龍梅芳，熊 芳 綜述，葉小群 審校

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科,南昌330006)

自噬(autophagy)是一種高度保守的分解代謝過程，是細(xì)胞非選擇性的降解和吞噬細(xì)胞質(zhì)中受損變性的蛋白、脂質(zhì)、細(xì)胞器及細(xì)胞內(nèi)病原體，并利用降解產(chǎn)物供能和提供原料等，從而促進(jìn)細(xì)胞生存并維持穩(wěn)態(tài)[1]。在不同種類的腫瘤及腫瘤發(fā)展的不同階段中，自噬發(fā)揮著促進(jìn)和抑制兩種不同的影響，通過激活和抑制自噬可以提高腫瘤的療效[2]。腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cells,CSCs)是一種具有自我更新、多向分化和無限增殖潛能為特征的未成熟細(xì)胞，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移及耐藥有密切相關(guān)。這一理論為篩選靶向殺傷腫瘤干細(xì)胞的藥物，提高藥物對腫瘤的療效，提供了理論依據(jù)[3]。自噬在腫瘤干細(xì)胞的生物學(xué)活動中亦起著重要作用，現(xiàn)今仍在不斷探索中，本文將對自噬及其在腫瘤和腫瘤干細(xì)胞中的作用進(jìn)行綜述。

1 自噬

自噬是所有真核生物所特有的一種古老的生物學(xué)現(xiàn)象，過去70年來一直在研究[4]。研究發(fā)現(xiàn)，自噬有兩種不同的分類方法：(1)根據(jù)自噬對降解底物的選擇不同，將自噬分為選擇性自噬(例如在營養(yǎng)剝奪期間)和非選擇性自噬(例如在病原體侵襲或細(xì)胞器受損時(shí))[5]。(2)根據(jù)細(xì)胞內(nèi)底物運(yùn)送到溶酶體的方式不同，分為巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)、分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediated autophagy，CMA)。

目前，自噬的信號通路包括：哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin mTOR)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、磷脂酰肌醇-3-激酶/蘇氨酸蛋白激酶(phosphatidylinositol 3-kinase P13K/Akt)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、活性氧類(reactive oxygen species,ROS)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、NF-κB(nuclear factor-kappaB,NF-κB)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等。

正常生理情況下，大多數(shù)細(xì)胞中的自噬維持在較低的水平。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)、外受到應(yīng)激源刺激時(shí)，自噬可以顯著增加，使細(xì)胞更好地適應(yīng)這些改變[6]。應(yīng)激源包括饑餓、缺氧、細(xì)胞內(nèi)病原體的感染等。在營養(yǎng)物質(zhì)被剝奪情況下，自噬能為細(xì)胞提供代謝中間體來滿足生物能量需求。DU等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在葡萄糖營養(yǎng)剝奪的情況下，發(fā)現(xiàn)小鼠的心肌細(xì)胞中出現(xiàn)大量的自噬現(xiàn)象，減少因營養(yǎng)物質(zhì)缺乏出現(xiàn)心肌細(xì)胞死亡 ；在缺氧期間，自噬可清除細(xì)胞質(zhì)內(nèi)過多的活性氧(ROS)，從而減輕給細(xì)胞造成的氧化損傷；CHEN等[8]表明在缺氧環(huán)境下番茄紅素(抗氧化劑)可誘導(dǎo)自噬保護(hù)心肌細(xì)胞免于凋亡，研究者通過基因沉默Bclin1,破壞自噬，同樣劑量下的番茄紅素，缺氧環(huán)境下出現(xiàn)心肌細(xì)胞大量凋亡，驗(yàn)證了作者的推測。當(dāng)病原體入侵后，細(xì)胞自噬通過膜結(jié)構(gòu)包裹病原體形成自噬泡，進(jìn)而與溶酶體融合降解，這個(gè)過程稱為異自噬(xenophagy)，代表了“最先進(jìn)”的免疫效應(yīng)機(jī)制[9]。在一般外界應(yīng)激源刺激下，自噬可以促進(jìn)細(xì)胞存活，當(dāng)自噬不適時(shí)的發(fā)生或過度激活,則會導(dǎo)致非程序性細(xì)胞凋亡(自噬性細(xì)胞凋亡)。研究表明神經(jīng)節(jié)苷脂治療病理狀態(tài)下的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞時(shí)，可通過ROS 介導(dǎo)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞自噬性凋亡，從而維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定[10]。

2 腫瘤中自噬表現(xiàn)的兩面性

自噬與各種生理病理過程和人類疾病密切相關(guān)，在腫瘤中的作用已被廣泛研究，其可抑制早期腫瘤的發(fā)展，但也會促進(jìn)晚期腫瘤的轉(zhuǎn)移，起著一把“雙刃劍”的作用[2]。(1)早期腫瘤階段中的自噬，20世紀(jì)80年代科學(xué)家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞的自噬能力與周圍細(xì)胞相比，處于較低的水平。研究證明，自噬的缺陷導(dǎo)致受損蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的累積，誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致基因損傷、染色體不穩(wěn)定、慢性組織損傷等，這些因素在腫瘤的起始階段和腫瘤的轉(zhuǎn)化過程起著重要的作用[11]。在研究特異性敲除ATG5的動物小鼠模型中，損傷的小鼠肝細(xì)胞誘發(fā)氧化應(yīng)激和DNA損傷，因?yàn)樽允赡芰θ毕?，不能有效的清除損傷的細(xì)胞器和蛋白質(zhì)，累積的氧化損傷引起脂肪變性，最后誘發(fā)肝癌[12]，表明自噬可抑制腫瘤的發(fā)生。(2)研究發(fā)現(xiàn)晚期腫瘤階段中的自噬，當(dāng)腫瘤面對氧化應(yīng)激，如：缺氧、pH改變、營養(yǎng)物質(zhì)剝奪，自噬可以緩解細(xì)胞代謝壓力，維持細(xì)胞活性，可以認(rèn)為，自噬是腫瘤細(xì)胞的生存機(jī)制之一[13]。通過體內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，自噬通過維持線粒體的結(jié)構(gòu)和功能，維持腫瘤代謝，促進(jìn)腫瘤生長[14]。YANG等[15]研究胰腺癌轉(zhuǎn)移模型中發(fā)現(xiàn)，胰腺癌與自噬有明顯的依賴關(guān)系，自噬在胰腺癌中的水平明顯更高，當(dāng)用氯喹抑制自噬后，小鼠模型胰腺瘤消退，存活時(shí)間延長。該研究說明自噬可促進(jìn)癌癥的進(jìn)展。

3 正常干細(xì)胞中的自噬

干細(xì)胞是指具有增殖、自我更新能力及多向分化潛能的未分化細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)自噬參與多種干細(xì)胞的調(diào)節(jié)[16]。OU等[14]研究表明自噬可以減緩氧化應(yīng)激，促進(jìn)胚胎干細(xì)胞的存活。研究者利用高濃度的H2O2(1 mM)誘導(dǎo)人胚胎干細(xì)胞發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞凋亡。然而，添加3-甲基腺嘌呤(自噬抑制劑)與H2O2的組合發(fā)現(xiàn)人胚胎干細(xì)胞出現(xiàn)更多的凋亡。目前，國內(nèi)外對造血干細(xì)胞中自噬的研究較少，現(xiàn)有研究表明自噬在造血干細(xì)胞中高度活躍，調(diào)控造血干細(xì)胞的靜息、自我更新和分化的動態(tài)平衡[17]。如果這個(gè)平衡被打破，貧血、淋巴細(xì)胞減少、骨髓增生或造血惡性腫瘤(如白血病)等疾病將會接踵而來。研究發(fā)現(xiàn)自噬可以保護(hù)間充質(zhì)干細(xì)胞，HOU等[18]發(fā)現(xiàn)輻射可以誘導(dǎo)活性氧(ROS)積累，導(dǎo)致間充質(zhì)干細(xì)胞損傷。饑餓或雷帕霉素誘導(dǎo)的自噬，可以減少ROS的積累和DNA損傷并維持間充質(zhì)干細(xì)胞的干性。 此外，抑制自噬導(dǎo)致ROS積累和DNA損傷的增加，則導(dǎo)致間充質(zhì)干細(xì)胞的干性喪失。

4 腫瘤干細(xì)胞中的自噬

腫瘤干細(xì)胞能通過自我更新和無限增殖維持腫瘤細(xì)胞群的生命力,最近的研究證明，自噬對腫瘤干細(xì)胞的存活及其耐藥有關(guān)鍵作用。

4.1結(jié)腸癌干細(xì)胞與自噬 結(jié)腸癌是最常見的惡性腫瘤之一[19]。常規(guī)的抗癌治療(放射/化學(xué)療法)主要是殺死腫瘤中大部分快速增殖的癌細(xì)胞，但可以保留相對靜止的腫瘤干細(xì)胞。KWATRA等[20]研究發(fā)現(xiàn)來自苦瓜中的甲醇提取物可通過激活自噬來抑制結(jié)腸癌干細(xì)胞存活，進(jìn)而提高化學(xué)藥物對結(jié)腸癌的療效。文獻(xiàn)描述姜黃素可抑制腫瘤干細(xì)胞的自我更新，從而使耐藥性腫瘤干細(xì)胞重新對藥物敏感[21]。但KANTARA等[22]發(fā)現(xiàn)DCLK1陽性結(jié)腸癌干細(xì)胞亞型可抵抗姜黃素的毒性作用。姜黃素通過啟動自噬過程(誘導(dǎo)酸性囊泡的形成，募集LC3到自噬體，增高Bclin1的表達(dá))從而減弱殺傷結(jié)腸癌干細(xì)胞的能力。DCLK1-siRNA沉默后自噬相關(guān)蛋白表達(dá)減少，結(jié)腸癌干細(xì)胞凋亡增多。由此猜測DCLK1-siRNA聯(lián)合姜黃素將可能成為治療結(jié)腸癌的新療法。上述研究表明，激活自噬有利于結(jié)腸癌干細(xì)胞的存活，抑制自噬可提高腫瘤干細(xì)胞對化療藥物的敏感性，提高抗結(jié)腸癌的療效。

4.2肝癌干細(xì)胞與自噬 國內(nèi)外對肝癌的基礎(chǔ)研究中，肝癌干細(xì)胞的研究一直備受關(guān)注，這群細(xì)胞雖僅占肝癌細(xì)胞很小的比例，但它具有很高的致瘤性、轉(zhuǎn)移能力和耐藥性，在肝癌的發(fā)生、發(fā)展中扮演了重要的角色。肝癌常處于低氧低營養(yǎng)的腫瘤微環(huán)境中。肝癌干細(xì)胞是如何調(diào)控肝癌細(xì)胞適應(yīng)這種微環(huán)境的機(jī)制尚不清楚。SONG等[23]研究表明，自噬有助于CD133陽性肝癌干細(xì)胞在低氧和低營養(yǎng)的腫瘤微環(huán)境中的存活。研究者發(fā)現(xiàn)在低氧和低營養(yǎng)情況下，CD133陽性肝癌細(xì)胞系比例增加，肝癌干細(xì)胞的干性更強(qiáng)，自噬囊泡和LC3自噬蛋白比例更多，凋亡比例更少；加入自噬抑制劑氯喹后，自噬水平下降，CD133陽性肝癌干細(xì)胞的凋亡數(shù)量明顯增多，自我更新能力減弱。LI等[24]研究發(fā)現(xiàn)，CD133陽性的肝癌干細(xì)胞可誘導(dǎo)自噬抵抗干擾素-γ(IFN-γ)的免疫監(jiān)控。ATG5自噬蛋白敲低后可阻止肝癌干細(xì)胞誘導(dǎo)自噬，減弱肝癌干細(xì)胞增殖能力，增強(qiáng)干擾素-γ免疫殺傷作用。上述兩個(gè)例子表明自噬可保護(hù)肝癌干細(xì)胞。因此，猜測抑制自噬可增強(qiáng)肝癌干細(xì)胞對放化療的敏感性，改善抗癌療效。

4.3胰腺癌干細(xì)胞與自噬 胰腺癌是惡性腫瘤中致死率最高、為數(shù)不多的發(fā)病率與病死率幾乎相等的惡性腫瘤之一，近期研究表明，由OPN/NF-κB信號通路介導(dǎo)的自噬可維持胰腺癌干細(xì)胞的活性[25]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)自噬相關(guān)蛋白LC3Ⅱ/Ⅰ與胰腺癌干細(xì)胞標(biāo)志物醛脫氫酶1(ALDH1)、CD44、CD133的表達(dá)呈正相關(guān)，通過沉默ATG5，ATG7和BECN1或加入自噬抑制劑氯喹阻斷自噬，在體外和體內(nèi)中具有ALDH1活性的腫瘤干細(xì)胞群體表達(dá)降低，對吉西他濱的抵抗力減弱。ZHU等[26]研究發(fā)現(xiàn)間歇性缺氧條件下由缺氧因子-1α誘導(dǎo)的自噬可促進(jìn)胰腺癌干細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲。自噬相關(guān)蛋白(LC3和Bclin1)和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)相關(guān)標(biāo)志物(E-鈣黏蛋白，波形蛋白和N-鈣黏蛋白)表達(dá)水平高于常氧組，同時(shí)沉默缺氧因子-1α和抑制自噬后，胰腺癌干細(xì)胞的侵襲能力明顯下降。SINGH等[27]研究表明，羅特林通過PI3K/AKT/mTOR信號通路誘導(dǎo)自噬促進(jìn)胰腺癌干細(xì)胞的存活。由此筆者猜測，抑制自噬可增強(qiáng)胰腺癌干細(xì)胞對化療的敏感性，減弱胰腺癌的侵襲能力。

4.4前列腺癌干細(xì)胞與自噬 根據(jù)國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，在世界范圍內(nèi)，前列腺癌的發(fā)病率存在明顯地理和種族差異，在歐洲和美國，前列腺癌占男性惡性腫瘤發(fā)病率的第2位，亞洲國家的發(fā)病率遠(yuǎn)低于歐洲國家，但近年來呈現(xiàn)上升趨勢[28]。前列腺癌干細(xì)胞在癌癥起始、進(jìn)展和耐藥中起主要作用。然而，在前列腺干細(xì)胞中誘導(dǎo)自噬的分子機(jī)制尚不清楚。KUMAR等[29]研究羅特林(一種抗過敏和蠕蟲的藥物，現(xiàn)在可用于癌癥的治療)通過PI3K/Akt/mTOR信號通路誘導(dǎo)前列腺癌干細(xì)胞的自噬和凋亡。在羅特林的誘導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)前列腺癌癥干細(xì)胞出現(xiàn)大量的凋亡，同時(shí)通過電鏡等技術(shù)觀察前列腺癌干細(xì)胞出現(xiàn)大量的自噬顆粒；利用RNAi技術(shù)沉默Beclin-1和ATG-7的表達(dá)，自噬能力減弱，前列腺癌的凋亡速度減緩，研究證實(shí)羅特林誘導(dǎo)前列腺癌干細(xì)胞凋亡是誘導(dǎo)自噬實(shí)現(xiàn)的。

4.5膀胱癌干細(xì)胞與自噬 膀胱癌是男性排名第4，女性排名第9的最常見的癌癥，是全球發(fā)病和病死的主要原因[30]。自噬是實(shí)體瘤耐藥性的關(guān)鍵因素。然而，自噬調(diào)節(jié)膀胱癌干細(xì)胞的機(jī)制尚不清楚。OJHA等[31]研究發(fā)現(xiàn)，通過普通膀胱癌細(xì)胞(T24)和耐藥的膀胱癌干細(xì)胞(RT24)對比發(fā)現(xiàn)，在吉西他濱(GC)和絲裂霉素(MM)化療藥物的誘導(dǎo)下，T24的細(xì)胞凋亡率明顯大于 RT24，檢查自噬通量的表達(dá)，RT24中LC3Ⅱ/Ⅰ高于T24；使用渥曼青霉素(PI3K自噬抑制劑)阻斷GC或MM誘導(dǎo)的自噬，增加了膀胱癌干細(xì)胞的凋亡數(shù)量，進(jìn)一步用siRNA方法敲除了自噬基因Beclin1實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似。實(shí)驗(yàn)表明，氯喹聯(lián)合吉西他濱、米霉素兩種化療藥物，可以抑制膀胱癌細(xì)胞的生長、發(fā)育、成熟。自噬在膀胱癌干細(xì)胞的自我更新、分化、成瘤性、化療敏感性等方面發(fā)揮重要作用，因此自噬抑制劑的應(yīng)用有望成為膀胱癌新的治療措施。

4.6肺癌干細(xì)胞與自噬 肺癌的發(fā)病率和病死率在近50年來明顯上升，20世紀(jì)末，肺癌已成為發(fā)病率和病死率均居全球首位的惡性腫瘤[32]。迫切需要了解肺癌細(xì)胞的發(fā)生、發(fā)展和耐藥等機(jī)制，為患者尋求更有效的治療方法。近期研究表明肺癌干細(xì)胞利用自噬機(jī)制來維持肺癌的存活、耐藥和復(fù)發(fā)。YANG等[33]從A549肺癌細(xì)胞株中分離肺癌干細(xì)胞并且抑制自噬來增強(qiáng)順鉑的細(xì)胞毒作用，給肺癌的治療帶來的新的方向。研究者使用熒光激活細(xì)胞分選儀(FACS)分離的SP(slide population cells)細(xì)胞中,發(fā)現(xiàn)MDR1和ABCG2的表達(dá)顯著上調(diào)，說明具有干細(xì)胞的特性。在普通培養(yǎng)條件下，肺癌干細(xì)胞的自噬水平低于肺癌細(xì)胞，然而在順鉑作用下，肺癌干細(xì)胞的自噬水平明顯上升，Beclin1和LC3Ⅱ/Ⅰ表達(dá)上調(diào)，凋亡能力低于普通的肺癌細(xì)胞。使用3-磷酸腺苷(3-MA)自噬抑制劑后，發(fā)現(xiàn)SP的凋亡比例明顯上升。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，自噬有助于A549肺癌SP細(xì)胞對順鉑的耐藥能力，自噬可能是肺癌治療中具有吸引力的靶點(diǎn)。

5 結(jié)語與展望

腫瘤的治療的一直以來是全球不斷努力攻克的難題。研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中，自噬和腫瘤干細(xì)胞發(fā)揮著重要作用，二者對腫瘤的治療也起著關(guān)鍵的作用。研究表明，在腫瘤治療中，腫瘤干細(xì)胞中的自噬起著一把“雙刃劍”的作用。在抗腫瘤治療時(shí)，自噬起著協(xié)同作用，誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞自噬性凋亡；而在耐藥腫瘤細(xì)胞中，自噬卻起著拮抗作用，保護(hù)腫瘤干細(xì)胞，抵抗化療藥物的毒性作用。目前對腫瘤干細(xì)胞中自噬的調(diào)節(jié)機(jī)制的研究尚少，腫瘤干細(xì)胞自噬研究的突破，將會為腫瘤治療提供新的理論依據(jù)。