自噬相關(guān)基因Beclin1與腫瘤

袁文華 宋云霄

（上海市徐匯區(qū)中心醫(yī)院檢驗(yàn)科，上海 200031）

自噬相關(guān)基因Beclin1與腫瘤

袁文華 宋云霄

（上海市徐匯區(qū)中心醫(yī)院檢驗(yàn)科，上海 200031）

Beclin1是一種自噬相關(guān)基因，其在細(xì)胞自噬中起到了重要的調(diào)節(jié)作用。此外，最近的研究表明它在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中也發(fā)揮了一定作用，它通過(guò)自噬、凋亡等作用抑制腫瘤的發(fā)展，但也有研究表明其在腫瘤發(fā)展過(guò)程中起到了積極的作用。

Beclin1；自噬；腫瘤

自噬是細(xì)胞對(duì)持續(xù)性內(nèi)外刺激的非損傷性應(yīng)答反應(yīng)，受到刺激后細(xì)胞吞噬自身的細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞器，最終將吞噬物在溶酶體內(nèi)降解，以維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)、代謝和功能的平衡[1]。除了在胚胎發(fā)育、饑餓、衰老等情況下自噬會(huì)增強(qiáng)以外，在腫瘤、神經(jīng)退行性變、肌病與病原微生物感染等疾病的發(fā)生也與自噬有很大關(guān)系[2]。Beclin1是酵母自噬基因Atg6/Vps30的同源基因，也稱為BECN1，是哺乳動(dòng)物參與自噬的特異性基因，它參與自噬活性的調(diào)節(jié)，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。本文就Beclin1與自噬和腫瘤的關(guān)系做一綜述。

1 Beclin1的研究概況

自1998年Liang等[3]在致死性Sinbis病毒性腦炎的大鼠中發(fā)現(xiàn)一種相對(duì)分子量為60KD的螺旋結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，其能與bcl-2基因產(chǎn)物相互作用，抑制Sinbis病毒的復(fù)制同時(shí)誘導(dǎo)病毒的凋亡，并將編碼這種蛋白質(zhì)的基因命名為Beclin 1以來(lái)，越來(lái)越多的研究開(kāi)始著眼于Beclin1基因。Beclin1定位于人染色體17q21，編碼450個(gè)氨基酸、60KD卷曲螺旋狀蛋白。其蛋白結(jié)構(gòu)域分四部分：Bcl-2結(jié)合結(jié)構(gòu)域（Bcl-2BD），其對(duì)于Beclin1與Bcl蛋白家族抗凋亡成員Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w在體內(nèi)與體外的結(jié)合是必須的；中央卷曲螺旋區(qū)（CCD）能與紫外線輻射抵抗的相關(guān)蛋白（UVRAG）結(jié)合，促進(jìn)自噬的發(fā)生；進(jìn)化保守區(qū)（ECD）能與Class III PI3/Vps34結(jié)合，將信號(hào)向下游傳導(dǎo)，啟動(dòng)自噬功能[4,5]；核輸出結(jié)構(gòu)域。

2 Beclin1對(duì)自噬的調(diào)節(jié)作用

Beclin1通過(guò)與輔助因子（Atg14L，UVRAG，Bif-1，Rubicon，Ambra1，HMGB1，nPIST，VMP1，SLAM，IP3R，PINK和survivin）的相互作用調(diào)節(jié)Vps-34，促進(jìn)Beclin1-Vps34-Vps15核心復(fù)合物的形成，誘導(dǎo)自噬的發(fā)生[5]。自噬得以誘導(dǎo)之后，Beclin1-Vps34-Vps15核心復(fù)合物啟動(dòng)膜泡的成核反應(yīng)，并使其他自噬蛋白如Atg21、Atg24結(jié)合到膜上形成前自噬體，再通過(guò)膜泡擴(kuò)張將底物包繞形成自噬體[6]。

Bcl-2是一種凋亡抑制蛋白，其通過(guò)與Beclin1的Bcl-2結(jié)合結(jié)構(gòu)域的相互作用來(lái)抑制細(xì)胞自噬。正常情況下，Bcl-2為非磷酸化狀態(tài)，與Beclin1緊密結(jié)合，減弱了Beclin1與Vps34的相互作用，使其他自噬相關(guān)蛋白難以結(jié)合到自噬體膜上，抑制了自噬的發(fā)生。當(dāng)應(yīng)激時(shí)，Bcl-2被激活的激酶JNK1磷酸化，與Beclin1分離，Beclin1啟動(dòng)細(xì)胞自噬[7]。

3 Beclin1與腫瘤的關(guān)系

3.1 Beclin1誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞自噬

自噬可以清除受損細(xì)胞器以避免有害自由基及突變的發(fā)生，從而避免更大的損傷，Beclin1的突變、減少或缺失均會(huì)使細(xì)胞的自噬、凋亡減少，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生率增加，促進(jìn)了腫瘤的發(fā)展，這也在一系列研究中得到了證實(shí)。Beclin1基因的敲除促進(jìn)了人類A549肺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，抑制了其凋亡[8]。而在體外實(shí)驗(yàn)中，將Beclin1導(dǎo)入存在內(nèi)源性Beclin1缺失的人乳腺癌細(xì)胞株MCF-7中，自噬可被誘發(fā)，從而抑制細(xì)胞增殖和腫瘤形成[9]。使用三苯氧胺處理MCF-7細(xì)胞后可引起典型自噬特征的細(xì)胞死亡，其作用是通過(guò)神經(jīng)酰胺刺激Beclin1的表達(dá)，從而激活自噬作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的[10]。這一點(diǎn)被應(yīng)用于腫瘤的治療當(dāng)中，化療藥物他莫昔芬、神經(jīng)酰胺都是通過(guò)上調(diào)Beclin1來(lái)促進(jìn)自噬的發(fā)生。

3.2 Beclin1誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

Beclin1可與抗凋亡蛋白Bcl-2結(jié)合，當(dāng)應(yīng)激發(fā)生時(shí)則與其分離產(chǎn)生了促凋亡作用。同時(shí)有研究表明最強(qiáng)的凋亡抑制因子survivin在胃癌、癌前病變、胃炎中的表達(dá)逐漸降低，而B(niǎo)eclin1在胃癌、癌前病變、胃炎中的表達(dá)逐漸升高，二者的表達(dá)強(qiáng)度有一定的相關(guān)性，表明Beclin1在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中可能與survivin起著相反的作用，即誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡，抑制腫瘤的形成。但也有對(duì)Beclin1致細(xì)胞凋亡作用的研究表明Beclin1與凋亡的關(guān)系并不明顯，在Beclin1+/-雜合缺失的鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)其對(duì)DNA損傷的反應(yīng)以及停止血漿供給后的凋亡反應(yīng)都是正常的[11]。

3.3 Beclin1抑制腫瘤細(xì)胞增殖

早期研究表明在過(guò)度表達(dá)Beclin 1的乳腺癌MCF-7細(xì)胞中，細(xì)胞增殖、克隆形成及體內(nèi)成瘤都受到了抑制。也有文獻(xiàn)[12]報(bào)道了在局部晚期結(jié)腸癌患者中，Beclin1高表達(dá)的腫瘤細(xì)胞增殖細(xì)胞核抗原PCNA低表達(dá)，Beclin1低表達(dá)的腫瘤細(xì)胞PCNA高表達(dá)。說(shuō)明Beclin1可降低局部晚期結(jié)腸癌死亡風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)制之一是抑制腫瘤細(xì)胞周期的進(jìn)行及細(xì)胞的增殖分化。

3.4 Beclin1抑制腫瘤壞死及炎癥擴(kuò)散

當(dāng)腫瘤快速生長(zhǎng)缺乏營(yíng)養(yǎng)時(shí)，腫瘤易發(fā)生壞死，研究表明腫瘤壞死易導(dǎo)致局部巨噬細(xì)胞等炎性細(xì)胞浸潤(rùn)并分泌細(xì)胞因子和化學(xué)因子。腫瘤相關(guān)炎性反應(yīng)可能促進(jìn)腫瘤血管生成及腫瘤細(xì)胞的增殖。因此，抑制腫瘤壞死及局部炎性反應(yīng)可能是抑制腫瘤進(jìn)展的途徑之一。

Degenhardt等學(xué)者[13]構(gòu)建了Beclin 1+/-同時(shí)高表達(dá)抗凋亡基因Bcl-2的永生化小鼠腎上皮細(xì)胞。由于同時(shí)抑制了凋亡及自噬，代謝應(yīng)激能導(dǎo)致該細(xì)胞大量的壞死。而野生型Beclin 1+/+同時(shí)高表達(dá)Bcl-2的細(xì)胞則能顯著抵抗代謝應(yīng)激反應(yīng)。將兩種細(xì)胞種植到小鼠體內(nèi)后Beclin 1+/-Bcl-2細(xì)胞成瘤速度明顯快于Beclin 1+/+Bcl-2細(xì)胞，并伴隨瘤組織中央大量的壞死及炎性反應(yīng)。因此，Beclin 1介導(dǎo)的自噬作用是預(yù)防腫瘤壞死及炎性反應(yīng)，抑制腫瘤發(fā)生與發(fā)展的重要手段。

3.5 Beclin1預(yù)防細(xì)胞基因組突變

自噬可以限制DNA損傷，維持基因組完整性。Mat hew等[14]在Beclin1+/-永生化小鼠乳腺上皮的研究中證明自噬活性降低可導(dǎo)致細(xì)胞DNA損傷、基因擴(kuò)增、染色體非整倍性等，基因組的不穩(wěn)定性大大增加了細(xì)胞的突變率，促進(jìn)了腫瘤的發(fā)生。因此，Beclin1抑制腫瘤的作用不僅僅是促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的死亡，還可能包括維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，保護(hù)細(xì)胞限制DNA損傷。

3.6 Beclin1促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展

Beclin1在乳腺癌[15]、宮頸癌[16]中的表達(dá)下降；但在胃癌[17]、肝癌[18]中卻呈現(xiàn)為高表達(dá)狀態(tài)，表明自噬可能促進(jìn)了這些腫瘤的發(fā)展。原因可能是當(dāng)快速生長(zhǎng)的腫瘤細(xì)胞缺乏營(yíng)養(yǎng)時(shí)，如腫瘤晚期，位于中央的腫瘤細(xì)胞缺乏足夠的血供，自噬被誘發(fā)，通過(guò)降解胞內(nèi)蛋白質(zhì)及細(xì)胞器為腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)及能量[19]。這一點(diǎn)可被肝癌的自噬研究佐證：在營(yíng)養(yǎng)缺乏的條件下，Beclin1的表達(dá)上調(diào)，從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的自噬[20]。因此，在腫瘤發(fā)生的晚期階段，自噬可能利于腫瘤細(xì)胞在低血管化的環(huán)境中生長(zhǎng)。

4 Beclin1與急性白血病的關(guān)系

有研究[21]表明 ，Beclin1在急性髓系白血病中低表達(dá)，并且隨著白血病危險(xiǎn)度級(jí)別的增加Beclin1的表達(dá)水平降低更為明顯；在急性淋巴細(xì)胞白血病高危組和低危組中Beclin1的相對(duì)表達(dá)量均高于正常對(duì)照組，雖然隨著白血病危險(xiǎn)度級(jí)別的增加其表達(dá)水平明顯降低，但是仍高于正常對(duì)照組的表達(dá)水平。Beclin1mRNA在正常對(duì)照組、急性髓系白血病組和急性淋巴細(xì)胞白血病組的表達(dá)水平存在正相關(guān)關(guān)系。

5 結(jié)論與展望

目前Beclin1已被認(rèn)為是一種抑癌基因，但由于Beclin1對(duì)腫瘤存在雙重調(diào)節(jié)作用，誘發(fā)自噬不一定會(huì)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的死亡，反而有可能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖，所以目前在研究尚未成熟的情況下不能盲目地將誘導(dǎo)、抑制自噬應(yīng)用于腫瘤治療上，以免造成嚴(yán)重的后果。可以期待今后研究成熟之后利用腫瘤發(fā)展不同階段的特點(diǎn)，抑制具有保護(hù)細(xì)胞效應(yīng)的自噬反應(yīng)，促進(jìn)殺傷細(xì)胞的自噬以發(fā)揮抗癌作用。

綜上所述，Beclin1具有自噬誘導(dǎo)作用，其在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起到了重要作用。通過(guò)深入研究Beclin1、自噬與腫瘤的關(guān)系，將更好地了解Beclin1在自噬與在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用的機(jī)制，為腫瘤的治療提供新思路、新方法。

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