陳海琳,周永明,陸?zhàn)?,孫偉玲,王怡超,吳志豪,李昌桂,徐靜
(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽(yáng)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院,上海 200437)
骨髓增生異常綜合征(myelodysplastic syndromes,MDS)是一組起源于造血干細(xì)胞的惡性克隆性疾病,以無(wú)效造血和高風(fēng)險(xiǎn)向急性白血病轉(zhuǎn)化為特征,表現(xiàn)為形態(tài)上病態(tài)造血和外周血血細(xì)胞減少[1]。臨床上以單系或多系血細(xì)胞減少為主要表現(xiàn)[2]。MDS發(fā)病機(jī)制至今仍不明確。
自噬(autophagy)是一種高度保守的經(jīng)溶酶體介導(dǎo)的對(duì)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和細(xì)胞器進(jìn)行降解、維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境自身穩(wěn)定的過(guò)程,是細(xì)胞面臨營(yíng)養(yǎng)缺乏或應(yīng)激狀態(tài)時(shí)的自我保護(hù)機(jī)制[3]。自噬參與生物過(guò)程的各個(gè)方面,包括細(xì)胞存活、死亡、增殖、分化、衰老和癌變[4-5]。 近年來(lái)的一些研究表明,自噬異常與MDS發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),自噬可以調(diào)節(jié)細(xì)胞的形成、增殖、能量代謝等諸多方面。通過(guò)調(diào)節(jié)自噬失衡有可能成為治療MDS的新思路?,F(xiàn)就目前MDS中自噬及相關(guān)中醫(yī)藥研究作一介紹。
自噬的生理功能主要是維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)及維持細(xì)胞存活。依據(jù)自噬過(guò)程中底物進(jìn)入溶酶體的途徑,可以被分為三類(lèi):巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侶介導(dǎo)自噬(chaperone-mediated autophagy CAM)[6]。巨自噬即是通常意義的自噬,是自噬最常見(jiàn)的類(lèi)型,本文中的自噬均指巨自噬。自噬過(guò)程主要包括:起始、延伸、成熟、自噬體與溶酶體融合和降解等步驟[7]。自噬是一種起始于稱(chēng)為PAS(pre-autophagosomal structure, 自噬體前結(jié)構(gòu))的泡狀過(guò)程[8]。PAS首先在釀酒酵母中被鑒定,并被認(rèn)為是吞噬泡(phagophore)的前體。但尚未確定PAS是否存在于哺乳動(dòng)物細(xì)胞中。吞噬泡或隔離膜募集、容納所有誘導(dǎo)自噬所需的Atg(自噬相關(guān))蛋白。吞噬泡擴(kuò)大并隔離胞質(zhì)成分,最終成為雙膜囊泡,即自噬體。自噬體與內(nèi)涵體融合形成自噬性液泡(amphisome),然后其與晚期內(nèi)涵體和溶酶體融合成為自溶酶體(autolysosome)。自溶酶體與晚期內(nèi)涵體和溶酶體的直接融合也可能發(fā)生。這個(gè)過(guò)程導(dǎo)致隔離內(nèi)容物的降解,降解產(chǎn)物可以被細(xì)胞重新利用[9]。
在哺乳動(dòng)物中,HSC(造血干細(xì)胞)衍生的早期祖細(xì)胞成熟為紅細(xì)胞,主要在BM(骨髓)中從幼紅細(xì)胞開(kāi)始,去核后成為網(wǎng)織紅細(xì)胞。新形成的網(wǎng)織紅細(xì)胞在外周循環(huán)中進(jìn)一步發(fā)育成紅細(xì)胞,在紅細(xì)胞中完成蛋白質(zhì)合成,獲得雙凹形狀并去除所有剩余的細(xì)胞器,主要是線(xiàn)粒體。線(xiàn)粒體自噬對(duì)這種發(fā)育調(diào)節(jié)性線(xiàn)粒體降解至關(guān)重要[10]。這個(gè)過(guò)程開(kāi)始于一個(gè)主要來(lái)自?xún)?nèi)質(zhì)網(wǎng),線(xiàn)粒體和高爾基體的特殊膜的延伸,稱(chēng)為吞噬泡。吞噬泡圍繞需被消除的分子和細(xì)胞器,當(dāng)兩個(gè)膜端連接時(shí),形成稱(chēng)為自噬體的囊泡。這種細(xì)胞器與胞內(nèi)結(jié)構(gòu)相互作用,產(chǎn)生一種前溶酶體雜交細(xì)胞器,稱(chēng)為amphisome。最后,amphisome與溶酶體融合,導(dǎo)致酶蛋白水解,使被隔離的物質(zhì)降解[11]。
自噬以自噬小體形成為核心,受Atg基因以及多種信號(hào)途徑傳導(dǎo)的調(diào)控。對(duì)酵母和哺乳動(dòng)物的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少有40個(gè)Atg基因,其編碼的蛋白質(zhì)參與自噬[12-13]。自噬誘導(dǎo)階段哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)參與調(diào)控。mTOR可以感受生長(zhǎng)因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞能量狀態(tài)和應(yīng)激反應(yīng)。正常狀況下,mTOR可以抑制細(xì)胞自噬的活化。當(dāng)出現(xiàn)饑餓、營(yíng)養(yǎng)匱乏以及壓力刺激等狀態(tài)時(shí),mTOR則通過(guò)mTOR/Atg1/Atg13信號(hào)通路以及mTOR/ULK1/Atg13信號(hào)通路影響自噬[14]。典型的自噬涉及外源性或內(nèi)源性刺激使線(xiàn)粒體去極化同時(shí)產(chǎn)生活性氧(ROS)。進(jìn)而通過(guò)活化AMP激活的蛋白激酶(AMPK)信號(hào)通路,抑制mTOR。這一過(guò)程激活典型的自噬蛋白如ULK1和Beclin-1,導(dǎo)致膜的成型和吞噬泡形成。ULK和Beclin1-PI3KC3復(fù)合物是自噬體形成所需的關(guān)鍵信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物。mTORC1和AMPK直接向ULK復(fù)合物發(fā)出信號(hào)并影響其活動(dòng)。不同Beclin1-PI3KC3復(fù)合物的形成和活化產(chǎn)生磷脂酰肌醇3-磷酸(phosphatidylinositol 3-phosphate,PI3P),這是募集自噬效應(yīng)物所需的信號(hào)傳導(dǎo)脂質(zhì)。另一方面,在涉及Atg7和Atg5等的酶促過(guò)程中,通過(guò)磷脂酰乙醇胺脂化形成LC3-II使自噬相關(guān)蛋白LC3的構(gòu)象變化,實(shí)現(xiàn)LC3的活化。而LC3-II錨定在吞噬泡膜上。去極化或受損的線(xiàn)粒體將蛋白暴露在其表面具有能與LC3相互作用的區(qū)域(LIR)。這使得當(dāng)自噬體完全形成時(shí),LC3和吞噬泡相互作用,圍住并吞噬受損細(xì)胞器。帶有吞噬物的自噬體繼續(xù)其成熟過(guò)程,最終與溶酶體融合降解內(nèi)含物[11,9]。
自噬和凋亡之間也有千絲萬(wàn)縷的關(guān)系。自噬與凋亡之間調(diào)控原件的相互作用證明這兩個(gè)過(guò)程交叉的復(fù)雜性,例如Bcl-2與Beclin-1的相互作用,LC3B與Fas的相互作用等[15]。雖然沒(méi)有證明過(guò)度自噬與自噬抑制直接引起細(xì)胞死亡,但也有學(xué)者認(rèn)為兩者可能都與凋亡相關(guān)[16]。有報(bào)道認(rèn)為,自噬是凋亡發(fā)生所必需的,通常發(fā)生在凋亡之前,進(jìn)而啟動(dòng)凋亡。自噬的發(fā)生也可以抑制凋亡,進(jìn)而保護(hù)細(xì)胞。細(xì)胞自噬可以通過(guò)自噬相關(guān)蛋白降解促凋亡蛋白,如Caspase、B cell lymphoma2(Bcl-2)家族蛋白等,起到抑制細(xì)胞凋亡的作用。自噬與凋亡之間可以發(fā)生轉(zhuǎn)化,一些環(huán)境中,當(dāng)?shù)蛲霰灰种茣r(shí),細(xì)胞就會(huì)向自噬轉(zhuǎn)化[17]。
自噬在腫瘤細(xì)胞中通常處于異?;蚴д{(diào)狀態(tài)[18]。MDS為血液系統(tǒng)惡性腫瘤性疾病,也發(fā)現(xiàn)存在自噬失常。異質(zhì)性較高的MDS中,患者的自然病程和預(yù)后的差異性很大,自噬在不同亞型MDS中,其失衡的不同狀況值得關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)外研究主要結(jié)合IPSS、WPSS預(yù)后分組系統(tǒng)將MDS分為兩組:相對(duì)低危組(IPSS-低危組、中危-1組,IPSS-R-極低危組、低危組和中危組,WPSS-極低危組、低危組和中危組)和相對(duì)高危組(IPSS-中危-2組、高危組,IPSS-R-中危組、高危組和極高危組,WPSS-高危組和極高危組)。結(jié)果低危組MDS患者外周血血小板的減少是由于骨髓巨核細(xì)胞中存在過(guò)度自噬等細(xì)胞程序性死亡造成的[19]。與正常健康人對(duì)照,低危組MDS紅系集落中可見(jiàn)早期紅系分化中存在過(guò)度自噬現(xiàn)象[20]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了相同的觀點(diǎn),條件性敲除小鼠造血干細(xì)胞必要的自噬基因Atg7,當(dāng)大量Atg7-/-紅細(xì)胞積累導(dǎo)線(xiàn)粒體膜電位的改變和細(xì)胞死亡[21],則小鼠發(fā)展成貧血,表現(xiàn)類(lèi)似MDS。
另一方面,有研究提示相對(duì)高危組MDS患者自噬水平明顯減低,有核紅細(xì)胞自噬水平隨危險(xiǎn)度的升高而降低[22]。也有非直接的證據(jù)表明,自噬與急性髓細(xì)胞白血病發(fā)病有關(guān),在AML患者中可見(jiàn)PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路活化異常[23]。在白血病細(xì)胞中,自噬可能是有害的,可能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡率增加或者對(duì)癌細(xì)胞的增殖和存活起到保護(hù)作用[10]。MDS發(fā)展向白血病轉(zhuǎn)化過(guò)程中也可能存在自噬異常,但上述報(bào)道較少,是國(guó)內(nèi)外研究的薄弱環(huán)節(jié)。
自噬失調(diào)存在于MDS中的證據(jù)越來(lái)越明確。MDS發(fā)病與細(xì)胞分化異常,基因組不穩(wěn)定等相關(guān)[24],進(jìn)而引起造血細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失常。而細(xì)胞自噬正是維持體內(nèi)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制,同時(shí)參與紅系、血小板等多系造血細(xì)胞分化[25]。機(jī)體正常的細(xì)胞都具有自噬能力,這一能力可以為細(xì)胞清除化學(xué)致癌物以及因射線(xiàn)、氧化應(yīng)激而受損的細(xì)胞器(主要是線(xiàn)粒體),從而使細(xì)胞DNA避免因活性氧物質(zhì)(ROS)而造成損傷,保證了遺傳穩(wěn)定性,降低了細(xì)胞惡變的發(fā)生率。所以自噬在維持基因組穩(wěn)定性方面發(fā)揮著重要的作用[26]。研究表明,自噬基因Atg7缺乏的小鼠其造血干細(xì)胞(HSCs)自我修復(fù)能力受損,MDS患者中可見(jiàn)自噬缺乏的造血干/祖細(xì)胞線(xiàn)粒體受損、并與ROS增高及細(xì)胞增殖與凋亡水平的增加相一致[3]。同時(shí)自噬與MDS免疫穩(wěn)態(tài)也密切相關(guān),自噬對(duì)T細(xì)胞陽(yáng)性、陰性選擇、B1a細(xì)胞發(fā)展、記憶性B細(xì)胞及漿細(xì)胞的維護(hù)保持、IgG分泌平衡等發(fā)揮著重要的作用。若自噬缺乏則會(huì)導(dǎo)致免疫穩(wěn)態(tài)失衡,細(xì)胞對(duì)各種壓力更加敏感,最終導(dǎo)致如MDS等惡性血液腫瘤疾病的發(fā)生[27]。
實(shí)體腫瘤疾病中,自噬已被證明可以抑制腫瘤發(fā)展,并可以激活細(xì)胞程序性死亡。但另一方面由于自噬可以為癌細(xì)胞提供能量,當(dāng)細(xì)胞處于營(yíng)養(yǎng)匱乏、ATP及氧化應(yīng)激等不利條件時(shí),則激活自噬,將促進(jìn)腫瘤增殖[28]。自噬在MDS發(fā)病發(fā)展過(guò)程中是把“雙刃劍”,具有雙向調(diào)節(jié)的作用。因此,調(diào)節(jié)自噬失調(diào)成為MDS治療的熱點(diǎn)之一[25]。有研究表明,mTOR抑制劑替西羅莫司治療2周SF3B1+/-小鼠表現(xiàn)出血紅蛋白的提升[29]。自噬抑制劑氯喹(chloroquine CQ)也被報(bào)道可以提高阿扎胞苷(5-azacytidine)細(xì)胞毒作用,提高治療療效,為阿扎胞苷治療后病情仍進(jìn)展的MDS患者提供了全新的治療方法[30]。
自噬是真核細(xì)胞特有的保護(hù)機(jī)制,其主要作用在于維持細(xì)胞穩(wěn)定性,提高細(xì)胞對(duì)外界如饑餓、壓力等應(yīng)激狀況下的適應(yīng)能力,清除異常代謝的成分,以對(duì)抗外界不利因素,其雙向調(diào)節(jié)保持生理平衡的功能,與中醫(yī)扶正祛邪理論實(shí)質(zhì)緊密相關(guān)。石冬燕等[31]認(rèn)為,自噬與中醫(yī)衛(wèi)氣密切相關(guān)。邪氣入侵機(jī)體后正氣奮起抗邪,祛邪外出與自噬清除“垃圾”產(chǎn)物并保護(hù)受損細(xì)胞的機(jī)制某種程度極其一致。王玉等[32]則認(rèn)為,自噬的發(fā)生與中醫(yī)痰瘀機(jī)制存在相似之處。細(xì)胞內(nèi)有害物質(zhì)的形成是中醫(yī)“痰瘀”形成的微觀原因,細(xì)胞自噬對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行降解和清除過(guò)程則是中醫(yī)“煉精化氣”的微觀體現(xiàn)。
中醫(yī)理論認(rèn)為,氣具有推動(dòng),溫煦、防御、固攝、營(yíng)養(yǎng)、氣化等功能。細(xì)胞自噬與上述功能密切相關(guān)。通過(guò)調(diào)節(jié)自噬功能,推動(dòng)、促進(jìn)、激發(fā)人體的生長(zhǎng)發(fā)育及維持臟腑經(jīng)絡(luò)等器官的生理功能;當(dāng)自噬功能減退時(shí),氣的推動(dòng)功能減弱,可出現(xiàn)病理產(chǎn)物堆積過(guò)多,衰老、機(jī)體運(yùn)行遲緩等異常。氣之溫煦作用通過(guò)促進(jìn)機(jī)體新陳代謝來(lái)實(shí)現(xiàn),自噬正是機(jī)體細(xì)胞新陳代謝的主要方式之一。氣的固攝作用通過(guò)氣對(duì)血、津液等物質(zhì)的穩(wěn)定來(lái)實(shí)現(xiàn),自噬的主要功能即是維持穩(wěn)態(tài)。氣的營(yíng)養(yǎng)作用表現(xiàn)為細(xì)胞自噬通過(guò)自身凈化、轉(zhuǎn)化,自我營(yíng)養(yǎng)的過(guò)程。氣化泛指內(nèi)外環(huán)境、人體物質(zhì)基礎(chǔ)的互相轉(zhuǎn)化,也提示了細(xì)胞自噬作用傳化的特點(diǎn)。因此筆者認(rèn)為,細(xì)胞自噬功能與中醫(yī)正氣功能的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵相關(guān),符合“氣有勝?gòu)?fù),勝?gòu)?fù)之作,有德有化,有用有變”的特征。而“痰”“濕”“瘀”“毒”則是微觀自噬功能失調(diào),宏觀呈現(xiàn)正氣不足,內(nèi)生實(shí)邪的病理表現(xiàn)。
古籍中醫(yī)文獻(xiàn)并無(wú)骨髓增生異常綜合征病名,根據(jù)患者的臨床表現(xiàn),可將MDS歸屬于“虛勞”“血證”“內(nèi)傷發(fā)熱”等證范疇。目前臨床骨髓增生異常綜合征通常對(duì)應(yīng)的中醫(yī)病名為“髓毒勞”,其含義為:“髓”代表病位,“毒”代表病性,“勞”代表病狀[33]。雖然中醫(yī)臨床各家對(duì)MDS病因病機(jī)各有不同表述,莫衷一是,但均認(rèn)可其病性為正虛邪實(shí),兩者并存。但隨著MDS疾病發(fā)展,正消邪長(zhǎng),先是表現(xiàn)出正虛為主、邪實(shí)為輔,繼而正邪抗衡,直至轉(zhuǎn)變?yōu)樾皩?shí)為主、正虛為輔等正邪虛實(shí)偏重不同[34]。中藥治療MDS則常結(jié)合分期分型實(shí)施辨證論治。MDS低危期主要以扶正為主兼以清解邪毒;而高危期則重用解毒化瘀,佐以健脾補(bǔ)腎,益氣養(yǎng)陰之品[35]。
MDS的正邪轉(zhuǎn)化與自噬失調(diào)密切相關(guān),因此,對(duì)MDS具有良好作用的中醫(yī)藥干預(yù)自噬失常研究及應(yīng)用擁有廣闊前景。近年越來(lái)越多的研究表明,治療MDS使用頻次較高的健脾補(bǔ)腎、益氣養(yǎng)陰、解毒化瘀類(lèi)中藥對(duì)自噬具有良好的調(diào)節(jié)作用。如具有扶正之功的黨參、白術(shù)、莪術(shù)、半夏等組成的中藥顆粒,體內(nèi)研究顯示,每天1次維持25天可顯著減少腫瘤體積約50%,可以誘導(dǎo)SGC-7901細(xì)胞自噬的模式,包括細(xì)胞內(nèi)空泡形成,微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(LC3)轉(zhuǎn)換。Hoechst 33258染色和凋亡相關(guān)蛋白的Western印跡分析顯示其誘導(dǎo)的SGC-7901細(xì)胞死亡不是通過(guò)細(xì)胞凋亡,而是通過(guò)自噬作用誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞死亡[36]。以全蝎、蜈蚣、地龍、陳皮、半夏、白術(shù)、水蛭為主方的搜風(fēng)祛痰中藥復(fù)方可以增加自噬相關(guān)蛋白Beclin-1和LC3蛋白的表達(dá),提高自噬作用保護(hù)細(xì)胞抵御各種應(yīng)激,防止細(xì)胞發(fā)生凋亡及壞死[37]。靛玉紅衍生物(E804)作為中藥靛玉紅的一種有效成分可抑制腫瘤細(xì)胞活性,促進(jìn)自噬標(biāo)記物L(fēng)C3-B及Beclin-1的表達(dá)上升,且呈明顯的劑量依賴(lài)效應(yīng)。其作用機(jī)制涉及通過(guò)抑制Stat3 (signal transducerand activator oftranscription 3) 活化促進(jìn)胃癌細(xì)胞自噬活動(dòng)來(lái)抑制胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)[38]。人參皂苷Rh2(Rh2)能通過(guò)激活MAPK、ATK、EKR信號(hào)通路,誘導(dǎo)細(xì)胞自噬途徑,從而抑制人白血病細(xì)胞KG1α細(xì)胞增殖和促進(jìn)其凋亡[39]。青蒿琥酯(artesunate,ART)是從黃花蒿莖葉中提取的有效成分。研究表明ART以時(shí)間劑量依賴(lài)性方式抑制白血病K562細(xì)胞自噬,可能通過(guò)抑制自噬體的融合降解、下調(diào)自噬形成相關(guān)分子HMGB1、Beclin-1的表達(dá)而減弱腫瘤細(xì)胞對(duì)惡劣腫瘤微環(huán)境的應(yīng)激反應(yīng),擴(kuò)大腫瘤細(xì)胞的損傷,最終促進(jìn)K562細(xì)胞的死亡[40]。綜上,現(xiàn)有研究揭示中藥可參與自噬調(diào)節(jié),自噬穩(wěn)態(tài)的調(diào)控而發(fā)揮治療作用,這可能與其正氣充養(yǎng)調(diào)節(jié),痰、瘀、毒等病理產(chǎn)物的清除有關(guān)。因此通過(guò)干預(yù)糾正自噬異常也可能是中藥治療MDS一條有效途徑。
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)揭示,MDS的發(fā)生和發(fā)展是多步驟,多環(huán)節(jié)的漸進(jìn)過(guò)程,細(xì)胞自噬途徑可能參與MDS發(fā)生發(fā)展,并且在不同階段及病情狀態(tài)下,自噬失衡存在動(dòng)態(tài)變化,造成MDS外周血細(xì)胞不同程度的減少,產(chǎn)生貧血、感染、出血等臨床癥狀,甚至自噬失衡參與骨髓增生異常綜合征向白血病傳化的病理機(jī)制。中醫(yī)藥研究發(fā)現(xiàn),MDS具有“本虛標(biāo)實(shí)、正消邪長(zhǎng)”的病證特性,中醫(yī)藥辨證治療MDS顯現(xiàn)臨床療效,同時(shí)不少臨床常用治療MDS有效中藥復(fù)方、單藥及中藥成分對(duì)自噬存在調(diào)節(jié)作用,這些為臨床的治療選擇提供了新的思路及研究方向。但細(xì)胞自噬異常與MDS疾病發(fā)生發(fā)展的深入研究報(bào)道至今仍然較少,自噬在各類(lèi)型MDS中的具體表現(xiàn)、失衡機(jī)制及亞組間比較分析的相關(guān)報(bào)道也較少,細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及細(xì)胞自噬起源仍不十分清楚。尤其2016年WHO根據(jù)形態(tài)學(xué)、免疫學(xué)、遺傳學(xué)等對(duì)MDS進(jìn)行了新的分型[1],精準(zhǔn)醫(yī)療及分層治療在MDS治療策略中日益受到重視,這些都值得我們深入研究。與此同時(shí),中醫(yī)藥對(duì)于自噬干預(yù)的研究雖有報(bào)道,但針對(duì)MDS不同分期分型所呈現(xiàn)的不同自噬失常狀態(tài),實(shí)施中藥或中藥復(fù)方精準(zhǔn)干預(yù)的研究仍為空白,值得引起關(guān)注。期望盡快開(kāi)展相關(guān)研究,為臨床中醫(yī)藥治療MDS提供新的有效方案和明確的作用機(jī)制。