腎癌中細(xì)胞自噬的作用及自噬調(diào)節(jié)劑在腎癌治療中的研究進(jìn)展

施聲淦，蔣培都

腎癌是泌尿系統(tǒng)常見的惡性腫瘤，在所有惡性腫瘤中約占3%[1]。腎癌可以分為以下三個(gè)主要類型，即腎透明細(xì)胞癌(clear cell renal cell carcinoma, ccRCC)、乳頭狀腎細(xì)胞癌(papillary renal cell carcinoma, pRCC)、嫌色細(xì)胞腎細(xì)胞癌(chromophobe renal cell carcinoma, chRCC)[2]。ccRCC作為腎癌的主要亞型，具有巢狀緊密生長(zhǎng)并伴有復(fù)雜的樹狀血管及惡性程度高等特點(diǎn)，該文主要圍繞ccRCC進(jìn)行闡述。近年來(lái)，全球腎癌的發(fā)病率呈現(xiàn)逐年增高的趨勢(shì)。2018年全球新增腎癌確診病例40萬(wàn)人[1]。2015年我國(guó)腎癌的發(fā)病率約為6.9/100萬(wàn)，病死率約為2.3/100萬(wàn)，男女比為2∶1[3]。由于放、化療對(duì)腎癌的治療效果不佳，目前最有效的治療方法為手術(shù)治療[4]。然而，腎癌患者的術(shù)后5年生存率因確診時(shí)腫瘤分期分級(jí)的不同而差異較大，為20%～95%，復(fù)發(fā)率則高達(dá)30%[5]。因此，進(jìn)一步深入研究腎癌的發(fā)病機(jī)制，尋找潛在的敏感靶點(diǎn)是治療腎癌的根本方法。本文著重討論自噬在腎癌進(jìn)展中的作用，期望為腎癌患者提供安全且有效的新型治療策略。

1 細(xì)胞自噬

1.1 細(xì)胞自噬的概念及體內(nèi)發(fā)生過(guò)程細(xì)胞自噬(autophagy)是細(xì)胞將自身的一些衰老細(xì)胞器、錯(cuò)誤折疊蛋白等包裹于自噬體中，通過(guò)與溶酶體形成自噬溶酶體來(lái)降解這些“貨物”，從而維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的一種保守過(guò)程[6]。自噬通常分為3種：微自噬(microautophagy)、巨自噬(macroautophagy)和分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediated autophagy, CMA)[7]。自噬的發(fā)生伴有多種自噬相關(guān)基因(autophagy-related genes, ATG)的參與，分為啟動(dòng)階段、自噬體形成階段、自噬體與溶酶體融合階段和物質(zhì)降解與再利用階段(圖1)。自噬起始階段，在unc-51樣激酶1復(fù)合物(unc-51 like kinase 1 complex, ULK1C)的幫助下，磷脂酰肌醇-3-磷酸(phosphatidylinositol-3-phosphate, PI3P)將雙FYVE結(jié)構(gòu)蛋白1(double FYVE-containing protein 1, DFCP1)與磷酰亞胺(WD repeat protein interacting with phosphoinositides, WIPI)相互作用的WD重復(fù)蛋白招募到自噬前體上，之后ATG12-ATG5-ATG16L1復(fù)合物和自噬標(biāo)志物微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein light chain 3, LC3)協(xié)助隔離膜伸展并形成成熟的自噬體。隨后，在同型融合和蛋白分選復(fù)合體(homotypic fusion and vacuole protein sorting, HOPS)、突觸融合蛋白17(syntaxin 17, STX17)、囊泡相關(guān)膜蛋白7/8(vesicle-associated membrane protein 7/8, VAMP7/8)和突觸體相關(guān)蛋白29(synaptosomal-associated protein 29, SNAP29)等分子的參與下，自噬體與溶酶體融合形成自噬溶酶體。自噬溶酶體將包裹在其內(nèi)的“貨物”降解為一些小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(氨基酸和核苷酸等)。

圖1 自噬途徑涉及隔離膜的形成、延伸、自噬體的成熟以及自噬溶酶體的形成

1.2 細(xì)胞自噬的生理功能 自噬廣泛存在于真核細(xì)胞中，是細(xì)胞的一種自我保護(hù)機(jī)制[8]。細(xì)胞自噬的生理功能(圖2)主要有以下幾點(diǎn)。(1)維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)：包括蛋白質(zhì)質(zhì)量控制、脂肪穩(wěn)態(tài)、鐵穩(wěn)態(tài)、器官穩(wěn)態(tài)、抗衰老以及維持基因組穩(wěn)定性等多個(gè)方面。(2)免疫與炎癥：自噬有助于幫助宿主細(xì)胞激活免疫系統(tǒng)來(lái)控制感染病情的加重同時(shí)抑制相關(guān)炎癥的發(fā)生[9]。此外，一些ATG也可以作為炎癥反應(yīng)的信號(hào)分子誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)的發(fā)生。(3)自噬性死亡：當(dāng)細(xì)胞周圍的生存條件無(wú)法滿足生存時(shí)，自噬可以主動(dòng)誘導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡，即自噬性死亡，來(lái)減少非必要的能量消耗[10]。(4)對(duì)腫瘤的雙重作用：某些腫瘤細(xì)胞(腎癌[11]、肝癌[12]等)可以通過(guò)自噬途徑來(lái)抵御營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的缺乏以及細(xì)胞內(nèi)低氧狀況，從而維持其生長(zhǎng)；而自噬也可以通過(guò)降解功能失調(diào)蛋白質(zhì)、受損細(xì)胞器以及協(xié)同其他途徑來(lái)增強(qiáng)宿主細(xì)胞自身的防護(hù)力，從而抑制早期腫瘤的生長(zhǎng)。

圖2 自噬的生理功能

2 細(xì)胞自噬對(duì)腎癌的雙重作用

細(xì)胞自噬在腎臟的發(fā)育和生理功能方面起重要作用，然而自噬在腎癌的發(fā)生發(fā)展的某個(gè)特定階段中的確切作用仍然不清楚[13]。下文就目前關(guān)于自噬在腎癌中的雙重作用進(jìn)行總結(jié)(圖3)。

圖3 自噬在腎癌中的雙重作用：MUL1.線粒體相關(guān)E3泛素連接酶；AIM2.黑色素瘤缺乏因子2；IMPA2.肌醇單磷酸2；HO-1.血紅素加氧酶-1；HMGB1.高遷移率族蛋白B1

2.1 細(xì)胞自噬對(duì)腎癌的促進(jìn)作用 文獻(xiàn)報(bào)道自噬通過(guò)維持腫瘤細(xì)胞微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)而對(duì)某些腫瘤細(xì)胞起保護(hù)作用[14]。Fang等[15]發(fā)現(xiàn)腎癌細(xì)胞可以通過(guò)產(chǎn)生ASPL-TFE3融合基因來(lái)激活自噬，從而促進(jìn)腎癌細(xì)胞對(duì)脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的利用。Mikhaylova等[16]發(fā)現(xiàn)，腎癌細(xì)胞通過(guò)增強(qiáng)自噬水平抑制了miR-204表達(dá)，從而促進(jìn)了腎癌細(xì)胞的生長(zhǎng)與存活。此外，TP53作為一種抑癌基因，其表達(dá)產(chǎn)物p53蛋白具有抑制腫瘤發(fā)生的作用。Kang等[17]發(fā)現(xiàn)腎癌細(xì)胞通過(guò)增強(qiáng)自噬水平增加了p53蛋白的降解，從而促進(jìn)了腎癌細(xì)胞的發(fā)生和發(fā)展。Wu等[18]發(fā)現(xiàn)腎癌細(xì)胞通過(guò)高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1, HMGB1)和晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end products, RAGE)相互作用來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，降低腎癌細(xì)胞凋亡，最終促進(jìn)腎癌細(xì)胞的增殖。

2.2 細(xì)胞自噬對(duì)腎癌的抑制作用也有研究表明，增加自噬基因以及相關(guān)因子的表達(dá)可以緩解腎癌病情的惡化。Wang等[19]發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)ATG7和LC3過(guò)表達(dá)激活的自噬可以抑制腎癌細(xì)胞786-O、769-P、OS-RC-2等的生長(zhǎng)與存活。Yuan等[20]發(fā)現(xiàn)，線粒體相關(guān)E3泛素連接酶(mitochondrial E3 ubiquitin ligase 1, MUL1)可以通過(guò)抑制ccRCC細(xì)胞中蛋白質(zhì)聚集體的積聚來(lái)激活自噬，從而增強(qiáng)了對(duì)ccRCC細(xì)胞增殖的抑制。黑色素瘤缺乏因子2(absent in melanoma 2, AIM2)是一種參與免疫反應(yīng)的感受器，具有抑制癌癥的作用。Chai等[21]發(fā)現(xiàn)，腎癌患者體內(nèi)AIM2的表達(dá)顯著降低，其可以通過(guò)增加自噬相關(guān)基因(Beclin 1、MAP1LC3A和ATG5)的表達(dá)來(lái)增強(qiáng)自噬活性，從而抑制腎癌細(xì)胞的增殖。Banerjee等[22]發(fā)現(xiàn)血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1, HO-1)可以降低自噬相關(guān)蛋白Beclin 1和LC3-Ⅱ的水平，從而促進(jìn)腎癌病情的惡化。文獻(xiàn)報(bào)道腎癌細(xì)胞中的自噬水平較正常腎細(xì)胞低，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)自噬通過(guò)降解乏氧誘導(dǎo)因子-2α(hypoxia inducible factor -2α, HIF-2α)來(lái)抑制腎癌的生長(zhǎng)和發(fā)展[23-24]。肌醇單磷酸2(inositol monophosphatase 2, IMPA2)下調(diào)通過(guò)激活哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mechanistic target of rapamycin, mTOR)信號(hào)通路，抑制自噬流的形成，最終促進(jìn)ccRCC的生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移[25]。上述研究表明自噬抑制也可能會(huì)促進(jìn)腎癌進(jìn)展。

3 細(xì)胞自噬與腎癌的治療

自噬在維持腎臟穩(wěn)態(tài)中起多種作用，其保護(hù)腎臟的作用機(jī)制可能是通過(guò)特異性降解NLRP3炎癥小體、清除細(xì)胞內(nèi)突變蛋白等。因此可以通過(guò)靶向自噬來(lái)制定治療腎癌的策略。

3.1 自噬誘導(dǎo)劑治療腎癌研究表明自噬誘導(dǎo)劑可以用來(lái)治療腎癌(表1)。索拉菲尼是經(jīng)美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市的治療晚期腎癌的一線藥物。Serrano-Oviedo等[26]發(fā)現(xiàn)，索拉菲尼通過(guò)非依賴于ERK1/2途徑抑制AKT信號(hào)通路，增加了腎癌細(xì)胞的自噬性死亡。研究表明，水飛薊賓通過(guò)抑制單磷酸腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine 5’-monophosphate activated protein kinase, AMPK)/mTOR信號(hào)通路，增加腎癌細(xì)胞中的自噬水平，從而抑制腎癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[27]。白藜蘆醇可以上調(diào)腎癌細(xì)胞中ATG5和ATG7等自噬相關(guān)基因的表達(dá)水平激活自噬，并通過(guò)p53介導(dǎo)的AMPK/mTOR信號(hào)通路抑制腎癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和遷移，最終促進(jìn)其凋亡[28]。青藤堿通過(guò)抑制PI3K/AKT/mTOR通路，增加LC3-Ⅱ、Beclin 1蛋白的表達(dá)，促進(jìn)腎癌細(xì)胞自噬性死亡，從而抑制腎癌的進(jìn)展[29]。

3.2 自噬抑制劑治療腎癌在營(yíng)養(yǎng)缺乏、氧化應(yīng)激及缺氧等惡劣條件下，癌癥細(xì)胞中的自噬被認(rèn)為是一種保護(hù)機(jī)制，來(lái)確保癌癥細(xì)胞的生長(zhǎng)與增殖[14]。因此，抑制自噬也被認(rèn)為是一種治療腎癌的有效手段(表1)。Li等[30]發(fā)現(xiàn)，使用氯喹抑制腎癌細(xì)胞的自噬流后，可以顯著增強(qiáng)舒尼替尼的抗癌效果。此外，Mao等[31]發(fā)現(xiàn)，通過(guò)聯(lián)合應(yīng)用氯喹衍生物羥氯喹和過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator-activated receptor α, PPARα)抑制劑GW6471可以顯著增加ccRCC細(xì)胞的凋亡水平，從而抑制ccRCC細(xì)胞的生長(zhǎng)。THZ1是廣泛應(yīng)用于腫瘤治療的一種細(xì)胞周期依賴性激酶7(cyclin-dependent kinase 7, CDK7)抑制劑。研究發(fā)現(xiàn)，THZ1聯(lián)合替西羅莫司通過(guò)抑制腎癌細(xì)胞中的自噬，顯著抑制腎癌細(xì)胞的增殖，并促進(jìn)其凋亡[32]。SAR405是一種以高親和力靶向液泡分選蛋白34(vacuolar protein sorting 34, VPS34)的ATP結(jié)合口袋，從而抑制自噬的小分子藥物。有研究顯示SAR405與依維莫司聯(lián)用可以顯著抑制腎癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[33]。由于腎癌的細(xì)胞模型及動(dòng)物模型并不能完全模擬人類腎癌的病程(包括癥狀、病理變化等)，導(dǎo)致在腎癌的不同階段、不同的腎癌模型中的自噬水平存在差異，而出現(xiàn)自噬誘導(dǎo)劑和自噬抑制劑都可用于治療腎癌的現(xiàn)象。

表1 治療腎癌的自噬藥物

4 總結(jié)與展望

細(xì)胞自噬是細(xì)胞內(nèi)維持能量代謝和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的一個(gè)重要途徑。一方面，自噬通過(guò)改變腎癌細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，影響其生長(zhǎng)與遷移。另一方面，腎癌細(xì)胞可以通過(guò)自噬途徑獲取能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而增強(qiáng)對(duì)某些抗癌藥物的耐受性，最終促進(jìn)了腎癌細(xì)胞的存活。因此，自噬抑制劑/誘導(dǎo)劑對(duì)腎癌具有巨大的治療潛力。然而，受限于實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及缺乏特異性的自噬生物學(xué)標(biāo)志物，特定階段腎癌細(xì)胞中的自噬狀態(tài)尚不清楚，因此將自噬誘導(dǎo)劑/抑制劑應(yīng)用到治療腎癌的臨床實(shí)踐中，至少需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)基礎(chǔ)研究層面：①發(fā)掘具有代表性和高特異性的自噬生物學(xué)標(biāo)志物，實(shí)現(xiàn)體外實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腎癌進(jìn)展過(guò)程中的自噬活性。②用細(xì)胞或動(dòng)物模型來(lái)準(zhǔn)確模擬人類腎癌的癥狀和病理變化。③明確自噬功能失調(diào)在腎癌發(fā)生發(fā)展中某個(gè)特定階段所起的確切作用。(2)臨床應(yīng)用層面：①在無(wú)創(chuàng)或微創(chuàng)條件下準(zhǔn)確檢測(cè)出處于不同階段腎癌患者中的自噬水平，從而針對(duì)性地使用相應(yīng)的自噬調(diào)節(jié)藥物來(lái)進(jìn)行個(gè)體化來(lái)治療。②避免腎癌患者使用自噬誘導(dǎo)劑/抑制劑后導(dǎo)致的體內(nèi)自噬活性過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱導(dǎo)致的副作用。

為解決上述存在的問(wèn)題，可以從以下三個(gè)方面入手。(1)發(fā)掘具有高特異性的自噬生物學(xué)標(biāo)志物及特異性的腎癌動(dòng)物模型：理想條件下的高特異性自噬生物學(xué)標(biāo)志物可能是患者血液和尿液中的自噬相關(guān)基因和蛋白[34]，其能夠準(zhǔn)確地反映出處于不同階段腎癌的自噬狀態(tài)，進(jìn)而通過(guò)自噬生物學(xué)標(biāo)志物的改變反映疾病的進(jìn)程，這樣可以減少對(duì)患者身體的傷害和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，為腎癌的治療提供重要參考。特異性腎癌動(dòng)物模型可以較好地模擬腎癌病程進(jìn)展，從而為藥物治療及腎癌發(fā)病機(jī)制的研究奠定基礎(chǔ)。例如Harlander等[35]首次報(bào)道，Vhl、Trp53和Rb1三基因聯(lián)合突變可以導(dǎo)致小鼠ccRCC。Bailey等[36]報(bào)道在小鼠模型中Myc基因活化可導(dǎo)致高穿透性pRCC，而Myc基因活化后，與Vhl基因和Cdkn2a(Ink4a/Arf)基因聯(lián)合缺失時(shí)，可以產(chǎn)生近似人類ccRCC。(2)確保自噬調(diào)節(jié)劑的特異性：通過(guò)自噬生物學(xué)標(biāo)志物的變化反映疾病的進(jìn)程，然后針對(duì)性地使用自噬抑制劑/誘導(dǎo)劑治療疾病。由于藥物在體內(nèi)會(huì)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的代謝過(guò)程，其發(fā)揮藥效的作用機(jī)制必須明確才可以有效地避免藥物毒副作用的產(chǎn)生，從而提高藥物的安全性和有效性。因此，自噬調(diào)節(jié)劑的特異性至關(guān)重要。(3)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：由于自噬具有雙重作用，通過(guò)特異性的自噬生物標(biāo)志物和(或)一些特殊的影像學(xué)技術(shù)[37]，反映不同階段腫瘤細(xì)胞的自噬狀態(tài)后，需要對(duì)服用自噬調(diào)節(jié)劑患者體內(nèi)的自噬狀態(tài)和血藥濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)調(diào)節(jié)過(guò)度或不足而加重疾病的現(xiàn)象。相信未來(lái)隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步及上述問(wèn)題的解決，自噬在不同階段腎癌中發(fā)揮的作用會(huì)被慢慢揭開，從而為腎癌藥物治療開辟新的領(lǐng)域。