晏曉杰 黃小丹 文濟剛 馬帥靜 陳笑天 張媛媛

(四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)教研室，四川 成都 610041)

1 腫瘤轉(zhuǎn)移的危害與機制

隨著人類生活方式的改變、環(huán)境污染的加重和人口老齡化的加劇，惡性腫瘤的發(fā)病率和死亡率越來越高。轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤最致命的特征，占腫瘤相關(guān)死亡的90%以上[1]。在肺癌新發(fā)病例中,非小細胞肺癌占80%，轉(zhuǎn)移擴散占死亡總數(shù)的70%以上[2]。約50%的結(jié)直腸癌患者發(fā)生肝轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致肝癌，并進而發(fā)生全身轉(zhuǎn)移[3]。乳腺癌能向周圍淋巴結(jié)和全身器官轉(zhuǎn)移，最常見的是腦轉(zhuǎn)移，90%以上的乳腺癌相關(guān)死亡是由于遠端轉(zhuǎn)移[4]。惡性腫瘤轉(zhuǎn)移后，手術(shù)治療難以根除，容易復(fù)發(fā)，而藥物治療容易出現(xiàn)耐藥。盡管在癌癥的病理機制研究和診斷治療方面都取得了不少進展，但目前學(xué)術(shù)界關(guān)于腫瘤轉(zhuǎn)移的確切機制尚無定論，臨床上也欠缺阻斷腫瘤轉(zhuǎn)移的有效藥物[5]。

越來越多的證據(jù)支持腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)的“種子-土壤”假說。該假說是Stephen Paget于1989年提出的，認為腫瘤轉(zhuǎn)移的器官偏好模式是轉(zhuǎn)移瘤細胞(種子)和其器官微環(huán)境(土壤)相互作用的結(jié)果[6-7]。以“種子-土壤”假說為基礎(chǔ)，學(xué)者們提出了其他的腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)理論假說，包括上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)、腫瘤干細胞(Cancer stem cells， CSCs)和巨噬細胞浸潤。

2 自噬及相關(guān)信號通路

自噬是一種進化相當(dāng)保守的生物過程，指的是真核細胞的細胞器與各種物質(zhì)被包裹在磷脂雙分子層內(nèi)形成自噬體，進而運送到溶酶體進行降解，達成各成分的回收利用。自噬在細胞生長和細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[8]。根據(jù)細胞內(nèi)底物運送到溶酶體的方式可將細胞自噬分為三種：巨自噬(Macroautophagy))、微自噬(Microautophagy)和分子伴侶介導(dǎo)的自噬(Chaperone-mediated autophagy，CMA)[9]。

誘發(fā)自噬的內(nèi)外界因素很多，包括營養(yǎng)不良、活性氧(Reactive oxygen species，ROS)、缺氧、藥物刺激等。這些因素會激活一系列復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,進而誘導(dǎo)發(fā)生自噬。如果自噬調(diào)節(jié)發(fā)生紊亂，就會導(dǎo)致一系列病理反應(yīng)，如神經(jīng)退行性疾病、衰老和腫瘤等[10]。如圖1所示，自噬包括成核、延伸、自噬體和自噬溶酶體形成等過程，并且接受一系列高度保守的的基因的調(diào)控，這些基因稱為自噬相關(guān)基因(Autophagy-related genes，ATGs)，如ATG1、ATG13、ATG16等[11]。自噬通路中的關(guān)鍵因子非常復(fù)雜，包括哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin，mTOR)、Ⅰ類PI3K(Phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)、AKT、Ⅲ類PI3K、Beclin-1、p53等。AMP依賴的蛋白激酶(AMP activated protein kinase， AMPK)/mTOR通路是自噬的一條重要通路。

3 自噬的促進腫瘤轉(zhuǎn)移作用

腫瘤細胞在轉(zhuǎn)移過程中，各種外界刺激都可以影響轉(zhuǎn)移的順利進行，包括缺乏細胞外基質(zhì)(Extracellular matrixc，ECM)的支持保護、增強的代謝和氧化應(yīng)激、持續(xù)的DNA損傷等。

圖1 自噬信號通路示意圖注：各種外界因素(如藥物作用等)使AMP與ATP的比例上升，激活A(yù)MPK，抑制mTOR。AMPK能夠促進ULK1的表達，并與Ⅲ類PI3K復(fù)合物共同調(diào)控ATGs的表達，啟動細胞自噬過程。

自噬可通過減弱失巢凋亡抵抗來發(fā)揮促進腫瘤轉(zhuǎn)移的作用。細胞與ECM分離后會繼發(fā)一種程序性細胞凋亡——失巢凋亡(Anoikis)。失巢凋亡是一種由于缺乏ECM支持而導(dǎo)致的程序性細胞死亡，它可以防止粘附依賴型細胞在非適宜ECM上附著及生長，從而避免細胞在其他器官的增殖[12]。腫瘤細胞也不例外，為獲得更強的存活能力，癌細胞通過各種形式的基因突變與表觀修飾來誘導(dǎo)細胞存活信號分子如PI3K、GTPase等的產(chǎn)生，進而誘導(dǎo)細胞因子自分泌并增強受體酪氨酸激酶的表達，減弱失巢凋亡對腫瘤細胞轉(zhuǎn)移的影響[13]。

自噬還可通過維持線粒體功能和能量平衡來促進腫瘤轉(zhuǎn)移。自噬可通過維持線粒體的正常功能，即產(chǎn)生三磷酸腺苷(Adenosine-triphosphate，ATP)、抗氧化、抗DNA損傷等來減弱細胞凋亡的可能性，進而促進腫瘤轉(zhuǎn)移[14]。研究發(fā)現(xiàn)，Atg5缺陷型自然殺傷細胞可導(dǎo)致線粒體損傷，活性氧過度生成，而自噬反應(yīng)對于自然殺傷細胞的成熟至關(guān)重要[15]。自噬在原發(fā)性肝細胞癌中可通過維持細胞內(nèi)ATP的水平及激活線粒體-β氧化來促進缺氧誘導(dǎo)因子1a(Hypoxia-inducible factor，HIF-1a)介導(dǎo)的細胞增殖，并進而促進轉(zhuǎn)移[16]。

腫瘤細胞在無法與ECM建立聯(lián)系的情況下，可通過一系列信號通路下調(diào)RAS/MAPK及PI3K/Akt通路活性進入休眠形式而增強其存活侵襲能力,這是腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的一種機制[17]。

自噬影響著CSCs的起源、維持和侵襲,進而對腫瘤的轉(zhuǎn)移及耐藥產(chǎn)生影響[18]。自噬可通過調(diào)節(jié)白介素6的分泌來影響自噬依賴性乳腺癌細胞中CSCs干性的維持[19]。HIF-1α誘導(dǎo)產(chǎn)生低氧，同時間歇性缺氧也可誘導(dǎo)HIF-1α、LC3-Ⅱ等的高表達，誘導(dǎo)細胞產(chǎn)生更強的自噬，增強CSCs的存活能力[20, 21]。

4 自噬的抑制腫瘤轉(zhuǎn)移作用

自噬可以減少缺氧誘發(fā)的腫瘤壞死，抑制炎癥細胞浸潤，從而抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。由于腫瘤內(nèi)部的代謝應(yīng)激和缺氧，細胞很容易壞死，這導(dǎo)致腫瘤部位經(jīng)常發(fā)生炎癥細胞尤其是巨噬細胞浸潤，從而形成一個易于腫瘤細胞轉(zhuǎn)移的微環(huán)境[22]。雖然自噬可抑制腫瘤發(fā)生，但在腫瘤轉(zhuǎn)移早期，自噬可以促進細胞在代謝應(yīng)激和缺氧條件下的存活，促進腫瘤轉(zhuǎn)移。作為細胞應(yīng)激狀態(tài)下提供營養(yǎng)物質(zhì)的重要途徑，自噬可以保護腫瘤細胞，避免凋亡或壞死的發(fā)生，進而減少細胞凋亡以及后續(xù)的免疫炎癥浸潤，最終達到抑制腫瘤細胞轉(zhuǎn)移的效果[23]。

自噬潮在某些情況下可觸發(fā)腫瘤細胞凋亡而抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。吉非替尼通過阻斷PI3K/AKT/mTOR途徑增加自噬流，促進肺癌細胞的自噬和凋亡，導(dǎo)致肺癌細胞死亡[24]。

自噬可通過調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答而抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。自噬調(diào)節(jié)免疫調(diào)制器高遷移率族蛋白1(High mobility group box-1 protein，HMGB1)由腫瘤細胞選擇性釋放，釋放后HMGB1，再激活樹突狀細胞，觸發(fā)強烈的抗腫瘤免疫反應(yīng)而抑制轉(zhuǎn)移[25]。HMGB1在Lewis肺癌細胞中的表達增加，并從細胞核穿梭到細胞質(zhì)中后被分泌， 與自噬的上調(diào)一致。饑餓可促進Lewis肺癌細胞分泌HMGB1，進而調(diào)節(jié)自噬，促進存活[26]。

自噬可防止癌基因誘導(dǎo)的細胞衰老和加快早期腫瘤進展?；鬃允墒蔷S持小鼠干細胞靜止狀態(tài)的必要條件，生理老化、衛(wèi)星細胞自噬的失敗或幼細胞自噬的遺傳損傷會導(dǎo)致衰老。對158例原發(fā)性黑色素瘤患者的隨訪表明，腫瘤Atg5水平低的患者的無進展生存率降低。因此，通過防止癌基因誘發(fā)的衰老減少ATG5 表達可以促進細胞增殖，并可能有助于抑制早期皮膚黑色素瘤的發(fā)展[27]。

自噬性細胞死亡可以抑制腫瘤轉(zhuǎn)移[28]。雄激素受體(Androgen receptor，AR) 可能在前列腺癌進程中發(fā)揮復(fù)雜甚至相反的作用。靶向AR可能誘發(fā)前列腺癌細胞凋亡、自噬性細胞死亡和程序性壞死，但靶向AR可能通過脫落凋亡和嵌入式死亡抑制細胞死亡，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)移增多[29]。

活性氧(Reactive oxygen species，ROS)可通過調(diào)節(jié)自噬來抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。印苦楝內(nèi)酯誘導(dǎo)產(chǎn)生過量ROS，抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路，調(diào)節(jié)胰腺癌細胞的凋亡和自噬，從而通過線粒體介導(dǎo)的細胞凋亡而不非自噬來抑制增殖和轉(zhuǎn)移[30]。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，如圖2所示，自噬既有促進腫瘤轉(zhuǎn)移的作用，也有抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的作用。

圖2 自噬對腫瘤轉(zhuǎn)移的作用注：自噬通過調(diào)節(jié)CSCs存在、回收代謝產(chǎn)物、減弱失巢凋亡、穩(wěn)定線粒體功能、誘導(dǎo)細胞休眠來促進腫瘤細胞體內(nèi)轉(zhuǎn)移。同時,自噬也能通過調(diào)節(jié)細胞缺氧、凋亡、衰老、免疫應(yīng)答,或誘導(dǎo)細胞自噬性死亡來抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移。

但是自噬的雙面作用究竟是機制的單純質(zhì)變，還是量變的積累，目前尚無定論。具體是什么刺激因素或關(guān)鍵因子決定著自噬在腫瘤轉(zhuǎn)移中的角色，目前依然未知。如果我們能找到在這個轉(zhuǎn)變過程中的關(guān)鍵分子或通路，很有可能開發(fā)出靶向自噬而治療腫瘤轉(zhuǎn)移的有效藥物。鑒于自噬在多種疾病中的作用，甚至有可能用于治療其他疾病。