魏霞 趙昃 周廣增 李龍玉 楊艷(河南省人民醫(yī)院藥學(xué)部 河南鄭州 450003)

?

自噬在腫瘤治療中的研究進展

魏霞 趙昃 周廣增 李龍玉 楊艷
(河南省人民醫(yī)院藥學(xué)部 河南鄭州 450003)

【關(guān)鍵詞】自噬;腫瘤治療;自噬抑制劑

雖然尚難定論自噬究竟引起細胞死亡還是維持生存,但是越來越多的報道表明,在接受放射性治療或化學(xué)藥物治療后,自噬能促進腫瘤細胞生長[1-4]?而給予自噬抑制劑如3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine)?氯喹(chloroquine),或者敲降自噬相關(guān)基因如Atg-7?Beclin1,可以使在化療或放療中產(chǎn)生抵抗的數(shù)種腫瘤重獲敏感性?因此,自噬有可能是下一種極具開發(fā)潛力的抗腫瘤藥物靶點?

1 自噬是引起腫瘤對治療產(chǎn)生抵抗的原因之一

在正常細胞中,自噬相關(guān)基因能一定程度上促進細胞在營養(yǎng)物質(zhì)缺乏的條件下存活?在進展期腫瘤中,當腫瘤的生長超出了它們的血管供給?面對著缺氧或者代謝壓力時,自噬能使腫瘤細胞免于死亡?繼續(xù)增殖[3,5,6]?

化療或者放療對推遲腫瘤的復(fù)發(fā)和延長患者的生存期至關(guān)重要,但令人苦惱的是,腫瘤細胞在治療后的長時間休眠后再次增殖[7]?自噬在這一過程中扮演了促進腫瘤存活和進展的重要角色?腫瘤接受傳統(tǒng)治療后,腫瘤細胞能增強自噬活性,清除因電離輻射?細胞毒性而受損的大分子或線粒體,阻斷線粒體的凋亡信號級聯(lián)傳導(dǎo)?抑制腫瘤細胞的凋亡,從而促進其存活[8],這是腫瘤對治療手段產(chǎn)生抵抗的重要原因之一?

2 抑制自噬可以增強多種癌細胞對治療的敏感性

據(jù)此,自噬可被認為是誘導(dǎo)細胞死亡的又一種途徑,并且理論上對自噬進行抑制應(yīng)該會使細胞存活下去?但相反,實驗發(fā)現(xiàn),當給予自噬抑制劑后,腫瘤細胞不但未得到很好的增殖,反而使其對化療和放療呈現(xiàn)出更敏感的反應(yīng)性[9-10]?

目前已有實驗證明,無論是自噬抑制劑的使用,如3-甲基腺嘌呤,羥氯喹(hydroxychloroquine),巴法羅霉素(bafilomycin A1),莫能星(monensin)還是敲除自噬相關(guān)基因(如Atg3,Atg4b,Atg4c,Bec-1/Atg6,Atg10,Atg12),均能夠使腫瘤細胞對一系列壓力變化產(chǎn)生敏感性?如葡萄糖或者氨基酸的缺少;生長因子的缺乏[11];放射性治療;環(huán)磷酰胺或替莫唑胺等烷化劑的治療[12]?同樣,體內(nèi)一種Myc誘導(dǎo)的淋巴瘤小鼠模型,給予氯喹或者敲降A(chǔ)tg-5自噬基因后能夠增強p53誘導(dǎo)的反應(yīng)并造成DNA損傷,致使腫瘤生長受到抑制[13]?提示腫瘤細胞自身具有通過自噬緩解壓力的促生存機制,以此來降低腫瘤組織對化療和放療的敏感性,弱化傳統(tǒng)手段對腫瘤的治療作用?

因此,對自噬的抑制可能揭示一種新的戰(zhàn)略思路——通過降低腫瘤細胞面對外界不利因素時引發(fā)自保的能力,最終提高腫瘤對放療和化療的敏感性?通過相關(guān)體外實驗研究,將氯喹與傳統(tǒng)抗腫瘤手段聯(lián)用治療惡性膠質(zhì)母細胞瘤實驗已經(jīng)取得了令人鼓舞的成績[14]?順鉑與5-氟尿嘧啶分別與自噬抑制劑聯(lián)用,增強了各自治療食管癌的活性[15]?

3 抑制自噬發(fā)生的研究進展

腫瘤細胞常常通過突變?nèi)コ陨淼牡蛲龌?卻會在不同程度上保留自噬基因[16]?臨床研究報道,合理的化療或者放療幾乎可以完全殺死腫瘤細胞,但是一段時間之后,腫瘤細胞再次增殖并且表現(xiàn)出對原有化療藥物和放射治療劑量的低敏感性,這往往是腫瘤治療失敗的主要原因?腫瘤復(fù)發(fā)是臨床上一個極其常見卻又棘手的問題,主要因為腫瘤被根除后的少量殘存細胞經(jīng)歷長時間的代謝壓力后再次增殖?通過實驗證明,抑制自噬的發(fā)生對某些腫瘤的治療有促進作用,為此自噬抑制劑的研究以及敲除自噬相關(guān)基因的手段已經(jīng)進入研發(fā)和臨床試驗階段?

3.1 自噬抑制劑的分類

3.1.1 自噬溶酶體形成抑制劑(sequstration inhibitors) 包括3-MA,LY294002,渥曼青霉素(wortmannin)?主要抑制PI3KⅠ和PI3KⅢ活性[17],PI3KⅠ生成的產(chǎn)物促進自噬溶酶體的形成,而PI3KⅢ生成的產(chǎn)物抑制自噬溶酶體的形成,但是由于PI3KⅢ位于PI3KⅠ的下游,所以該類藥總體是抑制自噬溶酶體的形成,以達到抑制自噬發(fā)生的目的?除此之外,環(huán)己酰亞胺(cy-cloheximide)可以在體內(nèi)外顯著抑制自噬的發(fā)生[18],并且已被用來研究各種自噬因素共有的藥動力學(xué)特點[19]?但是其詳細作用機制尚不清楚,可以排除對蛋白合成的直接抑制作用[20]?

3.1.2 自噬溶酶體形成后抑制劑(post-sequestration agents)該類藥物已在多數(shù)實驗中用于抑制內(nèi)源性蛋白的降解和增加自噬體內(nèi)部間隔的數(shù)量?它們可引起被降解物質(zhì)在自噬體或自噬溶酶體中的囤積,從而影響自噬溶酶體內(nèi)部水解酶進一步消化降解老化蛋白或壞死細胞器的功能?該類抑制劑主要包括長春花生物堿類,如長春堿(vinca alkaloids),其他抑制微管聚合的微管毒物,溶酶體酶抑制劑(如亮抑蛋白酶)和升高溶酶體內(nèi)部pH值的化合物(如巴弗洛霉素A1和氯喹)?

3.1.3 α,β-不飽和酮類 該類藥物具有特定的α,β-不飽和酮結(jié)構(gòu),并且能夠誘導(dǎo)自體吞噬的細胞死亡,同時伴隨著線粒體形態(tài)學(xué)的改變[21]?

3.2 自噬基因的敲除或者敲降 利用敲除自噬相關(guān)基因,如體內(nèi)模型構(gòu)建Atg基因敲除小鼠[22]或者功能性敲降(利用RNAi技術(shù))達到抑制自噬產(chǎn)生的目的,這提供了一個更直接的評價方法?在特定的實驗中,使用敲除或者敲降基因的方法驗證具有多功能的自噬基因是比較明智和合理的,這樣可以排除對應(yīng)蛋白的非自噬功能引起的假陽性?這點特別適用于評價Beclin1,該蛋白既可以與Becl-2蛋白相互作用,也可以與Atg5發(fā)生作用[23]?

3.3 利用顯性失活的抑制因子(dom inant negative inhibi-tors)進行干擾 特異性地通過顯性失活的抑制因子來干擾自噬,可以將這些試劑瞬轉(zhuǎn)入細胞內(nèi),而腺病毒?TAT調(diào)節(jié)的蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)提供了體內(nèi)外的應(yīng)用可能性[24]?

不同的自噬抑制劑作用于不同的自噬階段已經(jīng)被研究并應(yīng)用于目前的抗腫瘤臨床前研究和臨床研究?正是研究者對自噬與腫瘤發(fā)生?發(fā)展關(guān)系的深入探索及對自噬發(fā)生過程的洞察才使得迄今已經(jīng)有多種不同機制的自噬抑制劑誕生,臨床前的評價已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它們在減少癌癥復(fù)發(fā)?提供腫瘤細胞對治療的敏感性方面有巨大作用,所以一些藥物已經(jīng)進入臨床試驗來驗證自噬抑制劑能否在日后的抗癌研究及腫瘤耐藥性治療中提供標準化的醫(yī)治方法(見表1)?

表1 部分自噬抑制劑與抗腫瘤相關(guān)的臨床研究

4 結(jié)語

在腫瘤的臨床治療中,最困擾醫(yī)生和患者的是標準化治療后的復(fù)發(fā),而這種情況是由癌細胞對治療抵抗而產(chǎn)生的?盡管自噬對于腫瘤細胞究竟是促進生長還是誘導(dǎo)死亡仍然未有確切結(jié)論,但是目前體內(nèi)外實驗均指出在抗腫瘤治療過程中自噬能夠維持腫瘤細胞繼續(xù)生長[25]?這說明癌細胞可能通過自噬繼續(xù)生存,盡管化療或放療都有嚴格的規(guī)劃性?因此,通過shRNA敲降或使用自噬抑制劑來阻斷自噬的發(fā)生可能是將來治療腫瘤耐藥性的一種行之有效的方法?

參考文獻

[1] Carew JS,Nawrocki S T,Kahue C N,et al.Targeting autophagy aug-ments the anticancer activity of the histone deacetylase inhibitor SAHA to overcome Bcr-Abl-mediated drug resistance[J].Blood,2007,110(1):313-322.

[2] Apel A,Herr I,Schwarz H,et al.Blocked autophagy sensitizes resist-ant carcinoma cels to radiation therapy[J].Cancer Res,2008,68(5):1485-1494.

[3] Kidd M E,Shumaker D K,Ridge KM.The role of vimentin intermedi-ate filaments in the progression of lung cancer[J].Am JRespir Cell MolBiol,2014,50(1):1-6.

[4] Holt S V,Wyspianska B,Randal K J,et al.The development of an immunohistochemicalmethod to detect the autophagy-associated pro-tein LC3-Ⅱin human tumor xenografts[J].Toxicol Pathol,2011,39(3):516-523.

[5] Levine B.Cel biology:autophagy and cancer[J].Nature,2007,446 (7137):745-747.

[6] Eskelinen E L,Deretic V,Neufeld T,et al.4th International symposi-um on autophagy:exploiting the frontiers of autophagy research[J].Autophagy,2007,3(2):166-173.

[7] Mathew R,Karantza-Wadsworth V,White E.Role of autophagy in cancer[J].Nat Rev Cancer,2007,7(12):961-967.

[8] Longo L,Platini F,Scardino A.Autophagy inhibition enhances antho-cyanin-induced apoptosis in hepatocelular carcinoma[J].Mol Canc-er Ther,2008,7(8):2476-85.

[9] Maiuri M C,Zalckvar E,Kroemer G.Self-eating and self-kiling:crosstalk between autophagy and apoptosis[J].Nat Rev Mol Cel Bi-ol,2007,8(9):741-752.

[10]Galuzzi L,Vicencio JM,Kepp O,etal.To die or not to die:that is the autophagicquestion[J].Curr Mol Med,2008,8(2):78-91.

[11]Chen P,Yu J,Chalmers B.Pharmacologicalascorbate induces cytotox-icity in prostate cancer cels through ATP depletion and induction of autophagy[J].Anticancer Drugs,2012,23(4):437-444.

[12]Totino PR,Daniel-Ribeiro C T,Corte-Real S.Plasmodium falcipa-rum:erythrocytic stages die by autophagic-like cel death under drug pressure[J].Exp Parasitol,2008,118(4):478-486.

[13]Cui J,Hu Y F,Feng X M,et al.Inhibitors and autophagy in cancer treatment[J].Tumour Biol,2014,128(4):78-86.

[14]Zhang C F,Gruber F,Ni C,et al.Suppression of autophagy dysregu-lates the antioxidant response and causes premature senescence ofmel-anocytes[J].Invest Dermatol,2014,13(6):123-128.

[15]Scheuing L,Chiu C T,Liao H M.Preclinical and clinical investigations of mood stabilizers for huntington's disease:whathavewe learned?[J].Int JBiolSci,2014,10(9):1024-1038.

[16]Noack J,Choi J,Richter K,et al.A sphingosine kinase inhibitor com-bined with temozolomide induces glioblastoma cel death through accu-mulation of dihydrosphingosine and dihydroceramide,endoplasmic retic-ulum stress and autophagy[J].Cel Death Dis,2014,5(12):14-25.

[17]Liou JS,WuY C,Yen W Y.Inhibition of autophagy enhances DNA damage-induced apoptosis by disrupting CHK1-dependent S phase arrest[J].Toxicol Appl Pharmacol,2014,278(3):249-258.

[18]Yu L,Gu C,Zhong D.Induction of autophagy counteracts the antican-cer efect of cisplatin in human esophageal cancer cels with acquired drug resistance[J].Cancer Let,2014,24(5):37-43.

[19]Sotelo J,Briceno E,Lopez-Gonzalez M A.Addingchloroquine to con-ventional treatment for glioblastomamultiforme:a randomized,doubleblind,placebo-controled trial[J].Ann Intern Med,2006,144(5):337-343.

[20]Pilai K,Ehteda A,Akhter J.Anticancer efect of bromelain with and without cisplatin or5-FU on malignant peritonealmesothelio-ma cels[J].Anticancer Drugs,2014,25(2):150-160.

[21]Sheng Y,Sun B,Guo W T.3-Methyladenine induces cel death and its interaction with chemotherapeutic drugs is independent of autoph-agy[J].Biochem Biophys Res Commun,2013,432(1):5-9.

[22]O'Donovan TR,O'Sulivan GC,McKenna SL.Induction ofautoph-agy by drug-resistant esophageal cancer cels promotes their survival and recovery folowing treatmentwith chemotherapeutics[J].Autoph-agy,2011,7(5):509-524.

[23]Chang L,Graham P H,Hao J.PI3K/Akt/mTOR pathway inhibitors enhance radiosensitivity in radioresistant prostate cancer cels through inducing apoptosis,reducing autophagy,suppressing NHEJand HR re-pair pathways[J].Cel Death Dis,2014,5(21):43-47.

[24]Kovacs A L,Laszlo L,Kovacs J.Efect of amino acids and cyclohexi-mide on changes caused by vinblastine,leupeptin and methylamine in the autophagic/lysosomalsystem ofmousehepatocytes in vivo[J].Exp Cel Res,1985,157(1):83-94.(收稿日期:2015-09-07)

通訊作者:趙昃,E-mail:zhaoze@live.com?

【中圖分類號】R 730.5

doi:10.3969/j.issn.1004-437X.2016.01.037