自噬在胰腺癌發(fā)生發(fā)展及治療中的作用

郭承濤 湛先保

海軍軍醫(yī)大學(xué)長(zhǎng)海醫(yī)院腫瘤科，上海 200433

【提要】 自噬是真核生物中高度保守的依賴(lài)溶酶體的分解代謝過(guò)程，不僅可以維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，還在腫瘤發(fā)生發(fā)展的各個(gè)階段發(fā)揮重要作用。胰腺癌是惡性程度最高的惡性腫瘤之一，發(fā)生與發(fā)展機(jī)制尚未闡明。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)自噬在胰腺癌生存和發(fā)展中發(fā)揮重要作用，并對(duì)胰腺癌放療、化療等療效有重要影響。

細(xì)胞自噬是細(xì)胞內(nèi)重要的物質(zhì)分解代謝機(jī)制，是廣泛存在于真核生物中具有高度保守、用于降解和回收利用細(xì)胞內(nèi)生物大分子和受損細(xì)胞器的生理和病理生理過(guò)程。自噬過(guò)程中蛋白質(zhì)或細(xì)胞器等胞質(zhì)成分被雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬小泡包裹，并最終運(yùn)送至溶酶體中進(jìn)行降解，降解產(chǎn)生的氨基酸、糖類(lèi)、脂肪酸和其他一些小分子物質(zhì)可被再利用或產(chǎn)生能量，從而維持細(xì)胞基本的生命活動(dòng)[1]。根據(jù)底物類(lèi)別、自噬調(diào)控機(jī)制及轉(zhuǎn)運(yùn)途徑的不同，自噬大致分為3種類(lèi)型：微自噬(micro-autophagy)、分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediated autophagy, CMA)和巨自噬(macro-autophagy)。這些自噬過(guò)程都有一個(gè)共同點(diǎn)，即都是在溶酶體中實(shí)現(xiàn)蛋白或受損細(xì)胞器的降解，目前關(guān)于細(xì)胞自噬的研究主要集中在巨自噬。生理狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)自噬維持在較低水平，但在應(yīng)激條件下(如饑餓、缺血缺氧、細(xì)胞器受損等)自噬可被誘導(dǎo)增強(qiáng)。細(xì)胞自噬水平的過(guò)度活化可引起細(xì)胞發(fā)生自噬性死亡(autophagic cell death，AuCD)，因而自噬也被稱(chēng)為Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡。

一、自噬與腫瘤

自噬具有抑制腫瘤和促進(jìn)腫瘤的雙重效應(yīng)，這種效應(yīng)與腫瘤類(lèi)型、腫瘤發(fā)展階段以及基因突變等密切相關(guān)。一方面，自噬可以為腫瘤細(xì)胞提供生長(zhǎng)所需的代謝物、維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定,進(jìn)而發(fā)揮促癌作用；另一方面，自噬又可以避免正常細(xì)胞遭受氧化應(yīng)激、持續(xù)性炎癥、DNA損傷等病理?yè)p害，發(fā)揮抑癌作用[2]。生理情況下自噬通過(guò)維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和正常代謝抑制健康細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化，并且在抗腫瘤免疫監(jiān)視中發(fā)揮作用，但惡性腫瘤一旦形成，自噬在不利的微環(huán)境條件下則促進(jìn)腫瘤細(xì)胞進(jìn)展以及產(chǎn)生抗腫瘤治療的抵抗[3]。

二、自噬在胰腺癌發(fā)生中的作用

目前已有研究證實(shí)異常的自噬參與了胰腺炎的發(fā)生發(fā)展過(guò)程[4]。一方面，自噬在胰腺炎早期能隔離和降解潛在有害的活化的胰腺蛋白酶原[5]，保護(hù)胰腺腺泡細(xì)胞免受損傷從而抑制胰腺炎的發(fā)生，自噬缺陷可導(dǎo)致錯(cuò)誤折疊蛋白增加、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體損傷引起活性氧自由基在胰腺組織中蓄積從而促進(jìn)胰腺炎發(fā)生[6-7]，進(jìn)而增加胰腺癌發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，自噬缺陷能減少小鼠體內(nèi)胰蛋白酶原激活并減輕其對(duì)胰腺的損傷[8]，提示自噬能通過(guò)激活胰蛋白酶原促進(jìn)胰腺炎的發(fā)生。空泡膜蛋白1(vacuole membrane protein-1，VMP1)是一種與自噬啟動(dòng)密切相關(guān)的跨膜蛋白，它與自噬相關(guān)蛋白Beclin1直接結(jié)合促進(jìn)自噬體的形成[9]。有研究顯示胰腺炎癥和活化的K-ras信號(hào)可強(qiáng)烈誘導(dǎo)VMP1表達(dá)，進(jìn)而與Beclin1結(jié)合促進(jìn)自噬，為胰腺癌發(fā)生提供能量和營(yíng)養(yǎng)底物[10]。胰腺癌被認(rèn)為是包括遺傳改變?cè)趦?nèi)的多種未知因素相互作用的結(jié)果。90%的胰腺癌中伴有K-ras基因突變。胰腺癌的生長(zhǎng)高度依賴(lài)自噬，特別是在致癌基因K-ras發(fā)揮其主要作用的早期階段。通過(guò)氯喹干擾胰腺腫瘤細(xì)胞中自噬體與溶酶體結(jié)合，抑制胰腺腫瘤細(xì)胞的自噬活性，顯著降低了腫瘤細(xì)胞的增殖能力，表明自噬在胰腺癌發(fā)生中起促進(jìn)作用[11]，但這一作用仍然存在很多爭(zhēng)議。此外，實(shí)驗(yàn)研究表明持續(xù)激活的自噬能通過(guò)直接靶向信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)-BCL2-BECN1通路導(dǎo)致胰腺癌細(xì)胞自噬性死亡，從而起到抑制腫瘤的效應(yīng)[12]。以上研究結(jié)果提示自噬對(duì)胰腺癌發(fā)生的不同影響可能與其所處的具體階段有關(guān)。

三、自噬在胰腺癌進(jìn)展中的作用

大量研究表明胰腺腫瘤依賴(lài)自噬，自噬促進(jìn)了胰腺腫瘤的生長(zhǎng)和發(fā)展。Fujii等[13]通過(guò)對(duì)71例經(jīng)胰十二指腸切除術(shù)患者的胰腺癌組織進(jìn)行免疫組織化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)胰腺癌組織中自噬活性升高，且與不良預(yù)后顯著相關(guān)。與正常胰腺、輕度和中度上皮內(nèi)瘤變的胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞相比，81%重度上皮內(nèi)瘤變的胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞和胰腺癌細(xì)胞胞質(zhì)中存在中度或重度的自噬標(biāo)記蛋白LC3染色。通過(guò)氯喹干擾自噬體和溶酶體結(jié)合抑制自噬活性可導(dǎo)致胰腺腫瘤異種移植物和遺傳小鼠模型中腫瘤消退，小鼠存活期延長(zhǎng)[11]，表明自噬具有促進(jìn)胰腺腫瘤的生長(zhǎng)和進(jìn)展的病理生理學(xué)意義。

晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor of advanced glycation endproducts,RAGE)是細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激和炎癥信號(hào)通路的重要因子，在胰腺癌中高表達(dá)，可誘導(dǎo)活性氧自由基產(chǎn)生，兩者協(xié)同參與誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞自噬的發(fā)生。胰腺移植瘤小鼠在敲除RAGE后，導(dǎo)致白介素-6(IL-6)/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和STAT3誘導(dǎo)的自噬活性被抑制，并延緩了胰腺腫瘤的進(jìn)展[14]。此外，利用特異性PI3K抑制劑3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine，3-MA)作用于Vps34和PI3Kγ可抑制胰腺腫瘤干細(xì)胞自噬體形成，導(dǎo)致胰腺腫瘤干細(xì)胞死亡，mTOR抑制劑雷帕霉素誘導(dǎo)胰腺腫瘤干細(xì)胞自噬活性可使其抵抗缺氧和饑餓誘導(dǎo)的凋亡能力增強(qiáng)，表明自噬介導(dǎo)了胰腺腫瘤干細(xì)胞在缺氧微環(huán)境中的存活能力[15]。另外胰腺癌中MiT/TFE家族轉(zhuǎn)錄因子過(guò)度表達(dá)和組成型激活可進(jìn)一步介導(dǎo)溶酶體大量擴(kuò)增，從而激活自噬促進(jìn)胰腺癌的發(fā)展[16]。實(shí)驗(yàn)研究顯示在K-ras驅(qū)動(dòng)的胰腺癌基因工程小鼠模型中敲除ATG5或ATG7，自噬活性降低，腫瘤的進(jìn)展明顯減慢[17-18]。在p53雜合性缺失的K-ras驅(qū)動(dòng)的胰腺癌基因工程小鼠模型，羥氯喹干擾自噬體和溶酶體結(jié)合從而抑制自噬活性，可增加低級(jí)別胰腺導(dǎo)管上皮內(nèi)瘤變的發(fā)生，但抑制了其向高級(jí)別胰腺導(dǎo)管上皮內(nèi)瘤變和胰腺導(dǎo)管腺癌轉(zhuǎn)變的過(guò)程，而在p53純合子缺失的小鼠模型中，羥氯喹抑制自噬活性則促進(jìn)了胰腺導(dǎo)管腺癌的進(jìn)展[17]。這種差異表明p53可能影響自噬在促進(jìn)胰腺癌發(fā)展中的作用，但小鼠腫瘤在p53純合子缺失情況下形成并不是正常的生理現(xiàn)象，不能準(zhǔn)確模擬人類(lèi)胰腺腫瘤的發(fā)生發(fā)展過(guò)程[19-20]。

自噬的作用不僅僅限于胰腺腫瘤細(xì)胞，其周?chē)募?xì)胞自噬也能為胰腺腫瘤生長(zhǎng)和發(fā)展提供能量。胰腺星狀細(xì)胞是胰腺間質(zhì)中的一種重要細(xì)胞類(lèi)型，有研究發(fā)現(xiàn)胰腺腫瘤細(xì)胞能刺激胰腺星狀細(xì)胞自噬，星狀細(xì)胞自噬被激活后分泌丙氨酸，進(jìn)而為胰腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)支持，抑制星狀細(xì)胞的自噬活性則消除了這種效應(yīng)，且通過(guò)氯喹抑制星狀細(xì)胞自噬能使胰腺移植瘤小鼠的腫瘤體積縮小[21-22]，揭示了腫瘤間質(zhì)細(xì)胞自噬激活在胰腺癌生長(zhǎng)中的重要性。Yang等[23]將K-ras突變的胰腺癌細(xì)胞注入基因工程小鼠進(jìn)行原位移植，通過(guò)在不同時(shí)間全身敲除ATG4B觀察小鼠間質(zhì)細(xì)胞自噬對(duì)移植腫瘤的影響，發(fā)現(xiàn)與腫瘤細(xì)胞自身自噬相比，腫瘤微環(huán)境中間質(zhì)細(xì)胞自噬對(duì)基因工程小鼠移植腫瘤的早期發(fā)生起主要作用；而在小鼠已經(jīng)形成的胰腺移植腫瘤中，抑制腫瘤細(xì)胞自噬較抑制間質(zhì)細(xì)胞自噬，則表現(xiàn)出更顯著的腫瘤消退，表明腫瘤細(xì)胞自噬和間質(zhì)細(xì)胞自噬可共同維持胰腺腫瘤的生長(zhǎng)，二者所起的作用可能與腫瘤發(fā)展階段有關(guān)。

目前，自噬與腫瘤的研究主要集中在巨自噬，微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬在胰腺腫瘤研究中仍然較少。蛋白質(zhì)乙酰化作為一種重要的翻譯后修飾一直備受關(guān)注，近幾年來(lái)逐漸成為研究熱點(diǎn)。乳酸脫氫酶A(lactate dehydrogenase A，LDH-A)是人體內(nèi)一種能夠產(chǎn)生乳酸的代謝酶，其參與糖酵解途徑為腫瘤細(xì)胞提供能量。有研究報(bào)道胰腺癌中LDH-A的K5乙酰化水平下調(diào)可抑制經(jīng)分子伴侶介導(dǎo)的自噬途徑，導(dǎo)致LDH-A在腫瘤細(xì)胞中大量累積，為胰腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移、浸潤(rùn)、侵襲和惡化提供能量[24]。

四、自噬在胰腺癌治療中的作用

目前多數(shù)研究顯示胰腺腫瘤組織中細(xì)胞自噬活性增強(qiáng)并促進(jìn)腫瘤生存，因而抑制自噬有望成為胰腺腫瘤治療的新手段。然而在第一項(xiàng)轉(zhuǎn)移性胰腺癌人體臨床試驗(yàn)中，利用羥氯喹抑制自噬并沒(méi)有表現(xiàn)出顯著的治療效果[25]，說(shuō)明單獨(dú)抑制自噬并不足以影響胰腺腫瘤生長(zhǎng)。有研究發(fā)現(xiàn)體內(nèi)抑制自噬活性能減弱胰腺腫瘤干細(xì)胞的活力，吉西他濱聯(lián)合氯喹能顯著增強(qiáng)化療藥物的抗腫瘤作用，且吉西他濱聯(lián)合氯喹比單獨(dú)化療或抑制自噬能更有效抑制胰腺腫瘤的進(jìn)展[26-27]。5-氟尿嘧啶或吉西他濱處理后胰腺腫瘤細(xì)胞自噬活性明顯增加，利用氯喹抑制自噬則顯著增強(qiáng)化療藥物對(duì)胰腺癌PANC1和BxPC-3細(xì)胞增殖的抑制作用[28]。體外實(shí)驗(yàn)表明魚(yú)藤素能阻斷自噬活性，進(jìn)而增加胰腺癌細(xì)胞對(duì)多柔比星的敏感性[29]。另有研究顯示抑制自噬能提高胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤細(xì)胞對(duì)舒尼替尼的敏感性，舒尼替尼聯(lián)合氯喹能降低腫瘤細(xì)胞的活力，減輕小鼠模型的腫瘤負(fù)荷[30]。還有研究者報(bào)道m(xù)iR-216a可抑制Beclin1介導(dǎo)的自噬，增加胰腺癌細(xì)胞對(duì)放療的敏感性[31]。以上研究結(jié)果表明在化療或放療時(shí)腫瘤細(xì)胞通過(guò)增加自噬活性促進(jìn)細(xì)胞存活而抵抗治療，抑制自噬能扭轉(zhuǎn)對(duì)治療產(chǎn)生的抵抗，因此自噬抑制聯(lián)合化療或放療比單一抑制自噬活性在胰腺癌治療中更具潛力。在一項(xiàng)吉西他濱聯(lián)合羥氯喹對(duì)胰腺癌患者術(shù)前治療安全性和耐受性研究的臨床試驗(yàn)中，35例患者有19例(61%)在治療后CA19-9降低，29例(94%)患者進(jìn)行了手術(shù)切除，R0切除率為77%，且自噬活性較高的患者表現(xiàn)出明顯的生存獲益(無(wú)病生存期15.0個(gè)月比6.9個(gè)月，總生存期34.8個(gè)月比10.8個(gè)月，P值均<0.05)[32]。除了能增強(qiáng)化療和放療對(duì)腫瘤的治療效應(yīng)外，抑制自噬還能加強(qiáng)對(duì)胰腺癌靶向治療的有效性。體外研究發(fā)現(xiàn)阿奇霉素抑制胰腺癌BxPC-3和PANC1細(xì)胞自噬，從而增加吉非替尼對(duì)胰腺腫瘤細(xì)胞的毒性導(dǎo)致細(xì)胞死亡[33]。氯喹能減少腫瘤血管的彎曲度和密度，促進(jìn)成熟且具有功能的血管形成，增加腫瘤的灌注，從而提高了腫瘤對(duì)化療藥物的反應(yīng)，此外氯喹可使血管內(nèi)皮細(xì)胞排列更均勻，增加腫瘤血管內(nèi)皮粘附連結(jié)，導(dǎo)致血管內(nèi)皮屏障難以穿透，由此阻止了癌細(xì)胞散播和轉(zhuǎn)移，因此氯喹抑制自噬可能不是對(duì)腫瘤產(chǎn)生影響的唯一機(jī)制[34]，特異性抑制自噬的藥物需要進(jìn)一步研究。

綜上所述，自噬在胰腺癌的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮復(fù)雜而顯著的作用，但調(diào)節(jié)自噬過(guò)程的具體分子機(jī)制在胰腺癌背景下尚未明確。自噬也與胰腺癌的治療密切相關(guān)，抑制自噬是胰腺癌的一種新型治療策略，可增強(qiáng)傳統(tǒng)化學(xué)藥物對(duì)抗腫瘤治療的效應(yīng)。進(jìn)一步深入研究并揭示自噬在胰腺癌中作用和機(jī)制，以及確定和評(píng)估更有效且特異性阻斷自噬的藥物及其組合的理想方案具有一定的前景。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突