董庭君,溫居一
肺癌是我國(guó)乃至全世界最常見的惡性腫瘤之一,其中非小細(xì)胞肺癌(non-small-cell lung cancer,NSCLC)占所有肺癌的85%,是全球癌癥相關(guān)死亡的主要原因[1]。自噬是近年來的研究熱點(diǎn),它與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān),并在腫瘤治療中起著雙刃劍的作用。作者就自噬在NSCLC中的發(fā)生、發(fā)展與治療中的作用進(jìn)行綜述。
自噬是將細(xì)胞溶質(zhì)和(或)其特定內(nèi)容物遞送至溶酶體以進(jìn)行降解的細(xì)胞內(nèi)分解代謝過程,它對(duì)真核生物中細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)周轉(zhuǎn)、響應(yīng)和適應(yīng)環(huán)境的變化至關(guān)重要[2]。在這個(gè)過程中,自噬將細(xì)胞溶質(zhì)物質(zhì)包裹在雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬體中,隨后自噬體和內(nèi)溶酶體囊泡融合,導(dǎo)致分離底物降解和再循環(huán)[3]。自噬的一個(gè)關(guān)鍵功能是分解蛋白質(zhì)等大分子,提供氨基酸和其他產(chǎn)生能量和合成新蛋白質(zhì)所必需的因素。自噬可以捕獲大量物質(zhì),這種能力將自噬與蛋白酶體降解區(qū)別開來,使自噬成為各種環(huán)境中維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的必要條件。在自噬體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的許多底物是威脅細(xì)胞生存能力的底物,如受損的細(xì)胞器、蛋白質(zhì)聚集物和細(xì)胞內(nèi)病原體[4]。
在正常細(xì)胞中,自噬功能可以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。在饑餓或破壞性壓力下,自噬被顯著誘導(dǎo),利用細(xì)胞內(nèi)組分的再循環(huán)以維持細(xì)胞代謝功能。自噬減少細(xì)胞應(yīng)激時(shí)出現(xiàn)的受損蛋白質(zhì)和有毒細(xì)胞器的積累中起重要作用。這些細(xì)胞內(nèi)碎片的積累會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡、組織損傷和促進(jìn)腫瘤的慢性炎癥[5]。因此,自噬可以促進(jìn)生存并減輕損傷。
而在癌癥的背景下,這是一把雙刃劍[6]。一方面,自噬使腫瘤細(xì)胞能夠耐受包括缺氧微環(huán)境、饑餓和某些形式的治療在內(nèi)的壓力。即使在長(zhǎng)時(shí)間的壓力下,自噬也能延長(zhǎng)生存期,產(chǎn)生休眠的腫瘤細(xì)胞,當(dāng)條件更有利時(shí),這些細(xì)胞有能力恢復(fù)生長(zhǎng)。這種由自噬導(dǎo)致的應(yīng)激存活、休眠和再生過程可能是成功治療癌癥的主要障礙。另一方面,自噬在減少應(yīng)激損傷、限制腫瘤基因組織損傷發(fā)生中起重要作用。通過清除受損的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器,或者通過細(xì)胞內(nèi)循環(huán)維持能量平衡,自噬最終可以防止導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的基因組損傷。減少損傷還可以通過限制慢性細(xì)胞死亡和導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的炎癥來抑制腫瘤的發(fā)生[7]。因此,自噬調(diào)節(jié)是一種有前景的癌癥治療和預(yù)防的新方法,但應(yīng)用明顯依賴于背景。確定何時(shí)以及如何調(diào)節(jié)癌癥中的自噬是一個(gè)令人興奮的挑戰(zhàn),這將對(duì)尋找癌癥的根除方法提供新見解[8]。
酵母的遺傳研究發(fā)現(xiàn)了自噬相關(guān)基因(autophagy associated gene,ATG),并揭示了自噬過程的分子信號(hào)通路的細(xì)節(jié)[9]。自噬途徑可分為幾個(gè)不同的階段:起始、成核、成熟、融合和降解[10]。
自噬是生物體內(nèi)一個(gè)高度保守的過程,依賴于一系列自噬相關(guān)蛋白的功能。ULK1激酶、FIP200、ATG13、ATG101組成的ULK復(fù)合物啟動(dòng)自噬[11],這個(gè)過程受mTORC1、AMPK等多種因素調(diào)節(jié)。Vps34復(fù)合物由Vps34以及Beclin-1、Vps15和ATG14L組成,主要負(fù)責(zé)自噬膜的成核。ATG5-ATG12共軛系統(tǒng)及ATG8/LC3系統(tǒng)一起調(diào)節(jié)自噬膜的延伸和閉合[12],ATG3、ATG4、ATG7、ATG16L1等多種自噬相關(guān)蛋白參與到這個(gè)過程中。自噬體膜形成后,自噬囊泡被轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體以進(jìn)行降解,氨基酸、脂肪酸等降解底物被重定向至細(xì)胞質(zhì),以便在各種代謝過程中進(jìn)一步重復(fù)使用[13]。
自噬的形成過程非常復(fù)雜,需要眾多蛋白及信號(hào)通路的支持。因此,在自噬過程中,任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,都會(huì)導(dǎo)致自噬的缺失,繼而對(duì)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展或者治療、預(yù)后產(chǎn)生影響。
對(duì)自噬相關(guān)蛋白的研究主要通過對(duì)關(guān)鍵蛋白進(jìn)行。Wen等[14]通過研究393名接受了放射治療的北美NSCLC患者,對(duì)4個(gè)ATGs(ATG2B、ATG10、ATG12、ATG16L2)中的9個(gè)潛在功能單核苷酸多態(tài)性進(jìn)行基因分型,發(fā)現(xiàn)ATG16L2 rs10898880 CC變異基因型患者的無局部復(fù)發(fā)生存率、無局部區(qū)域進(jìn)展生存率和總生存率較好,但重度風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生更高,表明該位點(diǎn)的多態(tài)性同時(shí)參與了抗腫瘤治療和肺部炎癥的過程,此外,Li等[15]通過研究323名NSCLC患者血液樣本中的DNA,發(fā)現(xiàn)ATG16L1的Thr300Ala變體可降低NSCLC患者腦轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)。這些研究表明自噬的程度影響了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后。
3.1 自噬在鉑類耐藥中的作用 目前,含有EGFR突變、ALK或ROS1融合的患者可以進(jìn)行分子靶向治療[16],由于大多數(shù)患者缺乏這些分子改變,仍然依靠以鉑類為基礎(chǔ)的全身化療[17]。然而,使用一段時(shí)間后,鉑類的抵抗、耐藥性問題也愈加突出,原發(fā)性及繼發(fā)性耐藥限制其臨床療效。目前認(rèn)為,鉑類的耐藥與自噬相關(guān)[18]。Circu等[19]用自噬抑制劑氯喹處理A549cisR(順鉑抗性)細(xì)胞,可以誘導(dǎo)溶酶體膜透化,通過組織蛋白酶介導(dǎo)的部分caspase獨(dú)立機(jī)制增強(qiáng)順鉑對(duì)這些細(xì)胞的治療活性。siRNA沉默ATG5后也顯著增強(qiáng)順鉑對(duì)A549cisR細(xì)胞的細(xì)胞毒性。因此,在NSCLC中,溶酶體膜透化激活和自噬抑制是對(duì)抗獲得性順鉑抵抗的有效治療方式。
3.2 自噬在EGFR-TKIs治療和耐藥中的作用 表皮生長(zhǎng)因子受體酪氨酸激酶抑制劑(epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitors,EGFR-TKIs)藥物是目前治療NSCLC的重要手段,然而,隨著治療的進(jìn)行,絕大多數(shù)患者都會(huì)出現(xiàn)明顯的耐藥現(xiàn)象[20]。耐藥性出現(xiàn)的一個(gè)重要因素是EGFR-TKIs藥物的使用誘發(fā)了保護(hù)性自噬[21],PI3K-AKT-mTORC1通路、P53-AMPK-mTORC1-ULK1通路、EGFR-Rubicon-Beclin 1通路、RAS/RAF/MEK/ERK1/2通路等都參與其中。Zou等[22]發(fā)現(xiàn)厄洛替尼可以在表達(dá)野生型EGFR耐藥的NSCLC中誘導(dǎo)自噬,并且誘導(dǎo)程度比在EGFR敏感細(xì)胞中更高,表明自噬是細(xì)胞保護(hù)性的。當(dāng)厄洛替尼和自噬抑制劑氯喹或羥氯喹共同使用時(shí)腫瘤生長(zhǎng)的抑制效果會(huì)得到明顯加強(qiáng),進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞中凋亡水平明顯增強(qiáng)。因此,EGFR-TKIs藥物與自噬抑制劑的聯(lián)合應(yīng)用可能是一種新的臨床策略,可以增強(qiáng)EGFR靶向NSCLC的療效。
Osimertinib(OSI),也稱為AZD9291,是一種第3代EGFR-TKIs,用于治療患有EGFRT790M突變的NSCLC患者[23]。Tang等[24]發(fā)現(xiàn)OSI增加了細(xì)胞質(zhì)空泡的積累,誘導(dǎo)癌細(xì)胞中LC3-II和GFP-LC3斑點(diǎn)的表達(dá),誘導(dǎo)了NSCLC細(xì)胞的自噬通量。此外,OSI誘導(dǎo)了NSCLC NCI-H1975細(xì)胞中H2O2的產(chǎn)生,活性氧(如超氧化物、NO、H2O2等)的產(chǎn)生對(duì)于OSI誘導(dǎo)的自噬、細(xì)胞活力下降和NSCLC細(xì)胞凋亡至關(guān)重要。
3.3 自噬與免疫療法的關(guān)系 近年來,癌癥免疫療法備受關(guān)注,并且在許多癌癥患者中有很好的療效。PD-L1抗體與T細(xì)胞的PD-1受體結(jié)合可以阻斷PD-1對(duì)T細(xì)胞的抑制作用,從而殺傷腫瘤細(xì)胞[25]。目前,帕博利珠單抗已被推薦為NSCLC一線治療,納武利尤單抗及阿特珠單抗被推薦為NSCLC的二線治療[26]。PD1受體及其配體PD-L1可能與癌細(xì)胞中的自噬發(fā)生串?dāng)_。Clark等[27]證明,在小鼠黑色素瘤和人卵巢癌中,腫瘤細(xì)胞內(nèi)源性PD-L1上調(diào)mTOR復(fù)合物1信號(hào)傳導(dǎo)以抑制自噬并使腫瘤細(xì)胞對(duì)自噬抑制劑敏感。Wang等[28]發(fā)現(xiàn)藥物抑制劑或小干擾RNA抑制自噬可以增加培養(yǎng)的胃癌細(xì)胞和異種移植物中PD-L1的水平。IFN-γ也促進(jìn)PD-L1基因轉(zhuǎn)錄,其作用通過自噬抑制而增強(qiáng)。結(jié)果表明自噬抑制通過NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)上調(diào)PD-L1蛋白的水平,而IFN-γ通過STAT1信號(hào)傳導(dǎo)誘導(dǎo)PD-L1表達(dá)。由此我們可以推測(cè),自噬抑制與PD-L1抗體聯(lián)合使用是一組富有吸引力的組合,特別是對(duì)于具有高水平自噬的腫瘤,同時(shí)也能運(yùn)用到肺癌的治療當(dāng)中,當(dāng)然這需要進(jìn)一步的基礎(chǔ)及臨床研究支持。
3.4 自噬在NSCLC治療中的新的應(yīng)用 重組人精氨酸酶(recombinant human arginase,rhArg)是一種能夠消耗精氨酸的酶,精氨酸耗竭療法已被證明是治療各種癌癥的有效治療方法[29]。Shen等[30]發(fā)現(xiàn)rhArg可以在NSCLC細(xì)胞中誘導(dǎo)顯著的細(xì)胞毒性和半胱天冬酶依賴性細(xì)胞凋亡,同時(shí),Akt/mTOR和Erk途徑的2種信號(hào)通路和ROS參與H1975細(xì)胞中rhArg觸發(fā)自噬的過程中,在rhArg處理的NSCLC細(xì)胞時(shí),自噬起細(xì)胞保護(hù)作用。異種移植實(shí)驗(yàn)表明,與自噬抑制劑的組合增強(qiáng)了rhArg在體內(nèi)的抗腫瘤功效。因此,單獨(dú)剝奪精氨酸或與阻斷自噬相結(jié)合可能是NSCLC的一種新穎且有前景的治療方法。
CD47,又稱整合素蛋白,是一種抗吞噬細(xì)胞分子,同時(shí)也是信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白-α(signal regulatory protein alpha,SIRPα)的配體??梢缘钟拗鲗?duì)腫瘤細(xì)胞的免疫監(jiān)視[31]。Zhang等[32]構(gòu)建了SIRPαD1-Fc融合蛋白,靶向CD47,可以引發(fā)有效的巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的吞噬作用和對(duì)NSCLC細(xì)胞的細(xì)胞毒性。在此過程中,SIRPαD1-Fc可下調(diào)Akt/mTOR信號(hào)傳導(dǎo)和蛋白質(zhì)合成,觸發(fā)自噬發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用。同時(shí)靶向CD47和自噬可以顯著增加巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的對(duì)NSCLC細(xì)胞的吞噬作用和細(xì)胞毒性,并且在NSCLC異種移植模型中顯示出增強(qiáng)的抗腫瘤作用。因此,SIRPαD1-Fc和自噬抑制具有協(xié)同抗腫瘤作用,可以在體外和體內(nèi)引起增強(qiáng)的抑制或甚至完全消除NSCLC,有望成為NSCLC的治療策略。
BECN1-PIK3C3-PIK3R4復(fù)合物可以觸發(fā)自噬蛋白級(jí)聯(lián)反應(yīng)。Zhan等[33]發(fā)現(xiàn),在不同的NSCLC細(xì)胞系中,TRIM59蛋白顯著增加。TRIM59是一個(gè)潛在的腫瘤促進(jìn)基因,促進(jìn)了NSCLC細(xì)胞系的增殖和遷移。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),TRIM59在NSCLC的自噬調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。一方面,TRIM59通過阻斷NF-κB途徑的激活減少了BECN1的轉(zhuǎn)錄。另一方面,TRIM59調(diào)節(jié)TRAF6誘導(dǎo)的K63相關(guān)的BECN1泛素化,從而影響B(tài)ECN1-PIK3C3復(fù)合物的形成。研究進(jìn)一步證明,TRIM59可介導(dǎo)TRAF6的K48連接泛素化并促進(jìn)TRAF6的蛋白酶體降解。TRIM59通過影響B(tài)ECN1的轉(zhuǎn)錄和泛素化,在自噬調(diào)節(jié)中的新的雙重作用[34]。
Cai等[35]發(fā)現(xiàn),在NSCLC中,酪蛋白激酶1α(casein kinase 1 alpha,CK1α)通過作為自噬誘導(dǎo)劑來抑制腫瘤生長(zhǎng),從而激活自噬調(diào)節(jié),抑制腫瘤的PTEN/AKT/FOXO3a/Atg7軸。具體來說,CK1α結(jié)合PTEN的C末端尾部并通過競(jìng)爭(zhēng)性拮抗NEDD4-1誘導(dǎo)的PTEN多泛素化和消除PTEN磷酸化來增強(qiáng)PTEN穩(wěn)定性和活性,從而抑制AKT活性并激活FOXO3a誘導(dǎo)的Atg7轉(zhuǎn)錄。值得注意的是,阻斷CK1α誘導(dǎo)的Atg7依賴性自噬與致癌的HRasV12協(xié)同啟動(dòng)肺上皮細(xì)胞的腫瘤發(fā)生。在異種移植的腫瘤模型和人NSCLC樣本中證實(shí)了CK1α調(diào)節(jié)的自噬程序與CK1α/PTEN/FOXO3a/Atg7軸的抗腫瘤活性的關(guān)聯(lián)。這表明自噬對(duì)NSCLC起殺傷作用,提供了NSCLC治療新的方向。
通過研究自噬在肺癌治療中的作用機(jī)制,有望發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn),為研發(fā)新型靶向抗腫瘤藥物提供新線索。然而,自噬是如何促進(jìn)或抑制NSCLC的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制非常復(fù)雜,目前還有很多未知的領(lǐng)域需要去發(fā)現(xiàn)、研究。在什么情況下盡可能地發(fā)揮自噬的抗癌作用,同時(shí)減少對(duì)正常細(xì)胞的影響,仍是亟待解決的問題。