCLC诊断中的价值

1.1自噬与肿瘤的发生相关 自噬通常被认为是一种重要的程序性细胞死亡[3],通过多种调节因子的共同作用来维护真核细胞的稳态,其中巨自噬作为自噬的代表被研究得最广,它一般是由成核、延伸、自噬-溶酶体的形成及降解4部分组成。由多个分子复合物执行自噬每个阶段的关键过程,包括ULK1复合物(ULK1、FIP 00、ATG13L和ATG101)、VPS34复合物(VPS15、VPS34、Beclin-1、ATG14或UVRAG)、泛素样偶联系统(ATG5、ATG1、ATG16L)及LC3偶联系统[4]。王婧喆等[5]研究表明mTOR、Beclin-1及LC3-Ⅱ在NSCLC的发生及发展过程中发挥着重要的作用,其中mTOR作为自噬现象中最重要的上游负向调控信号分子,主要作用于自噬诱导阶段;Beclin-1和LC3分别是Atg8家族和PI3K复合物中的重要组成部分,Beclin-1是自噬体成核的关键,LC3-Ⅱ主要参与自噬的最后阶段。由于LC3-Ⅱ型与成熟后的自噬小体数量呈正相关[6],故LC3-Ⅱ可间接反映细胞的自噬程度,现已被用作自噬现象的特异性标志物。Beclin-1可通过抑制肿瘤坏死后炎症的增殖及减少炎症细胞分泌的特殊生化成分进而使肿瘤血管生成减少,最终降低肿瘤扩散的风险。有研究证实Beclin-1对NSCLC有抑制作用,且其低表达与肿瘤患者较短生存期显著相关[7]。在肺癌细胞中mTOR表达通常被上调,起到抑制自噬的作用[8]。也有相关研究表明,若mTOR信号传导下调,会激活AMPK,从而导致ULK1的活化[9]。活化后的ULK1与ATG13、ATG101和FIP200相结合组成复合物。ULK1的活化状态能够促进自噬起始靶蛋白Beclin-1和VPS34的磷酸化。而VPS34可以进一步促催化LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ的转化,进而促进自噬小体的形成,最终会导致Beclin-1和LC3的表达水平增加,也就是自噬现象增加。因此,mTOR、Beclin-1及LC3-Ⅱ在自噬中均发挥着重要作用。

1.2细胞自噬抑制NSCLC的进展 细胞自噬可通过维持基因组稳定性、促进细胞程序性死亡(PCD)、参与免疫反应等途径起到抑制NSCLC发生的作用[10]。(1)自噬维持基因组稳定性:临床约50.00%的NSCLC患者发生p53突变[11],而增强分子伴侣介导的自噬不仅可以帮助降解突变型p53,还可以促进p53介导的细胞衰老,抑制早期癌症的发展。同时有研究发现抑制细胞自噬会导致p62累积,累积的p62可通过增加内质网应激和DNA损伤应激水平促进NSCLC发生并导致预后不佳[6]。通过诱导自噬清除累积的p62则可以起到抑制肿瘤、改善预后的作用。(2)自噬促进PCD:PCD可以阻止癌细胞的存活和增殖,而癌细胞的高度遗传不稳定性则使其对PCD机制产生抗性[12]。有研究显示,自噬可协同其他PCD机制通过调节细胞周期而达到抑制肿瘤细胞增殖的作用[13]。(3)自噬参与免疫反应:细胞自噬不仅可以通过促进细胞因子的产生和吞噬作用促进天然免疫,还可以通过其抗原的呈递潜能参与适应性免疫[14]。有研究显示,病毒(如EB病毒)及细菌(如肺炎支原体)的感染与NSCLC的发生具有相关性,机体可以通过选择性自噬机制清除这些病原体[15-16]。但需注意的是,通过异种吞噬机制治疗病毒感染的NSCLC在实际应用中存在一定的局限性。

1.3细胞自噬促进NSCLC的进展 虽然细胞自噬可以在NSCLC早期起到抗肿瘤作用,但是在NSCLC进展到中晚期后,自噬通常被认为可通过为癌细胞提供营养和能量、诱导癌细胞适应各种压力状态、促进癌细胞转移和侵袭及诱导癌细胞产生耐药性等方式促进NSCLC的发展[17]。有研究证实,在NSCLC中抑制缺氧诱导的自噬主要依赖缺氧诱导因子1α,其可以破坏自噬体与溶酶体的融合来阻断自噬流,并改善化疗药物的治疗效果,该治疗策略对吉非替尼耐药的表皮生长因子受体(EGFR)突变的NSCLC患者有较好的治疗前景[18]。研究发现,在中晚期NSCLC中,自噬水平的增加与癌细胞侵袭力增强、肿瘤分期和生存期缩短呈正相关[19]。除此之外,自噬所产生的富含能量的代谢物(如乳酸类化合物等)也可作为癌细胞的化学诱导剂,刺激肿瘤生长和转移[20]。自噬也可促进NSCLC细胞对顺铂(DDP)、吉非替尼、喜树碱、安罗替尼、厄洛替尼及奥西替尼等多种针对NSCLC的化疗药物和放疗的耐药性[21-23],通过抑制自噬可降低肿瘤的耐药性和进一步发展。因此,现阶段对于中晚期的NSCLC患者通过抑制自噬来达到肿瘤治疗的目的正成为研究的热点,但该治疗途径的有效性还需要更多的临床研究支持。

2 自噬在NSCLC治疗中的价值

2.1自噬与NSCLC的化疗 DDP是晚期NSCLC治疗中最常见和最有效的化疗药物,DDP的疗效通常受到内在因素的限制或癌细胞对其细胞毒性的获得性耐药,对NSCLC的化疗疗效构成影响。由于NSCLC随着化疗时间的延长,耐药性呈逐渐升高的趋势,缓解和降低肿瘤耐药性的研究被越来越多的人所关注。有研究显示自噬与癌细胞的化学耐药密切相关,通过调节靶向自噬相关调节因子可能是改善NSCLC治疗耐药性的潜在策略[24]。

近期越来越多的证据证实肿瘤抑制蛋白的Ras关联结构域家族1(RASSF1A)可能是自噬的诱导剂[25]。RASSF1A通过MAP1S介导的Keap1-Nrf2通路促进自噬,从而增加NSCLC的化疗敏感性。RASSF1A表达可能涉及NSCLC中基于DDP化疗耐药性的分子机制,但是确切的生物学功能仍不清楚。也有研究发现miRNA-22过表达可通过调控骨肉瘤细胞自噬和凋亡抑制顺铂耐药性[26],miR-101-3p可以通过调控ATG4D介导的自噬来调节肿瘤细胞对顺铂的敏感性[27]。也有研究证实氯喹(CQ)衍生物羟氯喹(HCQ)作为一种新型的晚期自噬抑制剂与卡铂、紫杉醇联合治疗转移性NSCLC患者的肿瘤客观缓解率可达到33.00%[28]。同时目前处于临床实验阶段的ABTL0812作为一个新的化学实体,可抑制Akt/mTOR轴,也可诱导AMPK活化和ROS积累,成为提高NSCLC患者治疗预期的一个潜在的选择[29]。HAO等[30]认为DDP等化疗导致了肿瘤干细胞的富集,并且发现自噬水平与NSCLC肿瘤干细胞的生物学特性呈正相关,这可能是产生耐药性的关键原因。CQ抑制自噬可显著抑制CD133+肿瘤干细胞在分选细胞中的表达。CQ介导的抑制自噬显著降低了CD133+肿瘤干细胞集落形成的能力。DDP和CQ联合治疗在体外可显著抑制肿瘤干细胞比例,在体内可显著抑制肿瘤生长。

近年来,NSCLC靶向治疗取得了新进展,与传统的以铂类为主的化疗药物和以EGFR为代表的靶向治疗药物相比,可明显改善EGFR-TKIs致敏突变的NSCLC患者的预后[31],已成为NSCLC治疗的首选。尽管如此,但由于耐药性的快速发展,以吉非替尼、达克替尼等为代表的第一代和第二代EGFR-TKIs的抗肿瘤药物及选择性靶向EGFR突变(包括T790M)的第三代EGFR-TKIs(如奥西替尼)随着治疗的进展不可避免地再现耐药。EGFR-TKIs非独立抗性的多种机制已被确定,主要包括旁路信号通路(如MET或HER2)的激活和组织学或表型转化及自噬相关[32]。HATAT等[33]研究发现ATG16-L1是自噬的关键成分,它有助于吞噬团的延伸和膨胀,通过纠正ATG16-L1剪接和/或增加自噬与EGFR-TKIs联合使用的策略能改善EGFR-TKIs靶向耐药的NSCLC患者的预后,有望成为一种新的治疗手段。

当化疗药物起作用时,机体往往会产生细胞保护性自噬,这也是产生耐药性的原因之一。因此,自噬抑制与化疗药物联合使用可降低耐药性,增加药物的治疗作用。基于纳米载体的靶向性和低毒性,可以达到治疗效果并减少不良反应,构建纳米凝胶以共转移自噬抑制剂CQ和阿霉素(DOX)的化疗药物,可显着放大化疗药物的治疗效果。纳米载体药物和自噬调节剂的联合递送系统为改善肿瘤化疗、放疗、免疫治疗提供了一种有前景的策略。因此,优化现有的基于纳米粒子的联合给药系统,开发更有效、更优的纳米给药系统也应成为关注的焦点。

基于既往研究结果不难看出,自噬在NSCLC治疗中,一方面可通过抑制自噬来降低耐药性进而增加治疗效果;另一方面可通过放大自噬程度和药物的毒性作用来实现癌细胞的自噬性死亡。

2.2自噬与NSCLC的放疗 放疗在NSCLC的治疗中发挥着重要作用。然而癌细胞对电离辐射(IR)的抵抗是放疗失败导致肿瘤复发和转移的主要原因,IR后DNA双链断裂(DSB)修复是放疗耐药的主要机制。有研究表明,雷帕霉素(RAPA)联合异羟肟酸(SAHA)治疗通过诱导NSCLC的乙酰化水平和自噬来减少DSB修复和增强DNA损伤,可显著提高放疗的抑制效果[34]。也有研究表明,Beclin-1表达阴性的患者行γ-分次立体定向放射(FSRT)疗效更好[35],因此,治疗前可通过检测Beclin-1的表达来选择合适的治疗方案。旷华香[36]发现重组人血管内皮抑制素能够进一步增强放疗对小鼠Lewis肺癌移植瘤的移植作用,同时放疗联合重组人血管内皮抑制素会增加移植瘤的自噬活性,通过抑制自噬活性可进一步增强放疗联合重组人血管内皮抑制素的抗肿瘤效应。有研究显示,自噬相关蛋白LC3-Ⅱ与NSCLC肿瘤的大小、有无坏死、肿瘤临床病理分期及肿瘤的发生发展密切相关,在肿瘤中通常表达下调,当其高表达时会影响放疗敏感性[37]。FAN等[38]研究发现在放疗敏感组和放疗耐受组的晚期,内小体微自噬是不同的,首次提出内小体微自噬在NSCLC患者放疗敏感性中具有重要的意义,但其内在机制仍需进一步探讨。JIN等[39]通过整合circRNA-miRNA-mRNA网络分析,揭示了X射线和碳离子放疗可作为NSCLC的潜在预后生物标志物。同时也有研究证实GSK-3β可抑制自噬进而增加NSCLC的放射敏感性[40]。上述研究结果为NSCLC的放射敏感性和相应的临床治疗提供了新的见解。因此,对于接受放疗的NSCLC患者,要根据实际情况选择合适的放疗方案和联合自噬相关因子检测及与自噬抑制剂的联合使用以提高放疗的敏感性和有效性。

3 总结与展望

基于以上研究显示,自噬与NSCLC的发生、发展密切相关,所以自噬相关因子不仅有作为一种筛查NSCLC高危人群指标的潜力,甚至可能有望成为一种NSCLC 的早期筛查指标。但自噬与NSCLC关系是复杂多变的,在肿瘤不同的时期自噬的表达和作用也不尽相同。所以在NSCLC治疗上,需结合肿瘤的进展情况及相关因子的表达水平等,有针对性地选择激活或抑制自噬的治疗策略。与此同时,进一步的研究应着重梳理自噬与NSCLC之间的联系以指导NSCLC在不同阶段治疗方式的选择,同时要开发自噬相关的早期肿瘤筛查指标,为NSCLC的早期诊断和治疗提供新的分子生物学依据。