自噬与肿瘤

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收 稿 日 期 :2010-09-19;修 回 日 期 :2011-04-01 作者单位:730050 兰州,兰州军 区 总 医 院 全 军 血 液 病 中 心 通 信 作 者 :白 海 ,E-mail:baihai98@tom.com 作者 简 介:潘 耀 柱 (1972-),男,博 士,主 治 医 师,主 要 从 事血液病基础与临床的研究
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DOI:10.3971/j.issn.1000-8578.2011.09.029
肿 瘤 防 治 研 究 2011 年 第 38 卷 第 9 期
自噬与肿瘤
潘 耀 柱 ,王 璇 综 述 ,白 海 ,王 存 邦 审 校
关 键 词 :自 噬 ;肿 瘤 发 生 ;肿 瘤 发 展 ;肿 瘤 治 疗 中图分类号:R733.71 文献标识码:A 文章编号:1000-8578(2011)09-1082-04
肿 瘤 防 治 研 究 2011 年 第 38 卷 第 9 期
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2 自 噬 在 肿 瘤 发 展 中 的 作 用 自 噬 抑 制 促 进 了 肿 瘤 发 生 ,那 么 ,活 化 自 噬 是 否
可以治疗肿瘤?在 MCF-7细胞系中,基因学手段恢 复 Beclin 1表达水 平 可 抑 制 肿 瘤 生 长,被 广 泛 用 于 乳腺 癌 治 疗 的 他 莫 西 芬 等 可 诱 发 自 噬。 但 Ahn 等 对 [10] 60 例 胃 癌 和 103 例 结 肠 癌 研 究 发 现:83% 胃癌和95% 结肠癌有 Beclin 1 表达,而正常胃及 结 肠黏膜上皮细胞 Beclin 1表达反而降低。 他们认为 可能是肿 瘤 新 生 的 Beclin 1 获 得 了 更 强 的 自 噬 能 力 。 这 一 结 果 提 示 :自 噬 功 能 具 有 组 织 特 异 性 ,不 同 组 织 中 ,自 噬 的 功 能 不 同 。
自噬 是 目 前 细 胞 生 物 学 研 究 的 热 点 之 一,自 噬 与肿 瘤 关 系 的 研 究 更 被 广 泛 关 注。1999 年 Beth Levine等[1]发现 Beclin 1单等位基因缺失致乳腺 癌 等 患 病 率 升 高 ,揭 示 了 自 噬 与 肿 瘤 发 生 相 关 ,并 探 寻 诱导自噬 用 以 治 疗 肿 瘤 的 方 法。 但 进 一 步 研 究 发 现,自噬具有两面 性,某 些 情 况 下,诱 导 自 噬 可 以 抑 制 肿 瘤 生 长 ,并 致 自 噬 相 关 性 细 胞 死 亡 ;但 大 多 数 情 况 下 ,肿 瘤 细 胞 可 利 用 自 噬 以 应 对 缺 氧 、营 养 匮 乏 及 清 除 氧 自 由 基、损 伤 的 线 粒 体 等,从 而 保 护 肿 瘤 细胞。
3 自 噬 与 肿 瘤 治 疗 综上,肿瘤的 不 同 发 展 阶 段、不 同 剌 激 类 型、不
同 剌 激 强 度 、不 同 组 织 细 胞 类 型 等 ,自 噬 的 功 能 也 不 同,一些肿瘤中自噬 也 许 起 着 抑 制 肿 瘤 细 胞 生 长 或 诱导死亡作用,而另 一 些 肿 瘤 自 噬 则 可 能 起 保 护 肿 瘤细胞的作用。因 此,调 节 自 噬 用 于 肿 瘤 的 治 疗 需 视具体情况具体分析。
进细胞存活,自噬抑 制 剂 氯 喹 与 酪 氨 酸 激 酶 抑 制 剂
联用后可以增加白血病细胞的化疗敏感度。
组蛋 白 脱 乙 酰 基 酶 抑 制 剂 HDAC (Histone deacetylase inhibitor) :SAHA (suberoylanilide hydroxamic acid)是 HDAC 的 一 种,被 证 明 能 有 效 治 疗 血 液 肿 瘤 及 实 体 瘤;SAHA 可 以 通 过 下 调 Akt/mTOR 引起的自噬活化,从而致肝癌细胞自噬 性死亡,而用3-MA 或基因沉默 Atg5则可减少SA- HA 毒性作用 。 [20] 此外,SAHA 可 用 于 对 传 统 化 疗 无 效 的 软 骨 肉 瘤 ,通 过 活 化 自 噬 诱 导 细 胞 死 亡 ,显 著 抑制肿瘤细胞生长 。 [21]
以上 研 究 提 示:自 噬 对 肿 瘤 发 生 是 有 抑 制 作 用
的,自噬的活性 降 低 可 能 会 导 致 肿 瘤 发 生。 可 能 机 制:自噬缺陷时:(1)泛 素 样 蛋 白 聚 集[7];(2)变 性 的 功能失调的细胞器如线粒体、过氧化物酶体 聚 集 ; [8]
(3)DNA 损伤增加和基因组不稳定性增加。在代谢 应 激 下 ,自 噬 机 制 的 不 足 导 致 基 因 组 的 不 稳 定 性 ,并
(CML)及其他肿瘤的治 疗。 近 年 来 的 数 据 提 示:伊 马替尼可 能 是 通 过 自 噬 机 制 起 作 用 的 。 [17] 伊 马 替
尼治疗多药耐 药 的 Kaposi肉 瘤 也 能 诱 导 自 噬 并 减 少细胞药物抵抗。 在大鼠 C6 化疗抵抗的胶质瘤细 胞,将 伊 马 替 尼 与 安 那 芬 尼 (Anafranil,抗 肿 瘤 药) 联合应用可以显著 协 同 诱 导 凋 亡 和 自 噬,导 致 细 胞 生长抑制及死亡[18];而最新研究表明[19]:CML 白 血 病干细胞可通过自噬机制在酪氨酸激酶被抑制时促
3.1 活 化 自 噬 治 疗 肿 瘤 目前临床有些药物被证明可能是通过自噬抑制
肿瘤。三氧化二砷(As2O3)被 广 泛 用 于 急 性 非 淋 巴 细胞白血病 M3 的 治 疗,其 细 胞 毒 作 用 被 认 为 是 通 过细胞色素 C 释放和 Caspase活化经典凋亡途径效 应的;近来用 于 治 疗 人 类 T 淋 巴 细 胞 白 血 病,发 现 其可以诱 导 自 噬 相 关 细 胞 毒 作 用 。 [15] 研 究 表 明[16]
As2O3 的抗白血病效应主要是通过自噬的活化诱 导 白血病细胞自噬性 细 胞 死 亡,而 无 论 是 药 理 学 或 基
因学抑制自噬均可阻止 As2O3 诱导的细胞死亡。 伊马替 尼 (Imatinib)作 为 Bcr-abl酪 氨 酸 激 酶
竞 争 性 抑源自文库制 剂,被 广 泛 用 于 慢 性 粒 细 胞 白 血 病
Beclin 1蛋白 表 达 下 降,几 乎 检 测 不 到。 稳 定 转 染 Beclin 1促进了 细 胞 的 自 噬 活 性,从 而 抑 制 MCF-7 细胞株在体外的增殖,并且抑制 MCF-7在裸鼠中的 成瘤性,提 示 自 噬 活 性 与 抑 制 肿 瘤 细 胞 增 殖 有 关。 基因靶向小鼠模型 提 [2] 供了进一 步 的 证 据:Beclin 1 双等位基因 敲 除 后 可 致 小 鼠 胚 胎 期 死 亡,而 Beclin 1单等位基因突变小鼠自噬减少,肿 瘤 发 生 率 增 加, 包括 卵 巢 癌、肺 癌、肝 癌、淋 巴 瘤。 Hoyer-Hansen 等 发 [3] 现 恢 复 乳 腺 癌 细 胞 MCF-7 中 Beclin 1 的 正 常水平,可显著增加 EB1089(维 生 素 D 的 类 似 物), 诱导肿瘤细胞的自噬性死亡,而令人惊奇的是 Bec- lin 1完全缺失则肿瘤细胞不能增殖,他们 认 为 Bec- lin 1对控制肿瘤细胞 生 长 有 截 然 相 反 的 两 种 作 用: 一是 Beclin 1的正 常 表 达 增 加 对 自 噬 的 敏 感 度,二 是 Beclin 1对肿瘤 细 胞 的 增 殖 是 必 需 的。UVRAG (Beclin 1复合体的 组 成 分 子)能 活 化 Beclin 1 诱 导 自噬泡形成,在人类结肠癌 中 发 现 UVRAG 也 存 在 单等位 基 因 缺 失[4]。Bif-1(Endophilin B1)活 化 Ⅲ 型 PI3K 可诱导自噬,在 Bif-1缺失的小 鼠 也 出 现 了 散发的肿瘤 。 [5]
从酵母到哺乳动物均存在自噬的细胞保护机 制 ,在 正 常 组 织 细 胞 如 此 ,而 在 以 高 能 量 代 谢 为 特 征 的肿瘤中更是如 此。 当 细 胞 发 生 恶 性 转 化 时,内 环 境 的 稳 态 被 破 坏 ,在 肿 瘤 发 生 早 期 ,自 噬 可 能 发 挥 着 抑 制 肿 瘤 作 用 ,但 在 进 展 阶 段 ,肿 瘤 细 胞 持 续 分 裂 增 殖 ,癌 细 胞 利 用 自 噬 机 制 来 对 抗 营 养 缺 乏 和 缺 氧 ,这 在处于实 体 肿 瘤 内 部 血 供 不 良 的 癌 细 胞 中 尤 其 明 显,此时 自 噬 发 挥 的 是 促 进 肿 瘤 细 胞 生 长 存 活 作 用 。 [11] 在肿 瘤 形 成 初 期,肿 瘤 的 血 管 系 统 还 未 建 立,营养需求超过 供 给,甚 至 在 血 管 建 立 后,肿 瘤 局 部仍 处 于 缺 氧 和 低 糖 状 态 。 [12] 在 人 成 纤 维 细 胞 (MEF)等及肿瘤细 胞 系 中,1% 缺 氧 24~48 h 能 够 强烈诱导细胞自噬,野 生 型 细 胞 缺 氧 处 理 后 出 现 大 量 LC3-Ⅱ荧光颗粒,而 HIF-/- MEF 细胞则无 此 反 应 ;当 自 噬 基 因 沉 默 后 ,能 够 增 加 缺 氧 处 理 后 的 细 胞 死亡[13];Rouschop等[14]发 现 在 肿 瘤 缺 氧 部 位 较 非 缺氧部位 MAP1LC3-Ⅱ 的 表 达 上 升 了 平 均 235 倍 (33~7 096 倍),细 胞 缺 氧 时 自 噬 相 关 基 因 及 蛋 白 表达均明 显 上 调。Beclin 1-/- 或 Atg 5-/- 上 皮 细 胞或肿瘤自噬减少,暴 露 于 代 谢 压 力 下 的 区 域 细 胞 死亡增加;给予 PI3K 抑制剂及 RNA 干涉自噬基因 亦出现同样 结 果 。 [9] 与 正 常 细 胞 相 同,自 噬 的 细 胞 保护机制如清除受损细胞器、氧自由基、损伤 DNA、 蛋 白 聚 合 物 等 ,在 肿 瘤 细 胞 同 样 存 在 ,由 于 瘤 细 胞 的 代谢压力通常较大,自 噬 机 能 或 者 说 自 噬 潜 力 (Po- tential autophagic capacity or maximal attainable activity)很 可 能 较 正 常 细 胞 功 能 更 强 。
0 引 言 自噬(autophagy)是 真 核 细 胞 适 应 营 养 或 生 长
因 子 缺 乏 、低 氧 、内 质 网 应 激 等 有 害 刺 激 所 发 生 的 一 种应激反应,在维持 蛋 白 代 谢 平 衡 及 细 胞 内 环 境 稳 定中具有重要意义。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。从酵母至哺乳细胞都存在自噬机 制,在进化上高 度 保 守。 作 为 真 核 细 胞 的 一 条 主 要 的 代 谢 途 径 ,自 噬 能 在 生 物 能 量 代 谢 应 激 (如 营 养 缺 乏或内质网、线粒体 损 伤)时,通 过 降 解 病 损 或 老 化 的细胞质蛋白或细 胞 器,合 成 胞 内 营 养 物 以 维 持 细 胞进行基本生命活动所必需的能量供应和大分子物 质合成。
自 噬 可 能 与 肿 瘤 发 生 、进 展 、肿 瘤 血 管 形 成 等 均 有 关 系 ,但 在 肿 瘤 形 成 不 同 阶 段 发 挥 的 作 用 也 不 同 。
1 自 噬 与 肿 瘤 发 生 将自噬分子与肿瘤发生直接联系起来的证据来
自 Beth Levine[1]的实验室:他们在人类40%~75% 的散发乳腺 癌、卵 巢 癌 和 前 列 腺 癌 中 观 察 到 Beclin 1单等位基 因 缺 失;在 人 乳 腺 癌 细 胞 系 MCF-7 中,
诱导 DNA 双链 断 裂,变 异 细 胞 的 癌 基 因 活 化 同 时 又导 致 基 因 扩 增,DNA 含 量 增 加,通 过 自 噬 的 清 除 作用可减少突变 率,抑 制 癌 变。 而 自 噬 基 因 缺 失 致
自噬 活 性 下 调,DNA 损 伤 不 能 有 效 修 复,从 而 导 致 肿瘤的发生 。 [9]
抑癌 基 因 及 癌 基 因 对 自 噬 调 节 作 用 的 研 究,为
自噬与肿瘤发生 提 供 了 间 接 的 证 据。 抑 癌 基 因 (如
PTEN,TSC1/TSC2,P53,DAPK 等 )都 可 诱 导 自 噬,而癌基 因 如 (Akt,Ras,Bcl-2)具 有 抑 制 自 噬 作 用 。 [6]
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