自噬介導(dǎo)的腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展

張 培 曹守波 綜述 于 雁 審校

自噬指細(xì)胞內(nèi)的單層或雙層膜結(jié)構(gòu)包裹受損的細(xì)胞器、蛋白質(zhì)和病原體形成自噬體，然后與溶酶體融合并導(dǎo)致自噬體降解的過(guò)程。自噬活動(dòng)在維持腫瘤細(xì)胞的物質(zhì)和能量代謝、增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和侵襲能力、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞休眠和免疫逃逸、調(diào)控基質(zhì)細(xì)胞分化等方面的功能正在被廣泛的研究。巨噬細(xì)胞是腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)的前體細(xì)胞，能被腫瘤細(xì)胞募集、調(diào)控分化成為TAMs而促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移。自噬機(jī)制涉及造血干細(xì)胞(HSCs)持續(xù)分化、單核細(xì)胞募集、單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞分化以及巨噬細(xì)胞極化成TAMs的每個(gè)調(diào)節(jié)步驟。本文就自噬介導(dǎo)的TAMs調(diào)控機(jī)制的研究現(xiàn)狀做一綜述。

1 自噬的調(diào)節(jié)

自噬是真核細(xì)胞生物中廣泛存在的分解代謝途徑，通常在饑餓、缺氧、氧化應(yīng)激等條件下被誘發(fā)。自噬降解途徑為不能從外環(huán)境獲得足夠營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生物合成的細(xì)胞提供氨基酸、核苷酸和脂肪酸，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)再利用，維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞生存。自噬過(guò)程包括誘導(dǎo)、延伸、包裹、成熟和降解，調(diào)控機(jī)制復(fù)雜，涉及一系列與自噬相關(guān)的多種蛋白質(zhì)(ATG蛋白)的調(diào)控[1]。首先在起始階段由ULK1、FIP200蛋白和ATG13蛋白構(gòu)成初始膜結(jié)構(gòu)復(fù)合物，受哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白1(mTORC1)和腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)的調(diào)節(jié)。mTORC1在正常代謝情況下處于活化狀態(tài)，使ULK1和ATG13蛋白磷酸化而降低其活性，抑制初始復(fù)合物的形成。AMPK通路是mTORC1的上游信號(hào)通路，在缺氧或供能不足的情況下被激活，抑制mTORC1的活性，促使初始復(fù)合物的形成及自噬的發(fā)生。mTORC1抑制或AMPK的激活在初期復(fù)合物形成中起主要作用[2]。起始復(fù)合物形成后吸引并激活另一個(gè)復(fù)合物Beclin1，包括Beclin1、Ⅲ類PI3K、Bcl-2家族蛋白和激酶蛋白Vps15。復(fù)合物Beclin1刺激細(xì)胞產(chǎn)生磷脂酰肌醇3-磷酸，進(jìn)而誘導(dǎo)自噬小體膜的形成[3]。

自噬體形成的延伸期和成熟期由兩種獨(dú)立但互補(bǔ)的泛素樣途徑控制：ATG5-12蛋白系統(tǒng)和LC3-PE蛋白系統(tǒng)。ATG7的活性半胱氨酸殘基通過(guò)硫酯鍵與ATG12連接，將ATG12轉(zhuǎn)移到ATG10，然后傳遞至ATG5。最后ATG5-ATG12復(fù)合物與ATG16L形成吞噬體穩(wěn)定所需的多聚體復(fù)合物，并結(jié)合在自噬小體的外膜促進(jìn)其延伸，待自噬體完全形成后脫落。LC3-PE復(fù)合物連接途徑從半胱氨酸蛋白酶ATG4裂解LC3羧基端氨基酸殘基之后開(kāi)始。裂解后的LC3暴露其氨基乙酸末端，然后與ATG7相互作用，并經(jīng)ATG7轉(zhuǎn)移至ATG3。先前形成的ATG5-ATG12-ATG16L復(fù)合物將LC3與磷脂酰乙醇胺(PE)結(jié)合形成LC3-PE復(fù)合物(也稱為L(zhǎng)C3-II)[4]。這種新形成的復(fù)合物L(fēng)C3-II促進(jìn)自噬體與溶酶體的融合，形成雙膜囊泡，在自體蛋白質(zhì)作用下，兩個(gè)單位的膜完全融合。

起始復(fù)合物的活性還受PI3K-Akt-mTOR、LKB1-AMPK-mTOR等信號(hào)通路的調(diào)控[5]。在能量缺乏、低氧情況下，Bcl-2家族蛋白特定的結(jié)構(gòu)域BH3和BNIP3釋放Beclin1，參與細(xì)胞自噬過(guò)程[6]。另外，凋亡相關(guān)蛋白激酶(DAPK)的自噬基因Beclin1 BH3結(jié)構(gòu)域的磷酸化也可導(dǎo)致Beclin1與Bcl-2分離[7]。屬于蛋白激酶的c-Jun氨基末端激酶(JNK)家族通過(guò)對(duì)Bcl-2的直接磷酸化破壞復(fù)合體，降低其對(duì)Beclin1親和力[8]。所有這些步驟對(duì)代謝過(guò)程中自噬的調(diào)控至關(guān)重要。

2 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展不僅取決于腫瘤細(xì)胞，還與腫瘤細(xì)胞周圍的各種基質(zhì)成分密切相關(guān)。這些基質(zhì)成分包括各種基質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞因子及趨化因子[9]。基質(zhì)細(xì)胞中的CD4+Th1和CD8+T起到抗腫瘤作用，而TAMs、CAFs、Th17細(xì)胞與TNF-α、TGF-β和IL-10等大量炎性細(xì)胞因子通過(guò)誘導(dǎo)腫瘤血管生成、獲得免疫逃逸和侵襲能力促使腫瘤生長(zhǎng)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[10-11]。在眾多的炎性免疫細(xì)胞中TAMs在數(shù)量和功能上都有著舉足輕重的地位[12]。腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的CSF-1、IL-6、CCL2等趨化因子募集血管中的單核細(xì)胞進(jìn)入腫瘤微環(huán)境，經(jīng)分化形成巨噬細(xì)胞。巨噬細(xì)胞是TAMs的前體細(xì)胞，具有分化不穩(wěn)定性，經(jīng)不同的細(xì)胞因子誘導(dǎo)分化為M1型(經(jīng)典活化型)和M2型(選擇活化型)巨噬細(xì)胞。實(shí)體腫瘤中M2型巨噬細(xì)胞比M1型巨噬細(xì)胞的表達(dá)水平高，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)M1型巨噬細(xì)胞的激活針對(duì)免疫應(yīng)答細(xì)胞內(nèi)微生物和腫瘤細(xì)胞Th1應(yīng)答的刺激，而M2型巨噬細(xì)胞是免疫抑制性細(xì)胞，促進(jìn)血管生成和腫瘤生長(zhǎng)[13-14]。目前普遍認(rèn)為TAMs是極化的M2型巨噬細(xì)胞[15]。

TAMs可以通過(guò)多種途徑促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移，如通過(guò)抑制T細(xì)胞和NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性功能及正常抗原遞呈，參與調(diào)節(jié)腫瘤免疫逃逸[16]；分泌MMP9、MMP13、TGF-β、組織蛋白酶等降解ECM成分，使腫瘤細(xì)胞更易擴(kuò)散[17]；分泌VEGF-A、VEGF-C促進(jìn)腫瘤血管和淋巴管形成[18]；誘導(dǎo)EMT生成，使腫瘤細(xì)胞能夠獲得更大侵襲和轉(zhuǎn)移能力[19]；此外，TAMs高表達(dá)還與多種腫瘤對(duì)化療藥物耐藥及預(yù)后不良相關(guān)[20-21]。據(jù)Chen等[22]的研究，腫瘤組織中M2型巨噬細(xì)胞高表達(dá)人群較低表達(dá)人群的生存率更低。

3 自噬介導(dǎo)的TAMs調(diào)控機(jī)制

3.1 自噬在造血干細(xì)胞中的作用

骨髓中的造血干細(xì)胞(HSC)通常處于休眠和非分化狀態(tài)，在特定的刺激下分化成各種類型的血細(xì)胞。TAMs半衰期極短，需要骨髓HSCs持續(xù)分化產(chǎn)生單核細(xì)胞維持腫瘤微環(huán)境中的高TAMs水平。在HSCs分化過(guò)程中，活性氧(ROS)逐漸積累。作為重要的第二信使，正常水平的ROS是調(diào)節(jié)HSCs增殖和分化必不可少的，過(guò)量的ROS會(huì)引起氧化應(yīng)激，引起細(xì)胞器、DNA的氧化損傷，導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的破壞甚至細(xì)胞死亡[23]。骨髓中HSCs與其他類型的細(xì)胞相比更容易受到ROS的影響。最近的一項(xiàng)研究報(bào)道小鼠造血干細(xì)胞線粒體內(nèi)過(guò)多的ROS會(huì)觸發(fā)自噬活性；而在自噬完全缺陷的小鼠HSCs分化不受ROS抑制[24]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)ROS可以激活A(yù)MPK的上游調(diào)控因子LKB1，通過(guò)LKB1-AMPK信號(hào)通路調(diào)節(jié)抑制mTOR活性，誘導(dǎo)自噬的發(fā)生，清除代謝活化的細(xì)胞器、控制氧化代謝過(guò)程、負(fù)反饋調(diào)節(jié)ROS和維持ROS正常水平[25]。此外使用抗氧化劑NAC后，Akt去磷酸化作用減弱，說(shuō)明ROS也可以通過(guò)抑制Akt/mTOR調(diào)節(jié)HSCs中的細(xì)胞自噬活性[26]。Mortensen等[27]報(bào)道，敲除小鼠造血系統(tǒng)中ATG7或FIP200導(dǎo)致HSCs功能缺陷，骨髓異常增生；體外實(shí)驗(yàn)顯示ATG7敲除造成HSCs集落形成能力降低，這些結(jié)果表明自噬在維持HSCs自我更新和分化功能中起重要作用。

3.2 自噬在CCL2誘導(dǎo)單核細(xì)胞及巨噬細(xì)胞募集中的作用

人類血液中單核細(xì)胞的半衰期約為3天，在沒(méi)有刺激的情況下發(fā)生凋亡。腫瘤細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞釋放趨化因子和細(xì)胞因子募集單核細(xì)胞進(jìn)入腫瘤微環(huán)境中。CCL2是最主要的趨化因子，其介導(dǎo)的單核細(xì)胞及巨噬細(xì)胞募集在促進(jìn)腫瘤進(jìn)展中起到了重要的作用。多項(xiàng)研究顯示CCL2的表達(dá)伴隨著自噬活性的改變。CCL2通過(guò)上調(diào)抗凋亡蛋白，誘導(dǎo)自噬在單核細(xì)胞中的活化，使單核細(xì)胞免于凋亡[28]。在前列腺癌中，CCL2可以防止雷帕霉素引起的自噬性細(xì)胞死亡，而乳腺癌細(xì)胞中CCL2的低表達(dá)增強(qiáng)了乳腺癌細(xì)胞的自噬[29-30]。然而，CCL2如何通過(guò)自噬調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境中的單核細(xì)胞及巨噬細(xì)胞募集的機(jī)制需要進(jìn)一步深入的研究。

3.3 自噬在單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞分化中的作用

CSF1、CSF2是誘導(dǎo)單核細(xì)胞分化成巨噬細(xì)胞的另兩個(gè)主要的細(xì)胞因子。CAMKK2-PRKAA1-ULK1途徑的激活在CSF1誘導(dǎo)自噬和介導(dǎo)人類單核細(xì)胞分化中必不可少。CSF1可促進(jìn)嘌呤能受體P2RY6的表達(dá)，使ULK1的表達(dá)和磷酸化增加進(jìn)而激活細(xì)胞自噬，促進(jìn)巨噬細(xì)胞的存活和浸潤(rùn)。敲除小鼠ATG7基因后，ATG7蛋白表達(dá)缺失，小鼠自噬功能缺陷，CSF1驅(qū)動(dòng)單核細(xì)胞分化成巨噬細(xì)胞的過(guò)程被阻礙[31-32]。CSF1誘導(dǎo)的單核細(xì)胞分化成巨噬細(xì)胞還需要通過(guò)調(diào)節(jié)Akt信號(hào)通路激活Caspase3和Caspase8。Caspase家族是一類半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶，通過(guò)切割不同的ATG蛋白產(chǎn)生不同的功能活性片段，在介導(dǎo)自噬和細(xì)胞凋亡之間復(fù)雜的相互作用中起著關(guān)鍵作用，推動(dòng)自噬與細(xì)胞凋亡之間的轉(zhuǎn)換[33]。CSF2通過(guò)活化巨噬細(xì)胞MAPK/JNK途徑和誘導(dǎo)Bcl-2與Beclin1的解離激活自噬，而阻斷上述自噬途徑后可以抑制CSF2誘導(dǎo)的單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞的分化[34]?？傊?，自噬在單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞分化中也起了一定作用。

3.4 自噬介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞活化及TAMs極化

Cat S是腫瘤微環(huán)境中巨噬細(xì)胞表達(dá)最多的半胱氨酸蛋白酶，其高水平表達(dá)與人類結(jié)腸癌預(yù)后不良有關(guān)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)Cat S與巨噬細(xì)胞中自噬體標(biāo)記物L(fēng)C3表達(dá)呈正相關(guān)，通過(guò)上調(diào)Arg-1、FIZZ1和IL-10等TAM特異性基因的mRNA表達(dá)水平，促進(jìn)巨噬細(xì)胞向TAMs的活化[35]。

細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路mTOR參與調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的極化過(guò)程。mTOR是一種進(jìn)化上高度保守的絲氨酸-蘇氨酸激酶，通過(guò)控制自噬調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖。mTOR信號(hào)通路是M1和M2極化中的一個(gè)關(guān)鍵因素?；罨膍TORC1通過(guò)磷酸化ULK1來(lái)抑制自噬，雷帕霉素抑制mTORC1，是自噬的強(qiáng)誘導(dǎo)劑。在受LPS刺激的單核細(xì)胞中，雷帕霉素抑制mTOR通路導(dǎo)致單核細(xì)胞朝向M1表型分化，而敲除mTOR內(nèi)源性抑制劑TSC2則導(dǎo)致單核細(xì)胞分化成M2型巨噬細(xì)胞。這些發(fā)現(xiàn)支持TSC2-mTOR途徑調(diào)節(jié)的自噬是單核細(xì)胞分化為TAM M2表型中的決定因素[36-37]。CCL2和IL-6通過(guò)抑制Caspase8水解來(lái)增強(qiáng)自噬，進(jìn)而促進(jìn)骨髓單核細(xì)胞的存活及向M2型巨噬細(xì)胞分化。在CCL2或IL-6刺激下，人外周血分離的CD11b+細(xì)胞顯示甘露糖受體(CD206)和CD14+/CD206+雙陽(yáng)性細(xì)胞顯著增加，表明巨噬細(xì)胞朝向CD206+M2表型分化。兩種細(xì)胞因子誘導(dǎo)抗凋亡蛋白cFLIPL、Bcl-2和Bcl-XL的上調(diào)，抑制Caspase8的水解，促進(jìn)巨噬細(xì)胞自噬，增加M2巨噬細(xì)胞的極化。這與使用Caspase8抑制劑模擬細(xì)胞因子誘導(dǎo)自噬和M2極化上調(diào)的結(jié)論一致[38]。

4 小結(jié)和展望

自噬有助于微環(huán)境中的腫瘤細(xì)胞克服代謝壓力，維持其在不良理化環(huán)境中的生存。自噬還參與腫瘤微環(huán)境中TAMs產(chǎn)生的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括調(diào)節(jié)HSCs持續(xù)分化、單核細(xì)胞募集、單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞分化以及巨噬細(xì)胞極化成TAMs的所有步驟。而TAMs表達(dá)的一系列細(xì)胞因子、趨化因子和蛋白酶可以促進(jìn)血管生成，有利于腫瘤生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移。因此，通過(guò)控制單核細(xì)胞及巨噬細(xì)胞中的自噬來(lái)減少M(fèi)2型TAMs的生成，調(diào)節(jié)M2/M1型巨噬細(xì)胞的比例，有希望成為新的抗腫瘤治療方法。目前雖然許多自噬相關(guān)療法已經(jīng)被證明是有效的，但自噬在腫瘤中的作用非常復(fù)雜，腫瘤微環(huán)境誘導(dǎo)自噬在不同腫瘤細(xì)胞和腫瘤不同階段中的作用不盡相同，因此，還不能確定靶向自噬是一種可靠的腫瘤治療方式，未來(lái)需要更多關(guān)于自噬與TAMs在塑造腫瘤微環(huán)境中作用的充分研究。

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