陳金東

(羅切斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心 泌尿科腎癌研究室，羅切斯特 紐約　14642，美國(guó))

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候鳥(niǎo)之窗

細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡在細(xì)胞中的作用

陳金東

(羅切斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心 泌尿科腎癌研究室，羅切斯特 紐約14642，美國(guó))

[摘要]細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡在功能上的關(guān)系復(fù)雜微妙。細(xì)胞自噬，也可說(shuō)成是自食(self-eating)，其結(jié)果是導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)一部分受損或多余的老化的蛋白和細(xì)胞器被吞噬和降解或消化，使細(xì)胞更利于生存；而細(xì)胞凋亡，是一種細(xì)胞自殺(self-killing)過(guò)程，最終導(dǎo)致整個(gè)細(xì)胞死亡，所有細(xì)胞成分均被其它活細(xì)胞降解和消化。在受環(huán)境條件影響較少時(shí)，細(xì)胞自噬抑制細(xì)胞凋亡。然而，當(dāng)自噬使細(xì)胞內(nèi)蛋白和細(xì)胞器過(guò)量消耗，致使細(xì)胞無(wú)法繼續(xù)生存下去時(shí)，細(xì)胞即會(huì)轉(zhuǎn)化成凋亡。在個(gè)別情況下，自噬也可引起細(xì)胞死亡。值得一提的是，自噬和凋亡涉及到很多與凋亡有關(guān)的蛋白, 例如p53和BH3-only蛋白等。在癌細(xì)胞形成的早期，自噬抑制癌細(xì)胞生成；而在癌細(xì)胞形成后，癌細(xì)胞利用自噬來(lái)促進(jìn)癌細(xì)胞生存，抑制細(xì)胞凋亡，從而可能導(dǎo)致癌細(xì)胞對(duì)化療藥物產(chǎn)生抗藥性。因此，如果在化療時(shí)，同時(shí)對(duì)細(xì)胞自噬進(jìn)行抑制，將有利于增強(qiáng)治療效果。

[關(guān)鍵詞]細(xì)胞自噬;細(xì)胞凋亡;細(xì)胞程序化死亡;癌癥;p53;BH3-only

近年來(lái)細(xì)胞自噬和細(xì)胞凋亡引起了廣大科研工作者的興趣。細(xì)胞自噬涉及細(xì)胞自食，即細(xì)胞將細(xì)胞內(nèi)多余或受損的蛋白及細(xì)胞器清理掉，使細(xì)胞繼續(xù)生存下去。相反，細(xì)胞凋亡通過(guò)細(xì)胞內(nèi)的遺傳機(jī)制有序地使細(xì)胞走向死亡，最終整個(gè)細(xì)胞的成分被消化降解。因此，正常情況下，細(xì)胞自噬起著保護(hù)細(xì)胞的作用；而細(xì)胞凋亡則負(fù)責(zé)清除老化受損的或突變的細(xì)胞，從而保護(hù)個(gè)體的健康。細(xì)胞自噬和細(xì)胞凋亡在細(xì)胞內(nèi)都是有序地進(jìn)行的遺傳機(jī)制。

細(xì)胞自噬首先形成自噬膜，自噬膜一般由細(xì)胞內(nèi)線粒體或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜脫落形成(見(jiàn)圖1)。有時(shí)高爾基體和細(xì)胞質(zhì)膜也可形成自噬膜(isolation membrane); 接著自噬膜將細(xì)胞內(nèi)不要的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器包裹起來(lái)，形成自噬泡(autophagosome); 自噬泡隨后與細(xì)胞內(nèi)溶酶體融合，形成自噬溶酶體(autolysosome), 溶酶體內(nèi)的酶將蛋白和細(xì)胞器水解消化，釋放出來(lái)的小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可供細(xì)胞利用。

圖1　細(xì)胞自噬的過(guò)程

細(xì)胞凋亡是幾類細(xì)胞程序化死亡之一(見(jiàn)圖 2)，涉及到一系列的細(xì)胞形態(tài)學(xué)變化如細(xì)胞核濃縮(pyknosis)和片段化(karyorrhexis)，質(zhì)膜皺褶泡化(blebbing)，并形成凋亡體(apoptotic bodies)而被分解消化。細(xì)胞凋亡伴隨著一系列的生化改變，包括線粒體外膜透化(mitochondrial outer membrane permeabilization，MOMP), 半胱天冬酶(caspase)3、半胱天冬酶6和半胱天冬酶7的激活，以及分解代謝水解酶的活化。

圖2　細(xì)胞凋亡的過(guò)程

細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡的關(guān)系復(fù)雜，雖然自噬與凋亡可在同一細(xì)胞內(nèi)發(fā)生，但自噬與凋亡是相互抑制的。當(dāng)細(xì)胞受環(huán)境壓力較小時(shí)，細(xì)胞啟動(dòng)自噬機(jī)制克服壓力，避免細(xì)胞死亡；但當(dāng)環(huán)境壓力加大或持續(xù)過(guò)長(zhǎng)時(shí)，細(xì)胞自噬過(guò)度消耗細(xì)胞內(nèi)的蛋白和細(xì)胞器而使細(xì)胞無(wú)法繼續(xù)生存，這時(shí)細(xì)胞啟動(dòng)凋亡程序并抑制自噬，使細(xì)胞進(jìn)行程序化死亡。本文就細(xì)胞自噬和凋亡在癌細(xì)胞中的作用關(guān)系作一綜述。

1細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡之間的相互作用

1.1細(xì)胞自噬抑制細(xì)胞凋亡盡管自噬和凋亡在同一細(xì)胞內(nèi)受相同上游信號(hào)的控制，但二者在細(xì)胞內(nèi)的作用是彼此抑制的。自噬抑制凋亡的一個(gè)主要機(jī)制是線粒體自噬(mitophagy)。線粒體是決定生存或死亡的場(chǎng)所，MOMP的出現(xiàn)是線粒體受損的主要標(biāo)志，也是誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入凋亡的開(kāi)始。MOMP會(huì)引起代謝水解酶(catabolic hydrolases)和半胱天冬酶激活子從線粒體中釋放，并導(dǎo)致線粒體內(nèi)膜受損。代謝水解酶包括凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis-inducing factor, AIF)和核酸內(nèi)切酶G(endonuclease G)，而半胱天冬酶則包括細(xì)胞色素C(cytochrome c)和SMAC(second mitochondria-derived activator of caspase)。這些酶一旦釋放到細(xì)胞質(zhì)中，就會(huì)降解細(xì)胞內(nèi)的蛋白，造成不可挽回的細(xì)胞死亡。因此，受損的線粒體特別容易引起細(xì)胞凋亡。然而，當(dāng)線粒體出現(xiàn)MOMP時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的自噬激活因子也會(huì)同時(shí)被激活，致使細(xì)胞啟動(dòng)自噬來(lái)挽救細(xì)胞。自噬就會(huì)對(duì)受損的線粒體進(jìn)行捕捉并將其降解消除，以防止細(xì)胞進(jìn)行凋亡。

為了抑制細(xì)胞凋亡，自噬會(huì)選擇性的捕捉并修飾已經(jīng)被凋亡機(jī)制泛素化的蛋白，使其能與一系列自噬受體如SQSTM1(sequesttosome 1)及p62結(jié)合，并與自噬相關(guān)蛋白LC3反應(yīng)，同時(shí)自噬也會(huì)選擇性的除去激活的凋亡蛋白caspase 8。此外，自噬還會(huì)修飾SRC激酶，使修飾過(guò)的SRC與E3泛素蛋白連接酶CBL結(jié)合，由于CBL帶有LC3結(jié)合區(qū)，能和自噬相關(guān)蛋白LC3作用，從而避免凋亡的進(jìn)一步發(fā)生。

1.2細(xì)胞凋亡抑制細(xì)胞自噬當(dāng)外界環(huán)境壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了細(xì)胞承受力或承壓過(guò)長(zhǎng)時(shí)，自噬已無(wú)力挽救細(xì)胞，這時(shí)細(xì)胞自殺機(jī)制就會(huì)啟動(dòng)。細(xì)胞凋亡是常被啟動(dòng)的細(xì)胞程序化死亡機(jī)制。一旦細(xì)胞凋亡啟動(dòng)，半胱天冬酶就被高度激活，并切割多種蛋白，促使細(xì)胞凋亡進(jìn)入程序。同時(shí)，半胱天冬酶還會(huì)消化幾種重要的自噬蛋白，使細(xì)胞自噬程序處于癱瘓狀態(tài)，終止細(xì)胞的自我保護(hù)功能，加速細(xì)胞死亡。為了終止細(xì)胞自噬，半胱天冬酶將首先切割降解自噬通路中的ATG3和Beclin-1。這是因?yàn)锳TG3和Beclin-1是自噬程序中的起始因子。此外，自噬程序中的另一個(gè)蛋白AMBRA1(activating molecule in BECN1-regulated autophagy1)也會(huì)被降解。這樣，細(xì)胞自噬就被抑制。另外，幾種自噬蛋白被半胱天冬酶降解后，其被降解的蛋白片段被轉(zhuǎn)化具有促細(xì)胞凋亡功能的片段。例如，當(dāng)Beclin-1被半胱天冬酶3、6或9切割后，便成為具有BH3區(qū)域的羧基末端片段，和線粒體結(jié)合后促使線粒體發(fā)生MOMP而釋放細(xì)胞色素c[1]；ATG4D被半胱天冬酶3切割后的片段也具有類似BH3區(qū)域，從而也具有促細(xì)胞凋亡的功能[2]；ATG5被鈣蛋白酶(calpain)降解后產(chǎn)生了一個(gè)氨基末端片段能轉(zhuǎn)位到線粒體，使細(xì)胞對(duì)凋亡敏感。ATG5片段還能和BCL-XL相互作用促使細(xì)胞發(fā)生凋亡[3]。盡管這些片段促細(xì)胞凋亡的具體機(jī)制尚不明確，但這些現(xiàn)象的出現(xiàn)說(shuō)明ATG4D、ATG5及Beclin-1不只是細(xì)胞自噬所有，而且也可轉(zhuǎn)化為被細(xì)胞凋亡所用的蛋白前體(precursors)，被細(xì)胞凋亡所用時(shí)，可加速細(xì)胞死亡。

1.3細(xì)胞自噬介導(dǎo)的細(xì)胞死亡盡管細(xì)胞自噬被認(rèn)為是保護(hù)細(xì)胞生存的，但在個(gè)別情況下，自噬也能引起了兩類細(xì)胞死亡。一類是自噬細(xì)胞死亡(autophagic cell death，ACD)。ACD指的是通過(guò)自噬引起的細(xì)胞死亡。當(dāng)ACD發(fā)生時(shí)，幾種可以防止細(xì)胞死亡的自噬必需的基因或蛋白被去除，致使細(xì)胞自噬被抑制。其細(xì)胞死亡過(guò)程不是由細(xì)胞凋亡或細(xì)胞壞死造成的，而是由細(xì)胞自噬介導(dǎo)的。另一類是細(xì)胞自噬促使細(xì)胞凋亡的激活而導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。一些自噬通路中的蛋白也起著促細(xì)胞凋亡的作用。如一些自噬相關(guān)的ATG基因不只是參與細(xì)胞自噬，還參與諸如細(xì)胞內(nèi)吞(endocytosis)和蛋白分泌[4-5]。那么，自噬是在哪一步激活細(xì)胞凋亡的呢？研究表明，是在自噬泡體(autophagosome)形成時(shí)激活細(xì)胞凋亡的，也就是在自噬的早期階段，而不是在晚期的降解階段刺激凋亡發(fā)生的。例如，當(dāng)用盤(pán)鞘氨醇激酶抑制劑SKI-I和蛋白酶抑制劑硼替佐米(bortezomib)處理細(xì)胞后，自噬體形成導(dǎo)致了半胱天冬酶8(caspase 8)的激活。而用溶酶體抑制劑bafilomycin A 抑制自噬晚期時(shí)，并不見(jiàn)明顯的caspase 8 激活。目前尚不知自噬體是如何激活caspase 8 的。除了以上提到的蛋白外，還有很多蛋白如p53 和BH3-only蛋白在自噬和凋亡中也起著重要的作用。

2p53和BH3-only蛋白在細(xì)胞自噬和凋亡中的作用

2.1p53蛋白在細(xì)胞自噬和凋亡中的作用腫瘤抑制蛋白p53在DNA受損和營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)都會(huì)被激活。通常p53存在于細(xì)胞質(zhì)中，但當(dāng)DNA受損后，p53就會(huì)被多種激酶磷酸化而移位到細(xì)胞核，參與DNA修復(fù)。在正常情況下，p53 在細(xì)胞質(zhì)中是抑制細(xì)胞自噬的，p53與自噬相關(guān)蛋白FIP200作用，阻斷了ULK1-FIP200-ATG13-ATG101復(fù)合物的形成，從而抑制了自噬泡體的形成[6-7]。因此，通常情況下，p53在細(xì)胞質(zhì)中是抑制自噬的?？墒钱?dāng)細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境發(fā)生變化，DNA受損時(shí)，大量p53 蛋白轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，解除了對(duì)細(xì)胞自噬的抑制, 同時(shí)，p53在細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)激活很多與細(xì)胞自噬有關(guān)的基因，如AMPK及mTOR通路相關(guān)基因和溶酶體相關(guān)的蛋白[8-10],促進(jìn)自噬的發(fā)生。此外，一部分p53 蛋白也轉(zhuǎn)移至線粒體基質(zhì)中，與親環(huán)蛋白D(cyclophilin D)作用促使線粒體上的滲透孔(permeability transition pore, PTP)打開(kāi)。在生存壓力不大的情況下，PTP的發(fā)生可以促使細(xì)胞自噬清除功能異常的線粒體[11]。然而，在嚴(yán)重情形下，PTP會(huì)導(dǎo)致MOMP的形成，可導(dǎo)致線粒體內(nèi)大量酶釋放，最終引起細(xì)胞凋亡。另外，p53也會(huì)轉(zhuǎn)激活多個(gè)促凋亡基因，包括BCL-2家系成員BAXBIM/BCL2L11等，在必要時(shí)促使細(xì)胞凋亡。

2.2BH3-only蛋白在細(xì)胞自噬和凋亡中的作用BH3-only蛋白包括BAD、BID、BNIP3、NIX、NOXA和PUMA等。BH3-only蛋白有激活自噬和凋亡的雙重作用。為了誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，BH3-only蛋白會(huì)直接與BCL2家系成員結(jié)合，消除其抗凋亡的作用，同時(shí)激發(fā)那些蛋白的促凋亡功能。通過(guò)指導(dǎo)這些蛋白在細(xì)胞內(nèi)的定位、磷酸化及相互作用等復(fù)雜程序引起凋亡反應(yīng)。另一方面，BH3-only又可通過(guò)解除Beclin-1與促凋亡的BCL-2家系蛋白或MCL1的相互作用引起細(xì)胞自噬。例如，當(dāng)Beclin-1與BCL-2或BCL-XL分開(kāi)，然后激活自噬相關(guān)蛋白VPS34，Beclin-1與VPS34均能激活自噬反應(yīng)。此外，BH3-only蛋白NIX與自噬蛋白輕鏈3(LC3)的同源蛋白GABARAP(GABA受體相關(guān)蛋白)作用，促進(jìn)自噬的發(fā)生。另一方面，BIM又可直接結(jié)合DLC1(dynein light chain 1)，抑制Beclin-1及自噬反應(yīng)[12]。因此， BIM是BH3-only蛋白組中一個(gè)抑制自噬并誘導(dǎo)凋亡的蛋白。其實(shí)，不只是BIM，還有其它一些與Beclin-1相關(guān)的蛋白都在細(xì)胞自噬和凋亡中起著雙重作用。但BH3-only蛋白在二者中的具體作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3自噬和凋亡在癌癥中的作用

3.1腫瘤抑制型自噬自噬和凋亡在癌細(xì)胞中的作用相當(dāng)復(fù)雜。自噬像一把雙刃劍，即可誘導(dǎo)凋亡抑制腫瘤生成，又可抑制凋亡促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)，這種抑制和促進(jìn)作用可以根據(jù)細(xì)胞內(nèi)情形而相互轉(zhuǎn)化[13]。這種轉(zhuǎn)換取決于以下幾個(gè)因素：腫瘤所處生長(zhǎng)期，細(xì)胞所處環(huán)境及細(xì)胞的組織類型。最近的研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤抑制型自噬所激活的信號(hào)通路會(huì)壓制致瘤信號(hào)的產(chǎn)生，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，防止腫瘤的產(chǎn)生；相反，腫瘤促進(jìn)性自噬通路會(huì)抑制凋亡程序，促使腫瘤生存和生長(zhǎng)。我們先討論一下腫瘤抑制型自噬。

自噬最初被認(rèn)為是抑制腫瘤起始的。這是因?yàn)榘┗蚝鸵职┗虻淖儺悾鏏KT擴(kuò)增，PI3K突變，PTEN缺失都阻礙自噬的激活。也就是自噬防止細(xì)胞的癌變。此外，小鼠遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，如果自噬通路中的關(guān)鍵成員如ATG5、ATG7和Beclin-1發(fā)生變異致使自噬通路受損，一些與細(xì)胞凋亡的基因也受到抑制，自噬這時(shí)不能有效誘導(dǎo)凋亡，腫瘤生長(zhǎng)就會(huì)加速。在大多數(shù)情況下，自噬通路受損(如ATG5和ATG7突變)的小鼠產(chǎn)生的腫瘤是良性的。只有Beclin-1敲基因小鼠可生長(zhǎng)惡性腫瘤。這些研究結(jié)果說(shuō)明，自噬通路受損后，細(xì)胞產(chǎn)生腫瘤的機(jī)會(huì)增加。因此，細(xì)胞自噬具有抑制腫瘤生成。另外，自噬通路受損程度也許和腫瘤的惡性程度有關(guān)。例如, 自噬通路中ATG5和ATG7突變只導(dǎo)致良性腫瘤的產(chǎn)生，而B(niǎo)eclin-1的雜合子變異即可引起惡性腫瘤[14-17]，這說(shuō)明Beclin-1是自噬通路中較為重要的成員，它的突變可嚴(yán)重引起自噬和凋亡通路受損，從而導(dǎo)致惡性腫瘤的產(chǎn)生。這一點(diǎn)在人類的乳腺癌和卵巢癌的研究中得到了進(jìn)一步的證實(shí)[18]。此外，自噬受損會(huì)導(dǎo)致活性氧類(reactive oxygen species，ROS)在細(xì)胞內(nèi)的積累，使DNA損傷加大，引起線粒體缺陷，這些也和腫瘤生成有關(guān)。因此，自噬受損能導(dǎo)致腫瘤產(chǎn)生也就可理解了。另外，p62 是一種泛素結(jié)合蛋白，參與泛素蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin-proteasome system, UPS)和自噬-溶酶體系統(tǒng)兩種蛋白降解過(guò)程。在自噬缺陷的小鼠模型中去除p62基因可以減少腫瘤的生成，而過(guò)表達(dá)p62則會(huì)促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)[17]。這說(shuō)明，自噬可消除p62的聚集，從而抑制腫瘤的生長(zhǎng)。

3.2自噬的致腫瘤作用盡管自噬和凋亡在所有組織中都有低度表達(dá)，以維持細(xì)胞的正常功能?，F(xiàn)在越來(lái)越多的證據(jù)表明，自噬在多類腫瘤中均有高表達(dá)現(xiàn)象。例如，胰腺管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma)，Kras和B-raf引起的肺癌[19-20], 黑色素瘤和中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤[21-23]中的自噬均增高，尤其是Ras高表達(dá)引起的腫瘤中，自噬表達(dá)增高尤其明顯[24-27]。為何在正常細(xì)胞內(nèi)自噬能誘導(dǎo)凋亡而抑制腫瘤細(xì)胞的產(chǎn)生，而在腫瘤細(xì)胞中自噬又如此活躍并促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)呢？這表明自噬是有選擇性的。自噬是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及到多個(gè)信號(hào)傳導(dǎo)通路，不同的信號(hào)傳導(dǎo)通路及其成員在不同的細(xì)胞環(huán)境下起著不同的作用。在正常細(xì)胞中，自噬為了防止細(xì)胞癌變，啟動(dòng)了防癌的自噬通路，清除細(xì)胞內(nèi)老化的、受損的蛋白質(zhì)及細(xì)胞器，維護(hù)細(xì)胞的正常生理功能。相反，在癌細(xì)胞中，細(xì)胞的本質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了變化，細(xì)胞已經(jīng)被細(xì)胞內(nèi)各種的腫瘤發(fā)生機(jī)制控制，細(xì)胞凋亡通路也被抑制，且由于腫瘤生長(zhǎng)速度快，需要大量營(yíng)養(yǎng)，很多情況下，細(xì)胞會(huì)容易處于一種缺氧的狀態(tài)，低氧會(huì)誘導(dǎo)線粒體自噬來(lái)維持細(xì)胞生存；此外，基因組不穩(wěn)定也會(huì)導(dǎo)致蛋白折疊出現(xiàn)錯(cuò)誤，這就需要大量蛋白酶來(lái)降解不斷聚集的折疊錯(cuò)誤的蛋白，并且同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量泛素-蛋白酶，這些垃圾蛋白的大量聚集，勢(shì)必威懾到癌細(xì)胞的生存，這時(shí)細(xì)胞為了生存而選擇性地激活細(xì)胞內(nèi)自噬受體，啟動(dòng)自噬通路，從而使癌細(xì)胞內(nèi)的自噬十分活躍。

抑制自噬常常能抑制腫瘤的生長(zhǎng)。研究已經(jīng)證明，抑制自噬可以增強(qiáng)細(xì)胞凋亡，如用自噬抑制劑氯喹(chloroquine)或羥化氯喹(HCQ)在體外和體內(nèi)均能有效抑制胰腺癌和肺癌的生長(zhǎng)[24,28-30]，此外，自噬抑制劑也可抑制腎癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。目前越來(lái)越多的研究都趨向于支持抑制自噬可以抑制腫瘤的觀點(diǎn)[20,31-33]。由于氯喹和羥化氯喹已用于臨床治療其它疾病多年，將其用于癌癥的臨床治療也應(yīng)該是可行的[34]。氯喹和羥化氯喹主要是抑制溶酶體的功能，也就是阻礙了溶酶體與自噬體的結(jié)合，因此是抑制自噬過(guò)程的晚期階段。此外，由于ULK1, VPS34 ,ATG7等激酶和蛋白酶ATG4b均為自噬相關(guān)的關(guān)鍵性成員，如果能利用這些成員的抑制劑進(jìn)行治療，將會(huì)增強(qiáng)治療效果[35-36]。由于還有新的自噬相關(guān)的信號(hào)傳遞通路有待發(fā)現(xiàn)，這些通路的發(fā)現(xiàn)也將促進(jìn)自噬抑制劑的鑒定。在癌細(xì)胞中，由于自噬涉及到蛋白酶和自噬雙重系統(tǒng)，因此，在癌細(xì)胞的靶向治療中，可以根據(jù)蛋白酶系統(tǒng)和溶酶體-自噬系統(tǒng)選擇相應(yīng)的靶向藥物進(jìn)行治療，可以增強(qiáng)治療效果[37]。

4細(xì)胞自噬與凋亡在癌癥未來(lái)研究中的發(fā)展方向

自噬與凋亡是彼此緊密相關(guān)的。由自噬單方面引起細(xì)胞死亡的情況是很少的。在某些情況下，自噬或自噬通路中的某些成員會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或細(xì)胞壞死。然而，在大多數(shù)情況下，自噬和凋亡是彼此相互抑制的。當(dāng)自噬抑制凋亡時(shí)，自噬是起著抗凋亡的作用，而不是促進(jìn)凋亡。在環(huán)境壓力不利于細(xì)胞生存的早期階段，或者壓力較小的情況下，細(xì)胞進(jìn)行自噬反應(yīng)，而在環(huán)境壓力過(guò)大或者時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，自噬已無(wú)法挽救細(xì)胞生存時(shí)，自噬就會(huì)促使細(xì)胞進(jìn)行凋亡。一旦凋亡啟動(dòng)，凋亡半胱氨天冬酶就會(huì)降解自噬相關(guān)蛋白，從而抑制自噬。在癌癥中，癌細(xì)胞由于生長(zhǎng)快速，導(dǎo)致癌組織中缺氧，在低氧壓力下，細(xì)胞啟動(dòng)自噬以對(duì)抗凋亡來(lái)自救。同樣化療藥物對(duì)癌細(xì)胞的殺傷作用所產(chǎn)生的生存壓力，致使癌細(xì)胞啟動(dòng)自噬程序來(lái)抑制細(xì)胞凋亡，從而引起癌細(xì)胞對(duì)化療藥物產(chǎn)生抗性。因此，如果發(fā)生這種現(xiàn)象，就可考慮在進(jìn)行化療的同時(shí)，采用自噬抑制劑對(duì)自噬進(jìn)行抑制，以促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡，將會(huì)提高化療效果。因此，進(jìn)一步研究癌細(xì)胞自噬的信號(hào)傳導(dǎo)通路，鑒定出新的藥物靶標(biāo)，結(jié)合已有的自噬抑制劑和促細(xì)胞凋亡的化療藥物，將是癌癥化療研究的一個(gè)新方向。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Wirawan E, Vande Walle L, Kersse K, et al. Caspase-mediated cleavage of Beclin-1 inactivates Beclin-1-induced autophagy and enhances apoptosis by promoting the release of proapoptotic factors from mitochondria[J]. Cell Death Dis, 2010, 1: e18.

[2] Betin V M, and Lane J D. Atg4D at the interface between autophagy and apoptosis[J]. Autophagy, 2009,5(7):1057-1059.

[3] Yousefi S, Perozzo R, Schmid I, et al. Calpain-mediated cleavage of Atg5 switches autophagy to apoptosis[J]. Nat Cell Biol, 2006,8(10):1124-1132.

[4] Shravage B V, Hill J H, Powers C M, et al. Atg6 is required for multiple vesicle trafficking pathways and hematopoiesis in Drosophila[J]. Development, 2013,140(6):1321-1329.

[5] Manjithaya R,Subramani S. Autophagy: a broad role in unconventional protein secretion?[J]. Trends Cell Biol, 2011,21(2):67-73.

[6] Morselli E, Shen S, Ruckenstuhl C, et al. p53 inhibits autophagy by interacting with the human ortholog of yeast Atg17, RB1CC1/FIP200[J]. Cell Cycle, 2011,10(16):2763-2769.

[8] Budanov A V, Karin M. p53 target genes sestrin1 and sestrin2 connect genotoxic stress and mTOR signaling[J]. Cell, 2008,134(3):451-460.

[9] Gao W, Shen Z, Shang L,et al.Upregulation of human autophagy-initiation kinase ULK1 by tumor suppressor p53 contributes to DNA-damage-induced cell death[J]. Cell Death Differ, 2011,18(10):1598-1607.

[10] Kenzelmann Broz D, Spano Mello S, Bieging K T, et al. Global genomic profiling reveals an extensive p53-regulated autophagy program contributing to key p53 responses[J]. Genes Dev, 2013,27(9):1016-1031.

[11] Youle R J, Narendra D P. Mechanisms of mitophagy[J]. Nat Rev Mol Cell Biol, 2011,12: 9-14.

[12] Luo S, Garcia-Arencibia M, Zhao R, et al. Bim inhibits autophagy by recruiting Beclin 1 to microtubules[J]. Mol Cell, 2012,47(3):359-370.

[13] Thorburn A. Autophagy and its effects: making sense of double-edged swords[J]. PLos Biol, 2014,12(10): e1001967.

[14] Qu X, Yu J, Bhagat G, et al. Promotion of tumorigenesis by heterozygous disruption of the beclin 1 autophagy gene[J]. J Clin Invest, 2003,112(12):1809-1820.

[15] Yue Z, Jin S, Yang C, et al. Beclin 1, an autophagy gene essential for early embryonic development, is a haploinsufficient tumor suppressor[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2003,100(25):15077-15082.

[16] Takamura A, Komatsu M, Hara T, et al.Autophagy-deficient mice develop multiple liver tumors[J]. Genes Dev, 2011,25(8):795-800.

[17] Inami Y, Waguri S, Sakamoto A, et al. Persistent activation of Nrf2 through p62 in hepatocellular carcinoma cells[J]. J Cell Biol, 2011,193(2):275-284.

[18] Laddha S V, Ganesan S, Chan C S,et al. Mutational landscape of the essential autophagy gene BECN1 in human cancers[J]. Mol Cancer Res, 2014,12(4):485-490.

[19] Levy J M, Thompson J C, Griesinger A M, et al. Autophagy inhibition improves chemosensitivity in BRAF(V600E) brain tumors[J]. Cancer Discov, 2014,4(7):773-780.

[20] Thorburn A, Thamm D H, Gustafson D L. Autophagy and cancer therapy[J]. Mol Pharmacol, 2014,85(6): 830-838.

[21] White E. The role for autophagy in cancer[J]. J Clin Invest, 2015, 125(1):42-46.

[22] Kimmelman A C. Metabolic Dependencies in RAS-Driven Cancers[J]. Clin Cancer Res,2015, 21(8):1828-1834.

[23] White E.Deconvoluting the context-dependent role for autophagy in cancer[J]. Nat Rev Cancer, 2012, 12(6):401-410.

[24] Yang S, Wang X, Contino G, et al.Pancreatic cancers require autophagy for tumor growth[J]. Genes Dev, 2011, 25(7):717-729.

[25] Lock R, Roy S, Kenific C M, et al. Autophagy facilitates glycolysis during Ras-mediated oncogenic transformation[J]. Mol Biol Cell, 2011,22(2):165-178.

[26] Guo J Y, Chen H Y, Mathew R, et al. Activated Ras requires autophagy to maintain oxidative metabolism and tumorigenesis[J]. Genes Dev, 2011,25(5):460-470.

[27] Kim M J, Woo S J, Yoon C H, et al. Involvement of autophagy in oncogenic K-Ras-induced malignant cell transformation[J]. J Biol Chem, 2011,286(15):12924-12932.

[28] Guo J Y, Xia B,White E. Autophagy-mediated tumor promotion[J]. Cell, 2013,155(6):1216-1219.

[29] Karsli-Uzunbas G, Guo J Y, Price S, et al. Autophagy is required for glucose homeostasis and lung tumor maintenance[J]. Cancer Discov, 2014,4(8):914-927.

[30] Yang A, Rajeshkumar N V, Wang X, et al.Autophagy is critical for pancreatic tumor growth and progression in tumors with p53 alterations[J]. Cancer Discov, 2014,4(8):905-913.

[31] Kimmelman A C. The dynamic nature of autophagy in cancer[J]. Genes Dev, 2011,25(19): 1999-2010.

[32] Kenific C M,Debnath J. Cellular and metabolic functions for autophagy in cancer cells[J]. Trends Cell Biol,2015, 25(1):37-45.

[33] Galluzzi L, Pietrocola F, Bravo-San Pedro, J M, et al. Autophagy in malignant transformation and cancer progression[J]. Embo J, 2015, 34(7):856-880.

[34] Piao S, Amaravadi R K. Targeting the lysosome in cancer[J]. Ann N Y Acad Sci, 2016,1371(1):45-54.

[35] Mancias J D,Kimmelman A C. Targeting autophagy addiction in cancer. Oncotarget, 2011,2(12): 1302-1306.

[36] Klionsky D J, Abdelmohsen K, Abe A, et al. Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (3rd edition)[J]. Autophagy, 2016,12(1):1-222.

[37] Vogl D T, Stadtmauer E A, Tan K S, et al. Combined autophagy and proteasome inhibition: a phase 1 trial of hydroxychloroquine and bortezomib in patients with relapsed/refractory myeloma[J]. Autophagy, 2014, 10(8):1380-1390.

[收稿2016-03-27;修回2016-05-11]

(編輯：譚秀榮)

[通信作者]陳金東，男，2000年于瑞典卡羅林斯卡醫(yī)科大學(xué)分子醫(yī)學(xué)系獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為美國(guó)羅切斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心腎癌研究室副教授和主任，美國(guó)癌癥研究協(xié)會(huì)(AACR)資深會(huì)員。2003年克隆了NORE1和LSAMP兩個(gè)腎癌相關(guān)基因，并在第94屆AACR大會(huì)上獲得Bristol-Myer Squibb獎(jiǎng)。此后致力于腎癌敲基因小鼠模型的建立，現(xiàn)在已經(jīng)建立了多個(gè)腎癌小鼠模型，其中一個(gè)Flcn腎近曲小管特異性敲基因小鼠模型是世界上唯一能產(chǎn)生各類腎癌細(xì)胞的腎近曲小管敲基因小鼠模型，并再次在第100屆AACR大會(huì)上獲得Sanofi-Aventis獎(jiǎng)。至今已發(fā)表論文80余篇。

[中圖法分類號(hào)]R587.2

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1000-2715(2016)03-0217-06

The role of autophagy and apoptosis in cells

ChenJindong

(Kidney Cancer Laboratory, Department of Urology, University of Rochester Medical Center, Rochester New York, NY 14642, USA)

[Abstract]Autophagy and apoptosis are functionally related and the relationship is complex. Autophagy, namely self-eating, a process in which a portion of the cytoplasmic proteins and organelles are engulfed and degraded/digested, which is in favor of cell survival. Whereas, apoptosis, is a type of cell self-killing which leads to turnover of entire cell, and all the contents in the cell are degraded or digested.If the level of stress is not lethal, autophagy blocks the induction of apoptosis. In harsh conditions, however, autophagy functions excessively and results in over loss of cell contents, which makes the cell unable to survive further and ultimately leads to apoptosis. Noteworthily, autophagy and apoptosis are linked to many apoptosis-related proteins such as the p53 and BH3-only proteins. At the beginning of carcinogenesis, autophagy inhibits cancer cell formation; once carcinogenesis completed, autophagy favors cancer cell survival, which suppresses apoptosis and leads to chemotherapeutic resistance of cancer cells. Thus, chemotherapy combining with autophagy inhibitors may improve the therapeutic effect.

[Key words]autophagy; apoptosis; programmed cell death; cancer; p53; BH3-only