整合應(yīng)激反應(yīng)在腫瘤發(fā)生和治療中作用的研究進(jìn)展

莊周道，吳 穎，馬志明，孫連坤，董德錄*

(1.吉林大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 病理生理學(xué)系，吉林 長(zhǎng)春130021；2.吉林大學(xué)第一醫(yī)院，吉林 長(zhǎng)春130061；3.吉林大學(xué)第二醫(yī)院 胃腸外科，吉林 長(zhǎng)春130041)

腫瘤細(xì)胞暴露于基因組不穩(wěn)定、氧化應(yīng)激、營(yíng)養(yǎng)缺乏和蛋白穩(wěn)態(tài)失衡等復(fù)雜應(yīng)激環(huán)境下，通過(guò)激活整合應(yīng)激反應(yīng)(ISR)來(lái)抵抗各種形式應(yīng)激產(chǎn)生的損傷作用。如果ISR無(wú)法修復(fù)損傷，將通過(guò)啟動(dòng)死亡程序清除受損細(xì)胞。ISR介導(dǎo)的這種存活和死亡之間的平衡對(duì)于腫瘤的發(fā)生至關(guān)重要。目前研究認(rèn)為ISR主要包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)未折疊蛋白反應(yīng)(UPRER)和線粒體未折疊蛋白反應(yīng)(UPRmt)，已經(jīng)明確UPRER和UPRmt中多個(gè)效應(yīng)分子在腫瘤發(fā)生過(guò)程中的作用。近來(lái)研究表明，ISR通過(guò)其樞紐分子eIF2α整合UPRER和UPRmt的應(yīng)激信號(hào)，eIF2α表達(dá)和磷酸化水平?jīng)Q定了ISR是促進(jìn)腫瘤細(xì)胞存活還是死亡。因此，探討ISR在腫瘤發(fā)生中的作用機(jī)制有望為腫瘤的治療提供新靶點(diǎn)。

1 UPRER與腫瘤發(fā)生

腫瘤細(xì)胞的基因組不穩(wěn)定性、氧化還原失衡、低氧環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)匱乏等內(nèi)外部環(huán)境壓力導(dǎo)致錯(cuò)誤折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)堆積產(chǎn)生毒性作用，腫瘤細(xì)胞通過(guò)激活UPRER增強(qiáng)對(duì)錯(cuò)誤折疊蛋白的清除能力維持細(xì)胞蛋白穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而抵抗惡劣的生存環(huán)境和化療藥物的毒性作用[1]。目前研究發(fā)現(xiàn)UPRER主要受到肌醇需要酶α(IRElα)、雙鏈RNA活化蛋白激酶PKR樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK)和活化轉(zhuǎn)錄因子6(ATF6)調(diào)控[2]。活化的IRElα通過(guò)切割X盒結(jié)合蛋白1(XBP1)的mRNA調(diào)控其表達(dá)，激活的XBP1進(jìn)一步協(xié)調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解蛋白的表達(dá)清除錯(cuò)誤折疊蛋白[3]。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激情況下，ATF6被轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體并切割產(chǎn)生有活性的ATF6f，ATF6f通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的錯(cuò)誤折疊蛋白降解基因的表達(dá)維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白穩(wěn)態(tài)[4]?；罨腜ERK通過(guò)調(diào)節(jié)eIF2α的磷酸化水平抑制腫瘤細(xì)胞整體蛋白的翻譯，磷酸化的eIF2α通過(guò)活化轉(zhuǎn)錄因子4(ATF4)影響其下游靶基因的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤生存和凋亡的調(diào)控作用[3,5]。

2 UPRmt與腫瘤發(fā)生

線粒體通過(guò)協(xié)調(diào)核苷酸、氨基酸和脂質(zhì)代謝為腫瘤細(xì)胞生存和增殖提供所必需中間代謝產(chǎn)物[6]。然而，線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)是其為腫瘤提供能量和代謝產(chǎn)物的先決條件。目前，秀麗隱桿線蟲中的UPRmt的發(fā)生機(jī)制相關(guān)研究比較深入[7]，而哺乳動(dòng)物中的UPRmt機(jī)制的相關(guān)研究尚處于初級(jí)階段。研究發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物的UPRmt主要依賴于CHOP、ATF4、ATF5三種轉(zhuǎn)錄因子的相互作用和協(xié)調(diào)，啟動(dòng)線粒體伴侶蛋白和蛋白酶的轉(zhuǎn)錄，從線粒體蛋白合成、折疊和降解角度降低線粒體蛋白堆積壓力，維持線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)[8]。然而，這些轉(zhuǎn)錄因子在ISR激活下優(yōu)先翻譯，提示線粒體未折疊蛋白反應(yīng)可能依賴于ISR[9]。ISR的核心事件是翻譯起始因子eIF2α的磷酸化。已有研究表明，在線粒體應(yīng)激條件下，線粒體內(nèi)膜蛋白酶OMA1活化并切割DELE1，導(dǎo)致DELE1在細(xì)胞質(zhì)中積累，與血紅素調(diào)節(jié)抑制因子(HRI)相互作用并激活eIF2α激酶活性[10]。此外，eIF2α磷酸化也可以由阻遏蛋白激酶2(GCN2)介導(dǎo)，響應(yīng)于線粒體功能障礙導(dǎo)致的氧化應(yīng)激[11]。通常認(rèn)為UPRmt作為適應(yīng)性反應(yīng)有益于腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)。有研究表明，UPRmt在乳腺癌組織中特異性激活，而在正常乳腺組織中失活[12]。UPRmt中的關(guān)鍵分子，包括eIF2α、ATF4、ATF5和HSP60等，已被證明在多種腫瘤組織中表達(dá)上調(diào)[13]。

3 ISR樞紐分子eIF2α與腫瘤發(fā)生

eIF2由α，β和γ三個(gè)亞基組成，ISR激活的核心是α亞基上Ser51磷酸化。哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，ISR的激活主要受GCN2、PKR、PERK和HRI激酶的調(diào)控[14]。氨基酸缺乏下，一般性調(diào)控GCN2與不帶電荷的去?；D(zhuǎn)移RNA(tRNAs)的結(jié)合促進(jìn)了GCN2的激活[11]。在病毒感染條件下，受外源dsRNA的影響，雙鏈RNA依賴蛋白激酶(PKR)被激活[14]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時(shí)，錯(cuò)誤折疊蛋白的堆積使葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白(GRP78)從PKR樣ER激酶(PERK)上解離，導(dǎo)致PERK自磷酸化和活化[15]。HRI在血紅素缺乏時(shí)被激活，目前研究發(fā)現(xiàn)HRI還可以響應(yīng)多種應(yīng)激，例如氧化應(yīng)激、線粒體應(yīng)激、熱休克和蛋白酶體抑制等[16-17]。此外，eIF2α激酶存在功能交叉，某些類型的應(yīng)激可以同時(shí)激活多種激酶，進(jìn)而通過(guò)協(xié)同作用精確調(diào)節(jié)ISR。

ISR是應(yīng)激狀態(tài)下細(xì)胞廣泛應(yīng)用的翻譯調(diào)控機(jī)制。mRNA翻譯啟動(dòng)需要eIF2、GTP和起始tRNA(Met-tRNAi)結(jié)合形成三元復(fù)合物，將Met-tRNAi遞送至40S核糖體亞基[18]。在此過(guò)程，與eIF2結(jié)合的GTP被水解為GDP和Pi。為啟動(dòng)下一輪翻譯，eIF2復(fù)合體必須形成結(jié)合GTP的活性形式[19]，此交換反應(yīng)受eIF2B調(diào)控。然而p-eIF2α與eIF2B相互作用影響交換反應(yīng)正常進(jìn)行，進(jìn)而整體減弱帽依賴的翻譯過(guò)程[20]。此外，攜帶上游開放閱讀框架的mRNA具有更高的翻譯選擇性，這些mRNA編碼的關(guān)鍵蛋白質(zhì)可以使細(xì)胞從應(yīng)激中恢復(fù)并重新建立內(nèi)穩(wěn)態(tài)[21-22]。

ATF4是eIF2α磷酸化后翻譯的關(guān)鍵分子之一[21-22]。目前認(rèn)為，ATF4能夠與不同的轉(zhuǎn)錄因子相互作用從而決定細(xì)胞命運(yùn)，這取決于應(yīng)激強(qiáng)度和細(xì)胞類型。例如，ATF4通過(guò)與轉(zhuǎn)錄因子ATF3結(jié)合，誘導(dǎo)伴侶蛋白(HSP60、HSP10、HSP70)和線粒體蛋白酶(LONP1、ClpP)的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而恢復(fù)細(xì)胞蛋白穩(wěn)態(tài)[23]。而在過(guò)度內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時(shí)，ATF4與轉(zhuǎn)錄因子CHOP結(jié)合后觸發(fā)細(xì)胞凋亡[24]。

4 ISR與腫瘤治療

ISR通過(guò)eIF2α的表達(dá)和磷酸化協(xié)調(diào)UPRER和UPRmt調(diào)控腫瘤細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，eIF2α介導(dǎo)的適應(yīng)性反應(yīng)在抵抗應(yīng)激和維持腫瘤細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)中扮演著重要角色。已有研究發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌[25]、細(xì)支氣管肺泡癌[26]、霍奇金淋巴瘤[27]、胃腸道癌[28]和惡性黑色素瘤[29]等腫瘤中檢測(cè)到p-eIF2α的高表達(dá)，并且p-eIF2α的高表達(dá)與不良預(yù)后密切相關(guān)[30]。研究表明eIF2α激酶PERK的小分子抑制劑GSK2606414能有效抑制腫瘤生長(zhǎng)[31]。但是，GSK2606414顯示出胰腺毒性和體重減輕等毒副作用，臨床應(yīng)用受到限制。整合應(yīng)激反應(yīng)的另一抑制劑ISRIB，通過(guò)增強(qiáng)eIF2B活性，從而逆轉(zhuǎn)eIF2α磷酸化導(dǎo)致的細(xì)胞整體翻譯水平下降，已在神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的記憶衰退及腫瘤的治療中取得較好進(jìn)展[32-33]。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)eIF2α的磷酸化水平，使其介導(dǎo)的適應(yīng)性反應(yīng)向損傷性反應(yīng)轉(zhuǎn)變也可能作為增加腫瘤化療敏感性的有效途徑[30]。有研究報(bào)道eIF2α磷酸酶抑制劑Salubrinal與常規(guī)化療藥物替莫唑胺聯(lián)合用藥下，通過(guò)線粒體凋亡途徑增加了膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的化療敏感性[34]。氟西汀(FLT)能與替莫唑胺協(xié)同激活eIF2α-ATF4-CHOP通路誘導(dǎo)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡[35]。然而，eIF2α在特定個(gè)體腫瘤中激活適應(yīng)性或損傷性反應(yīng)尚不清楚，通過(guò)對(duì)整合應(yīng)激反應(yīng)的深入研究可能進(jìn)一步完善以eIF2α靶點(diǎn)的腫瘤治療策略。

5 總結(jié)

腫瘤細(xì)胞通過(guò)ISR協(xié)調(diào)不同細(xì)胞器產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)，形成了獨(dú)特而又復(fù)雜的蛋白穩(wěn)態(tài)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。但是，現(xiàn)階段關(guān)于ISR在腫瘤發(fā)生和治療中的研究尚處在初級(jí)階段，ISR在應(yīng)對(duì)不同刺激是如何協(xié)調(diào)腫瘤細(xì)胞生存和死亡的機(jī)制需要更深入的探索。腫瘤細(xì)胞有別于正常細(xì)胞是其長(zhǎng)期處在惡劣的生存環(huán)境中，面對(duì)低氧、營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)匱乏等因素仍然保持旺盛的生存和增殖能力，腫瘤細(xì)胞的ISR可能是其適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境壓力的關(guān)鍵。因此，通過(guò)深入研究腫瘤細(xì)胞ISR的作用和機(jī)制，尤其是闡釋其核心分子或信號(hào)通路，有望為腫瘤的診斷和治療提供新的理論支持與實(shí)驗(yàn)依據(jù)。