自噬——细胞与肿瘤细胞的维生途径

徐艳

大连市金州区第一人民医院病理科，辽宁大连116100

自噬
——细胞与肿瘤细胞的维生途径

徐艳

大连市金州区第一人民医院病理科，辽宁大连116100

细胞自噬，又被称为Ⅱ型细胞程序性死亡，发现于上世纪50年代，因其与凋亡以及肿瘤的关系而再次成为研究热点。但是研究人员更倾向于把自噬视为一种细胞维持生存的途经，当然这一作用也应该同样适用于肿瘤细胞。倘若如此，自噬在肿瘤的治疗研究中将前景无限。

自噬；肿瘤形成；凋亡；放疗；化疗

自噬（autophagy）是细胞为摆脱饥饿状态而通过溶酶体将胞质内的部分蛋白质（包括受损和错误折叠的蛋白质、大分子、老化和机能障碍的细胞器以及蛋白质聚集物）消化分解为氨基酸用于供能和生物合成的生物学现象。这种细胞结构的再循环现象普遍存在于大部分真核细胞中，是其在长期进化过程中形成的一种生存机制，它是细胞在恶劣条件下自我保护的基本应激反应，属于一种微观细胞事件，几乎不受神经、体液调节。按照胞内物质转运的方式，可分为巨自噬（macroautophagy）、微自噬（microautophagy）、分子伴侣介导的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）三种，其中后两种较为少见。

1 自噬的过程及分子机制

自从上世纪90年代自噬相关基因[1]（autophagy related gene，Atg）被发现后，自噬过程的神秘面纱逐渐被揭开，即细胞接受自噬诱导信号后，启始序列室区（initial sequestering compartment）出现很多Atg蛋白，在胞浆的某处形成一个双层膜的前自噬体（phagophore）；其不断延伸，将胞浆中的成分（胞质成分和某些细胞器等）揽入、“收口”，成为密闭球型的自噬体（autophagosome），进而形成自噬性溶酶体（autolysosome）。

其中，形成前自噬体涉及到ULK（mTORCl的一个下游分子）、Atg9及Atg18（Vps34-vps15-Beclinl激酶复合物）。其中Atg18通过运送At99和脂质参与前自噬体的形成[2]，后者的延伸过程受Atg5-Atg12-Atg16、LC3-PE两个泛素样连接系统不断调控，最终形成自噬体[3]。自噬体的半衰期很短，只有8 min左右。与泛素-蛋白酶体介导的短寿命蛋白降解不同，自噬是溶酶体介导的长寿命蛋白或细胞器的降解。

目前，参与自噬过程的分子调控机制非常复杂，至今尚未被完全阐明。已知相关的调控通路主要包括：mTOR（雷帕霉素靶标）信号通路、AMPK（AMP活化蛋白激酶）通路、PI3K（Ⅰ型磷脂酰肌醇，3-羟激酶）途径等。

2 自噬的生理作用及其能力变化对细胞的影响

在营养充足条件下，细胞保持基本自噬（basal autophagy）[4]水平，维持细胞内的稳态。氨基酸一旦缺乏，自噬随之启动，满足细胞自身能量代谢的需要，由于其作用底物是内源性的，自噬在消化、分解、自然更替一些细胞内的结构上起着“垃圾处理厂”或“清道夫”的作用。当细胞受到药物、射线或机械损伤时，自噬性溶酶体的数量明显增多；在病变细胞中也常可见到。另外，细胞内长寿蛋白、过氧化物以及线粒体的代谢更新，还有内质网的形态变化，都与自噬有关。

细胞自噬功能缺陷，生存能力则大大降低。研究发现，刚出生的某些自噬基因被敲除的小鼠活不过

1 d[5]；小鼠在被特异性敲除某些Atg基因后，其心肌、肝脏、神经、胰腺和肌肉组织的细胞内出现泛素蛋白的病理性沉积，从而引发相应的功能障碍。

持续性的自噬可以引起细胞死亡（Ⅱ型程序性细胞死亡），形态学上不见染色质固缩，伴随胞质内出现大量自噬性空泡，即自噬性细胞死亡（autophagic cell death，ACD），但目前研究认为，自噬作用并不是细胞的一种死亡机制，而认为其在细胞维持生存、逃避死亡方面具有重要作用[6]。

3 自噬与凋亡的关系

自噬与凋亡关系十分复杂，至今成谜。众所周知，自噬与凋亡分别作为Ⅱ型和Ⅰ型程序性细胞死亡共存于细胞内，尽管死亡是细胞凋亡的唯一结局，自噬则有助于细胞维生的意义。甚至有研究认为，细胞自噬导致的细胞死亡过程反倒有一些显著的细胞凋亡的特点。据报道[7]，Atg1高表达所诱导的细胞自噬可使细胞体积变小、生长受控，故推测自噬所诱导的细胞死亡可能与凋亡有关。有时抑制细胞凋亡能导致自噬，而抑制细胞自噬也能触发凋亡。Luo等[8]研究发现凋亡能够抑制自噬，由Bax引起的凋亡能够通过增加对有caspase-3依赖的Beclin1的裂解来减少自噬，而当BCL-2高表达、凋亡受抑制时，Bax又可以通过阻断BCL-2/BCL-XL与Beclin1间的相互作用来增加自噬。更有研究发现，Atg与Beclinl蛋白均具有促凋亡作用[9]；而凋亡相关蛋白如Bcl-2能与Beclinl结合进而抑制自噬[10]。在某些条件下，自噬对于凋亡是必需的；自噬也可延缓凋亡的发生，从而避免细胞死亡。研究证实[11]自噬和凋亡彼此的通路间存在交叉反应，受某些相同因子的作用，且具有相似的调控途径，两者之间可彼此影响。

4 自噬与肿瘤

4.1 自噬与肿瘤的发生

自噬与细胞稳态乃至其基因组完整性的维持密切相关，倘若改变其自噬水平或许能导致基因组完整性破坏，引起肿瘤的发生。研究发现在自噬缺陷的细胞内，促癌蛋白p62/SQSTM、内质网分子伴侣、受损的线粒体以及活性氧（ROSI）增多，这些都是造成破坏细胞内环境稳定、引起DNA损伤突变、导致肿瘤发生的因素[12]；研究发现肿瘤细胞中自噬性降解的量要低于正常细胞中的基础水平[13]，说明自噬抑制或许与肿瘤的发生存在某种关联，在有自噬功能障碍的环境下可能有利于肿瘤细胞的转化。据报道鼠胰腺细胞的自噬能力在癌变前强于癌变之后[14]。由此可见，自噬作用的存在可能会抑制肿瘤的发生。在一定条件下作为一种细胞内溶酶体途经的蛋白质降解方式，还可补充和替代另一种由蛋白酶体介导的降解途经[15]；已有研究证明，蛋白酶体降解与肿瘤发生相关。还有报道称，自噬基因Beclin1是一种单倍剂量不足性的肿瘤抑制基因，提示自噬作用是阻止细胞转化的非常重要的途经[16]。当然也有例外，在宫颈癌HeLa细胞、肺癌细胞以及大肠癌细胞内的自噬活性是升高的[17]。研究发现在肿瘤的发生过程中，自噬作用的异常可能与自噬相关蛋白的参与有关，Beclin 1、PTEN、roTOR、p53[18]等抑癌基因发生失活或表达下降从而诱导自噬作用；也包括PI3K、bcl-2、AKT等癌基因活性增强或表达升高进而对自噬作用形成抑制。由此也相继衍生出作用于分子靶点的药物用于肿瘤的治疗。

4.2 肿瘤组织中的自噬

自噬作为一种进化上非常古老和保守的代谢途径，有利于细胞内稳态的维持，不仅对正常细胞、病变损伤的细胞，当然也应包括肿瘤细胞。在肿瘤发展过程中，肿瘤细胞逐渐通过上调自噬来应对环境中的各种压力，从而促进肿瘤的生存和发展。这也许是环境选择使然，高自噬活性使肿瘤细胞能够抵御恶劣环境进而生存下去。研究发现，在无法大规模增殖的肿瘤微环境下，卵巢肿瘤细胞可以激活自噬以介导休眠[19]。自噬作用能帮助代谢旺盛的肿瘤细胞适应缺氧、代谢应激等生存环境。研究发现在胰腺癌这种血供差的肿瘤中，抑制其自噬作用会加剧活性氧自由基对DNA的损伤，并且会造成代谢活动的改变[20]，说明当快速生长的肿瘤细胞缺乏营养时，自噬帮助肿瘤细胞进行适应，使其能继续生存下去。在肿瘤的转移过程中，自噬对于肿瘤细胞脱离胞外基质后的成活具有显著促进作用[21]。自噬可抑制肿瘤细胞自周围组织脱离出来后产生的失巢性凋亡并提高失巢细胞的适应能力，研究发现原本表达量很高的失巢内皮细胞，在干扰其自噬调节因子的表达后发生凋亡，还发现失巢的上皮细胞也有自噬的表达，在敲除自噬相关基因后，自噬受抑，凋亡增强，克隆生存能力降低[22]。当然肿瘤细胞抗失巢性凋亡的机制除与自噬有关外，还与一些抗凋亡因子的过度激活等有关[23]。此外，自噬与肿瘤患者的预后也有一定关系。Geng等[24]发现Beclin 1在胃癌的发生中起到一定的作用，并可能成为预测胃癌淋巴结转移患者预后的一个生物指标；Jo等[25]发现，自噬相

关基因Atg10与肿瘤患者的生存预后有关，表达Atg10的肿瘤患者的5年无病生存期及总生存期比不表达患者明显要长。

不仅如此，随着抗癌治疗的进行，肿瘤细胞的自噬水平也会随之提高，增强对电离辐射以及化疗药物的适应性。通常放疗和化疗会破坏肿瘤细胞的结构和功能，使细胞中积累大量的受损DNA、蛋白质、细胞器和细胞毒性物质，此时肿瘤细胞通过诱导自噬来清除受损物质，降低细胞毒性损害。已发现诱导自噬使胶质瘤干细胞对放疗产生耐受[26]，而抑制自噬后细胞对辐射的敏感性增加。Chaachouay等[27]用LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ的比值来衡量自噬的表达水平，放疗耐受的乳腺癌细胞被辐射后，自噬水平显著提高；Zheng等[28]发现，自噬不仅能促进而且能抑制肿瘤细胞的生存，但会随着肿瘤细胞中对辐射敏感度有重要影响的p53状态而发生改变，在不同p53状态下的肿瘤细胞自噬对辐射的反应会有所不同；Yang等[29]发现，耐药食道癌细胞通过诱导自噬来促进自身的生存和化疗后的恢复，而敲除自噬相关基因则能增强食道癌细胞的化疗效果；在某些人胶质母细胞瘤的细胞系中，因添加顺铂而诱发的自噬明显抑制瘤细胞凋亡，而干扰自噬的形成则导致瘤细胞大量死亡[30]。

研究者认为[31]，通过诱导氧化应激和肿瘤间质的自噬或线粒体自噬的方法能够推动癌细胞的侵袭和转移，借此癌细胞可以直接从基质来源的必需营养素、基础化合物（氨基酸、核苷酸）和具有高能量的代谢产物（谷氨酰胺、丙酮酸、酮等）中摄取足够的营养以推动肿瘤进展和转移进程，这种能量实际上是通过自噬或线粒体自噬从癌相关的成纤维细胞中摄取获得的。因此，有研究者提出癌细胞通过氧化应激诱导肿瘤微环境即肿瘤间质发生自噬[32]；这种具有自噬性的肿瘤基质所再生的营养物质,可以被癌细胞用以合成自身的基础化合物；这一模式导致净能量从肿瘤基质向癌细胞单向的失衡性的传递，意味着肿瘤基质与癌细胞之间形成一个真正的宿主-寄生关系。自噬在这里作为独立于血管形成供养模式的存在为肿瘤的生长,进展和转移提供能量。但是，机体对自噬的系统性诱导会阻碍癌细胞对再生营养的利用，而机体对自噬的系统性抑制则会阻止肿瘤基质细胞继续生产回收性的营养物质从而饿死癌细胞。肿瘤细胞可能通过上调天然内源性肿瘤细胞自噬抑制剂来抵抗系统性的自噬诱导作用。另一方面，肿瘤细胞通过基因沉默/删除pro-autophagic分子（如Beclin1），来抵抗系统性的自噬诱导。如果自噬抑制作用在肿瘤细胞内发展下去，那么引起这一作用的系统性自噬抑制则对这一类型的耐药反应提供了一种治疗方案,因为系统性自噬抑制的目标在肿瘤间质。他们认为这一模式的提出可以解释一些自噬相关的耐药现象，提出交替使用的抗癌疗法相结合的自噬促进剂和自噬抑制剂可能会防止耐药性的发生。

5 结语与展望

美国有研究人员发现锻炼身体的奇妙作用在于促进细胞自噬，说明自噬对于生命维持的重要性。在对于自噬的众多研究中，它与凋亡的关系似乎是个关键，在与肿瘤的相关研究中也离不开对于二者关系的分析。由于能够影响肿瘤细胞抵抗放疗和化疗的独特作用，自噬被视为一种治疗指标，它对于肿瘤的作用已被集中深入的研究。笔者认为自噬与凋亡可能是同属于一个生命过程的两个阶段——前者负责维持一种生存平衡，一旦此平衡不能维持下去，则自动进入一个不可逆的死亡程序。这也许就能够解释为什么两者的相关蛋白会有某些结构相似性，为什么凋亡活动的调节因子亦可在自噬活动中起调节作用，为什么同一个信号通路会对自噬和凋亡均有作用，为什么自噬本身和抑制自噬均可以促进凋亡发生，为什么自噬诱发的细胞死亡具有明显凋亡特征。自噬在一定程度上似乎可以抑制肿瘤的发生，同时它也是肿瘤细胞的一种维生途经，也会因作为肿瘤治疗研究的切入点而在今后大有作为。

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Autophagy：A way for cells and cancer cells to survive

XU Yan
Department of Pathology,the Jinzhou District First People’s Hospital of Dalian,Dalian116100,China

Cell autophagy,also known asⅡtype of programmed cell death,which is found in the 1950 s,once again becomes a hot research topic because of its relationship with apoptosis and tumor.But the researchers are more inclined to view the autophagy as a kind of cells to survive through.Of course,this should also apply to tumor cells.If so, the autophagy in tumor therapy research is bright.

Autophagy;Neoplasia;Apoptosis;Radiotherapy;Chemotherapy

图1 正常对照者肾功能曲线（见内文第2页）

图2 糖尿病无白蛋白尿肾功能曲线（见内文第2页）

图3 糖尿病伴微量白蛋白尿肾功能曲线（见内文第2页）

图4 A.MTT检测miR-144类似物转染48 h后对3种骨肉瘤细胞株的抑制效果（n=3）*P＜0.05，与对照组抑制率相比，差异具有统计学意义；B.200倍放大下，转染MG-63细胞24 h后miR-144不同浓度组以及阴性对照（Con）的红色荧光信号强度（见内文第8页）

图5 化疗后同一肺部肿块ADC伪彩图以中间红色、周围黄绿色为主（见内文第85页）

图6 原发性肝癌动脉期早期（见内文第88页）

图7 原发性肝癌门静脉期（见内文第88页）

图8 转移性肝癌动脉期晚期（见内文第88页）

图9 转移性肝癌门静脉期（见内文第88页）

图10 肝血管瘤动脉晚期（见内文第88页）

图11 肝血管瘤门静脉期（见内文第88页）

R730.2

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1673-9701（2015）06-0157-04

2014-09-24）