自噬在乳腺癌发生、发展中的机制和研究进展

叶 青，李文辉，赵玺龙

自噬在乳腺癌发生、发展中的机制和研究进展

叶 青，李文辉，赵玺龙

自噬；乳腺癌；发生；机制；研究进展

自噬广泛存在于真核生物细胞，在进化上高度保守，其主要功能为通过溶酶体降解系统，对细胞内受损、变性或衰老的蛋白质及细胞器进行降解和再循环利用，自噬与人体的生理过程和多种疾病密切相关。自噬不仅可以促进细胞的存活，也可引起细胞死亡，包括肿瘤在内的多种疾病都与自噬密切相关。肿瘤细胞通过自噬以适应各种存活压力，如癌基因、缺氧、内质网应激、肿瘤微环境、药物作用等，另一方面自噬过度激活也会引起细胞发生程序性死亡。

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，是女性癌症死亡的第2大原因，中国原属乳腺癌低发区，目前我国乳腺癌的发病率有增高趋势[1]。近年来在有关乳腺癌的研究发现，自噬与包括乳腺癌在内的多种肿瘤的发生、发展密切相关，并且自噬在肿瘤治疗、耐药中发挥着重要作用，有望成为重要的肿瘤辅助治疗手段。但其作用目前尚未明确，探讨分析自噬在乳腺癌发生、发展中的作用机制和调控途径，具有重要的科学意义和应用价值。本文回顾文献中自噬在乳腺癌的发生和发展中的机制及研究进展。

1 基本概念

自噬或巨自噬(autophagy)是一个涉及到细胞自身结构通过溶酶体机制而被分解的过程。自噬的研究起始于对酵母的研究，后续研究发现，哺乳动物细胞存在高度相似的现象。自噬发生时，细胞内首先形成自噬体膜形成中心，并逐渐融合扩展形成一个囊状的结构，并最终形成自噬体(autophagosome)，自噬体的形成是自噬的关键，其直径一般为 300～900 nm，是一个双层膜结构的囊泡样结构，自噬体分离包裹细胞内的一部分细胞质，并最终与溶酶体融合形成自噬溶酶体(autolysosome)。细胞通过自噬-溶酶体降解机制，对老化蛋白质和受损细胞器进行分解，被降解的蛋白质和细胞器隔离在自噬体内，进入溶酶体的物质被分解成为细胞生存所需的组成成分，进行再循环利用(例如受损的核酸、蛋白质可被分解为核苷酸、氨基酸)[2]。自噬的作用体现在两个方面，即能通过发生自噬，维持细胞内稳态，有利于细胞适应环境变化，增强细胞的存活能力。但另一方面，自噬的过度激活可导致细胞程序性死亡，这种不同于凋亡的细胞死亡，被称为Ⅱ型程序性细胞死亡[3]。

自噬执行涉及一系列在进化上高度保守的基因产物，自噬启动的信号通路主要有：(1)Class I PI3K通路(PI-phosphatidylinositol，磷脂酰肌醇)；(2)雷帕霉素靶蛋白通路(mammalian target of rapamycin，mTOR)；(3)Class Ⅲ PI3K通路。在这些自噬信号的调控下，自噬相关基因(Atg)介导调控了自噬各个阶段。迄今为止，在酵母中共发现了31个自噬相关基因，它们广泛地参与了自噬的各个不同阶段[2-5]：如Atg6(Beclin 1)与Vps34、Vps15结合形成复合物，传递自噬调控信号；Atg5-Atg12和Atg8-PE两个泛素样蛋白结合系统介导，在Atg7和Atg10的作用下，形成 Atg5-Atg12共价复合物，并与Atg16结合，从而形成Atg5-Atg12-Atg16复合物，定位于前自噬体膜的外表面，促进自噬体膜的延伸和扩展，逐渐形成囊状结构，最终形成自噬体。

2 自噬和乳腺癌的发生

在体内及体外研究发现，乳腺上皮细胞自噬缺失能激活DNA损伤，促进基因扩增，干扰凋亡，促进肿瘤形成。Beclin 1最早由Levine等发现，是与酵母菌Atg6/Vps3同源的哺乳动物细胞自噬相关基因[6]。Beclin 1蛋白具有BH3、CCD以及ECD 3个区，其中ECD(进化保守区)是自噬的功能区域，ECD通过与Vps34 结合，发挥自噬调控作用。Beclin 1易突变导致肿瘤发生，其位于17q21，距离BRCA1约150 kb，在乳腺癌、前列腺癌该位点区域常检测出单等位基因缺失。Beclin 1在结构上等同于酵母Atg6[7]，通过与Bcl-2相互作用抑制自噬体膜形成[7-8]。研究表明，乳腺癌细胞常出现Beclin 1基因缺失，Beclin 1基因的缺失或下调与乳腺恶性上皮性肿瘤的发生密切相关，认为Beclin 1基因可能是一个潜在的乳腺癌抑制基因，在乳腺细胞的形成及增殖中起负性调节作用[9]。此效应同样在动物实验中也得到佐证：小鼠敲除Beclin 1等位基因后会发生乳腺增生，并会自发形成肿瘤[10]。Beclin 1等位基因敲除小鼠会产生自发性肿瘤，但基因完整敲除会导致小鼠胚胎期死亡[10]。有研究认为，细胞不能完全丧失Beclin 1，需保留低水平的Beclin 1蛋白，以确保自噬的存活机制，而癌细胞往往能克服Beclin 1缺失压力而存活[11]。研究表明，在正常人乳腺上皮细胞及组织中Beclin 1蛋白表达水平较高，而在人乳腺癌细胞系及人乳腺癌组织中内源性Beclin 1 蛋白表达较低，提示Beclin 1表达下调在乳腺癌发生中起着重要作用。在MCF7(人乳腺癌细胞系)的实验表明，Beclin 1通过促进乳腺癌细胞自噬，从而影响肿瘤细胞增殖[12]。将Beclin 1上调后，可以诱导MCF7细胞死亡[13]。

3 自噬和乳腺癌进展

肿瘤进展的特点表现为肿瘤细胞快速大量增生，大量增生的肿瘤细胞会导致营养和生长因子缺乏和氧气供应减少，尤其是在肿瘤组织的中央区域。血管生成是肿瘤维持增长和存活的重要途径，但血管生成并不能完全让肿瘤细胞应对迫切的能量及代谢需求，自噬可能是肿瘤细胞能迅速诱导以应对“饥饿”的唯一途径[14]。因此,通过调控自噬有望能“饿死”肿瘤细胞。自噬有保护细胞生存的正向作用，激活自噬会促进乳腺癌细胞在营养缺乏和生长因子缺乏的条件下存活，研究报道乳腺癌细胞自噬激活会导致乳腺癌的复发，并会影响患者长期生存[15]。组织缺氧状态下也会诱导肿瘤细胞发生自噬[16]，其中缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)作用重要，肿瘤细胞缺氧诱导因子可通过改变新陈代谢、pH值、血管生成、红细胞生成、细胞迁移、入侵和炎症，以助于肿瘤细胞适应低氧环境[17]。过氧化物酶体增殖物活化受体γ(PPARγ)活化HIF-1α介导PPARγ引起自噬激活，从而促进乳腺癌细胞存活[18]。HIF-1α不是唯一缺氧诱导自噬机制，缺氧状态下也可以通过激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)或抑制mTOR通路来诱导自噬[19]。在肿瘤进展期，快速增长的肿瘤细胞由于过量的蛋白质合成还可以诱发内质网应激(ER)。当ER过度时，UPR(unfolded protein response)触发ER相关蛋白质降解(ERAD)进行蛋白质的降解，可见在饥饿和缺氧条件下，自噬可以作为另一种途径参与内质网蛋白质降解。在人乳腺癌细胞株MCF7和MDA-MB-231体外实验显示，通过自噬调控内质网应激，可介导乳腺癌细胞凋亡[20]。

4 自噬和乳腺癌肿瘤微环境

近年来肿瘤微环境在肿瘤生长中的作用越来越受到关注和重视。在肿瘤组织中，除了癌症细胞，还包括了非恶性的上皮细胞、成纤维细胞、血管、免疫细胞和细胞外基质。这些不同因素相互作用，共同调控肿瘤的演进[21]。其中肿瘤相关成纤维细胞(CAFs)是肿瘤间质的重要构建细胞，已成为乳腺癌研究的重要内容[22]。自噬是一个至关重要的细胞生存机制，肿瘤细胞和间质细胞自噬的调控机制，特别是两者的相互作用对肿瘤细胞转归的影响尤为重要。新近研究报道了肿瘤相关成纤维细胞自噬的作用、异形肿瘤相关间质细胞基质和肿瘤细胞之间的信号通路[23-24]。研究者运用成纤维细胞和乳腺癌细胞共培养系统，发现乳腺癌细胞氧化应激促进了肿瘤相关成纤维细胞发生自噬[25]，并且肿瘤相关间质细胞自噬产生了循环利用的营养成分，用于支持肿瘤细胞的生长。同时肿瘤间质细胞自噬会降解线粒体，从而激活无氧糖酵解，并产生了多余的乳酸、丙酮酸和酮体[26]，这些分子通过柠檬酸循环为癌细胞合成代谢过程提供能量[27-28]。这种肿瘤相关间质细胞通过无氧糖酵解为肿瘤细胞氧化供能的现象,被作者称为“反瓦伯格效应(reverse Warburg effect)”[29]。同时肿瘤间质的自噬调控与微囊蛋白蛋白(Cav-1)相关，Cav-1蛋白存在于大多数细胞类型的小窝膜，Cav-1缺失与乳腺癌复发、淋巴结转移和三苯氧胺耐药性相关，Cav-1损失诱导缺氧效应，并上调HIF-1α、BNIP3、Beclin 1，从而激活自噬[23,30]。

综上所述，自噬在乳腺癌发生、发展中具有重要作用，自噬既可促进存活，又可杀伤细胞，被描述成一把双刃剑[31]。在研究自噬中应注意了解乳腺癌细胞的基础自噬水平，自噬是一种基本细胞生命现象，“增强”或“降低”均是针对细胞的基础自噬水平相对而言。同时应当知道，乳腺癌细胞本身也存在自噬水平的差异性，这种差异性的调控机制和临床意义，都是指导今后临床治疗的重要研究内容。同时，由于自噬与肿瘤存在“生、杀”双重关系，调控肿瘤自噬须分阶段个性化实施。随着对自噬机制的深入研究，监测和调控自噬有望成为乳腺癌患者评估和治疗的重要手段。

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650032 昆明，昆明医科大学第三附属医院(云南省肿瘤医院)放疗科(叶 青，李文辉)；成都军区昆明总医院病理科(赵玺龙)

李文辉,E-mial：wenhuili64@aliyun.com

R 736

A

1004-0188(2014)06-0679-03

10.3969/j.issn.1004-0188.2014.06.045

2014-02-21)