柴琳琳， 袁瑋， 胥傳海

(鹽城市第一人民醫(yī)院病理科，江蘇 鹽城 224001)

結(jié)直腸癌是一種常見惡性腫瘤，居女性惡性腫瘤的第2位，男性惡性腫瘤的第3位，約占全世界每年新診斷癌癥的10%[1]。研究表明，結(jié)直腸癌好發(fā)于發(fā)達國家，然而隨著發(fā)展中國家的持續(xù)進步及飲食結(jié)構(gòu)的改變，預計到2030年全球結(jié)直腸癌新增病例達220萬，死亡人數(shù)達110萬[2-4]。結(jié)直腸癌發(fā)生源自多種內(nèi)在和外在因素，其中包括TP53、KRAS等基因突變，家族史的易感等位基因的積累，常年的慢性炎癥等[5-6]。結(jié)直腸癌的傳統(tǒng)治療方式是手術(shù)、化療、放療以及靶向治療。雖然早期檢測手段和手術(shù)水平的進步使得局部和區(qū)域化結(jié)直腸癌患者的5年生存率提高至90%和71%，但是發(fā)生轉(zhuǎn)移的結(jié)直腸癌患者的5年存活率僅為14%左右[7]。更令人擔憂的是25%的結(jié)直腸癌在診斷時已經(jīng)顯示腫瘤轉(zhuǎn)移，并且50%接受治療的患者最終也發(fā)生轉(zhuǎn)移[8]。這些統(tǒng)計結(jié)果表明傳統(tǒng)的標準治療方案需要補充新的治療方式，開發(fā)新的治療靶點。目前，結(jié)直腸癌靶點研究主要集中于血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)信號通路、Notch信號通路、Wnt信號通路以及自噬信號通路等[9]。

自噬又稱“自食”，最早在1962年由Ashford和Porter發(fā)現(xiàn)，它是在進化中高度保守且普遍存在的一種生理的細胞過程[10]。自噬目的是降解和消除錯誤折疊的蛋白質(zhì)和受損的細胞器，而當細胞處于應激環(huán)境時，例如營養(yǎng)饑餓、氧化應激、缺氧或感染，自噬將保護細胞。在營養(yǎng)饑餓期間，自噬分解DNA/RNA、碳水化合物、蛋白質(zhì)和三酰甘油，并產(chǎn)生基礎營養(yǎng)物質(zhì)為細胞供能。自噬可以捕獲入侵的病原體并將它們遞送到溶酶體降解，也可通過選擇性隔離和清除受損的線粒體來減少活性氧損傷[11-12]。近年來研究表明，自噬與癌癥啟動和治療都有聯(lián)系[13-14]。事實上，一些研究表明自噬是多種癌基因和抑癌基因的調(diào)節(jié)器[15-16]，而其他研究表明自噬既涉及促進腫瘤的發(fā)生，也涉及癌癥的發(fā)展和抑制[17-19]。本文綜述自噬在結(jié)直腸癌中的功能研究進展。

1 自噬簡介

根據(jù)轉(zhuǎn)運到溶酶體的細胞內(nèi)成分不同，自噬途徑可分為以下3類：巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)與分子伴侶介導的自噬(chaperone-mediated autophagy)。本文自噬指的是巨自噬。

自噬的發(fā)生是一個精準調(diào)控的多層次動態(tài)連續(xù)發(fā)展的過程。迄今為止發(fā)現(xiàn)，自噬全過程受到超過36個自噬相關基因(autophagy related genes，ATGs)及相應蛋白嚴格調(diào)控[20]，根據(jù)其發(fā)展過程主要分5個階段:起始階段(誘導階段)、自噬小體成核、自噬小體形成(延伸)、溶酶體融合(完成)、最終降解。哺乳動物的雷帕霉素靶點(mTOR)與細胞增殖、應激和癌癥進展有關，是自噬的關鍵因子。自噬激活激酶(ULK)復合體由ULK1/ULK2、ATG13/101、黏著斑激酶家族相互作用蛋白(FAK-family interacting protein of 200 kDa，F(xiàn)IP200)組成，該復合體的形成及活化啟動自噬的發(fā)生。mTOR復合物抑制ULK復合物的形成，實際上會阻止自噬。各種刺激(如缺氧、饑餓)會抑制mTOR，從而激活ULK復合物。ULK復合物是自噬中具有絲氨酸/蘇氨酸激酶活性的核心蛋白。當mTOR被抑制時，ULK復合物被去磷酸化，因此被激活。激活的ULK復合物定位在吞噬細胞上，并激活Ⅲ級胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶(PI3K)復合體。Ⅲ級PI3K復合體包含了HVPS34、BECLIN-1、P150和ATG14等。ATG12與泛素E1連接酶ATG7、泛素E2連接酶ATG10和ATG5偶聯(lián)，然后以ATG12-ATG5的連接物與ATG16L1共價結(jié)合為新的復合物進而擴張自噬體膜。而ATG8家族蛋白中的微管相關蛋白輕鏈 3(microtubule associated protein-light chain 3，LC3)將與磷脂酰乙醇胺(PE)結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)長C3-Ⅱ，LC3-Ⅱ位于自噬體的內(nèi)膜和外膜中，使其能夠結(jié)合降解的底物。自噬相關基因信號通路見圖1。成熟的自噬體可以與溶酶體融合形成自噬溶酶體，通過自噬選擇性地去除蛋白質(zhì)和受損的細胞器，參與自噬體的形成[21]。

圖1 自噬相關基因信號通路示意圖

2 自噬對結(jié)直腸癌的調(diào)控

腫瘤發(fā)生源于細胞增殖和細胞死亡之間的不平衡。當自噬被阻斷時，細胞增殖和細胞死亡之間的平衡被破壞，這種破壞可能代表著腫瘤發(fā)生過程的早期步驟[22-23]。為了應對壓力，細胞可以采用多種最終決定細胞死亡或存活的機制。在這些機制中，自噬最初被認為是一種抑制惡性轉(zhuǎn)化的機制。癌細胞的增殖需要源源不斷的資源來維持細胞內(nèi)的能量和營養(yǎng)水平。在營養(yǎng)或能量有限的情況下，自噬通過降解細胞內(nèi)的成分來維持癌細胞的存活。近年來，對自噬與腫瘤的關系研究日益增多，因此產(chǎn)生了眾多假說。目前較為公認的是自噬在癌癥發(fā)生過程中有著相互矛盾的雙重作用，這一矛盾可能與腫瘤發(fā)生的時期相關，但引起癌癥自噬的確切機制尚未完全確定。首先，自噬是正常細胞中的監(jiān)視系統(tǒng)，它能夠清除細胞器以及積聚的蛋白質(zhì)，減少DNA損傷，清除異常線粒體減少活性氧損傷等，并將產(chǎn)生的基礎物質(zhì)重新循環(huán)利用，從而可以應激保護細胞免遭惡性轉(zhuǎn)化。然而，自噬也能夠為腫瘤的生長代謝提供關鍵營養(yǎng)物質(zhì)，并通過抑制細胞的凋亡與耐藥性從而支持腫瘤形成[24-25]。

2.1 自噬對結(jié)直腸癌發(fā)生的抑制作用

引發(fā)結(jié)直腸癌的因素很多，其中炎癥或其他因素引起的腸上皮細胞反復損傷和再生可導致其惡變，最終形成腫瘤。在一項研究中發(fā)現(xiàn)，Atg7缺失的小鼠中炎性因子的表達使其更容易患實驗性結(jié)腸炎，并伴有結(jié)腸細胞因子表達增加和全身細菌侵襲[26]。而ATG5和ATG16L1介導的上皮細胞自噬有助于清除上皮細胞中的細菌，增強抗菌防御，從而降低炎癥反應，進而抑制腫瘤的發(fā)生。當巨噬細胞中缺乏ATG16L1會損害有絲分裂吞噬功能，從而活性氧的產(chǎn)生增加，導致小鼠結(jié)腸炎的發(fā)生[27]。從免疫學的角度來看，當惡性細胞通過改變其抗原性能或通過抑制抗腫瘤免疫應答從而逃避免疫系統(tǒng)的控制時，癌癥會快速發(fā)展。TP53突變體的積累，或抗凋亡BCL-2蛋白的過度表達抑制自噬，直接或者間接導致癌細胞中基因組的不穩(wěn)定，最終形成惡性細胞免疫逃逸[28]。除了通過炎癥應激以及免疫應答，自噬相關基因也直接參與腫瘤的發(fā)生。TP53作為一個重要的抑癌基因能夠通過調(diào)節(jié)細胞凋亡、細胞周期等發(fā)揮抑癌作用。同時P53蛋白也可以通過抑制mTOR的活性，增強自噬，抑制結(jié)直腸癌的發(fā)展。通常來說TP53基因突變后喪失抑癌作用，可促進細胞向惡性轉(zhuǎn)化。然而一項研究中發(fā)現(xiàn)，當TP53基因突變后也能激活自噬，從而促進結(jié)直腸癌細胞的凋亡[29]，這一研究暗示了自噬的激活并不完全由單個基因表達的改變而發(fā)生變化。而當缺乏自噬相關蛋白LC3B、ATG5和BECLIN1的表達時，往往結(jié)直腸癌患者預后不良[30]。在具有高度微衛(wèi)星不穩(wěn)定性的結(jié)直腸癌中，27%的癌癥患者至少包含ATG2B、ATG5、ATG9B和ATG12基因中一個突變，且其蛋白表達降低與結(jié)直腸癌和胃癌相關[31-33]。紫外線抵抗相關基因(UV radition resistance associated gene，UVRAG)是紫外線耐受相關基因，編碼一種腫瘤抑制蛋白，通過與BECLIN1相互作用誘導自噬，在結(jié)直腸癌中，具有微衛(wèi)星不穩(wěn)定性的UVRAG移碼突變會導致腫瘤發(fā)生、上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移[34-35]。

2.2 自噬對結(jié)直腸癌發(fā)生的促進作用

在營養(yǎng)物質(zhì)或能量匱乏的條件下，自噬通過降解細胞內(nèi)的成分來維持癌細胞的存活從而促進腫瘤的發(fā)生。例如，在腫瘤細胞快速增殖期，細胞對氨基酸、氧氣和生長因子減少有明顯的反應。在代謝應激條件下，癌基因Ras被激活并誘導自噬[36]，Ras誘導的自噬通過提供能量和營養(yǎng)來源及延長細胞存活幫助癌細胞適應應激的微環(huán)境[37]。在人類結(jié)直腸癌樣本的分析表明，實體腫瘤中的腫瘤干細胞或腫瘤啟動細胞(TICs)通常處于缺氧狀態(tài)，缺氧增加了TICs的自我更新能力。一項研究發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定敲除ATG5抑制自噬的發(fā)生，體內(nèi)腫瘤啟動和生長顯著減少[38]。結(jié)直腸癌患者有很高的KRAS基因突變率，而KRAS的突變通過ERK信號通路促進自噬，從而為結(jié)直腸癌細胞提供營養(yǎng)保障[39]。除了營養(yǎng)支持，部分自噬相關蛋白的高表達也暗示了預后不良。研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌中LC3或BECLIN1高表達，而高水平的LC3或BECLIN1陽性細胞與轉(zhuǎn)移和預后不良有關[40-41]。結(jié)直腸癌組織中，ATG10蛋白高表達與腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和侵襲有關，此外，ATG10的高表達也與生存不良相關，表明ATG10可能是結(jié)直腸癌潛在的預后標志物[42]。在一篇Meta分析報告中，BECLIN1的過度表達與結(jié)直腸癌患者的不良預后和轉(zhuǎn)移有關[43]。腫瘤的耐藥性是化療成功與否的關鍵因素，眾多研究表明自噬能夠通過增加機體對化療藥物的耐藥性間接促進癌癥的發(fā)展。在體外降低ATG7的表達能夠引起結(jié)直腸癌細胞的特異性凋亡，并增強化療藥物殺死結(jié)直腸癌細胞的效果[44]。阿帕替尼是一種新型的酪氨酸激酶抑制劑，研究表明阿帕替尼能夠通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激誘導結(jié)直腸癌細胞的凋亡，抑制自噬能夠降低結(jié)腸癌細胞耐藥性并提升阿帕替尼的抗腫瘤效果[45]。以上結(jié)果表明自噬對腫瘤的發(fā)生起到促進作用。

3 總結(jié)

一般來說，非選擇性自噬用于營養(yǎng)脅迫，而選擇性自噬用于細胞維持。然而，在結(jié)直腸癌腫瘤生長的背景下，這些角色可能會改變。自噬的復雜過程涉及多個基因和蛋白質(zhì)。關于結(jié)直腸癌中最重要的研究主要集中在LC3、BECLIN1、ATG5及ATG7等分子上，這些研究產(chǎn)生了相互矛盾的結(jié)果，既有促進作用，也有抑制作用，而這種“矛”與“盾”的確切機制尚未研究透徹。根據(jù)現(xiàn)有研究我們有必要確定自噬的雙重作用如何調(diào)節(jié)結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展，并確定是什么信號和分子機制使得自噬在一種情況下起促進作用，而在另一種情況下起抑制作用。盡管目前針對自噬已開發(fā)部分臨床藥物，但仍然需要進一步的研究來更好地了解結(jié)直腸癌和自噬之間的關系，并開發(fā)出對治療和預后有潛在益處的藥物。