miRNA調(diào)控自噬及其在膠質(zhì)瘤中的作用

程麗霖，廖克曼，繆亦鋒，陳炳宏，邱永明

膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)中最常見的原發(fā)性惡性腫瘤，占我國原發(fā)性腦腫瘤的29.78%[1],可以發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的任何部位，具有復(fù)雜的分子遺傳特征，以及發(fā)病率高、惡性程度高、預(yù)后差的特點(diǎn)。盡管近年來，包括手術(shù)、放射治療和化學(xué)治療在內(nèi)的多種治療方法都取得了一定進(jìn)展，但膠質(zhì)瘤患者的預(yù)后仍然不令人滿意。隨著近年來分子生物學(xué)的發(fā)展和對膠質(zhì)瘤病理生理過程的深入研究，分子靶向治療逐漸受到關(guān)注。自噬是細(xì)胞內(nèi)一種高度保守的分解代謝途徑。在應(yīng)激環(huán)境中，特定的細(xì)胞內(nèi)成分，如受損的細(xì)胞器和有毒的蛋白質(zhì)，被溶酶體定向降解，以維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。研究表明自噬在膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[2-4]。微小RNA(microRNA，miRNA)是一類小的單鏈非編碼RNA[5]，其可以與mRNA的3′端非翻譯區(qū)(untranslation region，UTR)結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)目的基因的表達(dá)，從而影響細(xì)胞的生物學(xué)行為。miRNA在自噬過程中起重要的調(diào)控作用[6]，進(jìn)而影響腫瘤細(xì)胞的分化、凋亡、增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移，有望成為腫瘤治療的新靶點(diǎn)?，F(xiàn)對miRNA調(diào)控自噬及其在膠質(zhì)瘤的作用研究進(jìn)展綜述如下。

1 自噬與膠質(zhì)瘤

1.1 自噬的過程概述 自噬是一種被嚴(yán)密調(diào)控的細(xì)胞內(nèi)成分自我降解再利用的方式，其過程可以分為以下幾個階段。(1)自噬的誘導(dǎo)：在饑餓、缺氧等應(yīng)激損傷下，UNC-51樣激酶1(UNC 51-like kinase 1，ULK1)活性增強(qiáng)，進(jìn)而誘導(dǎo)自噬潮的產(chǎn)生；(2)自噬泡的形成：Beclin-1/磷脂酰肌醇3-激酶-Ⅲ(class Ⅲ phosphatidylinositol 3-kinase，class Ⅲ PI3K)復(fù)合物招募自噬蛋白，形成自噬泡；(3)自噬泡的延伸：在輕鏈3(light chain 3，LC3)/自噬相關(guān)基因(autophagy-related gene，ATG)8-磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)和ATG5-ATG12復(fù)合物的參與下，自噬泡的雙層膜伸展擴(kuò)張，LC3向自噬泡移動，將要被降解的胞漿成分包繞在自噬泡中；(4)自噬體的成熟：在多種ATG的作用下，待降解的胞漿成分被包繞在自噬泡中，自噬泡的膜結(jié)構(gòu)閉合，形成自噬體；(5)自噬溶酶體的形成：自噬體通過胞內(nèi)微管骨架運(yùn)輸至溶酶體，并與溶酶體進(jìn)行融合形成自噬溶酶體，其內(nèi)容物在溶酶體酶的作用下被降解，降解產(chǎn)物參與細(xì)胞的能量代謝過程。

1.2 自噬的雙重作用 自噬對腫瘤生長起雙重作用。一方面，自噬可以通過消除致癌蛋白底物、有毒的未折疊蛋白和受損的細(xì)胞器，減少炎癥刺激和組織損傷，維持遺傳信息的穩(wěn)定從而抑制腫瘤[7]；另一方面，自噬可以參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的收集、降解和循環(huán)，為線粒體代謝提供底物，幫助產(chǎn)生ATP并維持能量穩(wěn)態(tài)，提高了腫瘤細(xì)胞在饑餓、缺氧、生長因子缺乏等多種應(yīng)激條件下的生存能力[8]，從而支持腫瘤的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的細(xì)胞在應(yīng)激壓力下通過兩種途徑進(jìn)行自噬調(diào)節(jié)：細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2)途徑和PI3K/AKT/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)/P70核糖體蛋白質(zhì)S6激酶(p70 ribosomal protein S6 kinase，p70S6K )途徑[9-10]。研究表明ERK1/2途徑對細(xì)胞自噬有正向調(diào)節(jié)作用，而PI3K/AKT/mTOR/P70S6K有負(fù)向調(diào)節(jié)作用[10-11]。膠質(zhì)瘤中的自噬同樣分為細(xì)胞保護(hù)性和細(xì)胞毒性兩種。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)毒性產(chǎn)物的濃度足以克服自噬所維持的細(xì)胞穩(wěn)態(tài)時，細(xì)胞保護(hù)性自噬將轉(zhuǎn)化為細(xì)胞毒性自噬。廣泛應(yīng)用于膠質(zhì)瘤臨床治療的放射療法和替莫唑胺(temozolomide，TMZ)療法，都可以在提高腫瘤細(xì)胞保護(hù)性自噬水平的同時，誘導(dǎo)其發(fā)生自噬性死亡。

2 miRNA調(diào)控膠質(zhì)瘤自噬

2.1 miRNA調(diào)控的保護(hù)性自噬 miRNA對自噬的調(diào)控作用幾乎貫穿了自噬發(fā)生的全過程，其作用機(jī)制復(fù)雜，涉及多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。miRNA作為上游基因的靶點(diǎn)，將遺傳信息靶向傳遞給下游的mRNA，在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，影響腫瘤的生物學(xué)行為。血液供應(yīng)不足和缺氧是幾乎所有實(shí)體腫瘤微環(huán)境的共同特征[12-13]，腫瘤細(xì)胞面對的生存壓力遠(yuǎn)大于正常組織，自噬是腫瘤細(xì)胞存活的重要機(jī)制。在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中，miRNA可以通過多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在自噬的不同階段發(fā)揮調(diào)控作用，為膠質(zhì)瘤細(xì)胞提供能量的同時，還可以清除受損蛋白，從而提高細(xì)胞在惡劣代謝環(huán)境下的存活率，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

研究發(fā)現(xiàn)，miR-384可以在膠質(zhì)瘤細(xì)胞的自噬誘導(dǎo)階段發(fā)揮調(diào)控作用[14]。其可以被上游的長鏈非編碼RNA(RNA long non-coding RNA，lncRNA)人肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)直接吸附，負(fù)向調(diào)控高爾基膜蛋白1(golgi membrane protein 1，GOLM1)的表達(dá)。GOLM1影響AKT/mTOR通路相關(guān)蛋白表達(dá)，敲低GOLM1基因能夠抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞的自噬。與正常腦組織相比，膠質(zhì)瘤中MALAT1的含量顯著增加，miR-384含量降低，GOLM1表達(dá)水平升高，通過一系列的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程最終導(dǎo)致ULK1的表達(dá)水平上調(diào)，促進(jìn)自噬的啟動[14]。

miR-101、miR-224-3p和miR-454-3p則參與調(diào)控自噬體的形成階段。miR-101是MALAT1的另一個作用靶點(diǎn)，與miR-384類似，受MALAT1吸附作用的影響，在膠質(zhì)瘤中的含量降低，通過調(diào)控下游RAB5A(RAS癌基因家族成員)、微管解聚蛋白1(Stathmin 1，STMN1)和ATG4D的表達(dá)影響自噬泡膜結(jié)構(gòu)的延伸，從微管動力學(xué)方面促進(jìn)自噬體的形成，提高自噬活性，進(jìn)而刺激膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖并阻斷其凋亡[15]。miR-224-3p則受低氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)負(fù)向調(diào)控，在膠質(zhì)瘤中表達(dá)水平顯著下調(diào)。ATG5受miR-224-3p負(fù)向調(diào)控，在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)增加。由ATG12-ATG5-ATG16組成的多體復(fù)合物定位于自噬泡的外膜表面，參與了自噬泡的延伸[16]。miR-454-3p可以靶向作用于ATG12，從而影響自噬泡的擴(kuò)張能力，兩者表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)。在膠質(zhì)瘤組織中，miR-454-3p含量較正常腦組織明顯降低，ATG表達(dá)上升，細(xì)胞自噬活性增高[17]。

同一種miRNA對自噬的調(diào)控并不局限于單一的通路。miR-93可以同時抑制BECN1/Beclin-1、ATG5、ATG4B和AQATM1/p62等多種自噬調(diào)節(jié)因子的活性，從而影響膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的自噬活性[18]。不僅如此，其還可以通過PI3K/AKT/mTOR介導(dǎo)的信號通路調(diào)控膠質(zhì)瘤細(xì)胞的自噬水平[19]。這說明同一種miRNA可以通過多種作用機(jī)制發(fā)揮其對自噬的調(diào)控作用。

這些調(diào)控細(xì)胞保護(hù)性自噬過程的miRNAs可能成為膠質(zhì)瘤治療中的潛在靶點(diǎn)，通過靶向阻斷自噬的激活，達(dá)到殺傷腫瘤細(xì)胞的目的，對提高腫瘤細(xì)胞對治療的敏感性也有巨大潛力。

2.2 miRNA調(diào)控的細(xì)胞毒性自噬 自噬在腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段發(fā)揮不同的作用。腫瘤微環(huán)境中長期存在的應(yīng)激會導(dǎo)致自噬性的細(xì)胞死亡[20]。雖然自噬誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的具體機(jī)制仍有待研究，但普遍認(rèn)為自噬的程度與細(xì)胞內(nèi)損傷程度成正比[21-22]。自噬還可以通過清除受損細(xì)胞器、分解突變蛋白質(zhì)抑制腫瘤細(xì)胞增殖，發(fā)揮抗腫瘤作用。miRNA對細(xì)胞毒性自噬的調(diào)控作用可以發(fā)生在自噬的不同階段。

在自噬的誘導(dǎo)階段，膠質(zhì)瘤細(xì)胞中過表達(dá)的miR-494-3p可以通過靶向下調(diào)PTEN基因的表達(dá)水平，激活下游AKT/mTOR信號通路，對細(xì)胞毒性自噬起抑制作用，促進(jìn)腫瘤增殖和遷移[23]。miR-494抑制劑在體外實(shí)驗中可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的程序性死亡，在膠質(zhì)瘤臨床治療方面具有巨大潛力。

miRNA簇(miRNA cluster，MC)let-7家族是一類已知的腫瘤抑制因子，參與調(diào)控自噬泡的形成。膠質(zhì)瘤組織中miR-let-7a-1、let-7d、let-7f的表達(dá)水平明顯低于正常腦組織。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子1(signal transducers and activators of transcription1，STAT1)是miR-let-7d、let-7a-1和let-7f-1的重要靶基因之一，在膠質(zhì)瘤中表達(dá)上調(diào)。上調(diào)的STAT3可以激活B淋巴細(xì)胞瘤-2(B cell lymphoma-2，Bcl-2)、髓細(xì)胞白血病-1(myeloid cell leukemia-1，Mcl-1)等凋亡調(diào)控基因，通過影響B(tài)eclin-1干擾ULK1誘導(dǎo)下的自噬泡成核過程，從而抑制細(xì)胞毒性自噬。體外實(shí)驗中也證實(shí)，過表達(dá)MC-let-7a-1～let-7d可以加速膠質(zhì)瘤細(xì)胞的自噬性死亡[24]。miR-449對自噬的調(diào)控也由Beclin-1介導(dǎo)，其能夠與線粒體外膜的CDGSH鐵硫結(jié)構(gòu)域2(CDGSH iron sulfur domain 2，CISD2)結(jié)合；而CISD2可以通過CISD2/ MiR-449a /Beclin-1軸抑制自噬，促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖[25]。

在自噬泡的延伸階段，miR-770-5p和miR-24發(fā)揮重要調(diào)控作用。前者受lncRNA TPT1-AS1調(diào)控，在膠質(zhì)瘤中表達(dá)水平下降，其下游靶基因STMN1表達(dá)水平上調(diào)，進(jìn)而抑制細(xì)胞毒性自噬，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖[26]。后者可以與β連環(huán)蛋白(β-catenin)相結(jié)合，影響ATG4A的表達(dá)，干擾自噬體的形成過程，抑制細(xì)胞毒性自噬，從而提高腫瘤細(xì)胞的活力[27]。在腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段，以特定的miRNA為靶點(diǎn)誘導(dǎo)細(xì)胞毒性自噬，可能是未來腫瘤治療中的新方向。

3 miRNA調(diào)控自噬與膠質(zhì)瘤治療

3.1 miRNA調(diào)控自噬與腫瘤電場治療 腫瘤電場治療(tumor-treating fields，TTFs)是一種利用低強(qiáng)度電場治療惡性腫瘤的新興療法，已被批準(zhǔn)應(yīng)用于復(fù)發(fā)性或新診斷的多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma multiforme，GBM)的治療。Roger等發(fā)表在《美國醫(yī)學(xué)會雜志》上的一項臨床試驗顯示，與單獨(dú)使用TMZ相比，TTFs聯(lián)合TMZ療法在提高了GBM患者存活率的同時，沒有顯現(xiàn)出嚴(yán)重的毒副作用[28]。然而TTFs抑制GBM進(jìn)展的具體機(jī)制尚不明確。此前被廣泛接受的理論認(rèn)為，TTFs通過干擾紡錘體的組裝，阻滯有絲分裂中后期，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[29]。2019年的一項研究發(fā)現(xiàn)，TTFs誘導(dǎo)GBM細(xì)胞產(chǎn)生自噬可能是治療過程的關(guān)鍵[30]。這一細(xì)胞死亡途徑由AKT2/mTor/p70S6K軸介導(dǎo)，而miR-29b參與了自噬過程中AKT2的表達(dá)調(diào)控。TTFs治療上調(diào)了膠質(zhì)瘤細(xì)胞中miR-29b的表達(dá)，負(fù)向調(diào)節(jié)AKT2在細(xì)胞中的含量，從而抑制GBM腫瘤的生長[31]。深入研究miRNA調(diào)控自噬及其在電場治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中的作用機(jī)制，有助于提高TTFs的臨床應(yīng)用價值，目前相關(guān)領(lǐng)域尚有廣闊的研究空間，等待更多的學(xué)者去探索。

3.2 miRNA調(diào)控自噬與化療抵抗 TMZ是一種具有抗腫瘤活性的烷化劑，可以通過損傷腫瘤細(xì)胞DNA，引發(fā)細(xì)胞毒性和細(xì)胞凋亡[32]；目前廣泛應(yīng)用于膠質(zhì)瘤的臨床治療。

TMZ可以激活細(xì)胞自噬，引起LC3-II/I、Beclin-1水平增高和p62水平降低。這一過程由多種miRNA調(diào)控，前面提到的miR-93就是其中之一。TMZ可以降低腫瘤細(xì)胞中miR-93的表達(dá)水平，進(jìn)而刺激腫瘤細(xì)胞發(fā)生保護(hù)性自噬[20]，產(chǎn)生化療抵抗。miR-193-5p也可以提高腫瘤細(xì)胞的自噬活性，通過癌癥易感候選基因2(cancer susceptibility candidate 2，C-ASC 2)/miR-193-5p/mTOR軸誘導(dǎo)細(xì)胞保護(hù)性自噬，導(dǎo)致TMZ耐藥[31]。與上述TMZ誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)性自噬不同，TMZ可以通過上調(diào)miR-519a的表達(dá)水平，強(qiáng)化BCL-2/Beclin-1復(fù)合物的解離，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞毒性自噬，提高腫瘤對藥物的敏感性[33]。

這些研究為解決化療抵抗問題提供了新的思路。在臨床應(yīng)用中，能否通過聯(lián)合使用TMZ和miRNA抑制劑，靶向抑制腫瘤細(xì)胞對化療藥的保護(hù)性自噬；或是通過增強(qiáng)特異的內(nèi)源性miRNA，恢復(fù)耐藥細(xì)胞的細(xì)胞毒性自噬活性，從而克服化療耐藥，提高化療療效，改善患者預(yù)后。

3.3 miRNA調(diào)控自噬與放療抵抗 放射治療是膠質(zhì)瘤治療的重要手段。在經(jīng)過放射治療的膠質(zhì)瘤細(xì)胞中可以觀察到自噬現(xiàn)象，但是自噬對細(xì)胞具有保護(hù)性還是毒性作用尚無明確的結(jié)論[34]。膠質(zhì)瘤對放射治療的抵抗可能與miRNA調(diào)控的自噬過程相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，放療后血清中miR-17-5p的含量顯著降低；miR-17-5p可以靶向作用于Beclin-1，負(fù)向調(diào)控細(xì)胞保護(hù)性自噬活性，使腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生耐受[35]。另一項研究發(fā)現(xiàn)，miR-21過表達(dá)，可以激活A(yù)KT/mTOR通路抑制細(xì)胞自噬，是腫瘤細(xì)胞躲避放療誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。靶向阻斷miR-21可以提高腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性自噬能力，進(jìn)而增強(qiáng)放療敏感性[36]。

4 結(jié) 語

自噬作為一種代謝途徑，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起“雙刃劍”的作用。一方面，自噬可以提高對外界壓力的抵抗力，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖；另一方面，可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生程序性死亡。miRNA通過AKT/mTOR、ERK1/2等多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，影響B(tài)eclin-1、ULK1等自噬調(diào)節(jié)因子的活性和ATG12-ATG5-ATG-16、LC-3-PE等關(guān)鍵復(fù)合物的形成，在自噬誘導(dǎo)、自噬泡的形成和延伸、自噬體成熟等階段發(fā)揮調(diào)控作用。尋找特異性調(diào)控膠質(zhì)瘤細(xì)胞自噬的miRNA并對其進(jìn)行早期干預(yù)，可能是克服化療耐藥和放射抵抗、降低患者復(fù)發(fā)率和死亡率的重要手段?；趍iRNA調(diào)控自噬通路的分子靶向治療應(yīng)用前景廣闊，值得進(jìn)行更深入的研究。