自噬与肿瘤治疗

许红玲 张萍

自噬与肿瘤治疗

许红玲 张萍

自噬（autophagy）是细胞在饥饿、缺氧和能量应激状态下细胞通过膜结构降解胞质细胞器和大分子的动态过程，自噬通过清除功能异常或已受损伤的细胞器，与泛素-蛋白酶体降解系统互补，共同调控机体的稳态［1］。比利时科学家Christian de Duve在上世纪50年代通过电镜观察到自噬体架构并首先提出“自噬”［2］，而在酵母中发现Atg蛋白则把对自噬的研究推向了一个高潮［3］。自噬分为大自噬、小自噬及分子伴侣介导的自噬三种［4］。大自噬，即由内质网来源的膜包绕待降解物形成自噬体，然后与溶酶体融合并降解其内容物； 小自噬指溶酶体或液泡内膜直接内陷将底物包裹并降解的过程； 分子伴侣介导的自噬是指胞质内蛋白先结合到分子伴侣后被转运到溶酶体腔中，然后被溶酶体酶消化的过程。本文主要讨论大自噬，以下简称自噬。

1　 自噬相关调控因子及其信号调控

1.1 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR） 作为细胞生长的中心调节因子，mTOR是调节细胞自噬多条信号通路的重要汇聚点，受多条通路的调节。在mTOR上游，PI3K/AKT信号通路激活mTOR，而LKB1/AMPK、Ras/Raf1/MAPK［5］和TSC2/PTEN/CREB1信号通路则对mTOR起到抑制作用。在mTOR下游有5条途径影响自噬：（1）mTORC1与ULK1复合物解离，不再磷酸化ULK1和Atg13。此时，ULK1自身的激酶域磷酸化Atg13和FIP200，下调自噬泡的形成过程。（2）通过促进4E-BP1的磷酸化，使4E-BP1与eIF4E解离，抑制自噬。（3）mTORC1能够磷酸化p70S6K，促进核糖体蛋白S6和4E-BP1的翻译，从而抑制自噬［6］。（4）死亡相关蛋白1（DAP1）为mTOR下游底物，被证明有抑制自噬的作用［7］。（5）Ambral是mTOR鲜为人知的功能靶标，mTORC1主要是通过磷酸化Ambra 1的Ser52来抑制其前自噬活性［8，9］。

1.2 Beclin1相关调控途径 哺乳动物的Beclin 1与酵母菌Atg6/Vps30是同源基因，其编码的Beclin 1蛋白对自噬的调控具有重要的作用。Beclin 1与多种因子（Atg14L，UVRAG，Bif-1，Rubicon，Ambra1，HMGB1，nPIST，VMP1，SLAM，IP3R，PINK）共同作用来调节脂质激酶Vps34蛋白，促进Beclin 1-Vps34-Vps15核心复合物的形成，从而影响细胞的自噬活性［10］。在这一过程中，III类PI3K激酶复合物是调节作用的核心调控因子，其包括Vps34/PI3KC3催化亚基、Vps15/PI3KR4调节亚基和Beclin 1、UVRAG、Atg14L、Rubicon蛋白［11］。

1.3 Atg蛋白 目前酵母及高等真核生物中已经发现了30多种Atg蛋白，并将其分为不同的功能组：（1）Atg1激酶复合体。（2）Atg9。（3）class III PI3K复合体。（4）Atg12连接系统。（5）Atg8连接系统［12］。在自噬过程中，较多Atg蛋白集中分布在一个初始的与细胞质隔离开的空间，在酵母中这个结构被称为隔离膜集合位点（PAS）［13］。这个结构最终扩大并包住部分细胞质并形成自噬吞噬体。

1.4 P53 作为抑癌基因的P53，对自噬的调节具有双重作用。在细胞质中，p53能抑制细胞自噬，但在细胞核中，p53能上调自噬水平［14］。研究发现，死亡相关蛋白激酶也是细胞自噬的重要调节因子，能激活p53，进而激活AMPK，上调自噬［15］。另外，Bcl-2家族促凋亡蛋白Bax、Bad等也能被p53反式激活，使Beclin-1-Bcl-2复合物得以解离，最终上调细胞自噬［16］。

1.5 自噬相关蛋白LC3 自噬泡膜的延伸是由LC3-I来介导的。LC3-I位于正常状态下的细胞质中。在自噬的诱导下，形成ATG12-ATG5-ATG16L复合体，通过E3样激活，催化其与磷脂酰乙醇胺结合至LC3，使LC3-II水平升高。LC3-II联系着自噬吞噬体膜内外并对其延伸有重要的作用。LC3-II水平的增加意味着自噬吞噬体结构的增加，当然也意味着细胞内自噬水平的升高［17，18］。

2　 自噬与肿瘤

近年来随着科技的进步和研究的深入，人们对自噬有了进一步的认识，发现自噬对肿瘤的发生、发展、治疗起到重要作用。虽然多数肿瘤患者的化疗效果较明显，但其产生的获得性耐药已成为多数肿瘤治疗失败的主要原因。多项研究表明，多种化疗药物能够诱导自噬的发生，包括：紫杉醇、环磷酰胺、多柔比星、吉西他滨等［19，20］，可见肿瘤化疗耐药的形成与自噬之间存在着相关性。然而自噬在肿瘤中发生发展、治疗及耐药中的具体机制尚未完全阐明。

2.1 自噬与乳腺癌：在人类乳腺癌MCF-7细胞中，Sun WL等［21］发现化疗药物EPI（表柔比星）可诱导细胞自噬的形成，促进肿瘤耐药的形成。而通过抑制自噬，则使乳腺癌耐药细胞MCF-7er对EPI的敏感性增加，表明细胞自噬对于肿瘤生存发挥着一种保护性的的作用，临床应用自噬抑制剂可能成为乳腺癌治疗的重要方法之一。在乳腺癌MCF-7细胞中，进一步有研究发现通过增加锌指结构蛋白ZNF32的表达，可激活AKT/mTOR通路，从而抑制细胞自噬，减少自噬相关的乳腺癌细胞死亡，而通过转染ZNF32 siRNA减少ZNF32的表达则促进细胞的自噬，增加自噬相关的肿瘤细胞的死亡。且在小鼠的MCF-7移植瘤模型和乳腺癌患者中，ZNF32和细胞自噬的相互关系也得到验证，表明ZNF32在乳腺癌MCF-7细胞株中发挥着细胞自噬抑制剂的作用，可保护乳腺癌细胞避免自噬诱导的细胞死亡［22］。然而Wu MY等［23］研究发现在MCF-7乳腺癌细胞中，通过敲除迁移抑制因子表达基因，诱导细胞自噬的形成，则能够提高阿霉素和依托泊苷的细胞毒性，表明自噬可以抑制肿瘤的形成，自噬途径的功能缺失与肿瘤的发展存在相关性。

3　 展望

总之，调控自噬并联合化疗药物将是很有前景的肿瘤治疗手段。然而，由于自噬在肿瘤发生、发展及治疗中扮演双重的作用，且自噬的作用与肿瘤的组织细胞类型及所受刺激类型等因素有关，因此，如何调控自噬来协助肿瘤治疗需视具体情况而定。自噬对肿瘤细胞究竟是抑制还是保护？自噬能否成为肿瘤术后治疗的新途径？这些问题仍需不断深入探索。随着研究的不断深入，相信在不久的将来可通过调控细胞自噬水平更好地发挥其治疗肿瘤的作用。

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200090 上海交通大学医学院附属新华医院

2.2 自噬与肺癌 MC Tang等［24］研究发现在吉非替尼（表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂 EGFR-TKIs）化疗耐药的非小细胞肺癌细胞NSCLC中，表达有高水平的LC3-II，细胞自噬水平明显高于化疗敏感组细胞。而通过氯喹与吉非替尼的联合治疗，则明显减少肺癌细胞的生长。然而与此相反的是，Sirichanchuen B等［25］研究发现相比亲本肺癌细胞系，在顺铂耐药肺癌细胞系H460/cis中，具有较低的细胞自噬水平，而当通过顺铂联合三氟拉嗪（自噬的一种诱导物）的协同治疗，则使得H460/cis细胞对顺铂化疗的敏感性增加，表明在肺癌细胞中，自噬水平的降低可能促进顺铂的耐药，提高自噬水平则促进了化疗的敏感性。

2.3 自噬与骨髓瘤 GRP78是一种具有抗凋亡特性的内质网伴侣蛋白，Abdel Malek MA等［26］发现在蛋白酶体抑制剂硼替佐米耐药的骨髓瘤细胞中，GRP78的表达水平显著增加，同时GRP78依赖的细胞的自噬水平也明显提高。而通过抗糖尿病组份二甲双胍与硼替佐米的联合治疗抑制GRP78的表达后，则减少了细胞自噬的形成，提高了硼替佐米的抗骨髓瘤细胞的增殖效应，表明了细胞的自噬与肿瘤耐药的形成有关，而通过抑制细胞自噬有望提高肿瘤化疗的敏感性。

2.4 自噬与膀胱癌 Lian J等［27］发现棉籽酚可通过靶向抑制Bcl-2，促进细胞自噬相关基因Beclin -1的释放，激活细胞自噬通路，从而诱导细胞自噬的形成。Mani J等［28］在膀胱癌细胞系中，利用棉籽酚诱导自噬水平的提高，导致肿瘤化疗耐药的形成，而通过使用自噬抑制剂3-MA、巴佛洛霉素A1及RNAi技术敲低atg5基因表达而抑制细胞自噬后，细胞毒性和总体的细胞凋亡率有所增加，表明细胞自噬可能促进了化疗耐药的形成，而通过化疗药物与自噬抑制剂的联合治疗，可能为治疗耐药的肿瘤细胞提供新方法。

2.5 自噬与肝癌∶EPI已经被报道在乳腺癌、肝癌细胞中诱导细胞的自噬，且引起药物的耐药［29，30］。Song B等［31］分别用EPI（表柔比星）及EPI+UTI（表柔比星+蛋白酶体抑制剂乌司他丁）处理肝癌细胞系SMMC-7721和MHCCLM3，发现乌司他丁UTI明显地抑制EPI诱导的细胞自噬的过程，促进细胞的凋亡。在小鼠的活体试验中，进一步证实乌司他丁UTI主要是通过抑制NF-kB信号通路相关的自噬，而促进细胞的凋亡，提高化疗的敏感性。同样，Peng WX等［32］亦发现在肝癌细胞系HepG2细胞中，慢病毒介导的shLC3（RNAi技术敲低LC3基因的表达）和表柔比星的联合治疗显著地降低HepG2细胞自噬水平，并使表柔比星化疗的敏感性增加。综上所述，通过抑制细胞自噬过程可能增加肿瘤细胞的化疗敏感性，而这也为临床上肿瘤的药物治疗提供新的方向。

2.6 自噬与卵巢癌 Ying H等［33］将病理诊断为上皮卵巢癌的患者40例，分为化疗敏感组及化疗耐药组，并通过免疫组织化学方法检测化疗耐药组细胞中的Beclin-1和PTEN蛋白表达低于化疗敏感组，且表达率的不同存在统计学意义。同时也发现Beclin-1和PTEN的表达呈正相关。表明Beclin-1和PTEN蛋白的低表达与卵巢癌的药物耐药存在相关性，而Beclin-1可能与PTEN的相互作用可能同时参与药物耐药的形成，提示在药物耐药的卵巢癌细胞中，细胞自噬的活性发生了改变。Sun Y 等［34］在顺铂耐药的卵巢癌细胞中（SKOV3/DDP），通过转染Beclin-siRNA抑制Beclin 1的表达，不仅增加细胞凋亡率，同时也增加细胞对化疗的敏感性，表明Beclin-1相关的细胞自噬与卵巢癌的药物耐药密切相关，通过靶向抑制自噬可能提高卵巢癌的化疗敏感性。类似研究发现相比较卵巢癌A2780细胞，在卵巢癌顺铂耐药A2780cp细胞中，顺铂诱导更多的自噬体的形成，LC3II和Beclin1自噬相关蛋白的表达水平亦明显增加。在A2780cp细胞中，通过顺铂与3-MA的联合处理及敲除Beclin1基因，抑制细胞自噬活性后，均显著提高顺铂诱导的细胞凋亡，提高卵巢癌化疗的敏感性［35］。