自噬在腫瘤血管形成及放射敏感性中作用的研究進(jìn)展*

陳莉 綜述，朱小東 審校

530021 南寧，廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 放療科

自噬是近年來(lái)腫瘤研究的熱門(mén)話題，關(guān)于自噬在腫瘤的發(fā)生發(fā)展及治療中作用的研究備受重視。腫瘤的血管生成是腫瘤生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵過(guò)程之一[1]，因此自噬在腫瘤血管形成中起到的作用也受到關(guān)注。腫瘤的放療效果受很多因素影響，細(xì)胞乏氧、細(xì)胞周期、DNA 損傷修復(fù)和細(xì)胞凋亡等是常見(jiàn)的影響因素；自噬作為影響腫瘤放射敏感性的重要因素之一也得到了廣泛的認(rèn)可[2]。本文主要綜述自噬在腫瘤血管形成及放射敏感性中作用的研究進(jìn)展。

1 自噬

自噬是生命進(jìn)化過(guò)程中一種非常古老的現(xiàn)象，是真核細(xì)胞中高度保守的分解代謝途徑。它是細(xì)胞維持完整性和基因組穩(wěn)定性的重要機(jī)制。自噬的主要功能是降解受損的細(xì)胞器和長(zhǎng)壽蛋白，對(duì)維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。當(dāng)遇到營(yíng)養(yǎng)不足、缺氧或其他壓力時(shí)，細(xì)胞可以通過(guò)各種途徑上調(diào)自噬活性，維持正常的能量需求。自噬在調(diào)節(jié)機(jī)體的生物過(guò)程中發(fā)揮著基本作用，同樣，在癌癥的發(fā)生發(fā)展中也發(fā)揮著重要作用。因此，探索自噬作用的潛在機(jī)制，不僅可以揭開(kāi)腫瘤發(fā)生的神秘面紗，而且可能有助于發(fā)現(xiàn)癌癥自噬治療的新靶點(diǎn)[3]。腫瘤細(xì)胞自噬發(fā)生的相關(guān)細(xì)胞生物學(xué)通路主要有：PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路、LKB1/AMPK/mTOR 信號(hào)通路、RAS/PAF/MEK/ERK 信號(hào)通路等。雷帕霉素的作用靶位點(diǎn)(mTOR)是氨基酸、ATP 和激素的感受器，是自噬關(guān)鍵的調(diào)控因子[4]，激活mTOR可以抑制自噬的發(fā)生[5]。

放療、化療等抗腫瘤治療可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生自噬[6]。據(jù)報(bào)道，自噬功能障礙與腫瘤、神經(jīng)元變性、心肌病密切相關(guān)[7]，然而自噬在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著相反的兩種作用[8]。有研究表明，自噬在抑制腫瘤的發(fā)生中起著非常重要的作用。人類的大多數(shù)癌癥，如乳腺癌和前列腺癌，經(jīng)常伴隨自噬相關(guān)基因Atg4和Beclin1的缺失[9-10]。但是也有證據(jù)表明上調(diào)自噬活性可以保護(hù)腫瘤細(xì)胞抵抗各種代謝壓力，如缺氧、化療藥物和放療等，并且還能誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性[11]。此外，自噬的矛盾作用還體現(xiàn)在以下情況，例如:自噬可以保護(hù)宮頸癌HeLa細(xì)胞不受營(yíng)養(yǎng)缺乏的影響，但也促進(jìn)了c-干擾素誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡；衣霉素誘導(dǎo)的自噬可增強(qiáng)結(jié)腸癌細(xì)胞的活力，但自噬活性的升高也能促進(jìn)小鼠胚胎成纖維細(xì)胞的死亡[12]；在口腔鱗狀細(xì)胞癌中，自噬可以介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡，從而抑制腫瘤的生長(zhǎng)[13]。因此，自噬在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的作用還需進(jìn)一步的研究與探討。

2 腫瘤血管形成

血管生成是一個(gè)復(fù)雜的多步驟生物學(xué)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，新的毛細(xì)血管從先前存在的血管中生長(zhǎng)出來(lái)，為組織提供氧氣和營(yíng)養(yǎng)[14]。血管形成主要包括四個(gè)步驟：(1)蛋白水解酶降解血管周圍細(xì)胞外基質(zhì)的基底膜糖蛋白等成分；(2)內(nèi)皮細(xì)胞的活化和遷移；(3)內(nèi)皮細(xì)胞增殖；(4)內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為管狀結(jié)構(gòu)形成毛細(xì)血管，發(fā)展為新型基底膜[15]。正常的血管生成一般只發(fā)生在胚胎發(fā)育、女性生殖周期和創(chuàng)傷修復(fù)過(guò)程中，而異常的血管生成卻是腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵。腫瘤組織相比正常組織而言，其重要特征之一是血供非常豐富，這也是腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移和無(wú)限增殖的關(guān)鍵因素[16]。腫瘤內(nèi)新血管的生成失調(diào)形成了一種腫瘤微環(huán)境，其特點(diǎn)是間質(zhì)增壓、缺氧和酸中毒[17]。這些新生血管通常是曲折和擴(kuò)張的，并且有許多分支和分流，這些血管的周細(xì)胞可以穩(wěn)定血管和調(diào)節(jié)血液流動(dòng)，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖，進(jìn)而促進(jìn)血液循環(huán)[18]。

正常的血管生成處于一種動(dòng)態(tài)平衡中，受促血管生成因子和抗血管生成因子的嚴(yán)格控制。常見(jiàn)的促血管生成因子包括血管內(nèi)皮生成因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、表皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-α、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β、白細(xì)胞介素1、白細(xì)胞介素8、腫瘤壞死因子α、前列腺素E1/E2等[19]。這種動(dòng)態(tài)平衡一旦被破壞，“血管生成的開(kāi)關(guān)”將變得非?；钴S，并啟動(dòng)血管生成[20]。各種各樣的生物活動(dòng)都可以觸發(fā)這種血管生成開(kāi)關(guān)：基因突變(致癌基因的激活或腫瘤抑制基因的丟失，這些基因控制血管生成調(diào)節(jié)因子的產(chǎn)生)、代謝應(yīng)激(缺氧、低pH值或低血糖)、機(jī)械應(yīng)激(細(xì)胞增殖所產(chǎn)生的壓力)和免疫/炎癥反應(yīng)(浸潤(rùn)組織的免疫/炎癥細(xì)胞)等。其中VEGF具有促血管形成、增加血管通透性的作用，并且還以自分泌的形式促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[21]。因此，抗血管生成治療也是目前腫瘤治療研究的熱點(diǎn)。

3 腫瘤放射敏感性

放射治療是大部分實(shí)體腫瘤的主要治療方案之一，它可以通過(guò)外部照射x、γ射線或內(nèi)部使用放射性同位素的方法摧毀惡性腫瘤。放療作為癌癥治療手段之一，可抑制腫瘤生長(zhǎng)，延長(zhǎng)患者生存時(shí)間[22]，也是一種非常有效的輔助治療方式，可以減輕癌癥患者的癥狀。然而，局部或轉(zhuǎn)移性復(fù)發(fā)仍然是提高癌癥患者生存率的障礙之一[23-24]，同時(shí)放射抗拒也是其中的障礙[25]，在鼻咽癌[26]、食管癌[27]、前列腺癌[28]等腫瘤中均有類似的報(bào)道。一些研究發(fā)現(xiàn),輻射可能促進(jìn)癌癥轉(zhuǎn)移，Guerra等[29]證明接受照射的患者與未接受照射的患者相比，腫瘤的侵襲性復(fù)發(fā)率更高。以前的研究也發(fā)現(xiàn)輻射促進(jìn)了許多腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移，包括膠質(zhì)瘤細(xì)胞[30]、肝癌細(xì)胞[31]和乳腺癌細(xì)胞[32]。因此，目前需要有效的策略來(lái)提高腫瘤細(xì)胞的放射敏感性，阻斷放射誘導(dǎo)的細(xì)胞遷移和侵襲。但是，放射誘導(dǎo)細(xì)胞遷移和侵襲的潛在機(jī)制目前尚未完全了解，仍需進(jìn)一步探索。

4 自噬與腫瘤血管形成

自噬是亞細(xì)胞降解的動(dòng)態(tài)過(guò)程，是維持細(xì)胞在營(yíng)養(yǎng)缺乏條件下生存的關(guān)鍵所在[33]。自噬發(fā)生時(shí)，部分細(xì)胞成分被隔離在自噬體的雙層膜結(jié)合囊泡中，隨后與溶酶體融合降解，為維持細(xì)胞代謝提供必要元素[34]。但是抑制營(yíng)養(yǎng)不足導(dǎo)致的血管生成會(huì)誘導(dǎo)自噬的發(fā)生[35]，同樣，Liu等[12]研究發(fā)現(xiàn)，抑制血管生成即使在沒(méi)有營(yíng)養(yǎng)應(yīng)激或缺氧的情況下同樣也會(huì)誘導(dǎo)自噬。Du等[36]發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)自噬促進(jìn)血管生成，而抑制自噬可以抑制血管生成。在增殖性視網(wǎng)膜病變期間，自噬相關(guān)蛋白的缺失也會(huì)導(dǎo)致血管生成的減弱[37]?；钚匝?reactive oxygen species,ROS)的產(chǎn)生可能是自噬介導(dǎo)血管生成的重要機(jī)制，細(xì)胞內(nèi)的ROS主要由線粒體產(chǎn)生，缺氧會(huì)導(dǎo)致線粒體釋放大量的ROS，增加線粒體的通透性而導(dǎo)致細(xì)胞的死亡，經(jīng)研究表明ROS可以激活自噬[38]， Zou等[39]的研究表明，ROS引發(fā)的自噬可以介導(dǎo)VEGF血管生成。

研究表明，Beclin1/Bcl-2復(fù)合物可能作為一種調(diào)節(jié)自噬能力的變阻器來(lái)調(diào)節(jié)體內(nèi)平衡[40]。Bcl-2通過(guò)維持癌細(xì)胞中的有絲分裂活性或者增強(qiáng)腫瘤血管生成，使腫瘤生長(zhǎng)具有優(yōu)勢(shì)[41]。Bcl-2被證明可以抑制Beclin1依賴的自噬，Nguyen等[42]研究發(fā)現(xiàn)rK5(人纖溶酶原的水解片斷kringle5，目前發(fā)現(xiàn)的活性較強(qiáng)的血管增生抑制劑之一)通過(guò)上調(diào)Beclin1的表達(dá)，破壞Beclin1與Bcl-2之間的平衡，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生自噬，然后再通過(guò)增加VEGF可以減弱rK5引起的自噬，Bcl-2水平的增加可能導(dǎo)致Beclin1更大的削減，而這種減弱反過(guò)來(lái)又解釋了VEGF介導(dǎo)的自噬抑制。Li等[43]發(fā)現(xiàn)，脂聯(lián)素可以通過(guò)PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路來(lái)抑制自噬，進(jìn)而抑制血管形成，PI3K/AKT/mTOR通路是細(xì)胞中常見(jiàn)的信號(hào)通路之一。并且在內(nèi)皮細(xì)胞中，自噬也可以通過(guò)AMPK/AKT/mTOR信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)血管的形成[44]。雷公藤甲素也可以通過(guò)抑制Wnt/β-Catenin通路來(lái)誘導(dǎo)自噬，進(jìn)而抑制骨肉瘤細(xì)胞的血管形成，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的死亡[45]?？梢?jiàn)，不同的藥物作用對(duì)細(xì)胞中自噬與血管形成之間關(guān)系的影響也是不同的。

目前臨床上常用的VEGF抑制劑是貝伐珠單抗，有研究發(fā)現(xiàn)，用貝伐珠單抗治療一段時(shí)間(約3～4周)后，腫瘤微環(huán)境中新生血管的形成明顯減少，腫瘤組織缺氧加重；隨后，自噬活性被上調(diào)，腫瘤對(duì)抗血管生成的治療更具抵抗力[46-48]。其他抗血管生成藥物，如小分子酪氨酸激酶抑制劑索拉非尼和舒尼替尼，也可以上調(diào)腫瘤細(xì)胞自噬活性。自噬通常是在缺氧環(huán)境下被激活的，但在缺氧環(huán)境下，自噬激活的確切機(jī)制尚不清楚[49]。雖然抗血管生成治療導(dǎo)致血運(yùn)斷流，可以限制腫瘤生長(zhǎng)，然而，血管生成抑制劑的益處通常是短暫的，常常產(chǎn)生耐藥性，由抗血管生成治療導(dǎo)致缺氧而引起的自噬被認(rèn)為是引起耐藥性的重要原因[12]。由此可見(jiàn)，在抗血管生成治療中聯(lián)合使用自噬抑制劑也許可以對(duì)抗耐藥性，更好地控制腫瘤的生長(zhǎng)。

5 自噬與放射敏感性

在營(yíng)養(yǎng)缺乏、生長(zhǎng)因子的減少、缺氧等一些不利環(huán)境條件下均可激活自噬。自噬作為一種基因調(diào)控的應(yīng)激反應(yīng)，常見(jiàn)于一些暴露于電離輻射的人類癌細(xì)胞系中。與凋亡相比，任何細(xì)胞系經(jīng)電離輻射后均可觀察到自噬的變化。與自噬會(huì)促進(jìn)還是抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的爭(zhēng)論類似，癌細(xì)胞對(duì)輻射的自噬反應(yīng)在放射治療方面顯示出一些不同的效果。放射治療會(huì)誘導(dǎo)正常細(xì)胞和癌細(xì)胞均發(fā)生自噬。已有研究報(bào)道，在惡性膠質(zhì)瘤、乳腺癌和前列腺癌細(xì)胞中，放療誘導(dǎo)自噬會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的死亡[50]。其中放療會(huì)導(dǎo)致癌細(xì)胞以DNA損傷為主的死亡，脫氧核糖核酸的損傷被認(rèn)為是最有害的DNA輻射損傷。脫氧核糖核酸可以通過(guò)兩種不同的分子通路修復(fù):非同源端連接和同源端連接，這些修復(fù)通路在癌細(xì)胞中被異常激活，這種異常的脫氧核糖核酸修復(fù)基因激活是化療和放療抵抗的原因之一[51]。而根據(jù)自噬介導(dǎo)放療抗拒理論，射線照射后引起的細(xì)胞應(yīng)激狀態(tài)能夠擾亂腫瘤細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的加工過(guò)程，導(dǎo)致大量錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)積聚在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，而腫瘤細(xì)胞為了從這種應(yīng)激狀態(tài)生存下來(lái)，必須通過(guò)自噬的發(fā)生及時(shí)將這些折疊錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)清除，因此，這是腫瘤產(chǎn)生放療抗拒的一種重要機(jī)制[52]。

有研究表明，誘導(dǎo)自噬可能是提高放療抗癌效果的有利策略，化療藥物誘導(dǎo)自噬可使細(xì)胞對(duì)輻射敏感，提高放療的抗癌效果[53]。特別是膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞對(duì)輻射誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡具有相當(dāng)大的易感性，這是由于自噬而不是細(xì)胞凋亡造成的。抑制自噬也可以調(diào)節(jié)惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞的放射增敏比[54]。另一方面，自噬已被發(fā)現(xiàn)有助于某些癌癥的放療抵抗[55]。在放射敏感和放射抗拒的細(xì)胞系中，雷帕霉素治療后自噬的上調(diào)是有記錄的。據(jù)Weppler等[56]報(bào)道，雷帕霉素可以通過(guò)阻斷mTOR通路來(lái)刺激自噬。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，自噬在鼻咽癌CNE-2R細(xì)胞中與放射抗拒相關(guān)[57]；在前列腺癌中，PI3K/AKT/mTOR通路抑制劑可以通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和減少自噬，增強(qiáng)耐輻射前列腺癌細(xì)胞的放射敏感性[28]；經(jīng)3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine,3-MA)處理的乳腺癌細(xì)胞可抑制電離輻射誘導(dǎo)的自噬，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡，并且，3-MA或氯喹抑制自噬顯著降低了放射抗拒細(xì)胞的存活率[58]；Tai等[59]發(fā)現(xiàn)通過(guò)3-MA抑制自噬可以通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞凋亡和下調(diào)血管新生，顯著增強(qiáng)頭頸部腫瘤的放療效果。這些研究表明，輻射誘導(dǎo)的自噬可能是腫瘤細(xì)胞的一種保護(hù)機(jī)制，其原因可能是由于自噬及時(shí)去除輻射導(dǎo)致的錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器。因此，抑制自噬的發(fā)生可能對(duì)增強(qiáng)腫瘤的放射敏感性具有重要的意義。同時(shí)隨著研究的深入，越來(lái)越多的結(jié)果顯示了miRNA參與了腫瘤放射治療誘發(fā)的自噬調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)[60]，這為我們改善放射治療效果也提供了新的潛在靶點(diǎn)。

6 小 結(jié)

綜上所述，自噬與腫瘤血管形成、放射抗拒在臨床與基礎(chǔ)方面的研究有了部分的進(jìn)展，尤其是在腫瘤治療過(guò)程中放射抗拒與自噬之間聯(lián)系的研究，為腫瘤的放射治療提供了可參考價(jià)值。此外，對(duì)自噬和腫瘤血管形成的研究，也有助于對(duì)腫瘤放射抗拒機(jī)制的進(jìn)一步探討，通過(guò)對(duì)自噬及腫瘤血管形成的調(diào)節(jié)有助于對(duì)腫瘤發(fā)生發(fā)展的控制。以自噬為靶點(diǎn)調(diào)節(jié)腫瘤血管形成進(jìn)而影響腫瘤的放射抗拒，在臨床和基礎(chǔ)研究中具有重要意義。但大多數(shù)研究仍處在初級(jí)階段, 還需要進(jìn)行更深入的研究。

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