細胞自噬在腫瘤發(fā)生發(fā)展中作用的研究進展

李丁，張鵬

(天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院·國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津300060)

摘要：細胞自噬不僅能為受損或基因突變的細胞提供營養(yǎng)物質(zhì)，繼續(xù)生存，亦能使凋亡機制受損的細胞通過自我消化發(fā)生死亡，清除體內(nèi)異常細胞，維持機體健康；自噬亦能促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展。探討細胞自噬發(fā)生的分子機制，明確相應(yīng)的信號途徑有助于利用細胞自噬抑制腫瘤細胞的生長。

關(guān)鍵詞：腫瘤；細胞自噬；細胞凋亡

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2015.45.042

中圖分類號：R730 文獻標志碼：A

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(81302250,81372307)；天津市衛(wèi)生局科技

收稿日期：(2015-08-10)

通信作者：張鵬

目前，一種不依賴凋亡途徑的細胞死亡——細胞自噬已成為研究熱點[1]。較高水平的細胞自噬能使凋亡機制受損的細胞直接死亡；同時，細胞自噬亦是除外泛素化降解系統(tǒng)另一種主要的真核細胞內(nèi)蛋白降解機制，這種降解機制不僅能在細胞饑餓時為其提供氮源，亦能幫助細胞清除代謝廢物，使腫瘤細胞在惡劣環(huán)境下繼續(xù)生存，甚至可抵抗化療藥物。研究發(fā)現(xiàn)，細胞自噬在維持機體健康及疾病發(fā)生中均發(fā)揮重要作用。現(xiàn)將細胞自噬在腫瘤發(fā)生發(fā)展中作用的研究進展綜述如下。

1細胞自噬的概念

自噬是細胞的自我消化過程。目前認為，自噬主要通過3種方式實現(xiàn)細胞內(nèi)自我消化，分別為分子伴侶介導(dǎo)的自噬(CMA)、巨自噬及微自噬。CMA僅存在于哺乳動物細胞中，主要用來降解可溶性蛋白；而其他兩種自噬途徑則廣泛存在于真核細胞包括哺乳動物細胞、植物細胞及真菌中，不僅能介導(dǎo)蛋白質(zhì)的降解，亦能降解細胞器。在不同器官及微環(huán)境中細胞選擇的自噬途徑亦不一致，上述3種自噬途徑亦可能在同一個細胞中同時發(fā)生[2]。作為細胞內(nèi)物質(zhì)降解的重要途徑，營養(yǎng)缺乏往往是自噬的誘因，細胞通過自噬降解其內(nèi)的細胞器或蛋白，為細胞基本的生命活動提供氮源及其他小分子物質(zhì)，此時如果細胞自噬機制受損，則無法合成維持生命活動的基本物質(zhì)，導(dǎo)致細胞死亡；相反，如果自噬程度過高，細胞將陷于自我消化的惡性循環(huán)，最終死亡。細胞自噬亦是細胞清除錯誤折疊的蛋白質(zhì)、代謝廢物及毒性氧自由基的基本途徑，能有效防止代謝物對細胞及基因組的損傷，因而自噬能發(fā)揮抗腫瘤、抗老化作用；但另一方面，自噬過程能為細胞提供營養(yǎng)物質(zhì)，幫助其渡過惡劣環(huán)境，亦起到了促進腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用，因此自噬被認為是腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的“雙刃劍”。

2細胞自噬對腫瘤的抑制作用

與前自噬小體形成相關(guān)的三磷酸肌醇激酶(PI-3K)，其組分Becline1、紫外線抵抗相關(guān)蛋白(UVRAG)及Bif已被證實具有抑制腫瘤的作用。Becline1不僅能使PtdIns轉(zhuǎn)化為形成自噬泡必需的PtdIns 3，亦能與Bcl-2相互作用；Becline1在酵母中的同源物為APG6/VPS3，其單等位基因缺失在40%～75%散發(fā)的乳腺癌和卵巢癌患者中被發(fā)現(xiàn)，而正常乳腺上皮中Becline1的表達水平則高于腫瘤組織，這亦是自噬與腫瘤存在聯(lián)系的首次發(fā)現(xiàn)[3]；人乳腺癌細胞(MCF7)中，自噬激活的Becline1能在體外抑制MCF7的增殖和克隆形成，并且抑制其在裸鼠內(nèi)的成瘤性；能與Becline1相互作用的Bcl-2最早作為原癌基因，其在淋巴細胞中因易位而被激活，Bcl-2家族的部分成員為凋亡所需，另一部分則阻礙細胞凋亡，具有抗凋亡功能，如Bcl-2的表達會阻止Fas/TNF-R1通路介導(dǎo)的細胞凋亡，與其他Bcl-2結(jié)合蛋白不同，Becline1不能失活Bcl-2的抗凋亡功能，過表達Becline1不能引起細胞凋亡，但是與Bcl-2結(jié)合的Becline1卻失去了介導(dǎo)自噬的功能。上述研究證明Becline1對腫瘤細胞的抑制作用是通過自噬而非凋亡途徑實現(xiàn)的[3,4]。

PI3K的另一非組成型亞基Bif-1，最初是作為Bax結(jié)合蛋白被發(fā)現(xiàn)的，Bif-1作為一個保守的胞質(zhì)蛋白，其C端含有SH3結(jié)構(gòu)域，通過與Beclin1相互作用，參與自噬小體的形成，但與Bcl-2家族的其他成員間無同源序列。在營養(yǎng)缺乏調(diào)節(jié)下，Bif-1能在胞質(zhì)中富集LC3/Atg8、Atg5及Atg9，促使自噬小體的形成，抑制Bif-1，降低細胞自噬，敲除Bif-1則會使小鼠發(fā)生散發(fā)性腫瘤[5]，進一步證明Bif-1的腫瘤抑制作用。近年來對各種人類腫瘤的研究發(fā)現(xiàn)，Bif-1在胰腺導(dǎo)管腺癌、結(jié)直腸癌、前列腺癌、膀胱癌、膽管癌及胃癌中表達下降，是上述腫瘤中的抑癌基因，但最近有關(guān)肝細胞癌的研究數(shù)據(jù)提出，Bif-1在肝細胞癌中更像一個原癌基因而非腫瘤抑制基因，高表達Bif-1是肝細胞癌患者不良預(yù)后的獨立危險因素[6]。

UVRAG蛋白被證實能通過直接作用正向調(diào)控Becline1，促進自噬的發(fā)生，UVRAG的單等位基因缺失在各種人類結(jié)腸癌中被發(fā)現(xiàn)，恢復(fù)HCT116結(jié)腸癌細胞中UVRAG的表達能增加細胞自噬，抑制細胞增殖，而沉默其表達則抑制自噬，此外，UVRAG第8外顯子(A)10微衛(wèi)星序列在結(jié)腸癌及胃癌中發(fā)現(xiàn)移碼突變，使其終止密碼子提前出現(xiàn)，產(chǎn)生失去調(diào)節(jié)自噬功能的UVRAG蛋白[7]。

盡管已證實Becline1、Bif-1及UVRAG能通過自噬抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展，但除外作為IP-3K的組分影響自噬外，上述3種因子還具有其他功能。Becline1及Bif-1能與Bcl-2結(jié)合，Becline1同時亦是caspase-3、7、8的底物；Bif-1能下調(diào)EGFR的表達，從而降低MDA-MB231的遷移；UVRAG除通過自噬途徑抑制腫瘤，還與DNA損傷修復(fù)及維持中心粒的穩(wěn)定性有關(guān)；因此，自噬并不是Becline1、Bif-1及UVRAG抑制腫瘤的唯一途徑。相比之下，與自噬核心機制相關(guān)的Atg4C更能證明自噬與腫瘤的關(guān)系，Atg4蛋白作為ROS感受器能通過半胱氨酸殘基的氧化引起自噬，Atg 4C敲除小鼠表現(xiàn)出饑餓介導(dǎo)的自噬水平下降，易發(fā)纖維肉瘤[8]。此外，自噬亦是除凋亡外細胞死亡的另一種途徑，部分能誘導(dǎo)自噬的藥物如替莫唑胺能使抵抗凋亡的膠質(zhì)瘤細胞死亡，非甾體類抗炎藥物SSA通過誘導(dǎo)自噬介導(dǎo)腫瘤細胞的死亡，siRNA沉默Atg 7能減弱SSA介導(dǎo)的自噬引起細胞死亡，肺癌細胞中SSA能通過抑制Akt/mTOR途徑誘導(dǎo)自噬引起細胞死亡，過表達Akt能抵抗SSA介導(dǎo)的細胞死亡[9]。

失巢凋亡是一種黏附依賴生長的細胞脫離依附的胞外基質(zhì)而啟動的細胞凋亡，失巢凋亡對機體的正常發(fā)育至關(guān)重要，其可確保脫離基質(zhì)的細胞死亡,而失巢凋亡的消失則是腫瘤細胞脫離當前生存環(huán)境，向遠處器官轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)[10,11]。CDCP 1-PKCδ信號途徑引起的自噬抑制被發(fā)現(xiàn)是肺癌細胞抵抗失巢凋亡的關(guān)鍵因素, CDCP 1是CUB結(jié)構(gòu)域結(jié)合蛋白1，與抑制失巢凋亡促進腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)，siRNA沉默CDCP 1表達會引起懸浮細胞死亡，但這一過程中caspase-3未發(fā)生剪切，說明抑制CDCP 1介導(dǎo)的細胞死亡并不是由凋亡引起的，而同時沉默CDCP 1及其下游靶蛋白PKCδ的表達，會引起LC3-Ⅱ增高，此外，F(xiàn)yn激酶磷酸化CDCP 1能減少自噬小體形成，而這一過程能被PKCδ的激酶抑制劑所抑制，說明自噬參與失巢凋亡能抑制細胞轉(zhuǎn)移[12]。

3細胞自噬對腫瘤的促進作用

缺氧、缺血及放療均能引起腫瘤細胞自噬水平升高，腫瘤組織缺乏血供，易發(fā)生轉(zhuǎn)移，使腫瘤細胞處于代謝應(yīng)激狀態(tài)，而此時自噬能幫助凋亡機制缺陷的腫瘤細胞在這種代謝應(yīng)激條件下繼續(xù)生存[13,14]。研究發(fā)現(xiàn)，當下調(diào)Becline1、Atg 14及LC3-Ⅱ后，再使用雷帕霉素處理細胞，細胞不能生存，但當存在外源誘導(dǎo)的自噬(如使用海藻糖或鈣依賴蛋白酶抑制劑能誘導(dǎo)自噬)，雷帕霉素不能引起細胞凋亡，同樣雷帕霉素介導(dǎo)的凋亡亦能被自噬抑制劑3-MA或沉默Atg 5而逆轉(zhuǎn)，說明當各種因素引起細胞微環(huán)境改變時，自噬能保護細胞免受損失[15]。

研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞的生長、轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的特點與干細胞十分相似。腫瘤組織中只有一少部分細胞具有腫瘤干細胞的能力，腫瘤干細胞是腫瘤維持自我更新，無限繁殖并向遠處器官轉(zhuǎn)移的重要因素[16,17]。近期在乳腺癌中的研究發(fā)現(xiàn)，細胞自噬是乳腺癌組織中的腫瘤干細胞樣細胞(CSC)成瘤的必要因素；K/H離子載體Salinomycin(Sal)在紫杉醇處理的乳腺癌干細胞樣細胞中活性下降，盡管原因不清，但研究證實Sal能在CSC及非CSC中阻止自噬及溶酶體蛋白酶的活性，利用帶有綠色熒光蛋白的GFP-LC3及含有紅色熒光蛋白的LysoTracker-Red檢測發(fā)現(xiàn)Sal處理后的細胞自噬小體不能與溶酶體融合，Sal能顯著抑制乙醛脫氫酶陽性的HMLER細胞自噬水平，并且增加其凋亡，這一增加細胞凋亡的效應(yīng)在自噬相關(guān)蛋白Atg7缺失的情況下更為明顯，在新發(fā)現(xiàn)Sal介導(dǎo)的自噬-溶酶體途徑中，細胞自噬水平受抑后CSC的成瘤性受到抑制[18]。

在腫瘤治療方面常選擇通過抑制自噬來抑制腫瘤，如沉默Atg蛋白能使腫瘤細胞對化療和放療更加敏感，通過氯喹抑制小鼠淋巴瘤細胞的自噬，能增加p53或DNA烷化劑介導(dǎo)的細胞死亡和細胞抑制，細胞自噬抑制劑3-MA及巴弗洛霉素能使提高膠質(zhì)瘤細胞對放療的敏感性[19]。此外，腫瘤的耐藥有時亦與自噬有關(guān)，有研究認為，腫瘤細胞對雷帕霉素的耐藥有可能是通過抑制TOR途徑引起自噬水平升高造成的[20]；抗腫瘤藥物5-FU能誘導(dǎo)A549細胞產(chǎn)生明顯自噬，促進Beclin1產(chǎn)生，p62蛋白水平下降，細胞中出現(xiàn)酸性囊泡，使用自噬抑制劑3-MA或利用siRNA沉默Atg7表達能增強5-FU介導(dǎo)的細胞凋亡，并能刺激ROS的產(chǎn)生從而介導(dǎo)細胞凋亡，這一現(xiàn)象證明5-FU介導(dǎo)的細胞自噬能減少其引起的細胞凋亡，是腫瘤細胞抵抗該藥物的機制之一[21]。

綜上所述，自噬在腫瘤中的功能有矛盾性，一方面當細胞在遇到壓力(如代謝應(yīng)激、缺氧、細胞毒性藥物等)時，缺乏自噬會引起死亡，同樣過高水平的自噬亦會使凋亡機制受損的細胞直接死亡，這些均有助于腫瘤的治療；但另一方面，適當?shù)淖允梢嗄軒椭毎挚顾劳?。因此，在考慮增加或減少細胞自噬以抑制腫瘤時，應(yīng)首先明確自噬在不同腫瘤細胞中的作用，不同的動物模型提示我們，在凋亡機制受損的細胞中，自噬對腫瘤的抑制作用可能大于促進作用；而由原癌基因引起的腫瘤，抑制自噬則可能起到抑制腫瘤的作用。因此，不同腫瘤中自噬的機制研究對于腫瘤的治療、抗腫瘤藥物的研發(fā)有重要意義。

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