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【详述】为何自噬对癌症具有两面性？【详述】为何自噬对癌症具有两面性？原创 2017-12-27 在所有真核细胞中，自噬（autophagy）在正常生长条件下以基础速率发生，参与降解和去除受损的、死亡的或多余的细胞器以及错误折叠的蛋白质。这些“废物”被捕获在称为“自噬体”的双膜囊泡中，并被递送至溶酶体进行降解，氨基酸和糖等降解产物被释放到细胞质中。自噬体（autophagosome）的形成，自噬体的成熟，自噬体与溶酶体（lysosome）融合形成自噬溶酶体（autolysosome），内容物的降解以及降解物随后释放到细胞质中的所有自噬步骤被统称为自噬流（autophagic flux）。有两种自噬：非选择性自噬和选择性自噬。非选择性自噬是吞噬一部分细胞质作为内容物，将其包装到自噬体中，并将其递送到溶酶体进行降解。选择性自噬，顾名思义，就是识别一种特定的内容物，如受损的细胞器、蛋白质聚集体、细胞内病原体等。图 1 自噬的过程。自噬的过程始于吞噬组装部位（PAS）的初始隔离膜。隔离膜膨胀，捕获错误折叠的蛋白质、死亡或损坏的细胞器等废物，然后隔离膜的两端连接形成自噬体。然后自噬体与微管一起向溶酶体移动以进行融合，即形成自噬溶酶体。在自噬溶酶体中，自噬体内容物被溶酶体酶降解，降解的生物分子被循环回到细胞质。（一）自噬的作用（一）自噬的作用 维持细胞稳态维持细胞稳态 在非应激环境下，基础自噬通过清除或更新错误折叠的蛋白质，蛋白质聚集体和损伤的细胞器来维持细胞内稳态。自噬的这种持家功能是非常重要的。例如，在神经元中，蛋白质聚集体和受损细胞器的积聚是由于自噬流的失调而发生的，导致几种神经变性疾病，例如阿尔茨海默病，帕金森病，肌萎缩性侧索硬化症等。协调应激反应协调应激反应 细胞处于应激环境时，如营养饥饿、氧化应激、缺氧或感染，自噬起到细胞保护或适应性作用。在营养饥饿期间，自噬分解大分子，如 DNA/RNA，碳水化合物，蛋白质和甘油三酯。分解产生的核苷，氨基酸，糖和游离脂肪酸可提供营养和能量。自噬可以捕获入侵的病原体并将它们递送到溶酶体降解，也通过选择性隔离和清除受损的线粒体来减少 ROS 损伤。（二）自噬的转录和表观遗传调控（二）自噬的转录和表观遗传调控 最近发现自噬的转录激活因子是转录因子 EB（TFEB），也被称为溶酶体基因的主要调节因子。TFEB 在饥饿时转移到核中，增强了几种自噬和溶酶体基因的表达。锌指家族 DNA 结合蛋白 ZKSCAN3，抑制大量自噬和溶酶体基因的表达，包括 LC3和 WIPI2。此外，有报道指出 FOXO1，HIF1 和激活转录因子 4（ATF4）是自噬基因的转录激活因子，而 -catenin 和 STAT1 是转录抑制因子。表观遗传机制通常通过组蛋白的翻译后修饰（磷酸化，甲基化，乙酰化等）来调节基因表达以激活或阻遏转录。在这种情况下，已经报道了几种可以增加或减少自噬流的组蛋白修饰。调节自噬基因表达的组蛋白标志之一是 H3R17 二甲基化。在葡萄糖饥饿期间，AMPK 被激活，导致 SKP2-SCF E3 泛素连接酶复合体的下调。其稳定 CARM1，稳定的 CARM1 带来全面的 H3R17 二甲基化，这对自噬诱导是必不可少的。鞣花酸，一种阻断 CARM1 介导的 H3R17 二甲基化的多酚，可以阻止自噬诱导。脱乙酰酶 Sirtuin1（SIRT1）对组蛋白 H4K16 的去乙酰化与自噬诱导有关。SIRT1 也使核 LC3 脱乙酰化，使其移动到细胞质中，从而参与自噬。两种甲基转移酶 G9a 和 EZH2 在营养丰富条件下引起自噬的负表观调控。G9a 二甲基化 H3K9并直接抑制自噬基因，EZH2 三甲基化 H3K27 抑制 mTOR 的负调控因子，如 TSC2。因此，活化的 mTOR 使自噬通量保持在基础水平。图 2 自噬在癌症中的两面性。自噬维护基因组完整性以防止导致肿瘤发生的突变。在原发性肿瘤细胞中，它可以防止坏死和转移。过度的自噬也可能是凋亡抗性癌症的替代性死亡机制。在从细胞外基质分离的肿瘤细胞中，自噬阻止失巢凋亡并使其存活。它有助于肿瘤细胞克服氧气和营养素的缺乏，对其代谢进行重新编程。（三）自噬在癌症中的双重作用（三）自噬在癌症中的双重作用 自噬决定肿瘤细胞命运取决于癌症的类型，阶段和遗传背景。自噬通过去除错误折叠的蛋白质，受损的细胞器和 ROS 而发挥细胞保护作用，从而限制导致异常突变并最终导致癌症的基因组损伤。然而，随着癌症的发展，自噬的减轻应激的特性被肿瘤细胞所劫持，以满足肿瘤存活和快速增殖所必需的高代谢需求。1.1.自噬的肿瘤抑制作用自噬的肿瘤抑制作用 具有自噬相关基因 beclin1 的单等位基因缺失的小鼠发生自发性肿瘤。在乳腺癌，卵巢癌和前列腺癌中有 4075也发现了等位基因 beclin1 的丢失。因此，证据表明 Beclin-1 是肿瘤抑制因子。已知 Beclin-1 通过进化保守结构域结合并激活 Vps34 诱导自噬。Beclin-1 与 Vps34 结合的这个结构域也是其肿瘤抑制活性所必需的。自噬促进蛋白 Beclin-1 调节肿瘤抑制功能的另一机制是通过其调节因子如 UVRAG 和 Bax 相互作用因子-1（Bif-1）。UVRAG 和 Bif-1 都能作为 Beclin-1的正调控因子，增强 Beclin-1 和 Vps34 之间的结合，导致自噬增加。在包括结肠癌，胃癌，乳腺癌，前列腺癌和膀胱癌的几种癌症中已经观察到单一的 UVRAG 缺失或突变以及 Bif-1 的表达降低。缺乏 Atg5 和 Atg7 的小鼠由于线粒体损伤和氧化应激而发生肝肿瘤。另一个作为肿瘤抑制因子的候选自噬蛋白是 ATG4C，它通过加工 LC3/ATG8 来介导自噬体的形成。然而，ATG4 作为肿瘤抑制因子的作用相对于 ATG5 和 ATG7 的作用较弱。PI3K/Akt 通路的几个成员的失调也在自噬和肿瘤发生的损伤中起重要作用。最近发现 PTEN 在 HT-29 在结肠癌细胞中促进自噬。这种磷酸肌醇的磷酸酶活性抑制Akt 通路，从而诱导自噬。因此，PTEN 基因的功能缺失突变或 Akt 的组成型激活导致自噬活性的抑制。这些证据表明，自噬是抑制肿瘤发生的重要机制，并且当受到损害时，可能导致肿瘤发生。2.2.自噬的肿瘤促进作用自噬的肿瘤促进作用 自噬保护肿瘤细胞免受代谢应激诱导的坏死。自噬介导的大分子降解导致基本构建块的再循环，这促进了癌细胞代谢的升高。此外，低氧引起 HIF-1 依赖性和非依赖性自噬诱导（缺氧），这也有助于肿瘤的存活。因此，不令人吃惊的是，药物性自噬抑制或基因敲除必需的自噬基因可导致肿瘤细胞死亡。例如，小鼠遗传学研究表明，自噬基因 FIP200 缺失可以减少乳腺肿瘤的生长。具有激活 HRAS或 KRAS 突变的癌症在很大程度上依赖于自噬，甚至在生长条件下也具有高的基础自噬速率。在这些细胞中通过遗传学和药理学手段抑制自噬已经显示胰腺癌异种移植物和遗传小鼠模型中的肿瘤消退。因此，通过增强应激耐受性并为癌细胞提供大量营养和能量需求的替代途径，自噬被广泛认为是肿瘤细胞存活的机制。图 3 癌症中与自噬有关的基因突变。该图描述了不同自噬步骤的自噬基因。以绿色描绘的基因是经鉴定在肺癌，肝癌，结直肠癌，乳腺癌，卵巢癌，胰腺癌和前列腺癌的 TGCA 阵列中突变的基因。非突变基因以黄色表示。（四）自噬是癌症治疗的靶标（四）自噬是癌症治疗的靶标 1.1.自噬抑制剂自噬抑制剂 增强的自噬被认为是肿瘤细胞适应生存和获得抗化疗的机制。在这种情况下，通过遗传或药理手段抑制自噬已经被广泛地证明使肿瘤细胞对抗癌治疗敏感。自噬的小分子抑制剂既可以单独使用，也可以与抗癌药一起联合使用。已经显示通过敲除 Atg5，Atg7 或者 beclin1 对自噬功能进行遗传消融可以恢复 ER 阳性乳腺癌细胞获得的他莫昔芬抗性。自噬抑制剂 3-Methyladenine(3-MA)和曲妥珠单抗组成的 HER2 阳性乳腺癌细胞联合治疗可以提高化疗的疗效。在卵巢癌细胞中高水平的自噬也与顺铂耐药有关，并且这些细胞中的 Atg5 缺失诱导凋亡性细胞死亡。在目前的情况下，Chloroquine(CQ)/Hydroxychloroquine(HCQ)是 FDA 批准用于临床试验的唯一自噬抑制剂。CQ 是通过影响溶酶体酸化来抑制自噬体-溶酶体融合的抗疟疾药物。HIF-1诱导的自噬使得胶质母细胞瘤细胞对抗血管生成药物贝伐单抗具有抗性，其可以通过 Atg7 缺失或 CQ 处理来恢复。通过 3-MA 或者beclin1 缺失抑制自噬可以使肝癌细胞对化疗敏感。CQ 治疗 HT29 结肠直肠癌细胞使其对抗血管生成和 DNA 损伤化疗药物敏感。有大量的例子说明自噬抑制剂与抗癌药物配合使用时，可以使化学耐药细胞敏感，并增强细胞凋亡性死亡，最终抑制肿瘤的存活。这些发现具有巨大的临床意义，因为肿瘤获得性耐药是癌症化疗的最大瓶颈。2.2.自噬诱导剂自噬诱导剂 大多数用化疗药物治疗的细胞表现出自噬诱导。自噬诱导是肿瘤细胞存活的最后一次尝试，可以通过自噬抑制剂与化学治疗药物的联合疗法来解决。然而，细胞毒性药物治疗或自噬诱导剂的过度自噬诱导也可能导致自噬性细胞死亡。mTOR 抑制剂雷帕霉素类似物如替西罗莫司和依维莫司单独或与化疗药物联用，通过诱导细胞周期阻滞和过度自噬（其可能是肿瘤细胞死亡的原因）在套细胞淋巴瘤和急性淋巴细胞白血病中显示抗增殖作用。HDAC 抑制剂也表现出诱导自噬的潜力，作为其抗癌作用之一。尽管目前的临床重点是将自噬抑制剂与化疗/细胞毒性药物结合使用，但自噬在起始阶段抑制肿瘤生长的矛盾作用以及过度自噬是否会导致细胞死亡仍应被考虑在内。