自噬诱导的耐受与肿瘤化疗的研究进展

谷涉群1姚文秀2黄建鸣3

谷涉群1（综述）姚文秀2（通讯作者）△黄建鸣3（审校）

（1郴州市第一人民医院肿瘤内科湖南郴州423000）

（2四川省肿瘤医院肿瘤内科四川成都610041）

（3四川省肿瘤医院肿瘤研究所四川成都610041）

【摘要】自噬是细胞在各种应激下维持自身内环境稳态的代谢过程，许多研究表明化疗诱导的自噬对肿瘤具有保护作用，因而抑制自噬将逆转肿瘤对化疗的耐受，具有抗肿瘤作用。

【关键词】自噬化疗耐受肿瘤

【中图分类号】R73-36+1【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2012）19-0103-03

自噬是细胞通过降解多余和失去功能的细胞器以及蛋白质以维持自身内环境稳态的一种代谢过程，在细胞遇到应激时这种代谢过程异常活跃[1]。同样在肿瘤细胞中也存在自噬，但是这种自噬具有促进或抑制肿瘤生长的双重特性，一方面功能性自噬抑制坏死和炎症导致的遗传不稳定性，另一方面，肿瘤细胞在受到代谢应激下，自噬给肿瘤细胞提供能量，从而避免由此带来的损伤。然而，在肿瘤治疗中，化疗诱导的自噬是否引起化疗耐受或是通过自噬发挥作用尚存在着争议。

在临床前实验中，抗疟疾药氯喹和羟氯喹通过抑制溶酶体功能而抑制自噬，氯喹与化疗联合可增加其对肿瘤细胞的毒性作用，因而自噬在临床肿瘤治疗中的作用还需要进一步明确，我们可以通过抑制自噬来达到治疗肿瘤的目的。

1.自噬过程

自噬是细胞在各种应激下的一种重要代谢过程，包括三种形式：巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬[2]，整个自噬过程分为起始、成核、延伸、封闭、成熟和降解六个阶段，在自噬起始阶段，通过高尔基复合物、内涵体、内质网、线粒体和胞浆膜等模型结构形成自噬膜（双层隔离膜结构）包绕聚集的细胞器和蛋白后形成双膜囊泡结构称之为自噬体[3]。自噬体与酸化的溶酶体囊泡融合形成自噬溶酶体，通过溶酶体水解酶降解囊泡内物质和内层膜而发挥自噬作用。

通过对酵母自噬相关基因ATG（autophagyrelatedgene）的研究中发现，它们编码的蛋白质在自噬的诱导、产生、成熟、再循环中起着重要作用，而大多数真核生物的ATG与酵母同源。Beclin1基因与ATG6同源，它所编码的蛋白Beclin1是一种Bcl-2家族反应蛋白，位于细胞浆的线粒体、高尔基体和核周膜上，是PI3(磷酸肌醇3)激酶复合物成分，通过磷酸化PI（磷脂酰肌醇）为3-磷脂酰肌醇（PI3P），募集胞浆内含-FYVE-或-PX-基序的蛋白质作用于自噬膜的形成[4]。ATG8编码蛋白在人类有3种同源体：GABARAP(γ-氨基丁酸受体相关蛋白)、GATE-16（高尔基相关ATP酶增强子）和LC3（微管相关蛋白3），LC3位于胞浆，包括LC3-I和LC3-II两种形式，LC3被ATG4同源体ATG4Hatg4B加工形成LC3-I，在泛素酶作用下与磷脂酰乙醇胺（PE）连接形成LC3-II，在自噬体形成过程中始终连接在自噬膜上，其含量的多少与自噬膜囊泡的数量多少呈正相关[5]，认为LC3-II和Beclin1是自噬相关标志。

自噬溶酶体进一步发挥作用还需要溶酶体内正常活性水解酶的参与，而氯喹及其衍生物是一种趋溶酶体药，可选择性进入溶酶体，抑制磷脂酶A2、溶血磷脂酰基水解酶以及单酰基甘油脂肪酶活性，从而抑制酸性依赖性自噬作用，导致自噬体内物质不能被溶酶体降解而引起自噬性囊泡在细胞内堆积，溶酶体膜通透性改变使溶酶体肿胀、破裂而致细胞死亡。

2.自噬与肿瘤

2.1自噬与肿瘤发生

自噬在肿瘤中的作用最初是通过对Atg6相关蛋白Beclin1的研究，Beclin1位于肿瘤细胞染色体的易感位点上，在人乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌以及非小细胞肺癌中单等位基因删除率较高，通过对比发现人非小细胞肺癌组织比周围正常组织Beclin1表达低，Beclin1表达减少体外培养肿瘤细胞增殖，降低体内肿瘤形成并且Beclin1突变增加小鼠DNA的不稳定性，促进肿瘤发生[6]。同样发现在其他多种不同类型肿瘤中自噬相关基因的改变，包括NK细胞恶性肿瘤中agt5缺失[7]，结肠癌中[8]，下调正调节自噬因子Bax连接蛋白-1（Bif-1）的表达。在动物模型中，敲除Atg4c的小鼠纤维肉瘤的发生明显增加[9]，这些研究都说明自噬抑制肿瘤的形成并不仅仅是自噬通路中某一成分的作用，而是它们共有的特性，即我们阻断自噬通路上任一成分而抑制自噬就可能促进肿瘤的发生。

抑制自噬导致肿瘤发生的机制并不清楚，有研究指出自噬有缺陷的细胞相对于正常细胞在代谢应激下，DNA双链断裂和基因扩增将显著增加[10]。在Beclin1杂合子小鼠乳腺3D形态观察中发现，受到代谢应激的中央腺泡细胞DNA损伤及细胞死亡速度明显加快[11]。基于以上研究，White等认为自噬的缺损促进DNA损伤，从而导致细胞在代谢应激中突变率增加，最终导致肿瘤形成。然而在他们实验的细胞中，存在着多基因异常，包括保持基因稳定性的抑癌基因P53的失活[12]，这也告诉我们自噬在肿瘤发生、发展引起的基因损伤中很可能是作为次要作用而不是主要作用。

2.2自噬与肿瘤存活

尽管降低自噬水平促进肿瘤形成，然而癌变细胞需要大量的营养物质及氧气来维持其高增殖率，当遇到代谢应激与低氧时，自噬可提高肿瘤细胞适应性并促进细胞存活，特别是在血供低的实体瘤，因而在肿瘤深层细胞比边缘细胞具有更高的自噬活性，从而使得它们免于凋亡和坏死[13]。而且，自噬促进晚期肿瘤的播散和转移是导致肿瘤死亡的主要原因，而肿瘤细胞从细胞外基质脱落可通过自噬抗凋亡促进转移[14]。在卵巢癌细胞中，肿瘤抑制因子ARHI上调自噬还可促进体内肿瘤细胞休眠并存活于恶劣微环境中[15]。

同时大量研究显示，化放疗可促发肿瘤细胞的自噬而引起对化放疗的耐受，特别是在增殖率高、肿瘤血供差的肿瘤以及应用抑制血管生成药的过程中[16]，如在恶性程度很高的胰腺癌[17]，一般情况下就具有很高的自噬水平，它们依赖自噬获得其快速生长及转移所需的营养供应，在细胞实验中显示抑制自噬可增加细胞内活性氧含量，促进DNA损伤并且降低线粒体氧化磷酸化导致肿瘤细胞死亡。进一步的小鼠移植瘤模型中也证实氯喹或基因干扰促进肿瘤消退，延长生存期，这提示我们治疗恶性程度高及转移速度快的肿瘤，加入自噬抑制剂或单用对提高肿瘤治疗效果具有重要作用。

3.自噬与凋亡

凋亡和自噬分别被称为I型和II型程序性死亡（ProgrammedCellDeath），凋亡是细胞在应对压力时产生的以细胞死亡为特征的过程，而自噬是为适应营养缺乏及各种应激压力而产生的一种保守进化的机制。一些细胞可通过基因突变导致凋亡缺失，引起肿瘤发生、发展和转移，自噬与凋亡都在细胞正常发展和致病过程中发挥着重要作用，并且它们之间存在着复杂的调节机制[18]。

有研究认为P53可通过多条途径调节自噬[19]，在应激情况下可引起P53激活，一方面导致细胞自噬引起细胞存活，另一方面通过Bax/Bak（凋亡前蛋白激活Caspase（半胱天冬酶）引起凋亡而导致细胞死亡，但并不清楚P53激活后决定发生自噬还是凋亡的关键因子[20]。HMGB1（高迁移率蛋白1）是一种非组蛋白染色体相关核蛋白，它在细胞内外执行多种功能，早期在细胞核内作为染色体连接因子以序列独立的方式连接到DNA，促进转录蛋白募集到特异性DNA靶点，改变DNA结构使得转录、复制和修复易于进行，在各种损伤因子作用下，HMGB1与DNA分离，释放入细胞浆与Bcl-2（抗凋亡蛋白）竞争性结合Beclin1（自噬蛋白），分离Beclin1和Bcl-2引起自噬[21]，同时通过Bcl-2起抗凋亡作用，但由于它们之间的关系十分复杂，而明确凋亡与自噬之间的交叉调节关系对肿瘤治疗具有重要意义。

4.自噬与肿瘤化疗

自噬高度依赖于细胞所处的环境和强度以及持续时间。在维持细胞内外环境稳定中，自噬可形成自噬性死亡，而在应激的情况下，可形成自噬性保护作用。同样，化疗诱导肿瘤细胞的自噬也具这两种作用。不同抗肿瘤化疗可诱导肿瘤细胞的自噬依赖性死亡抑或自噬作为肿瘤细胞的反应性存活机制而对化疗产生抵抗。

4.1肿瘤化疗诱导自噬依赖性细胞死亡

在甲状腺乳头状癌中，通过依维莫司（RAD001）诱导的自噬可增加化放疗的敏感性，而敲除ATG-5抑制自噬这种作用则被逆转[22]。同样诱导乳腺癌细胞自噬可提高放疗敏感性，延迟和减少乳腺癌的复发率，因而检测自噬相关因子可作为疾病复发的一种预测因素[23]。CarracedoA等发现大麻素通过激活凋亡与自噬抑制皮下移植U87MG星形胶质细胞瘤和胰腺癌的生长，而通过抑制自噬将引起肿瘤细胞对大麻素的耐受，这也说明大麻素的抗肿瘤活性需要自噬的参与[24]。Ki-Hwan最近研究指出通过联合自噬抑制剂3-MA（3-甲基嘌呤）并没有增加紫杉醇引起H-ras转导的NIH-3T3细胞凋亡，认为在紫杉醇治疗中，自噬和凋亡协同引起细胞死亡[25]。SunY等[26]在CaSki细胞中发现过表达Beclin1引起自噬增强促进紫杉醇诱导的细胞凋亡，这些都提示我们自噬在肿瘤治疗中具有重要作用，特别是在缺乏凋亡的肿瘤中，自噬可能是细胞死亡的主要方式。

4.2抑制自噬与肿瘤化疗

在细胞培养和动物模型肿瘤治疗中，化疗、放疗、分子靶向以及生物治疗都可以诱导细胞自噬[27]，而通过氯喹衍生物抑制这种治疗诱导的自噬可以促进肿瘤细胞死亡，导致肿瘤消退并且延迟肿瘤生长。在这种药物诱导下的自噬可增强肿瘤细胞对环境的适应性而具有保护作用，通过抑制自噬可对抗这种肿瘤细胞反应性存活机制而改善化疗抗肿瘤的作用。

最近研究表明肿瘤细胞自噬可引起化疗耐受，顺铂耐药肿瘤细胞的自噬活性明显高于敏感细胞[28]。在对A549肺癌细胞放疗的研究中，发现3-MA抑制自噬可增加放疗引起的凋亡，而通过雷帕霉素（Rapamycin）上调自噬则凋亡明显减少，也就是说自噬抑制具有协同抗肿瘤作用，XiG等[29]也通过研究证实抑制自噬增加紫杉醇诱导的A549细胞的凋亡，提高紫杉醇在A549细胞中的敏感性。在卵巢癌中，紫杉醇及脂多糖通过TLR4受体信号激活引起自噬可导致化疗耐受，而通过抑制自噬可增加紫杉醇诱导的凋亡，逆转这种耐受[30]，这些都说明抑制自噬在放化疗中都具有协同抗肿瘤作用

在体内外模型中，5-FU都可诱导结肠癌产生自噬，而通过抑制自噬可提高5-FU的敏感性[31]，具有协同抗肿瘤活性。LingXu等发现奥沙利铂可诱导胃癌MGC803细胞同时产生自噬与凋亡，而通过氯喹抑制自噬可增加细胞凋亡而提高细胞对奥沙利铂的敏感性[32]。Ma等[33]的最新研究指出在转移性黑素瘤自噬水平明显高于惰性黑色素瘤，引起对替莫唑胺及索拉菲尼的耐药，认为通过检测自噬可作为临床预后的指标，而通过羟基氯喹抑制自噬可提高药物诱导的细胞死亡，认为抑制自噬联合化疗可提高肿瘤治疗效果。在乳腺癌MCF-7细胞中，波替单抗诱导保护性自噬是MCF-7耐药的机制[34]，但是波替单抗在治疗多发性骨髓瘤瘤细胞中，联合自噬抑制剂3-MA/氯喹产生拮抗作用而并不是协同作用，而同时使用3-MA与毒胡萝卜内脂联合则具有协同抗肿瘤作用[35]。这也告诉我们相同的药物治疗不同的肿瘤及不同的药物联合，自噬发挥的作用并不相同，也为肿瘤的个体化治疗提供了新的依据。

5.靶向自噬与抗肿瘤临床试验

尽管实验研究提示靶向自噬对治疗有益，但许多问题尚未解决，如趋溶酶体药氯喹及其衍生物抑制自噬的有效性、长期抑制自噬对病人带来的副作用以及在肿瘤起始阶段和进展阶段调节自噬的作用等。因而要明确自噬在肿瘤治疗中作用最终需要来自病人在临床试验中的信息，我们可应用诱导自噬或抑制自噬来治疗肿瘤，从2008年开始就有许多通过调节自噬治疗肿瘤的方案已经陆续进入临床试验，主要集中在自噬抑制的抗肿瘤作用方面，包括肺癌、胶质母细胞瘤、多发性骨髓瘤、乳腺癌、黑色素瘤、结肠癌、前列腺癌及胰腺癌（http://clinicaltrials.gov），这些试验也是我们力图通过调节自噬来达到使肿瘤治疗获益的一些尝试（见下表）。

6.结语

目前研究提示自噬在肿瘤中具有双重作用，其复杂的作用机制并未明确，在不同刺激强度、细胞类型以及细胞内外环境作用下，自噬引起的结果也大不相同，因而明确在各种不同情况下自噬的作用以及机制，对临床治疗肿瘤具有重要意义，我们可以通过抑制自噬性保护、促进凋亡来进一步提高肿瘤治疗疗效。通过对自噬的研究，让我们明白自噬在肿瘤起始与进展阶段中的作用，对个体化选择靶向自噬治疗肿瘤有更深入的认识。

参考文献

[1]MizushimaN,LevineB,CuervoAM,Klionsky,etal.Autophagyfightsdiseasethroughcellularself-digestion[J].Nature,2008,451(7182):1069-1075.

[2]YangZ,KlionskyDJ.Eatenalive:ahistoryofmacroautophagy[J].NatCellBiol,2010,12(9):814–822.

[3]ToozeSA,YoshimoriT.Theoriginoftheautophagosomalmembrane[J].NatCellBiol,2010,12(9):831–835.

[4]LevineB.YuanJ.Autophagyincelldeath:aninnocentconvict?[J].JClinInvest,2005,115(10):2679-2688.

[5]KabeyaY,MizushimaN,UenoT,etal.LC3,amammalianhomologueofyeastApg8p,islocatedinautophagosomemembranesafterprocessing[J].EMBOJ,2000,19(21):5720-5728.

[6]LiuQ,WangJJ,PanYC,MengLF,ZhanX,ZhenQF.Expressionofautophagy-relatedgenesBeclin1andMAPLC3innon-smallcelllungcancer[J].AiZheng.2008,27(1):25-29.

[7]IqbalJ,KucukC,DeleeuwRJ,etal.Genomicanalysesrevealglobalfunctionalalterationsthatpromotetumorgrowthandnoveltumorsuppressorgenesinnaturalkiller-cellmalignancies[J].Leukemia,2009,23(6):1139–1151.

[8]CoppolaD,KhalilF,EschrichSA,etal.Down-regulationofBax-interactingfactor-1incolorectaladenocarcinoma[J].Cancer,2008,113(10):2665–2670.

[9]MarinoG,Salvador-MontoliuN,FueyoA,KnechtE,MizushimaN,Lopez-OtinC.Tissue-specificautophagyalterationsandincreasedtumorigenesisinmicedeficientinAtg4C/autophagin-3.JBiolChem2007;282:18573–83.

[10]MathewG,KongaraS,BeaudoinB,etal.Autophagysuppressestumorprogressionbylimitingchromosomalinstability[J].GenesDev,2007,21(11):1367–1381.

[11]Karantza-WadsworthV,PatelS,KravchukO,etal.Autophagymitigatesmetabolicstressandgenomedamageinmammarytumorigenesis[J].GenesDev,2007,21(13):1621–1635.

[12]MeekDW.Tumoursuppressionbyp53:arolefortheDNAdamageresponse?[J],NatRevCancer,2009,9(10):714–723.

[13]DegenhardtK,MathewR,BeaudoinB,etal.Autophagypromotestumorcellsurvivalandrestrictsnecrosis,inflammationandtumorigenesis[J].CancerCell,2006,10(1):51–64.

[14]FungC,LockR,GaoS,etal.Inductionofautophagyduringextracellularmatrixdetachmentpromotescellsurvival[J].MolBiolCell,2008,19(3):797–806.

[15]LuZ,LuoRZ,LuY,etal.ThetumorsuppressorgeneARHIregulatesautophagyandtumordormancyinhumanovariancancercells[J].JClinInvest,2008,118(12):3917–3929.

[16]NotteA,LeclereL,MichielsC.Autophagyasamediatorofchemotherapy-inducedcelldeathincancer[J].BiochemPharmacol,2011,82(5):427-434.

[17]YangS,WangX,ContinoG,etal.Pancreaticcancersrequireautophagyfortumorgrowth[J].GenesDev,2011,25(7):717-729.

[18]LoweSW,LinAW.Apoptosisincancer[J].Carcinogenesis,2000,21(3):485-495.

[19]GreenDR,KroemerG.Cytoplasmicfunctionsofthetumoursuppressorp53[J].Nature,2009,458(7242):1127-1130.

[20]AmaravadiRK,ThompsonCB.Therolesoftherapy-inducedautophagyandnecrosisincancertreatment[J].ClinCancerRes,2007,13(24):7271-7279.

[21]YanSF,RamasamyR,SchmidtAM.Mechanismsofdisease:adwancedglycationend-productsandtheirreceptorininflammationanddiabetescomplications[J].NatClinPractEndocrinolMetab,2008,4(5):285-293.

[22]LinCI，WhangEE,DonnerDB,etal.AutophagyinductionwithRAD001enhanceschemosensitivityandradiosensitivitythroughMetInhibitioninpapillarythyroidcancer[J].MolCancerRes,2010,8(9):1217-1226.

[23]GewirtzDA,HillikerML,WilsonEN.Promotionofautophagyasamechanismforradiationsensitizationofbreasttumorcells[J].RadiotherapyOncology,2009,92（3）:323-328.

[24]CarracedoA,GironellaM,LorenteM,etal.Cannabinoidsinduceapoptosisofpancreatictumorcellsviaendoplasmicreticulumstress-relatedgenes[J].CancerRes,2006,66(13):6748-6755.

[25]EumKH,LeeM.Crosstalkbetweenautophagyandapoptosisintheregulationofpaclitaxel-inducedcelldeathinv-Ha-ras-transformedfibroblasts[J].MolCellBiochem,2011,348(1-2):61-68.

[26]SunY,JinL,LiuJ,etal.Effectofautophagyonpaclitaxel-inducedCaSkicelldeath[J].ZhongNanDaXueBaoYiXueBan,2010,35(6):557-565.

[27]AmaravadiRK,ThompsonCB.Therolesoftherapy-inducedautophagyandnecrosisincancertreatment[J].ClinCancerRes,2007,13(24):7271-7279.

[28]RenJH,HeWS,NongL,etal.Acquiredcisplatinresistanceinhumanlungadenocarcinomacellsisassociatedwithenhancedautophagy[J].CancerBiotherRadiopharm,2010,25(1):75-80.

[29]XiG,HuX,WuB,etal.Autophagyinhibitionpromotespaclitaxel-inducedapoptosisincancercells.CancerLett,2011,207(2):141-148.

[30]SzajnikM,SzczepanskiMJ,CzystowskaM,etal.TLR4signalinginducedbylipopolysacharideorpaclitaxelregulatestumorsurvivalandchemoresistanceinovariancancer[J].Oncogene,2009,28(49):4353-4363.

[31]LiJ,HouN,FariedA,etal.Inhibitionofautophagyaugments5-fluorouracilchemotherapyinhumancoloncancerinvitroandinvivomodel[J].EurJCancer,2010,46(10):1900-1909.

[32]XuL,QuXJ,LiuYP,etal.Protectiveautophagyantagonizesoxaliplatin-inducedapoptosisingastriccancercells[J].ChinJCancer,2011,30(7):490-496.

[33]XiaohongMa,ShengfuPiao,DanWang,etal.MeasurementsofTumorCellAutophagyPredictInvasiveness,ResistancetoChemotherapy,andSurviwalinMelanoma[J].ClinCancerRes,2011,17:3478-3489.

[34]MilaniM,RzymskiT,MellorHR,etal.TheroleofATF4stabilizationandautophagyinresistanceofbreastcancercellstreatedwithbortezomib[J].CancerRes,2009,69(10):4415-4423.

[35]HoangB,BenavidesA,ShiY,etal.Effectofautophagyonmultiplemyelomacellviabillity[J].MolCancerTher,2009,8(7):1974-1984.

△通讯作者：姚文秀，教授，主任医师，硕士生导师，主要从事肿瘤内科的基础及临床研究.