自噬与肿瘤的关系及抗肿瘤药物

自噬与肿瘤的关系及抗肿瘤药物

张庆余任皓刘洁朱润芝

广东医学院附属医院肝胆外科研究室

湛江市肝胆相关疾病重点实验室

摘要：自噬是将细胞内受损、变性或衰老的蛋白质以及细胞器运输到溶酶体进行消化降解的过程.正常生理情况下，细胞自噬利于细胞保持自稳状态;在发生应激时，细胞自噬防止有毒或致癌的损伤蛋白质和细胞器的累积，抑制细胞癌变;然而肿瘤一旦形成，细胞自噬为癌细胞提供更丰富的营养，促进肿瘤生长.因此，在肿瘤发生发展的过程中，细胞自噬的作用具有两面性.对于细胞自噬和肿瘤发生之间的关系有待深入的研究，这将会有助于人类更好地认识并最终攻克肿瘤。

关键词：肿瘤，自噬，抗肿瘤药物

Abstract:Autophagy is the major intracellular degradation system by which cytoplasmic materials (denatured protein, damaged organelles) are delivered to and degraded in the lysosome to maintain homeostasis. Once carcinogenesis rising up, autophagy would be also employed by cancer cells. Autophagy plays an important role in cancer cells– both in protecting against cancer as well as potentially contributing to the growth of cancer. However, autophagy can also contribute to cancer by promoting survival of tumor cells that have been starved. The relationship between autophagy and tumorigenesis need to be further researched, which will help humanity better understand and ultimately overcome the cancers.

Keywords: Tumor, Autophagy, Anti-tumor drug

1 细胞自噬的概念

1.1 自噬的基本概念

传统的细胞死亡方式分类包括细胞坏死和细胞凋亡2种，后者又称为程序性细胞死亡，而新近的研究发现，除坏死和凋亡之外还存在其他细胞死亡方式，例如自噬[1] 。

细胞自噬是真核生物中进化保守的对细胞内物质进行周转的重要过程。该过程中一些损坏的蛋白或细胞器被双层膜结构的自噬小泡包裹后，送入溶酶体(动物）或液泡（酵母和植物）中进行降解并得以循环利用。细胞自噬最早由Ashford和Ponen于1962年用电子显微镜在人的肝细胞中观察到，是细胞中初级溶酶体处理内源性底物的重要过程，同时参与维持蛋白代谢平衡及细胞内环境的稳定，其在清除废物、结构重建以及细胞生长发育中起重要作用[2]。自噬存在于真核细胞的病理生理过程中，近年随着对自噬研究的不断深入，其在肿瘤中的作用日渐引起广泛关注。目前研究表明自噬功能异常在肿瘤发生、发展中均扮演重要角色[3] 。在生物进化中，细胞自噬是一种保守的过程，从酵母到植物细胞再到哺乳动物，都存在这样的过程，并且其中的很多调节因子在多个生物种中都能找到其同源体[4]。

1.2 与自噬相关的重要细胞器——溶酶体

损坏的蛋白或细胞器在体内降解主要有泛素-蛋自酶体途径（UPS）和溶酶体途径（细胞自噬）。UPS和自噬在降解过程、机制、亚细胞定位、降解底物、系统活性等方面均有区别，细胞自噬是UPS受损时的代偿途径，细胞自噬可以在UPS抑制时激活；细胞自噬的长期抑制可导致UPS功能受损，但UPS不能代偿细胞自噬被抑制的功能[5] 。本文主要讨论溶酶体途径。

自噬是细胞对持续性内外刺激的非损伤性应答反应，以维持细胞结构、代谢和功能的平

衡。根据底物进入溶酶体途径的不同，可将自噬分为巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬等三类[9]。巨自噬和微自噬过程都产生自噬体，但是，巨自噬形成的自噬体较大。分子伴侣介导的自噬无自噬体形成[6] 。虽然广义上的自噬包括巨自噬(巨自噬又分为依赖Atg5和Atg7的传统途径及依赖Rab-9的非传统途径两种[7])、微自噬和分子伴侣介导的自噬三种类型，通常所说的自噬即指巨自噬，也是目前研究最多的[8] 。以巨自噬为例，细胞自噬相关基因主要是指一系列的Atg基因，包括在细胞自噬调节中与自噬小体形成相关的基因，影响溶酶体清除自噬小体的基因，细胞自噬调节所必需的基因，自噬小体隔离、运动、成熟相关的基因，以及调节细胞自噬和其他细胞活动的基因等[9]。

1.3 自噬发生的过程

自噬体发生过程可分为：自噬体的诱导，形成，运输及裂解。[10]其中自噬体的形成依赖于两个泛素样结合系统—Atg12 /Atg5和Atg7 /Atg8系统。[11]并可将自噬过程大致划分为四个主要阶段:a. 分隔膜的形成:在应激或饥饿状态下，内质网膜凹陷形成杯状的双层结构分隔膜，开始在待降解物周围包绕形成自噬体萌芽。b. 自噬体的形成:分隔膜继续延伸，将待降解物完全包绕并与细胞质隔离形成自噬体。c. 自噬体的运输与融合:自噬体形成以后，会将包裹物运输至溶酶体，再与溶酶体相融合形成自噬溶酶体。d. 自噬体的裂解:自噬溶酶体形成后，待降解物先经囊泡酸化，当pH达到所需值后最终被溶酶体中多种蛋自酶降解，其降解产生的小分子物质在细胞内可以被再循环利用。[12]

2.自噬的功能

2.1 自噬的基本功能

细胞白噬的生理功能主要包括四个方面:a. 白噬是细胞对代谢应激和环境变化的适应性反应。代谢应激是营养缺乏、缺氧、生长因子损耗等因素导致的，因能量供应不足而引起的应激反应，此时机体动员自身储备，增加能量和营养供应，同时一些细胞因供能不足或为保护机体可能发生坏死、凋亡等。自噬作用的降解产物氨基酸、核苷酸、游离脂肪酸等可进人物质能量循环，满足应激条件下细胞和有机体代谢的需求。例如自噬可以在细胞处于缺血缺氧等饥饿状态时从分解产物中获得能量。大量研究表明增强的自噬促进了细胞在缺血缺氧等饥饿状态下的存活。[13]b. 自噬作为细胞保持稳态的管家机制，有处理废物的功能。它可去除丧失功能的细胞器、大分子以及细胞质内成分，防止异常蛋白质累积，并可去除细胞内病原体，由此对蛋白质和细胞器进行质量控制。这对于对抗衰老、癌变、神经退行性病变、感染等有重要的意义。c. 自噬可能通过处置受损的线粒体和过氧化物酶体而抑制活性氧簇(ROS)的产生，减少DNA损伤和染色体不稳定性，因此，可能具有细胞保护作用。d. 自噬作为程序性细胞死亡的一种，可在细胞无法继续维持自身生存时诱导细胞主动性死亡。[14] 自噬桥接了先天和适应性免疫系统，自噬功能障碍与炎症,感染、神经退行性病变和癌症等均有关联。[2]

2.2 自噬与肿瘤

近期的研究发现，自噬作用在肿瘤的形成中起着重要作用[15]。正常生理情况下，细胞自噬利于细胞保持自稳状态；在发生应激时，细胞自噬通过：a.限制染色体不稳定性,从