自噬在菌群相關(guān)腫瘤中的研究進展*

王宇 劉超 杜江 周旋

自噬是真核生物中進化保守的細胞內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)和細胞自我降解過程，可作為一種細胞死亡機制，在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用[1]。研究表明自噬在腫瘤發(fā)生發(fā)展中具有雙重作用；在一定條件下自噬可促進腫瘤發(fā)生發(fā)展，而在某些情況下則表現(xiàn)為對腫瘤的抑制作用，取決于癌癥類型、疾病分期和腫瘤微環(huán)境等。從機制上分析，自噬可分為非選擇性自噬與選擇性自噬。非選擇性自噬將細胞質(zhì)部分包裹到自噬小體中，而后將其轉(zhuǎn)運至溶酶體中進行降解；相比之下，選擇性自噬在識別特定靶點后被激活，如蛋白質(zhì)聚集物、受損的細胞器和細胞內(nèi)病原體等[2]。

菌群和腫瘤之間的聯(lián)系是密不可分的。研究發(fā)現(xiàn)，約16%的惡性腫瘤與菌群有關(guān)。菌群失調(diào)參與了包括胃癌、結(jié)腸癌、胰腺癌、膽管癌、前列腺癌、乳腺癌等多種腫瘤的的發(fā)病過程。菌群失調(diào)可通過多種機制影響腫瘤增殖與轉(zhuǎn)移，如腫瘤細胞增殖/凋亡失衡、刺激/抑制腫瘤免疫、刺激/抑制腫瘤代謝等[3]。據(jù)此，目前各國學(xué)者已開展多項靶向微生物的小分子藥物的臨床研究，并且某些微生物本身亦被研究用于腫瘤的治療。

更重要的是自噬與菌群被證實可相互作用，共同影響腫瘤進展。牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas Gingivalis）感染誘導(dǎo)的自噬可通過誘導(dǎo)腫瘤細胞G1期阻滯抑制口腔癌進展[4]；具核梭桿菌（Fusobacterium Nucleatum）可上調(diào)ULK1 和ATG7，促進腫瘤自噬，誘導(dǎo)食管癌對奧沙利鉑與5-FU 耐藥[5]。本文重點闡述自噬在菌群和腫瘤互作中的橋梁作用；評估以菌群/自噬生物軸為靶點的多分子藥物作為腫瘤治療策略的有效性，同時總結(jié)相關(guān)臨床試驗或動物實驗以評估靶向菌群/自噬作為抗腫瘤策略的治療潛力。

1 菌群在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

在癌癥的發(fā)展過程中，微生物群落可以通過促進黏膜炎癥或引起全身疾病直接或間接致癌。其中最廣泛的研究集中在口腔菌群[6]和腸道菌群[7]。

口腔微生物群相對復(fù)雜，常見的致病菌屬有鏈球菌屬（Streptococcus）、普氏菌屬（Prevotella）、梭桿菌屬（Clostridium）以及卟啉單胞菌屬（Porphyromonas）等[8]。研究表明，口腔中的致病菌與多種消化系統(tǒng)腫瘤密切相關(guān)。食管癌的發(fā)生與牙齦卟啉單胞菌和具核梭桿菌有關(guān)；牙齦卟啉單胞菌在食管鱗狀細胞癌中的檢出率高于癌旁組織或正常對照組[9]；具核梭桿菌DNA 在食管癌組織中明顯高于正常食管組織[10]。胃腺癌組織中口腔菌群，如鏈球菌、梭狀芽胞桿菌等的富集量顯著高于非腫瘤組織；短乳桿菌（Lactobacillus Brevis）則明顯低于非腫瘤組織[11]；非賁門型胃癌組織中擬桿菌的比例明顯降低[12]。此外，胰腺癌患者唾液菌群中淋病奈瑟菌（Neisseria Gonorrhoeae）和鏈球菌的水平明顯低于健康人群。更值得關(guān)注的是，牙齦卟啉單胞菌被證實與胰腺癌的發(fā)生密切相關(guān)。另有研究提示[13]，結(jié)直腸癌中具核梭桿菌的總豐度是癌旁正常組織的415 倍，且與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)。

菌群失調(diào)同樣可作為重要驅(qū)動力量參與到腫瘤的發(fā)生發(fā)展之中。幽門螺桿菌（Helicobacter Pylori，HP）和傷寒沙門氏菌（Salmonella Typhimurium）已被證實是胃癌和MALT 淋巴瘤的致病菌。HP 通過JAK/STAT1 信號通路增加腫瘤相關(guān)纖維母細胞(cancer associated fibroblasts， CAFs )中VCAM1的表達，胃癌患者VCAM1 水平與腫瘤進展及不良預(yù)后呈正相關(guān)；此外，CAFs 衍生的VCAM1 與ITGAV/β1的相互作用可促進胃癌細胞在體內(nèi)外的侵襲[14]。在大腸癌的研究中發(fā)現(xiàn)，慢性炎癥可促進大腸埃希菌（Escherichia Coli）的積累，或通過空腸彎曲桿菌（Campylobacter Jejuni）產(chǎn)生的細胞致死膨脹毒素誘發(fā)癌變；此外，結(jié)直腸癌細胞系的致癌性轉(zhuǎn)錄突變可能與具核梭桿菌FadA 黏附復(fù)合物有關(guān)[15]。

2 自噬調(diào)控腫瘤進展

自噬是細胞降解回收自身組件的復(fù)雜過程。正常體細胞中自噬可抵御腫瘤發(fā)生；一旦腫瘤形成并快速增殖超出血管供應(yīng)能力，自噬將提供能量保證腫瘤細胞存活，即保護性自噬[16]。自噬過程主要包括隔離膜或吞噬泡的形成和延伸、自噬小體的形成、自噬與溶酶體融合形成自噬溶酶體，以及細胞內(nèi)物質(zhì)的降解，最終降解產(chǎn)物如氨基酸和脂肪酸被細胞重復(fù)利用[17]。研究證實，自噬與惡性腫瘤耐藥、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移密切有關(guān)；缺乏自噬可導(dǎo)致癌癥，但自噬本身也可能促進腫瘤發(fā)生。腫瘤細胞中自噬水平的調(diào)控機制可分為3 種情況：1）腫瘤的乏氧微環(huán)境誘導(dǎo)自噬水平提高；2）癌基因或抑癌基因調(diào)控自噬水平；3）腫瘤細胞中溶酶體活性和轉(zhuǎn)運能力的變化也可能導(dǎo)致自噬水平的變化[18]。

自噬在不同類型的腫瘤細胞中，以及在腫瘤發(fā)生的不同階段，甚至在腫瘤組織的不同部位都表現(xiàn)出不同的生物學(xué)活性與功能。一方面，自噬可以為腫瘤細胞提供生長所需的代謝物，維持內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定，從而促進腫瘤的發(fā)生與進展。有研究通過ChIP-PCR 及雙熒光素酶報告基因等分析發(fā)現(xiàn)， STAT3 可轉(zhuǎn)錄調(diào)控TXNDC17 表達水平，增強結(jié)直腸癌細胞自噬潮（autophagic flux）從而誘導(dǎo)腫瘤紫杉醇耐藥；在骨肉瘤細胞系 Saos-2 以及 MG-63 中，去甲基化酶 JMJD6 通過增強細胞自噬促進腫瘤局部增殖[19]；HMGB1 上調(diào)LC3-II 的表達，抑制p62 表達，通過PI3K/MEK/ERK 信號通路形成自噬體并誘導(dǎo)自噬，從而促進白血病細胞化療耐藥[20]；另一方面，自噬可以避免氧化應(yīng)激、持續(xù)性炎癥、DNA 損傷等，最終起到抑制腫瘤的作用。在非小細胞肺癌中，酪蛋白激酶1α（CK1α）作為自噬誘導(dǎo)物，激活PTEN/AKT/FOXO3a/Atg7 軸，增加自噬并負性調(diào)控腫瘤局部增殖[21]；另有研究證實在肝癌Huh7 細胞中IFN-γ 通過協(xié)助構(gòu)建自噬復(fù)合物的IRF-1 信號通路誘導(dǎo)自噬小體形成和LC3 轉(zhuǎn)化，抑制細胞生長并誘導(dǎo)非凋亡性細胞死亡。

3 腫瘤中參與自噬的主要菌群

3.1 HP

HP 是胃癌的主要危險因素，可能在不同感染階段具有不同的作用。研究表明，2%～3%的HP 感染者最終會發(fā)展為胃癌。細胞毒性相關(guān)基因A（CagA）和空泡毒素A（VacA）是HP 的主要致病因子。VacA是HP 調(diào)節(jié)自噬的主要途徑，當(dāng)胃上皮細胞長期暴露于VacA 時，會抑制自噬通路并誘發(fā)癌癥；研究發(fā)現(xiàn)[22]，低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白-1（low density lipoprotein receptor associated protein-1，LRP-1）可通過VacA 介導(dǎo)胃癌上皮細胞自噬，但具體機制不明。CagA 可能通過PI3K/AKT/mTOR 信號通路抑制自噬，CagA 一旦進入胃上皮細胞，可能被酪氨酸磷酸化，改變肌動蛋白的細胞骨架，最終抑制自噬，從而促進腫瘤播散[23]。長期感染HP 會降低自噬水平進而誘導(dǎo)自噬底物p62聚集，p62 直接與Rad51 相互作用，促進Rad51 泛素化降解并抑制其DNA 損傷修復(fù)能力，最終通過提高DNA 雙鏈斷裂和基因組不穩(wěn)定性促進胃癌發(fā)生[24]。

近年來，越來越多的學(xué)者認為結(jié)腸癌的發(fā)生與HP 感染密切相關(guān)。有報道指出高水平的HP 感染有助于結(jié)腸癌的體外存活，應(yīng)用免疫組織化學(xué)方法發(fā)現(xiàn)自噬相關(guān)蛋白Beclin-1 在HP 感染的結(jié)腸癌組織中異常表達，推測Beclin-1 介導(dǎo)了HP 感染的促腫瘤活性，但該結(jié)論尚存爭議，當(dāng)胃上皮細胞Beclin-1 的表達水平被IFN-γ 刺激升高時，自噬被激活，IL-1β 誘導(dǎo)的炎癥、HP 誘導(dǎo)的上皮細胞凋亡、細胞增殖等過程被抑制，從而參與抑制細菌感染和胃黏膜癌變。HP 除了調(diào)節(jié)結(jié)腸癌細胞的自噬和凋亡外，還可以通過代謝物抑制胃酸的分泌，間接引起胃泌素的過量排出，導(dǎo)致腸道細胞異常增殖，誘發(fā)結(jié)腸息肉甚至結(jié)腸癌[25]。

3.2 具核梭桿菌

具核梭桿菌與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展同樣密切相關(guān)。在結(jié)直腸癌發(fā)生過程中，從正常組織到腫瘤組織，具核梭桿菌的豐度逐漸增加，并與美國聯(lián)合癌癥委員會（AJCC）結(jié)直腸癌患者的分期呈正相關(guān)[26]；有研究提示[27]，在化療后復(fù)發(fā)的大腸癌組織中，具核梭桿菌豐度增加，并與患者的臨床病理特征密切相關(guān)，促進大腸癌對化療的耐藥；在機制上，具核梭桿菌通過調(diào)控TLR4、MYD88 先天免疫信號以及特異性miRNA，激活自噬通路，改變大腸癌化療反應(yīng)。通過體內(nèi)外實驗發(fā)現(xiàn)，miR-18a*和miR-4802 在具核梭桿菌感染的腸癌細胞中表達水平顯著降低，靶基因ULK1 和ATG7 的mRNA 表達水平顯著升高，從而促進結(jié)腸癌細胞自噬，過表達miR-18a*和miR-4802 可抑制具核梭桿菌誘導(dǎo)的腫瘤細胞自噬，抑制miR-18a*和miR-4802 則得到相反的結(jié)果。

另一方面，現(xiàn)有資料表明具核梭桿菌感染與食管癌同樣密不可分。具核梭桿菌在食管癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，可刺激腫瘤細胞中IL-6 的表達水平，促進食管癌細胞增殖，促進疾病的發(fā)展。關(guān)于IL-6 與自噬在食管癌發(fā)展過程中的關(guān)系的研究較少。在垂體腫瘤中抑制IL-6 的表達，可促進細胞自噬，調(diào)節(jié)細胞周期，抑制細胞增殖；研究指出LC3-II 可能是IL-6 的靶基因，而LC3-Ⅱ是腫瘤增殖和惡化的關(guān)鍵分子，其表達水平直接反映自噬的活性。在另一項研究中[5]，284 例食管鱗癌組織標(biāo)本免疫組織化學(xué)結(jié)果提示，具核梭桿菌感染與ATG7 表達之間存在顯著正相關(guān)，具核梭桿菌可增強內(nèi)源性LC3 和ATG7 表達水平，上調(diào)自噬小體形成，誘導(dǎo)食管癌對5-FU、順鉑（C-DDP）和多西他賽的化療耐藥。

3.3 牙齦卟啉單胞菌

牙齦卟啉單胞菌是引起牙周炎、食道炎的重要病原菌。研究指出[4]，牙齦卟啉單胞菌通過誘導(dǎo)G1 期細胞阻滯抑制口腔癌細胞增殖，但對細胞凋亡無影響。牙齦卟啉單胞菌感染后，與未感染對照組相比，口腔癌細胞中CyclinD1 和CDK4 的表達水平降低，而CDK抑制劑p21 的表達上調(diào)在這些感染細胞中，自噬顯著增強，可能有助于抑制細胞增殖；進一步的實驗表明，這種自噬反應(yīng)是由活性氧的形成激活的。

除了上述菌群外，慢性肝病患者可出現(xiàn)腸道細菌移位、小腸細菌過度生長和內(nèi)毒素血癥。研究發(fā)現(xiàn)，乙型肝炎相關(guān)性肝癌患者容易出現(xiàn)小腸細菌過度生長，小腸細菌過度生長患者的TLR2、TLR4 表達水平和血漿內(nèi)毒素濃度升高，且內(nèi)毒素濃度與TLR2、TLR4表達水平升高呈正相關(guān)。TLR 在自噬中起重要作用。TLR 信號通路可增強MyD88 或TRIF 與自噬相關(guān)蛋白Beclin-1 的相互作用，抑制Beclin-1 與Bcl-2 的結(jié)合而抑制自噬。TLR 激活導(dǎo)致mTOR 激活，mTOR激活后與MyD88、IRF5、IRF7 相互作用，控制TNF-α、IL-10、IL-12 基因轉(zhuǎn)錄并影響自噬[28]。

4 聯(lián)合治療

近年來，在評估自噬與癌癥關(guān)系的臨床試驗中取得了突破性的成果。許多臨床試驗研究發(fā)現(xiàn)，單一的自噬抑制劑即可抑制癌癥。研究表明，氯喹（chloroquine）通過PI3K/AKT/mTOR 抑制自噬，增強細胞凋亡從而治療轉(zhuǎn)移性前列腺癌[29]。另一項Ⅰ期臨床試驗中，研究者試圖聯(lián)合硼替佐米和羥氯喹治療復(fù)發(fā)或難治性骨髓瘤，結(jié)果提示在22 例可評估緩解的患者中，3 例（14%）部分緩解，3 例（14%）輕微緩解，10例（45%）疾病穩(wěn)定。因此，利用硼替佐米和羥氯喹聯(lián)合治療是可行的，也是改善骨髓瘤預(yù)后的潛在治療策略。更重要的是，研究者們發(fā)現(xiàn)自噬抑制劑與癌癥治療藥物聯(lián)合使用（如抗生素類、代謝抑制劑等），可提高癌癥的治療效果。

4.1 自噬抑制劑聯(lián)合抗生素的抗腫瘤作用

目前對抗生素聯(lián)合自噬抑制劑抗腫瘤的研究較少，使用的抗生素多為雷帕霉素（rapamycin）。部分學(xué)者使用雷帕霉素聯(lián)合自噬抑制劑3-MA 處理人肺癌細 胞A549。Western blot結(jié)果顯示，PARP 以及caspase-3 的酶切帶及線粒體凋亡相關(guān)蛋白細胞色素C 表達明顯增加；MTT 結(jié)果顯示，3-MA 抑制自噬可顯著增加雷帕霉素，并引起細胞存活率下降[30]。Liu等[31]在雷帕霉素與氯喹聯(lián)合抗骨肉瘤的研究中發(fā)現(xiàn)，雷帕霉素與氯喹在體外單獨應(yīng)用具有一定的抗腫瘤作用，聯(lián)合使用可增強對骨肉瘤的抗腫瘤作用。

4.2 自噬抑制劑和代謝抑制劑聯(lián)合

為了補償高能量消耗和低氧化磷酸化的影響，癌細胞增強糖酵解途徑并激活自噬以獲得更多的能量?？寡苌伤幬镆约耙恍┢咸烟菙z取抑制藥物均能很好地抑制腫瘤細胞獲取營養(yǎng)，而自噬抑制劑則可以通過自噬途徑阻止腫瘤細胞獲得能量補充。mTOR 和AMPK 信號通路控制哺乳動物細胞的能量狀態(tài)，兩者同為自噬激活的關(guān)鍵信號通路。二甲雙胍、自噬抑制劑3-MA 以及3-MA 聯(lián)合二甲雙胍處理TPC-1 細胞后，與二甲雙胍組相比，二甲雙胍聯(lián)合3-MA 組的相對細胞存活率顯著降低，而凋亡率顯著升高，表明3-MA 可促進二甲雙胍誘導(dǎo)的TPC-1 細胞凋亡[32]。因此，這兩種藥物的聯(lián)合可能成為一種更有效的癌癥治療方法[33]。

4.3 自噬抑制劑與細胞器損傷藥物聯(lián)合

自噬的一個重要功能是去除受損的蛋白質(zhì)和細胞器。在癌細胞中，這種自噬作用防止了對癌細胞細胞器和DNA 的過度破壞，從而對基于細胞損傷的抗癌藥物產(chǎn)生較大的耐藥性。因此，細胞器損傷藥物聯(lián)合自噬抑制劑可能是一種更有效的誘導(dǎo)細胞死亡的治療方法。當(dāng)自噬被阻斷時，一種名為“siramesine”的溶酶體可破壞藥物，導(dǎo)致更多的癌細胞死亡[34]，然而，siramesine 使溶酶體不穩(wěn)定的機制尚未明確，可能是通過直接破壞溶酶體的穩(wěn)定和誘導(dǎo)自噬體的積累來觸發(fā)腫瘤細胞死亡。因此，siramesine聯(lián)合自噬抑制劑是未來癌癥治療的一種有前景的方法。

5 結(jié)語與展望

自噬在多種人類腫瘤中存在調(diào)控異常，菌群失調(diào)同樣參與到腫瘤的發(fā)生發(fā)展之中。本文綜述了自噬、菌群與腫瘤的關(guān)系，并重點強調(diào)兩者在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的相互作用及具體分子機制。然而，目前關(guān)于自噬在菌群致癌進程中的作用認識仍然相對貧乏，具體分子機制尚未明確，繼續(xù)進一步深入研究。與此同時，以菌群/自噬生物軸為靶點的分子靶向治療同樣暫未成熟，需要開展臨床試驗進行系統(tǒng)驗證其安全性及有效性，以尋求更好的腫瘤治療策略。