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自噬与肿瘤# 王章桂，韩卫东** 基金项目：教育部高等学校博士学科点新教师基金（20090101120124） 作者简介：王章桂，1979 年11 月生，男，博士生，自噬与肿瘤 通信联系人：韩卫东，1979 年10 月生，男，副研究员，细胞死亡通路研究. E-mail: hanweidong1979@163.com （浙江大学医学院附属邵逸夫医院肿瘤内科，浙江 310016） 5 摘要：自噬是细胞在饥饿、能量缺乏等代谢压力及机体发育过程中出现的一种生理过程。自 噬和肿瘤的关系十分复杂，在早期的肿瘤发生阶段，自噬可以抑制肿瘤形成，在肿瘤发展阶 段，肿瘤细胞可通过适度的自噬应付各种死亡刺激，从而促进肿瘤存活，然后过度的自噬也 可以诱导肿瘤细胞自噬性死亡－2 型程序性死亡。所以，自噬可能是肿瘤治疗的一种潜在靶 点，深入研究自噬和肿瘤，可能为肿瘤的预防和治疗提供新的思路。 10 关键词：肿瘤；自噬；程序性死亡 中图分类号：R73 Role of autophagy in cancer Wang Zhanggui, Han Weidong 15 (Department of medical oncology, Sir Run Run Shaw Hospital, College of Medicine, Zhejiang University, Hangzhou 310016) Abstract: Autophagy is a self-degradative process that is important for balancing sources of energy at critical times in development and in response to nutrient stress. The relationship between autophagy and cancer is complicated. It can be tumor-suppressing during the early stages of 20 tumorigenesis. In established tumors, however, autophagy can be tumor-promoting, and cancer cells can use enhanced autophagy to survive under metabolic and therapeutic stress. In contrast, excessive stimulation of autophagy may also lead to cancer cells autophagic death (type II programmed cell death). This Review delineates the possible role of autophagy as a novel target for anticancer therapy. Analysis of autophagic signaling may identify novel therapeutic targets for 25 modulation and therapeutic advantage. Key words: cancer; autophagy; programmed cell death 0 引言 自噬是细胞对内外界环境压力变化的一种反应,是细胞在饥饿、能量缺乏等代谢压力下 30 的一种生理过程,自噬可以选择性地清除降解细胞内错误折叠及聚集的蛋白质，清除受损或 多余的细胞器，如线粒体、内质网、过氧化物酶体等，从而减少异常蛋白、细胞器的堆积， 维持细胞自我稳态，促进细胞生存。但是，过度上调的自噬作用也可以引起细胞死亡，即“自 噬性细胞死亡”，也称为Ⅱ型程序性细胞死亡，自噬在细胞命运中起着双刃剑的作用。自噬 与肿瘤的关系也是十分复杂，肿瘤发生发展的不同阶段, 自噬起到了促进和抑制的双重作 35 用。目前认为，在最初的肿瘤发生阶段，自噬主要作为抑癌机制发挥作用。在肿瘤发展阶段， 细胞在面对各种死亡刺激，如放疗、化疗及靶向治疗时，反应性地提高细胞内基础自噬水平 以适应恶劣环境而促进肿瘤发展，联合应用自噬抑制剂可以提高多种肿瘤治疗的敏感性。但 另一方面，自噬的持续激活会最终导致肿瘤细胞自噬性细胞死亡，对于一些耐药或者凋亡耐 受的肿瘤细胞，通过诱导自噬性死亡可能会取得更好的治疗效果。 1 自噬及其分子机制 自噬是广泛存在于真核细胞内多步骤的细胞自我吞噬过程，这一过程包括启动、自噬体 形成、成熟及降解等步骤，并受一系列自噬相关基因(Autophagy-related gene, Atg)调节[1]。在 哺乳动物，Atg 核心蛋白被分成几个亚组：ULK1 蛋白激酶复合物、Vps34-beclin1-PI3 III 激 酶复合物、45 Atg12 偶联复合物和LC3 偶联复合物。ULK 激酶复合物包括：ULK1、ATG13、 FIP200 和ATG101。在营养充裕条件下，mTOR 使得ULK 磷酸化增多抑制自噬；在营养缺 乏条件下，mTOR 同ULK 复合物解离，ULK 去磷酸化增多反过来磷酸化并活化ATG13 和 FIP200。随着ULK1/2-ATG13-FIP200 复合物的形成，标志着自噬启动过程的完成。这一复 合物的形成为隔离膜（isolation membrane）也称为前体膜（phagophore）的形成提供位点[2]。 50 研究表明自噬体膜可能来源于高尔基体膜或线粒体膜[3]。 自噬体的形成依赖于III 型PI3K 复合物，包括：Vps-34、Beclin-1 和p150。这一复合物 定位于前体膜上，进一步募集多种ATG 使得前体膜不断延长，最终形成自噬体。这一过程 中，同Beclin-1 相连接起着正调节作用的包括:ATG14、UVRAG等；而Rubicon 分子同Beclin-1 结合后降低Vps-34 活性损害自噬体的形成，因而可能起着负调节的作用[4]。Bcl-2 也起着负 55 调节自噬的作用。Bcl-2 与Beclin-1 的BH3 结构域相连接，使其形成稳定的二聚体，阻断其 同Vps-34 的相互作用，从而抑制了Beclin-1 激活自噬的作用[5]。 前体膜逐步延长并封闭形成特征性的含有双层膜的自噬体。这一过程受两种泛素样偶联 系统：ATG12 和ATG8 控制。ATG7 和ATG10 将ATG12 和ATG5 偶联形成ATG12-ATG5 复合物，这一复合物进一步与ATG-16 相结合形成ATG12-ATG5-ATG16 复合物，这一复合 60 物定位于前体膜外表面。ATG8 在哺乳动物的类似物为微管相关蛋白轻链3（LC3）。LC3 在其C 末端被ATG4 剪切，形成LC3-I。LC3-I 通过ATG7 和ATG3 同磷脂酰乙醇胺（PE） 相偶联，形成LC3-II,定位于自噬体的内外层膜。ATG16L 引导LC3-I 向前体膜定位，促进 其同PE 相偶联，从而在自噬的过程中起着重要的作用[6]。 自噬体形成后同溶酶体相结合形成自噬溶酶体标志着自噬的成熟。自噬溶酶体是一种单 65 层膜样结构。自噬体外层膜和溶酶体相融合形成酸性囊泡，通过溶酶体内的酸性水解酶降解 自噬体内容物，维持细胞存活。这一过程包括溶酶体相关膜蛋白LAMP1/2 及UVRAG 和 GTP 酶Rab7 等分子[7]。 2 自噬与肿瘤发生发展 2.1 自噬与肿瘤抑制 70 自噬通过清除破坏的细胞器和蛋白从而限制细胞生长和基因组不稳定性发生，而起着抑 制肿瘤的作用。例如Beclin-1 基因功能缺失同多种实体瘤包括：乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌 等发生密切相关[8-10]；Beclin-1 杂合性缺失的大鼠自发性肿瘤的发生率增加[11]；相反，恢复 Beclin-1 功能，会导致基因功能缺失的乳腺癌细胞接种裸鼠后增殖和形成肿瘤的能力降低 [12]。动物模型表明自噬相关基因缺陷导致肿瘤发生增加，如在暴露于化学致癌物ATG4 缺 75 陷的大鼠纤维肉瘤的发生率增加[13]。Beclin-1 和Bif-1 可能是一种抑癌基因。Bif-1 通过 UVRAG 同Beclin-1 相互作用，促进Vps-34 的活化导致自噬体形成[14]。Bif-1 表达缺失同乳 腺癌等多种肿瘤的发生率密切相关[15]。 作为对应激的反应，自噬具有保护细胞的功能。而自噬抑制肿瘤发生的分子机制却并不 清楚。其潜在机制可能在于自噬保护细胞免于损伤导致细胞突变或其他致癌事件如基因组不 80 稳定性的发生率增加。在自噬受到抑制时这种异常蛋白的聚集同活性氧产物（ROS）积聚相 关，导致DNA 损害，从而引起肿瘤的发生。如组织特异性ATG7 缺失导致自噬的清除能力 降低，使得泛素化蛋白累积，随后ROS 增加[16]。具有自噬功能的细胞能清除异常聚集的蛋 白，从而阻止ROS 介导的DNA 损害。 P62 是一种同LC3 相互作用的蛋白，通过其C-末端结构域连接泛素化蛋白并引导这些 85 蛋白进入自噬体进行选择性自噬性降解[17]。这些异常蓄积的蛋白除了增加ROS 的产生外， 也能导致P62 的聚集，从而直接引起氧化性损害。氧化性损害反过来促进了ROS 的发生， 这就形成了一个正反馈环，最终引起DNA 损害。此外，在肿瘤坏死区域内的炎性浸润细胞 可以促进肿瘤的生长，作为对代谢应激的反应，自噬可以预防细胞的坏死，从而抑制了炎性 浸润细胞对肿瘤的促生长作用[18]。 90 总之，这些研究表明在肿瘤发生早期，基础状态下的自噬具有保护作用，可以抑制细胞 的恶性转化。 2.2 自噬与肿瘤存活 在正常细胞，自噬起着维持细胞存活的作用，在细胞处于饥饿等应激条件下，提供能量。 同时通过细胞器和长寿命蛋白的更新维持细胞的稳态。自噬缺陷同临床上神经退行性病变、 95 衰老、Alzheimer's 病等密切相关[19-21]。自噬在肿瘤细胞中的主要作用是使得细胞对应激的耐 受能力增加，从而维持细胞的存活。下调一些重要的自噬相关基因有助于诱导细胞死亡。下 调ATG5 或ATG7 后H-Ras 转化细胞增殖潜能降低，代谢减少[22]。 由于肿瘤细胞增殖能力活跃，细胞代谢需求增加。动物模型表明自噬缺陷细胞相对于富 含自噬细胞相比，在应激状态下其存活能力降低。细胞毒作用和代谢应激主要包括缺氧和营 100 养剥夺，这些均能激活自噬使得ATP 再循环，从而维持细胞的生物合成而成活。此外，自 噬也可以通过促进糖酵解、氧化代谢的发生而增加肿瘤发生的潜能。 研究发现，肿瘤中央营养缺乏的区域自噬活化增多，而在富含营养成分的高度血管化区 域却未见这种现象。营养缺乏区域自噬的活化为肿瘤的生长提供必需的能量和底物，促进了 肿瘤的发生发展。肿瘤血供缺乏会导致缺氧的发生，而缺氧会导致凋亡耐受，使得肿瘤的侵 105 袭、转移能力增加[23]。肿瘤中央区域缺氧诱导自噬发生，从而促进这些高侵袭肿瘤的存活， 导致化疗和放疗耐受，这一过程同缺氧诱导因子1α (HIF-1α)相关。在生理条件下， Beclin-1 通过BH3 结构域同Bcl-XL 和Bcl-2 相互作用；在缺氧状态下，活化的HIF-1α 通过BNIP3 引起Beclin-1 从Bcl-XL 和Bcl-2 解离，诱导自噬发生。下调HIF-1α，抑制自噬可以逆转缺 氧诱导的耐药[24]。 110 3 自噬调节与肿瘤治疗 3.1 抑制自噬与肿瘤治疗 由于自噬在肿瘤发生发展过程中起着复杂的作用，目前，已有大量的自噬调节剂进行相 关的临床研究。针对自噬促进肿瘤存活，抑制自噬可能增加放疗、化疗等其他治疗的抗肿瘤 作用这一理论，正在进行应用自噬抑制剂CQ 或HCQ 等联合化疗、放疗的多项I 期和II 期 115 临床试验。研究表明CQ 联合化疗延长胶质瘤患者的中位生存时间、降低死亡发生率[25]；抑 制自噬使得肿瘤细胞对放疗的敏感性增加[26]。肿瘤干细胞对放疗和化疗高度耐受，这群对 治疗高度耐受的细胞至少部分是由于自噬增加所致。例如，在恶性胶质瘤细胞，CD133+的 干细胞同CD133-的细胞相比放疗后高表达自噬相关蛋同单独放疗相比，应用自噬抑制剂组 胶质瘤细胞DNA 双链破坏更多[27]。 放疗诱导食管癌细胞TE-1 120 自噬体聚集和Beclin-1、LC3 II 上调[28]。3-MA 阻断自噬使得 细胞死亡增多。尽管抑制自噬可以增强对放疗耐受细胞的细胞毒作用，但是对于那些对放疗 学术论文网Tag：代写硕士论文 代写论文 代写MBA论文 |
