胡 鶯,毛崢嶸
自噬是一種多步驟溶酶體降解途徑,這個過程受到復雜的網(wǎng)絡調(diào)控。自噬一方面對生存、分化、發(fā)育和穩(wěn)態(tài)維持至關重要,另一方面又與多種疾病的發(fā)生發(fā)展有關[1-2]。淋巴瘤是常見的血液系統(tǒng)惡性腫瘤,類型較多且具有較高的異質(zhì)性,發(fā)病率和病死率均較高。細胞自噬與淋巴瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關,目前研究發(fā)現(xiàn)淋巴瘤中存在多種途徑參與自噬的調(diào)控。越來越多的證據(jù)表明,自噬主要受mTOR依賴信號通路的調(diào)控。最近有研究表明,其他mTOR不依賴途徑也參與調(diào)節(jié)自噬(圖1)。該文對自噬調(diào)控途徑及在淋巴瘤中的研究進展進行綜述。
圖1 自噬調(diào)控示意圖:自噬過程受復雜的網(wǎng)絡調(diào)控,其中主要受mTOR依賴信號通路的調(diào)控,mTOR通過不同的途徑影響自噬的不同階段;此外,其他如與活性氧、RNA、表觀遺傳、翻譯機制等相關的途徑也參與調(diào)節(jié)自噬
mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶,其二聚并形成兩個功能不同的多蛋白復合物的催化亞基,即mTORC1和mTORC2。mTORC1由mTOR本身、Raptor和mLST8三個亞基組成,協(xié)調(diào)進行底物的磷酸化,還包括DEPTOR和PRAS40兩個抑制亞基。mTORC1是細胞生長和代謝的主要調(diào)控因子,其在自噬的幾個階段都具有調(diào)控作用。
1.1 mTOR調(diào)節(jié)自噬前期mTOR通路是調(diào)節(jié)自噬的關鍵上游機制之一。氨基酸存在時,RAG GTP酶與mTORC1的Raptor直接作用,導致溶酶體募集mTORC1,mTORC1被募集到溶酶體表面后,mTORC1被RHEB完全激活。mTORC1誘導的ULK1磷酸化抑制下游VPS34復合體的激活。饑餓時,ULK1上的mTORC1位點被去磷酸化與mTORC1解離,ULK1自磷酸化激活,進而磷酸化ATG13和FIP200。
WIPI2是隔離膜生長和延伸的關鍵蛋白。mTORC1通過磷酸化WIPI2,引導WIPI2特異性地與E3泛素連接酶HUWE1相互作用,進行泛素化和蛋白酶體降解,從而控制自噬小體的形成[3]。營養(yǎng)缺乏條件下刺激AMPK,ATP ∶AMP的比例下降,激活AMPK1,AMPK1激活后抑制mTORC1的調(diào)節(jié)器Raptor和TSC,激活自噬。AMPK介導的自噬誘導也可以繞過mTOR,通過直接誘導ULK1、VPS34和Beclin 1的磷酸化來誘導自噬[4]。最近有研究發(fā)現(xiàn),AMPK在能量緊張的情況下被激活,磷酸化Cyclin Y。這種磷酸化促進Cyclin Y與CDK16的相互作用,并激活CDK16激酶的活性,從而促進自噬。Cyclin Y/CDK16對于AMPK依賴性自噬激活是必需的[5]。
1.2 mTOR調(diào)節(jié)自噬后期mTOR途徑在自噬后期也具有重要功能。mTORC1靶向UVRAG抑制自噬體成熟。在營養(yǎng)豐富條件下,mTORC1磷酸化Pacer 157位絲氨酸,破壞Pacer與Stx17和HOPS復合物結合,抑制了Pacer介導的自噬體成熟。在營養(yǎng)缺乏條件下,Pacer去磷酸化促進了TIP60介導的Pacer乙?;龠MHOPS復合物的募集,是自噬小體成熟的必要條件[6]。mTORC1能控制轉(zhuǎn)錄因子TFEB。當mTORC1活化時,MiT-TFE家族被磷酸化并隔離在細胞質(zhì)中。當mTORC1滅活時,TFEB轉(zhuǎn)移到細胞核,激活溶酶體基因的轉(zhuǎn)錄[7]。
1.3 mTOR介導的自噬與淋巴瘤在套細胞淋巴瘤(mantle cell lymphoma, MCL)細胞中l(wèi)ncRNA HAGLROS表達增加,HAGLROS可能通過調(diào)控miR-100/ATG5/PI3K/AKT/mTOR軸,增加細胞凋亡,降低自噬能力,進而促進腫瘤的發(fā)展[8]。在T細胞急性淋巴細胞白血病中,知母皂苷A-Ⅲ(timosaponin A-Ⅲ, TAⅢ)促進自噬相關蛋白Beclin 1和LC3-Ⅱ的表達,并通過抑制PI3K/Akt/mTOR通路誘導T細胞急性淋巴細胞白血病Jurkat細胞自噬,從而發(fā)揮抗腫瘤活性[9]。mTOR通路在濾泡性淋巴瘤(follicular lymphoma, FL)發(fā)病機制中起著重要作用,F(xiàn)L中v-ATPase亞基反復突變。v-ATPase亞基ATP6V1B2的突變激活自噬通量,并活化mTOR/TOR,從而使原代FL-B細胞在低亮氨酸濃度下表現(xiàn)出強生存能力[10]??贵w藥物偶聯(lián)在腫瘤治療中有較好的效果,利妥昔單抗偶聯(lián)物Rituximab-MMAE(monomethyl auristatin E, MMAE)在非霍奇金淋巴瘤(non-Hodgkin lymphoma, NHL)中表現(xiàn)出較強的治療效果。一方面其誘導NHL細胞caspase-3依賴性凋亡;另一方面,Akt/mTOR通路失活引發(fā)自噬。進一步研究發(fā)現(xiàn)氯喹抑制自噬可以抑制Rituximab-MMAE誘導的細胞凋亡,而雷帕霉素激活自噬可以顯著增強治療效果[11]。
細胞內(nèi)Ca2+對自噬具有復雜的調(diào)控作用。胞內(nèi)Ca2+濃度的升高激活胞內(nèi)半胱氨酸蛋白酶Calpains?;罨腃alpains介導Atg5和Beclin 1的切割,從而抑制自噬誘導。Calpains導致cAMP的產(chǎn)生和腺苷酸環(huán)化酶的激活,細胞內(nèi)cAMP水平升高會激活EPAC,進而激活Rap2B和PLCε。活化的PLCε介導PI(4,5)P2水解以生成IP3,從而抑制自噬。此外,增加的胞質(zhì)Ca2+水平會抑制mTOR活性,并通過增加上游AMPK激活劑CaMKKβ的活性而導致自噬的增加[12]。
自噬也受ROS調(diào)控,ROS是由于氧的不完全還原而產(chǎn)生的高度活性分子。ROS的水平可能通過多種信號途徑調(diào)節(jié)自噬,ROS可以通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激傳感器PERK誘導自噬基因的表達,還可以通過NRF2-p62、HIF-1α-BNIP3/NIX或ATM-CHK2-Beclin 1軸調(diào)節(jié)自噬[13]。
4.1 微小RNA(microRNA, miRNA)miRNA是具有多種生物學功能的小分子RNA,越來越多的證據(jù)表明,失調(diào)的miRNA與各種人類癌癥中異常的自噬有關。miR-155通過在mRNA和蛋白水平上抑制一些Atg基因包括Atg3、Atg5、Atg14和LC3來抑制自噬。miR-216b通過下調(diào)Beclin 1從而減弱自噬[14]。
4.2 miRNA介導的自噬調(diào)控與淋巴瘤miR-449a是從5號染色體長臂轉(zhuǎn)錄而來的miRNA,在腫瘤發(fā)生和自噬中有調(diào)控作用。在T細胞淋巴瘤中,miR-449a與ATG4B mRNA 3’UTR結合,降低ATG4B的表達,從而降低T細胞淋巴瘤細胞的自噬,增加T細胞淋巴瘤細胞凋亡[15]。
4.3 circRNA近年來,越來越多研究發(fā)現(xiàn)circRNA對自噬也具有調(diào)節(jié)作用。circMUC16通過miR-199a調(diào)節(jié)Beclin 1和RUNX1,也可以通過促進ATG13表達,促進上皮性卵巢癌的自噬[16]。circCDYL通過miR-1275-ATG7/ULK1調(diào)節(jié)自噬,促進乳腺癌進程,并認定其可以作為乳腺癌患者預后的潛在預測分子[17]。在活動性肺結核中,circAGFG1通過miRNA-1257/Notch軸調(diào)節(jié)自噬。circAGFG1抑制miRNA-1257表達,使Notch水平升高,進而增強自噬并減少細胞凋亡[18]。
5.1 表觀遺傳調(diào)節(jié)自噬表觀遺傳能調(diào)節(jié)自噬過程。越來越多的證據(jù)表明,幾個甲基轉(zhuǎn)移酶和去甲基化酶是自噬的必要調(diào)控因子。甲基轉(zhuǎn)移酶通過不同的途徑調(diào)節(jié)自噬。EZH2抑制了幾種mTOR通路負調(diào)節(jié)因子的表達,包括TSC2、DEPTOR、RHOA和GPI,導致mTOR激活,從而抑制自噬[19]。在營養(yǎng)豐富條件下,BRD4與EHMT2相互作用,負調(diào)控自噬和溶酶體基因表達,使自噬維持在較低的基礎水平。饑餓誘導導致EHMT2移位,增強ATG基因表達;去甲基化酶KDM1A抑制SESN2,SESN2通過調(diào)控GATOR復合物抑制mTORC1活性,參與了mTORC1通路的調(diào)控。KDM1A還通過直接調(diào)節(jié)TP53介導的轉(zhuǎn)錄程序參與自噬途徑[20]。
5.2 表觀遺傳介導的自噬調(diào)控與淋巴瘤在EB病毒誘導的B細胞淋巴瘤中,EB病毒可以操縱自噬維持生存。EB病毒癌蛋白EBNA3C招募H3K4me1、H3K4me3、H3K9ac和H3K27ac,激活自噬基因ATG3、ATG5和ATG7等的轉(zhuǎn)錄,促進自噬小體的形成。此外,在生長限制條件下,EBNA3C可以通過上調(diào)自噬介導的細胞死亡調(diào)節(jié)劑DRAM1和DAPK1,進一步刺激自噬反應[21]。
6.1 翻譯機制調(diào)節(jié)自噬翻譯機制對自噬具有重要的調(diào)控作用。4E-BP通過隔離eIF4E阻止與eIF4G的相互作用抑制翻譯過程,eIF4E和eIF2alpha可以通過ATF4調(diào)控部分ATG基因和LC3基因的轉(zhuǎn)錄[22]。核糖體蛋白RACK1是40S亞基的一個核糖體蛋白組分,RACK1限制LC3的翻譯,是自噬的負調(diào)控因子。RNA結合蛋白HuR與ATG5,ATG12和ATG16 mRNA的相互作用,促進其轉(zhuǎn)錄。相反RNA結合蛋白ZFP36/TTP是Atg16 mRNA翻譯的負調(diào)控因子[23]。
6.2 翻譯機制介導的自噬調(diào)控與淋巴瘤與正常組織相比,淋巴瘤中UPR的激活水平明顯更高。c-Myc激活PERK/eIF2 inhibitor/ATF4,進而激活了UPR,通過誘導細胞保護性自噬提高細胞存活率。抑制PERK可顯著降低myc誘導的自噬。此外,自噬的抑制導致myc依賴性凋亡的增加[24]。
7.1 與Ⅲ類PI3K復合物相關的自噬Ⅲ類PI3K復合物包括Beclin 1、VPS34(也稱為PIK3C3)、ATG14和AMBRA1的形成是自噬起始的重要步驟,很多因素能在這一步對自噬起調(diào)節(jié)作用。JNK能在轉(zhuǎn)錄水平和通過磷酸化BCL-2使Beclin 1-BCL-2解離。NF-κB可以通過激活Beclin 1來誘導自噬。Beclin 1也是多個激酶的靶點,被ULK1、AMPK磷酸化后能促進自噬,而AKT和EGFR通過Beclin 1失活抑制自噬。DAPK使Beclin 1磷酸化,從而使Beclin 1-BCL-xL復合體解離,促進自噬的誘導。RTKs的激活通過直接磷酸化調(diào)節(jié)Beclin 1,從而抑制自噬的進展[25]。E3泛素連接酶NEDD4可通過招募USP13來減少PIK3C3/VPS34的K48連鎖泛素化,提高VPS34的穩(wěn)定性,對自噬有正調(diào)節(jié)作用[26]。
7.2 與Ⅲ類PI3K復合物相關的自噬調(diào)控與淋巴瘤有研究發(fā)現(xiàn),在彌漫性大B細胞淋巴瘤(diffuse large B-cell lymphoma, DLBCL)組織中CUL4B表達上調(diào)與患者預后不良密切相關。CUL4B可以通過調(diào)節(jié)JNK信號來調(diào)節(jié)DLBCL細胞的自噬水平。在體外沉默CUL4B,可抑制DLBCL異種移植小鼠腫瘤的生長[27]。在MCL中,轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶TG2的表達與NF-κB的組成激活和細胞的化療耐藥有關。MCL細胞利用TG2/NF-κB信號傳導和IL-6增強細胞保護性自噬反應,而自噬又調(diào)節(jié)TG2/NF-κB信號傳導和IL-6分泌,這暗示了潛在的反饋回路是MCL生存機制的基礎[28]。
8.1 與溶酶體相關的自噬溶酶體在自噬過程具有至關重要的作用。在自噬后期,自噬體與溶酶體融合,形成自噬溶酶體,其內(nèi)容物被降解,大分子前體被回收或用于代謝途徑。FoxO3誘導FoxO1與Rab7結合,促進溶酶體與自噬體的融合。TFE家族成員轉(zhuǎn)移到細胞核后,激活溶酶體基因的轉(zhuǎn)錄。PKC-β激活Nox2信號傳導,削弱溶酶體的酸化過程,從而導致自噬體積累[29]。
8.2 與溶酶體相關的自噬調(diào)控與淋巴瘤PIKFYVE抑制劑apilimod是一種有效的、選擇性的抗B細胞非霍奇金淋巴瘤(B-cell non-Hodgkin lymphoma, B-NHL)的細胞毒性藥物。apilimod可破壞溶酶體穩(wěn)態(tài),導致溶酶體腫脹、TFEB核易位和自噬體清除不完全,從而誘導B-NHL細胞死亡[30]。
近年來,對于自噬的研究受到很多關注,也取得了一些進展,但是在mTOR非依賴的其他領域,對自噬的了解還需要進一步發(fā)展。自噬在淋巴瘤等多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中都起著重要的作用。更深入的了解自噬的分子機制和調(diào)控途徑,特別是基于特定的環(huán)境,為疾病的治療提供新的突破,值得我們進一步探索。