自噬在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中的研究進(jìn)展

趙海杞，趙世光，石長濱，張欣健，韓大勇，滕 雷

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外一科，哈爾濱 150001)

自噬在細(xì)菌和病毒感染[1]、抑制炎癥反應(yīng)、適應(yīng)性免疫反應(yīng)和免疫監(jiān)視以及神經(jīng)退行性變、心臟病、腫瘤等方面發(fā)揮著重要作用[2]。自噬活動(dòng)異常是一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的腫瘤特征，與腫瘤的發(fā)生、生存和治療有關(guān)[3]。一般而言，自噬能夠通過清除廢物和管理合成及分解代謝的有毒副產(chǎn)品(如活性氧)減輕細(xì)胞在代謝和治療方面的壓力[4]。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma，GBM)是一種侵襲性強(qiáng)，惡性程度最高的星形細(xì)胞腫瘤，是兒童和成人癌癥相關(guān)死亡的主要原因之一。自噬具有雙重功能，少量的自噬可以增加GBM細(xì)胞的耐藥性，過量的自噬則可以通過自噬性死亡殺傷腫瘤細(xì)胞[5]。在GBM中,替莫唑胺(temozolomide，TMZ)誘導(dǎo)的自噬作用被認(rèn)為是TMZ作用于腫瘤細(xì)胞的機(jī)制。合理利用自噬在GBM中的作用機(jī)制，將有助于有效利用自噬來治療GBM。現(xiàn)對自噬在GBM發(fā)生、發(fā)展中的作用及在新型靶向治療領(lǐng)域的相關(guān)前景進(jìn)行綜述。

1 自 噬

1.1自噬的概念 自噬是一種保守的進(jìn)化過程，細(xì)胞通過降解和循環(huán)細(xì)胞質(zhì)成分以供細(xì)胞再利用[6]。自噬是泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的補(bǔ)充，參與大多數(shù)蛋白質(zhì)和細(xì)胞器(如線粒體、高爾基復(fù)合體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng))的降解和再循環(huán)[7]。在健康細(xì)胞中，自噬通常處于基礎(chǔ)水平，是維持細(xì)胞質(zhì)質(zhì)量控制和細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)所必需的[8]。在某些細(xì)胞環(huán)境中，特別是當(dāng)細(xì)胞凋亡有缺陷時(shí)，自噬則可以介導(dǎo)第二種形式的程序性細(xì)胞死亡，即自噬性死亡，或者自噬性死亡與凋亡同時(shí)發(fā)生。自噬是一個(gè)多步驟的過程。首先，自噬從形成來源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或線粒體的分離膜開始[9]。分離膜將逐漸囊括部分細(xì)胞質(zhì)，形成一個(gè)雙膜自噬體。然后，雙膜自噬體會(huì)與溶酶體融合形成自溶體，自溶體可以被溶酶體水解酶降解。最后，降解得到的大分子會(huì)被輸送到胞質(zhì)中被各種代謝回路重復(fù)使用。在此過程中，微管相關(guān)蛋白LC3-Ⅰ會(huì)與磷脂酰乙醇胺結(jié)合形成LC3-磷脂酰乙醇胺共軛物。因此，在體外和體內(nèi)，LC3-磷脂酰乙醇胺共軛物的增加通常被當(dāng)作自噬誘導(dǎo)產(chǎn)生的指標(biāo)。通過對酵母進(jìn)行遺傳分析發(fā)現(xiàn)了大量的進(jìn)化保守基因，即自噬相關(guān)基因(autophagy-related gene，Atg)，負(fù)責(zé)調(diào)控自噬體形成的順序-即自噬體膜的起始、成泡和擴(kuò)展。根據(jù)定位于吞噬細(xì)胞組裝位點(diǎn)的核心Atg在自噬發(fā)生中的不同功能作用，可分為不同的類群，包括：UNC-51樣激酶1復(fù)合體；胞內(nèi)磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)復(fù)合體；Atg 9循環(huán)系統(tǒng)和Atg 8/微管相關(guān)蛋白LC3泛素樣共軛系統(tǒng)等[10]。

1.2自噬的調(diào)節(jié)機(jī)制 自噬起始主要由哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)控制，作用方式是阻斷UNC-51樣激酶1復(fù)合體的活性，從而阻止形成自噬體所需的第一步[11]。mTOR有兩種結(jié)構(gòu)不同的復(fù)合物，即哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物(mammalian target of rapamycin complex,mTORC)1和 mTORC2，兩者雖然具有共同的組成成分，但細(xì)胞功能并不相同。mTORC1被認(rèn)為是自噬的主負(fù)調(diào)節(jié)因子[12]。mTOR1的活性由高營養(yǎng)水平、高能量利用率、氧含量正常等多方面因素來維持[13]。隨著這些因素在細(xì)胞應(yīng)激條件下被削弱，自噬體的生成會(huì)明顯增加。這些因素主要在mTORC1和mTORC2的復(fù)合體上調(diào)節(jié)這一過程。例如，5′-腺苷酸依賴的蛋白激酶能夠磷酸化mTORC2，該激酶在低腺苷三磷酸水平下被激活，導(dǎo)致mTORC1和mTORC2復(fù)合體的激活，抑制了mTORC1的活性，并進(jìn)一步誘導(dǎo)自噬[14]。PI3K信號通路是在生長因子刺激受體酪氨酸激酶后激活的，也可以直接磷酸化mTORC2，伴隨mTORC1活性激活，抑制自噬[15]。很多信號通路和關(guān)鍵細(xì)胞蛋白也參與了自噬的調(diào)控，包括真核延伸因子-2激酶、應(yīng)激活化蛋白激酶、核因子κB信號通路等。例如，真核延伸因子-2激酶在調(diào)節(jié)多個(gè)細(xì)胞應(yīng)激(包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和氨基酸饑餓)時(shí)的自噬中發(fā)揮重要作用。應(yīng)激活化蛋白激酶參與了幾種刺激自噬誘導(dǎo)的途徑，包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和腫瘤壞死因子-α引起的應(yīng)激。此外，應(yīng)激活化蛋白激酶信號還參與了自噬性細(xì)胞死亡和各種Atg表達(dá)的調(diào)控。研究表明，核因子κB信號通路抑制也是自噬細(xì)胞死亡的必要條件[16]。總之，自噬是一個(gè)復(fù)雜的調(diào)控過程，包括了大量的相關(guān)調(diào)節(jié)因子。而這些調(diào)節(jié)因子多為抑癌蛋白或癌基因。因此，與自噬調(diào)控有關(guān)的通路和與腫瘤相關(guān)的信號通路很大程度上是重疊的。

2 自噬在GBM發(fā)生發(fā)展中的作用

2.1GBM中自噬的發(fā)生 GBM是一種侵襲性星形細(xì)胞腫瘤。GBM患者的中位生存期為最初診斷后的12～15個(gè)月。對新診斷的GBM患者的常規(guī)治療方法包括手術(shù)切除腫瘤、放療和化療。雖然這些治療方法已將生存率提高到14.6個(gè)月，但生存優(yōu)勢僅為姑息性[17]。自噬可能阻止或抑制GBM發(fā)生。在原發(fā)的人乳腺癌中存在自噬相關(guān)蛋白 Beclin 1的單等位基因缺失，而Beclin 1雜合子缺失與小鼠自發(fā)腫瘤的高發(fā)生率有關(guān)。因此，Beclin 1在腫瘤中的缺失支持了自噬在本病的發(fā)生中起抑制作用的理論。與低級別星形細(xì)胞瘤和正常腦組織相比，GBM細(xì)胞中自噬相關(guān)蛋白Beclin 1與LC3b-Ⅱ水平降低，提示自噬活性降低可能導(dǎo)致GBM向更加惡性的方向發(fā)展[18]。GBM細(xì)胞胞質(zhì)中Beclin 1的高水平與細(xì)胞凋亡呈正相關(guān)，與細(xì)胞增殖呈負(fù)相關(guān)。有報(bào)道表明，高Beclin 1水平的GBM患者治療后表現(xiàn)的狀態(tài)，對治療的客觀反應(yīng)率較高，疾病短期無進(jìn)展，且總體生存率較高[19]。

2.2GBM中自噬的調(diào)節(jié)與功能 自噬的調(diào)節(jié)是由信號通路控制的，這些信號通路也調(diào)節(jié)GBM的發(fā)生、發(fā)展。自噬調(diào)節(jié)基因Atg4C、Atg5以及Beclin 1的表達(dá)缺乏以及PIK3-蛋白激酶B-mTOR信號通路的下調(diào)伴隨著GBM的發(fā)展[20]。辛二酰苯胺異羥肟酸是一種組蛋白去乙?；敢种苿?，可以改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，從而調(diào)節(jié)DNA損傷修復(fù)[21]。辛二酰苯胺異羥肟酸可以通過下調(diào)PIK3-蛋白激酶B-mTOR信號通路來誘導(dǎo)自噬，進(jìn)一步通過細(xì)胞凋亡來促進(jìn)GBM干細(xì)胞的死亡[22]。因此，可調(diào)節(jié)自噬相關(guān)信號通路的化學(xué)物質(zhì)，在GBM中具有治療潛力。自噬在腫瘤中具有雙重功能，在腫瘤發(fā)生的早期階段，會(huì)限制細(xì)胞的增殖，造成DNA的損傷，從而限制腫瘤的進(jìn)展。當(dāng)腫瘤體積增大時(shí)，其血液供應(yīng)受到限制，自噬可促進(jìn)缺乏營養(yǎng)和缺氧的腫瘤區(qū)域內(nèi)腫瘤細(xì)胞的存活[23]。當(dāng)考慮治療耐藥性時(shí)，經(jīng)典化療和自噬調(diào)節(jié)之間的相互作用是復(fù)雜的。已有研究者提出，自噬可能導(dǎo)致腫瘤細(xì)存活或細(xì)胞死亡，但取決于細(xì)胞的環(huán)境[24]。一方面，TMZ誘導(dǎo)的自噬作用似乎具有細(xì)胞保護(hù)作用。TMZ急性治療時(shí)可持續(xù)抑制類雷帕霉素靶蛋白，產(chǎn)生短暫的自噬作用，導(dǎo)致治療的細(xì)胞耐藥性。另一方面，自噬可以增強(qiáng)TMZ對GBM細(xì)胞的殺傷作用，研究發(fā)現(xiàn)TMZ與沙利度胺聯(lián)合作用增強(qiáng)了TMZ對GBM細(xì)胞的細(xì)胞毒性，沙利度胺被認(rèn)為是一種影響PI3K信號通路的藥物，具有調(diào)節(jié)自噬的作用[25]。自噬對GBM的侵襲和抑制具有雙重的調(diào)節(jié)作用。

2.3GBM中自噬的研究進(jìn)展 最近根據(jù)基因表達(dá)預(yù)測將GBM分為4種分子亞型(經(jīng)典型、間充質(zhì)型、前神經(jīng)型和神經(jīng)型)[26]，更多的證據(jù)表明，自噬與這種分型高度相關(guān)。例如，經(jīng)典型的GBM的特點(diǎn)是表皮生長因子受體水平異常增高，而神經(jīng)纖維瘤蛋白-1(neurofibromin 1，NF1)幾乎沒有變化；表皮生長因子受體的這種擴(kuò)增可以通過維持細(xì)胞內(nèi)的基本葡萄糖水平抑制自噬[27]。表皮生長因子受體的擴(kuò)增還會(huì)導(dǎo)致PI3K信號通路下游出現(xiàn)異常信號，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的存活、生長、運(yùn)動(dòng)和侵襲，以及血管生成[28]?？梢?，表皮生長因子受體低表達(dá)和Beclin 1 高表達(dá)可作為GBM預(yù)后較好的生物標(biāo)志。NF1和人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因突變頻率最高。上述結(jié)果表明，人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因通過抑制PI3K信號通路而上調(diào)自噬，而NF1是大鼠肉瘤蛋白的拮抗劑和類雷帕霉素靶蛋白的負(fù)調(diào)節(jié)因子，因此人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因和NF1的共突變也與PI3K-蛋白激酶B-mTOR通路的激活和自噬抑制有關(guān)。有研究在間充質(zhì)型GBM中發(fā)現(xiàn)了較高水平的自噬底物蛋白p62，自噬底物蛋白p62積聚可以幫助解釋與此亞型相關(guān)的侵襲性[29]。在不同的GBM分子亞型中發(fā)現(xiàn)了微管相關(guān)蛋白LC3的不同基礎(chǔ)表達(dá)水平，這凸顯了自噬在亞型特異性GBM的發(fā)生和發(fā)展中的潛在意義。然而，為了更好地理解自噬在GBM中的相關(guān)性，需要對不同GBM亞型中自噬調(diào)節(jié)因子的表達(dá)進(jìn)行更詳細(xì)的分析。反過來，這也可能有助于發(fā)展基于自噬的治療方法，從而提高目前治療標(biāo)準(zhǔn)的有效性。

3 自噬在GBM治療中的作用

在GBM中,TMZ誘導(dǎo)的自噬作用被認(rèn)為是TMZ作用于腫瘤細(xì)胞的機(jī)制[30]。TMZ是一種烷基化咪唑四嗪，是GBM化療的主要藥物，在O6位將基因組DNA中的鳥嘌呤甲基化，使得下一個(gè)復(fù)制周期中，甲基化鳥嘌呤與胸腺嘧啶不匹配。G：T錯(cuò)配可以通過DNA錯(cuò)配修復(fù)，甲基化鳥嘌呤也可以被O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶直接去甲基化，從DNA中去除甲基，與其殘基結(jié)合。許多膠質(zhì)瘤細(xì)胞系和原代膠質(zhì)瘤細(xì)胞均為O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶缺陷[31]。因此，這些DNA修復(fù)系統(tǒng)的功能對于TMZ的療效耐藥性具有重要意義[20]。如果DNA損傷的程度超過了細(xì)胞修復(fù)的能力，細(xì)胞就會(huì)被阻滯在細(xì)胞周期檢查點(diǎn)，通常是G1/S或G2/M期，并給予完全修復(fù)DNA損傷所需的額外時(shí)間。如果這種情況下降，該細(xì)胞可以激活程序性死亡途徑或停止細(xì)胞分裂。不同的情況是可能的，這取決于許多因素，包括未修復(fù)的DNA損傷的程度和當(dāng)前的細(xì)胞狀況。因此，TMZ的抗癌作用機(jī)制是多種機(jī)制的結(jié)合。TMZ是治療GBM最有效的藥物，然而，療效往往受腫瘤復(fù)發(fā)和對TMZ耐藥性的影響。研究表明，抑制誘導(dǎo)TMZ耐藥性產(chǎn)生的保護(hù)性自噬能夠治療GBM。例如，自噬抑制因子，如氯喹及其類似物，已應(yīng)用于治療TMZ的臨床試驗(yàn)中[32]。但另一研究表明，TMZ也可以通過觸發(fā)自噬性死亡提高治療效果。敲低PI3K通路，可以通過進(jìn)一步上調(diào)自噬，阻滯細(xì)胞周期發(fā)生，提高TG98 GBM細(xì)胞系對TMZ的敏感性[33]。Stojcheva等[33]也證明，使用凋亡抑制劑BIM通過靶向敲低微RNA-138，增強(qiáng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的自噬性反應(yīng)，可以抑制質(zhì)瘤細(xì)胞對TMZ的耐藥。

4 小 結(jié)

自噬的雙重作用主要取決于腫瘤的類型及微環(huán)境。GBM術(shù)后應(yīng)用TMZ治療能夠激活自噬產(chǎn)生TMZ耐藥，然而當(dāng)通過調(diào)節(jié)信號通路使自噬反應(yīng)進(jìn)一步加劇時(shí)，自噬會(huì)誘導(dǎo)GBM細(xì)胞發(fā)生凋亡，該發(fā)現(xiàn)為耐藥性GBM的治療方案的發(fā)現(xiàn)打開了新思路。鑒于GBM的高度異質(zhì)性。針對未來GBM的治療方法可能更多針對GBM的不同分子亞型。在包括GBM在內(nèi)的各種癌癥中，自噬的關(guān)鍵作用發(fā)現(xiàn)較晚。自噬在GBM中發(fā)揮的作用復(fù)雜，進(jìn)一步研究自噬的多重信號通路以及發(fā)現(xiàn)新的信號通路并在其基礎(chǔ)上研究新的治療方案可能成為GBM研究領(lǐng)域的新重點(diǎn)。