2018, Vol. 45扩展功能
文章信息
- 冯帆, 王亚雨, 张健, 衡雪源
- 自噬在胶质瘤治疗中的进展
- 国际神经病学神经外科学杂志, 2018, 45(5): 507-510
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文章历史
收稿日期: 2018-07-05
修回日期: 2018-09-27
, 2. 临沂市人民医院神经外科, 山东 临沂 276000
自噬(autophagy)是一类细胞内物质降解的代谢过程，待降解的细胞内物质(损伤的、错误折叠的以及无功能的蛋白质)首先被自噬小泡包裹，随后被溶酶体中的水解酶降解[1-3]。目前公认的两种自噬调节通路分别为泛素化途径以及泛素非依赖途径。在泛素化途径中，通过ATG5与ATG12以及ATG8与磷脂酰乙醇胺(PE)发生泛素化连接，进而使特异性受体通过LC3反应域与酶作用底物相结合从而激活自噬[3-5]。在泛素非依赖途径中，部分特异性受体(如NIX、FAM134B)也可直接与LC3的反应域(LIR)结合，启动自噬。研究发现微管相关蛋白轻链3(LC3)参与了自噬的发生，并被证明是哺乳动物细胞中常见的自噬体标记蛋白之一[4]。细胞中自噬通路异常改变可使胞浆中受损的细胞器以及损伤的蛋白质聚集，最终影响细胞的物质代谢导致疾病的发生。例如：自噬受体P62/SQSTM1的聚集可使NF-KB以及Nrf2通路激活进而导致肿瘤的发生等[5]。
2 自噬与肿瘤的发生自噬与肿瘤的关系是复杂的。一方面，自噬可通过维持应激状态下肿瘤干细胞的细胞表型，使其长期保持分化增殖特性，从而导致肿瘤的发生[6, 7]。自噬也可以通过调控肿瘤微环境，为肿瘤细胞提供营养物质从而促进肿瘤细胞的增殖。Lyssiotis等人[8, 9]通过将胰腺星形细胞(可分泌细胞基质)与胰腺癌细胞共同培养，发现星形细胞中自噬通路激活，产生大量的丙氨酸，为线粒体代谢提供原料，促进胰腺癌细胞的增殖。另一方面，也有研究证据表明自噬可作为肿瘤抑制剂。He等人[10]发现自噬相关蛋白UVRAG在大肠癌中表达下调，通过抑制自噬从而促进了肿瘤的发展，同时也使化疗敏感性下降。自噬在肿瘤发展中展现的双重作用，目前已成为了肿瘤治疗的新突破口。
3 自噬在胶质瘤中的双重作用自噬发生于肿瘤进展的不同阶段，近来越来越多的证据表明自噬在促进胶质瘤增殖以及抑瘤方面均发挥了重要作用[11, 12]。在促瘤方面，胞质被自噬体吞噬可作为“生物燃料”促进胶质瘤细胞的增殖，同时在细胞应激状态下(饥饿、放疗、化疗)，自噬也可抑制肿瘤细胞崩解，维持细胞内物质合成和代谢从而起到了一种“肿瘤细胞保护作用”[13]。在抑瘤方面，自噬可使原癌基因发生突变，使胶质瘤细胞核纤层降解，细胞衰老进而发挥抑瘤作用(致死性自噬)。此外，自噬作用的发挥同时取决于细胞所处的环境、细胞的活性以及细胞应激时所激活的信号转导通路[14]。
3.1 致死性自噬 3.1.1 自噬的抑瘤作用与机制脑组织通过自噬可抑制细胞内的损伤蛋白集聚，同时可以上调P62/SQSTM1以及泛素化作用来阻止线粒体损伤，维持正常脑组织的代谢[15]。胶质瘤中活性氧(ROS)水平上调，可激活ERK1/2通路，促使细胞发生致死性自噬以及凋亡，抑制胶质瘤的生长[16]。当葡萄糖调节蛋白(GRP78)上调、同时CHOP/eIF2a磷酸化时，可激活AKT/mTOR/p70S6b通路，使胶质瘤发生自噬性死亡；如果自噬阻滞，该通路的激活可将细胞的致死性自噬转变为凋亡，仍可促进胶质瘤细胞发生死亡[17]。有趣的是，Shin等人[18]在PTEN缺失的U87MG细胞系中也证明，抑制PI3K/AKT/mTOR通路也可通过自噬来导致胶质瘤细胞的死亡。之前研究也表明Beclin-1/ LC3-Ⅱ(自噬相关蛋白)在胶质瘤中的表达与胶质瘤患者的生存期呈正相关[19]。此外，通过敲低自噬相关基因(ATGs)可使自噬蛋白P62上调，从而促进正常脑细胞的死亡，DNA双链损伤、慢性炎症，激活原癌通路促进胶质瘤的发生[20]。越来越多的证据表明自噬与胶质瘤的发生密切相关。
3.1.2 基于抑瘤作用研究的胶质瘤治疗方案肿瘤的致死性自噬已成为目前治疗胶质母细胞瘤的热门方向。Walker等[21]证明，长期应用三环类抗抑郁药(TCAs)——丙米嗪(IM)可通过激活自噬过程，进而降低胶质母细胞瘤的发生率。Shchors等[22]人在其基础上通过丙米嗪(IM)与抗凝药物噻氯匹定(TIC)联合应用，通过抑制鸟嘌呤受体P2Y12阻断了单用丙米嗪产生的负反馈抑制作用，使AC-CAMP-EPAC1自噬通路进一步激活，提高了胶质母细胞瘤患者的治疗效果。Pallichankandy等人[16]的体外实验也证明了血根碱(SNG)可使促使胶质瘤细胞线粒体氧化呼吸链产生大量H2O2/ROS，从而使MAPK下游的ERK1/2通路磷酸化激活，导致细胞发生致死性自噬，抑制胶质瘤的生长。
3.2 胶质瘤“自我保护”性自噬 3.2.1 自噬的促瘤作用以及机制人体细胞中RAS原癌基因突变在肿瘤中较为常见，其通过影响GTP水解导致细胞发生损伤[23]。自噬可引发糖酵解反应，通过Ras介导的原癌基因转化进而促进胶质瘤细胞的增殖[24]。之前已有实验证明当胶质瘤细胞处于缺氧微环境时，自噬可使细胞发生免疫抑制，包括抑制T淋巴细胞毒性介导的肿瘤细胞溶解，以及抑制NK细胞介导的细胞凋亡，从而促进胶质瘤的发生与发展[25]。Dolma等人[25]的体外实验发现，抑制中枢神经系统(CNS)多巴胺D4受体(DRD4)，进而抑制PDGFR-b介导的ERk1/2通路以及mTOR通路的激活，可抑制自噬最后阶段自噬体与溶酶体融合降解，抑制自噬潮(autophagy flux)，促进胶母源性神经干细胞(GNS)发生凋亡。此外，自噬这种“自我保护“作用也是胶质瘤化疗耐药性产生的主要机制，也是目前临床上胶质瘤术后治疗的巨大困难与挑战。
3.2.2 自噬与胶质瘤化疗耐药机制烷化剂替莫唑胺(TMZ)是目前治疗胶质瘤最有效的化疗药物[26-28]。研究表明，随着化疗剂量的增加，胶质瘤细胞可通过O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶(MGMT)修复TMZ对细胞造成的甲基化损伤，从而产生TMZ耐药[27]。在应用TMZ基础上可通过激活多种通路来激活GBM细胞发生自噬。Chen等人[28]在体外实验中证明了TMZ抑制GBM8901细胞系增殖，但同时其可激活AMPK进而抑制AKT/mTOR通路来激活自噬，产生TMZ的耐受。Lin等人[29]将U87MG/BGM840细胞系暴露于不同浓度TMZ环境中，发现细胞中发生了内质网应激反应，同时JNK/钙离子通路激活诱导自噬发生，下调了TMZ的抑瘤效果。另外，ERK通路激活诱导大量氧自由基产生，亦参与了自噬介导的TMZ耐药。
3.2.3 基于自噬“自我保护”作用研究的耐药胶质瘤治疗方案TMZ耐药的产生是GBM临床治疗上的巨大挑战，也是GBM复发的主要原因，氯喹(CQ)/巴弗洛霉素A1(BafA-1)作为自噬抑制剂，通过抑制自噬最后阶段LC3Ⅱ的降解，从而抑制自噬。Filippi-Chiela等人[30]证实了CQ/BafA-1可以克服自噬介导的TMZ耐药。在U251/U87MG中，敲低自噬调节基因ATG5，通过抑制自噬体的形成，可反转胶质瘤的耐药[29]。Jalota等人[31]的体外实验结果表明在U87MG/A172/LN222/GBM8401细胞系中，2-脱氧葡萄糖与TMZ联合应用，可抑制自噬从而提高胶质瘤对TMZ的敏感性。但最近的研究表明，敲低AKT3-PI3K通路，通过进一步上调自噬，使细胞周期发生阻滞，也可以提高TG98GBM细胞系对TMZ以及BCNU(卡莫司汀)的敏感性。此外，Stojcheva等[32]也证明了凋亡抑制剂BIM通过靶向敲低miR-138，增强胶质瘤细胞的自噬反应，从而抑制了胶质瘤细胞对TMZ的耐药。
4 讨论及展望目前越来越多的研究表明自噬的双重作用主要取决于肿瘤的类型，肿瘤细胞的活性及所处的微环境，因此在胶质瘤中我们可以通过促进胶质瘤细胞发生致死性自噬，或抑制诱导TMZ耐药性产生的保护性自噬来提高胶质瘤的治疗效果，尤其是复发型胶质瘤。
近年来的研究表明，胶质瘤术后应用TMZ治疗会激活自噬产生TMZ耐药，然而当我们通过调节信号转导通路使自噬反应进一步加剧时，自噬会诱导胶质瘤细胞发生凋亡，该发现也为耐药胶质瘤治疗方案的研究打开了新思路。此外，免疫疗法在胶质瘤治疗领域中迅速兴起，其具体机制涉及溶瘤病毒、细胞周期阻滞、T细胞嵌合基因受体的调节、自噬通路的改变等[33]。免疫疗法与自噬的关系有望在将来的研究中加以论证。自噬在胶质瘤中发挥的作用是复杂的，理清目前已发现的自噬调节通路，发现新的通路并在其基础上研究新的治疗方案有可能作为今后胶质瘤领域研究的重点之一。
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