彭夢潔 綜述，陽學風審校（南華大學附屬南華醫(yī)院消化內科，湖南衡陽421002）

神經酰胺調節(jié)自噬研究進展

彭夢潔 綜述，陽學風△審校
（南華大學附屬南華醫(yī)院消化內科，湖南衡陽421002）

神經酰胺類；自噬；腫瘤；綜述

神經酰胺（ceramide，Cer）作為具有生理活性的脂質信使，參與了細胞各種信號通路，如細胞增殖、炎癥、凋亡、遷移、衰老、轉移和自噬等，其合成、代謝及信號轉導失調均可導致多種人類疾病，特別是在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用。自噬是依賴溶酶體途徑對細胞內受損細胞器、錯誤折疊蛋白和侵入胞內的病原體等物質進行降解的生物學過程，在細胞感染、癌變、神經變性、衰老等病理性損傷中具有調節(jié)作用。Cer作為脂代謝核心分子參與了調控細胞自噬。Cer高度參與了調控導致細胞生存及死亡的對立性自噬途徑，且根本機制尚不清楚。因此，本文綜述Cer調節(jié)自噬的最近研究，闡述Cer在調控對立自噬中的作用和機制，為腫瘤的發(fā)病機制的研究提供新的見解及治療思路。

自噬作為一種細胞存活機制，在特定情況下也可促進細胞死亡，且廣泛參與了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。Cer作為各種膜結構的組成成分，參與了細胞內外信號轉導。Cer代謝與細胞自噬存在直接聯系，其動態(tài)平衡調控了細胞命運，深入了解Cer代謝與自噬的關聯性可為診治自噬相關腫瘤性疾病提供新的視野。

1　Cer代謝

Cer是由神經鞘氨醇長鏈堿基和C2～C26脂肪酸通過酰胺鍵組成的一類脂質［1］，于1876年在腦提取物中首次被發(fā)現。Cer作為鞘脂類的中間代謝產物具有較廣泛的生物學活性。主要由3條合成途經生成，見圖1。

1.1從頭合成途徑［2］細胞內基礎水平的Cer主要在內質網內從頭合成。由絲氨酸酰基轉移酶將棕櫚酰輔酶A和絲氨酸縮合成3-氧二氫鞘氨醇開始，經還原酶還原為二氫鞘氨醇，再經雙氫神經酰胺（dihydroceramide，DHC）合成酶合成生成DHC，最后在脫氫酶作用下轉為Cer。

1.2脂肪酸循環(huán)途經［3］高爾基體或質膜上特定水解酶參與脂肪酸循環(huán)途經，如鞘磷脂酶和葡萄糖腦苷脂酶（glucocerebrosidase，GCase）分別水解鞘磷脂和葡萄糖基神經酰胺（glucosylceramide，GlcCer）生成Cer［4］，由于該過程具有可逆性，故代謝產物與磷酸酯合成酶和GlcCer合成酶作用也可分別合成鞘磷脂和GlcCer。該途徑可用于調節(jié)細胞Cer信使水平。

1.3補救合成途經［5］即鞘氨醇在質膜上經神經酰胺合成酶（ceramide synthase，CerS）催化生成Cer的過程。

圖1　Cer合成途經

2　自　噬

自噬（autophagy）一詞源于希臘詞根“自己（auto）”和“吃（phagy）”，是真核生物依賴溶酶體將受損的或多余的過氧化物酶體、內質網、線粒體、DNA等細胞成分降解為核苷、氨基酸和脂肪酸，再循環(huán)利用合成新的大分子和腺苷三磷酸的自我消化過程，在細胞發(fā)育、分化、存活和內環(huán)境穩(wěn)態(tài)中具有關鍵作用。自噬現象由Ashford 和Porten于1962年在人肝細胞中最早發(fā)現。細胞自噬是一個復雜的過程［6-8］：（1）誘導，細胞遭受饑餓、氧化應激、低氧、高溫、損傷等外界刺激后誘發(fā)一系列分子信號，啟動自噬；（2）成核，細胞信號活化自噬相關蛋白，細胞質中出現大量游離的源于內質網、高爾基體或內體的雙層膜性結構，稱為前自噬或分隔膜；（3）延伸及成熟，分隔膜逐漸延伸，將待降解的蛋白質或細胞器完全包繞形成自噬體；（4）對接和融合，成熟自噬體與細胞骨架微管系統(tǒng)相互作用，被運輸至溶酶體，自噬體外膜與溶酶體融合，內囊泡釋放入溶酶體，形成自噬性溶酶體；（5）降解和回收，內囊泡酸化后溶酶體內水解酶水解內囊泡膜，溶酶體蛋白水解酶活化，水解內囊泡內容物，而降解產物和能量可作為細胞能源循環(huán)利用。根據底物進入溶酶體的途徑可將細胞自噬分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬［9］，一般將巨自噬通稱為自噬。

一般情況下自噬去除毒害細胞的物質，調控細胞內成分正常周轉以維持細胞動態(tài)平衡；應激狀態(tài)下自噬通過自食細胞結構提供能量以維持細胞存活，但當應激過度或持續(xù)存在時自噬活動不能修復細胞損傷，可導致細胞死亡。自噬缺乏可引發(fā)神經退行性疾病、衰老、感染、肺及心血管疾病、代謝應激、癌癥等多種人類疾病。

3　Cer調節(jié)細胞自噬

Cer可誘導細胞自噬：（1）Ⅰ類磷酸肌醇3位羥基激酶和絲/蘇氨酸蛋白激酶（silk/threonine protein kinase，Akt）是有效的自噬抑制劑，而Cer能抑制Akt活性及表達，如C2-Cer抑制Akt活性、激活FOXO3呈時間及劑量依賴性抑制乳腺癌A2780細胞增殖，并自噬性對抗細胞凋亡［10］；GlcCer合成酶抑制劑和白藜蘆醇通過提高細胞內Cer水平抑制Akt-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（the mammalian target of rapamycin，mTOR）信號通路分別刺激神經元和黑色素瘤B16細胞自噬［11-12］。（2）Cer通過下調氨基酸和營養(yǎng)物質轉運蛋白的表達介導自噬感應，如在營養(yǎng)豐富條件下小鼠前淋巴FL5.12細胞中Cer可通過抑制營養(yǎng)物質轉運蛋白誘導饑餓，導致依賴5′-腺苷-磷酸激活的蛋白激酶的細胞自噬、生物能量學危機和細胞死亡［13］。（3）自噬基因Beclin 1表達水平的改變及Beclin 1∶B淋巴細胞瘤-2基因（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）復合體的分裂在Cer誘導細胞自噬中也發(fā)揮了重要作用。一方面外源性C2-Cer通過mTOR通路增加了自噬相關基因Beclin 1的表達以促進細胞自噬［14］；另一方面Cer通過刺激應激活化蛋白激酶c-Jun氨基末端蛋白激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）1激活轉錄因子c-Jun，以增強Beclin 1表達和使從Beclin 1∶Bcl-2復合體分離出的Bcl-2磷酸化［15］。

最新研究表明，Cer還可通過線粒體膜微管相關蛋白輕鏈3直接相互作用，增加細胞內線粒體自噬并誘導自噬［16］。

4　Cer誘導保護性自噬

Cer在一定條件下可誘導保護性自噬，阻止細胞程序化死亡，參與了細胞死亡信號的調節(jié)。SMS-KCNR隨神經母細胞瘤細胞內質網中CerS2的下調導致長鏈Cer增長，刺激未折疊蛋白元件，激活促存活型肌醇酶1，誘導細胞自噬并防止細胞死亡［17］。氯喹致敏細胞中Cer的暴露可引發(fā)維持自我平衡的保護性自噬以防止細胞死亡，而缺乏C2-Cer或內源性Cer細胞因營養(yǎng)物質與其轉運體結合能力下調而死亡。同時抗癌藥物——伏立諾他和索拉非尼刺激酸性鞘磷脂酶，促進Cer合成，并通過CD95及蛋白激酶R樣內質網激酶（protein kinase resource-like endoplasmic reticulum kinase，PERK）激活自噬相關蛋白5，誘導腫瘤細胞自噬，發(fā)揮細胞保護作用［18］。此外細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑也可通過Cer-CD95信號誘導原發(fā)性肝細胞中促凋亡信號和促自體吞噬信號［19］。GlcCer合成酶抑制劑——他莫昔芬也可通過提高內源性Cer表達水平和誘導MCF-7細胞自噬死亡，引發(fā)保護性自噬，推遲腫瘤細胞死亡［20］。此外有研究表明，DHC也可誘導保護性細胞自噬。雙氫神經酰胺去飽和酶（dihydroceramide desaturase，DEGS）抑制劑——XM462激活胃癌HCG27細胞內質網應激和誘導自噬以延遲細胞周期G1/S的過渡。噻唑藍分析顯示，XM462誘導的自噬導致代謝活性顯著降低，說明DHC誘導促生存的自噬［21］，DHC直接治療或小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）-DEGS增強DHC的表達均可導致細胞增殖減少［22］。

5　Cer誘導致命性自噬

雖然許多研究證實，Cer在介導致命性自噬中具有關鍵作用，但其確切機制仍不完全清楚。有研究表明，四氫大麻酚誘導Cer積累，磷酸化真核起始因子2α，激活內質網應激，并通過Tribbles同源物質3（tribbles homolog 3，TRB3）抑制mTOR通路誘導自噬。大麻素介導的致死性自噬可導致人腦膠質瘤細胞死亡從而發(fā)揮抗腫瘤作用。黑色素瘤分化相關基因-7（Melanoma differentiation associated gene-7，MDA-7）/白介素-24（interleukin-24，IL-24）誘導內質網應激，觸發(fā)依賴PERK的Cer和活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS）的生成，MDA-7/IL-24介導的自噬細胞死亡依靠Cer和ROS的產生，故PERK抑制劑是治療黑色素瘤的有效藥物［23］。在人類造血細胞（HL-60）和中國倉鼠卵巢細胞（CHO）中Cer活化蛋白磷酸酶抑制Akt-mTOR信號通路以活化自噬和誘導自噬性細胞死亡，而鞘氨醇磷酸酯-鞘氨醇磷酸酯受體3信號激活Akt-mTOR通路以抵消自噬和抑制致死性自噬［24］。在人類腫瘤細胞系CNE2（鼻咽癌）和Hep3B（肝癌）中Cer通過c-Jun氨基末端激酶信號誘導c-Jun激活，上調Beclin1轉錄水平的表達，介導致命性自噬，JNK活性抑制劑——SP600125及Beclin 1siRNA可阻斷癌細胞中Cer誘導的自噬性死亡［25］。三氧化二砷促進Cer從頭合成并抑制GlcCer合成酶活性，上調Beclin 1蛋白表達，從而誘導造血細胞系細胞凋亡及自噬性死亡，而自噬抑制劑——3-甲基腺嘌呤可防止該過程的發(fā)生。對惡性膠質瘤細胞的最新研究表明，Cer誘導自噬性細胞死亡可由自體吞噬泡、酸性自噬泡的生成和微管相關蛋白1輕鏈3B-Ⅱ脂化證明，其機制是Cer降低線粒體膜電位和激活促凋亡線粒體蛋白BNIP3。Hou等［26］發(fā)現，C6-吡啶Cer可誘導自噬和增加線粒體通透性，導致MCF-7細胞生長遲緩和凋亡。DHC也可誘導自噬性細胞死亡。γ-生育三烯酚（γ-tocotrienol，γTE）的治療導致細胞內DHC和二氫鞘氨醇顯著增加，誘導人類前列腺癌和前列腺淋巴結癌細胞自噬，造成癌細胞死亡和活力下降，抑制體內移植瘤生長，而鞘脂從頭合成特異性抑制劑——多球殼菌素可阻斷該過程，促進腫瘤發(fā)展，故DHC及二氫鞘氨醇的積累可作為γTE的一種新的抗癌機制［27］。Cer誘導自噬途徑見圖2。

圖2　Cer誘導自噬

6　小結與展望

細胞自噬作用作為一個重要的調控細胞生命活動的生理過程，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展各環(huán)節(jié)均發(fā)揮了不可替代的作用。自噬通過防止氧化應激、維持線粒體正常功能、保護性對抗DNA損傷和遺傳不穩(wěn)定等機制抑制腫瘤。鞘脂是自噬的重要調節(jié)因子，雖然對Cer自噬作用的研究被大量報道，但不同類型細胞內自噬作用發(fā)生的途徑及機制也不盡相同。Cer不僅能誘導自噬，且內源性Cer水平升高可誘導細胞發(fā)生自噬性細胞死亡。而在其他一些腫瘤細胞中Cer的增加則會引起保護性自噬作用以對抗細胞死亡。Cer誘導致死性自噬，還是保護性自噬的具體機制尚不明確。本文通過Cer介導自噬通路的研究以調控腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，旨在為針對各種人類癌癥的治療及預防策略提供新的路徑。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2016.06.022

A

1009-5519（2016）06-0864-03

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（2015-10-29）