自噬與腫瘤

高雅邢皓于愛鳴

1.中國醫(yī)科大學(xué),遼寧 沈陽 110002 2.中國醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)教研室,遼寧 沈陽 110002

自噬與腫瘤

高雅1邢皓1于愛鳴2

1.中國醫(yī)科大學(xué),遼寧 沈陽 110002 2.中國醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)教研室,遼寧 沈陽 110002

自噬作為一種細(xì)胞防御和應(yīng)激調(diào)控的機制，目前成為癌癥研究領(lǐng)域的又一熱點。在不同種類的腫瘤以及腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段，自噬有抑制和促進(jìn)兩種對立的影響。自噬異常與惡性腫瘤的能量代謝、細(xì)胞死亡、炎癥反應(yīng)以及對腫瘤治療的耐藥性等方面都有密切的聯(lián)系。全面正確地了解自噬可為腫瘤治療提供一個嶄新的思路。

自噬；腫瘤；凋亡；抗腫瘤

自噬（autophagy）是細(xì)胞在饑餓、能量缺乏等代謝應(yīng)激狀態(tài)下的一種分解代謝過程。細(xì)胞可以通過自噬消除，降解受損、衰老和失去功能的細(xì)胞、細(xì)胞器及變性的蛋白等大分子，為細(xì)胞提供循環(huán)能量。自噬作用的大大增強，表現(xiàn)為胞質(zhì)中迅速涌現(xiàn)大量自噬體，這一現(xiàn)象被稱為“自噬潮”(autophagic flux)，廣泛用于自噬形成的檢測。自噬潮為細(xì)胞提供度過危機的能量。然而，過多或過少的自噬潮則危害細(xì)胞。

自噬存在于多種多樣的生理學(xué)和病理生理學(xué)過程。其中，惡性腫瘤是最早被發(fā)現(xiàn)的與自噬有關(guān)的疾病之一。近年來，隨著研究的不斷深入，自噬在腫瘤發(fā)生與發(fā)展中的作用引起人們的廣泛關(guān)注，成為癌癥研究領(lǐng)域的一個熱點。腫瘤細(xì)胞的自噬是一把雙刃劍：一方面，自噬可以清除腫瘤細(xì)胞內(nèi)折疊異常的蛋白和功能異常的細(xì)胞器例如線粒體，抑制細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)，最終防止基因組損傷從而抑制癌癥發(fā)生。另一方面，在腫瘤生長的后期，腫瘤細(xì)胞可利用自噬作用使自身在營養(yǎng)缺乏和低氧或缺氧的狀況下得以存活。此外，自噬也可以保護(hù)腫瘤細(xì)胞對抗一些抗癌療法，并可以通過清除受損細(xì)胞器而阻止細(xì)胞凋亡。因此，在腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段，自噬對腫瘤細(xì)胞有不同的影響作用。充分認(rèn)識自噬在腫瘤中的確切作用和功能，對于正確指導(dǎo)癌癥的治療與預(yù)防具有重要意義。

1 自噬的生物學(xué)特征

自噬有兩種不同的分類方法：① 根據(jù)細(xì)胞內(nèi)貨物運送到溶酶體腔內(nèi)方式的不同，可分為三種主要方式：大自噬（macroautophagy）、小自噬（microautophagy）和分子伴侶介導(dǎo)的自噬（chaperone-mediated autophagy,CMA）。

② 根據(jù)自噬對降解底物的選擇性將自噬分為兩類：選擇性和非選擇性自噬。至今研究最多的是大自噬的分子機制和生理作用，其具有的自噬發(fā)展過程迅速，批量降解，可誘導(dǎo)等特性有利于細(xì)胞快速適應(yīng)惡劣環(huán)境。若無特殊說明，通常所指的自噬指大自噬。

2 自噬的基本形成過程

自噬依據(jù)大自噬、小自噬以及CMA有三種不同的形成過程。大自噬的發(fā)生過程可人為地分為四個階段：①分隔膜的形成：在應(yīng)激狀態(tài)下，有雙層膜的杯狀分隔膜開始在被降解物的周圍形成。②自噬體的形成：隨著分隔膜逐漸延伸，將要被降解的胞漿成分完全包繞隔離形成自噬體。③自噬體的運輸、融合：自噬體形成后，通過細(xì)胞骨架微管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將其包裹物運輸?shù)饺苊阁w與溶酶體融合形成自噬溶酶體。④自噬體的降解：自噬體融合后最終被溶酶體中的水解酶溶解，降解產(chǎn)物在細(xì)胞內(nèi)再循環(huán)利用。小自噬是指通過溶酶體膜自身變形，直接攝取胞漿中的貨物的過程。而CMA的具體過程為：首先由胞漿中的分子伴侶如熱休克蛋白70（HSP70）識別靶蛋白分子的特定5肽序列（KFERO）,然后分子伴侶-靶復(fù)合物與溶酶體膜上的受體識別、結(jié)合，最終轉(zhuǎn)運到溶酶體內(nèi)降解[1]。三者最顯著的區(qū)別在于，只有在大自噬中才有自噬體的形成。

3 自噬的生理功能

自噬功能具有雙重性：一方面，自噬可以應(yīng)對如營養(yǎng)匱乏、生長因子耗竭和低氧或缺氧等代謝應(yīng)激；是細(xì)胞的“管家”，能清除有缺陷的蛋白質(zhì)或細(xì)胞器，防止異常蛋白積聚并清除細(xì)胞內(nèi)的病原體；也可能是基因組的“監(jiān)護(hù)者”。因此，自噬對于對抗衰老、癌變、神經(jīng)退行性病變、感染等皆有重要意義[2]。另一方面，自噬的過度活躍則會形成自噬應(yīng)激，損傷細(xì)胞器，促進(jìn)自噬性細(xì)胞死亡或通過激活凋亡/壞死通路誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。近期研究表明，自噬參與了HIV感染過程中大量CD4+T淋巴細(xì)胞包括未感染的T細(xì)胞的凋亡現(xiàn)象[3]。

4 自噬對腫瘤的雙重作用

自噬與眾多疾病的發(fā)生存在著密切關(guān)系。其中，惡性腫瘤是最早被發(fā)現(xiàn)與自噬有關(guān)的疾病之一。自噬在腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段有著不同的影響。

5 自噬對腫瘤的抑制作用及其機制

現(xiàn)已初步明確，抑制自噬與腫瘤的發(fā)生存在一定的聯(lián)系和相關(guān)性。研究表明，自噬異常會導(dǎo)致受損的蛋白質(zhì)和功能異常的細(xì)胞器（如線粒體）的累積，并誘導(dǎo)細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)。衰老和受損的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器是產(chǎn)生反應(yīng)活性氧簇（ROS）的潛在來源，ROS可引起基因組損傷，導(dǎo)致染色體的不穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。在化學(xué)致癌物誘發(fā)的肝癌細(xì)胞中，在癌變前期的肝結(jié)節(jié)中出現(xiàn)了自噬能力下降的現(xiàn)象，并且從肝結(jié)節(jié)和肝癌組織分離得到的自噬泡中溶酶體酶類活性明顯降低[4]。人類乳腺癌、卵巢癌以及前列腺癌中都發(fā)現(xiàn)，作為自噬所必需的基因BECN1和Becn1(+/-)的缺失[5]。而化療藥物及放療處理中自噬能被激活，從而誘導(dǎo)哺乳動物組織和腫瘤細(xì)胞發(fā)生自噬性細(xì)胞死亡。如Chun等研究的紫杉醇及長春堿（抗微管藥物）對凋亡不敏感的胃癌細(xì)胞系SGC7901、BGC823的死亡機制中發(fā)現(xiàn)，紫杉醇和長春堿可以誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞系自噬及自噬性細(xì)胞死亡[6]；抗雌激素藥他莫西芬以雌二醇受體為靶點，也可誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞MCF-7發(fā)生自噬性細(xì)胞死亡[7]。

自噬在腫瘤發(fā)生過程中的抑制作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①降解、清除功能紊亂的細(xì)胞器：線粒體自噬（mitophagy）是自噬作用的最重要體現(xiàn)之一?，F(xiàn)在普遍認(rèn)為，自噬是唯一能在細(xì)胞內(nèi)吞沒像線粒體這樣大的細(xì)胞器并且運送到溶酶體的機制。因此，若線粒體發(fā)生異常，膜通透性增加，產(chǎn)生大量ROS，將激活自噬來清除受損的線粒體，從而達(dá)到抑制腫瘤的作用。②誘導(dǎo)非凋亡性細(xì)胞死亡：近期相關(guān)研究提供了遺傳學(xué)證據(jù)，證明自噬途徑可以殺死細(xì)胞。人們發(fā)現(xiàn)，針對自噬基因Atg7和Beclin1的RNA干擾，能有效阻止caspase抑制劑zVAD誘導(dǎo)的小鼠L929細(xì)胞死亡。而針對自噬基因Atg5的RNA干擾能阻止etoposide（依托泊苷）誘導(dǎo)的bax-/-、bak-/-小鼠胚胎纖維母細(xì)胞（MEFs）死亡[8]。某些腫瘤細(xì)胞由于在凋亡通路上存在著一些特異基因的突變，不能發(fā)生凋亡形式的程序性細(xì)胞死亡，卻仍可通過自噬途徑得到清除。③抑制炎癥反應(yīng)：自噬缺陷的一個直接后果是在應(yīng)激壓力下癌細(xì)胞的長期慢性死亡。從壞死細(xì)胞中釋放的核苷酸可以通過激活Toll樣受體來促進(jìn)炎癥的發(fā)生。這些死亡相關(guān)的分子模式（DAMPs）的存在為組織損傷和炎癥起著信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的作用。因此，如果組織損傷沒有得到修復(fù)，腫瘤就會趁虛而入。④防止染色體不穩(wěn)定性：現(xiàn)已知Beclin1等位基因的缺失與染色體的增加或缺失有關(guān)[9]。因此，自噬能限制染色體不穩(wěn)定性進(jìn)而抑制腫瘤發(fā)展。

6 自噬對腫瘤的促進(jìn)作用及其機制

雖然在某些情況下自噬作用可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的死亡，但在另外一些情況下，自噬可以緩解細(xì)胞所遭受的一些刺激（如營養(yǎng)或能量供應(yīng)不求），對細(xì)胞的存活起到支撐作用。

自噬對腫瘤發(fā)展的促進(jìn)作用具體體現(xiàn)在以下幾個方面：①自噬為腫瘤細(xì)胞提供保護(hù)并促進(jìn)其存活：Kasper等在研究低氧調(diào)節(jié)誘導(dǎo)自噬基因MAP1LC3B和ATG時，非折疊蛋白反應(yīng)（UPR）對癌細(xì)胞保護(hù)作用也表明自噬在缺氧的微環(huán)境中起到保護(hù)癌細(xì)胞的作用[10]。在Ras基因被激活的腫瘤如人類胰腺癌中，腫瘤細(xì)胞依賴于上調(diào)自噬的方式存活生長。②自噬抑制細(xì)胞凋亡：在etoposide處理過的野生型小鼠胚胎纖維母細(xì)胞（MEFs）中，僅僅發(fā)現(xiàn)很低的自噬活性。Kang等在研究胰腺癌的AGER時發(fā)現(xiàn)，AGER通過自噬途徑提高生產(chǎn)率，限制細(xì)胞凋亡[11]。③自噬增強腫瘤細(xì)胞對化療、放療或其他療法的耐受性：當(dāng)接觸化療或放療后，腫瘤細(xì)胞會產(chǎn)生大量受損細(xì)胞器、蛋白質(zhì)等有害成分，而此時提高自噬活性可及時清除這些有害物質(zhì)，并提供應(yīng)急的代謝物和能量為修復(fù)受損細(xì)胞器贏得時間和條件，從而保護(hù)腫瘤細(xì)胞免于發(fā)生凋亡性細(xì)胞死亡，以維持癌細(xì)胞的持續(xù)增殖。在抗癌藥Bortezomib誘導(dǎo)乳腺癌MCF-7細(xì)胞死亡時，自噬活性的增高使MCF-7細(xì)胞對Bortezomib產(chǎn)生耐藥性[12]。

小結(jié)

自噬在腫瘤發(fā)展的不同階段具有不同的影響作用。在腫瘤形成的早期，自噬抑制腫瘤發(fā)生；而在腫瘤生長的后期，自噬促進(jìn)腫瘤發(fā)展。而從某種意義上講，無論對于何種類型的細(xì)胞，自噬都可以看做是一種細(xì)胞的防御應(yīng)激機制：一方面，自噬能夠保護(hù)正常細(xì)胞，防止其惡性轉(zhuǎn)變；另一方面，自噬又能夠增強惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞的生存能力，起到保護(hù)作用。因而，自噬對腫瘤的雙重性是目前研究爭論的焦點。自噬與腫瘤的話題仍需要大量的研究，方興未艾。

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Autophagy as a cellular defense and stress regulation mechanism, has become another hot spot in the field of cancer research. In different stages and types of tumor, autophagy plays two opposing roles: inhibition and promotion. Abnormal autophagy is closely linked with the energy metabolism, cell death, inflammatory response and treatment resistance of malignant tumor. Comprehensive understanding of autophagy can provide a new idea for cancer treatment.

autophagy; tumor; apoptosis; anticancer