曹乾乾刘宇李文辉束余声

细胞自噬在食管癌研究中的进展

曹乾乾1，2刘宇1李文辉1束余声1

细胞自噬（autophagy）是一个在各种外界因素影响下，真核细胞通过溶酶体降解其内部受损的细胞器、错误折叠的蛋白质和侵入其内的病原体并产生可以重新参与生命活动的物质和能量的生物学过程，在维持机体内环境稳定等方面发挥着重要的作用。目前，我国食管癌患者的发病率和病死率均远高于世界平均水平，放化疗联合靶向药物治疗已逐渐应用于食管癌的临床治疗，而这些新兴治疗措施与细胞自噬有着一定的关系。该文就细胞自噬在食管癌发生发展中的作用和调控机制进行综述。

细胞自噬； 食管癌； Beclin1

作为一个被细胞自噬相关基因（autophagyregulating genes，ATGs）严格调控和高度进化保守的过程，自噬在细胞的生长、发育和包括肿瘤在内的疾病发生中起着重要的作用［1-2］。为了维持机体内环境稳定，真核细胞内的某些成分需要在溶酶体中进行程序性降解。与细胞凋亡不同的是，自噬是一种胱冬肽酶非依赖性的程序性细胞死亡［3］，因此又被称为Ⅱ型程序性死亡。本文所指的自噬即为巨自噬［4］。

食管癌是发生在食管上皮组织的恶性肿瘤，占全身所有恶性肿瘤的2%，是全球六大致死性肿瘤之一。食管癌手术切除5年生存率仅为25%～30%，尽管近些年来医学技术飞速发展，中晚期食管癌放疗后5年生存率也不超过30%。相对于手术和放化疗这样的传统治疗手段，放化疗联合靶向药物治疗已经逐渐应用于临床，例如酪氨酸激酶抑制剂（tyrosine kinase inhibitor，TKI）类药物、内皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）单克隆抗体、抗血管生成治疗。有意思的是，这些新兴治疗措施都或多或少地与细胞自噬有着一定的关系。多位学者也对发现新的食管癌相关生物标志物有着浓烈的兴趣。

一、肿瘤中自噬调节的主要信号通路

一般认为细胞自噬的发生主要经历诱导、运载物的识别和包装、囊泡成核、囊泡扩展和闭合、Atg蛋白循环、囊泡与液泡或溶酶体融合、囊泡分解等过程。细胞自噬发生与调控是一个复杂的过程，目前确凿的证据证明，PI3K/AKT/mTOR和LKB1/AMPK/mTOR是自噬过程的主要上游调节通路，无论在生理或者病理条件下，它们都对细胞的生存和生长起着至关重要的作用［5］。这两条通路既相互联系又独立存在。研究表明，正是由于PI3K/Akt/mTOR途径的特殊作用，最终使肿瘤细胞在竞争性生长、转移、血管生成和抵抗治疗等方面具有了绝对的优势。因此，这条合成通路被认为是未来抗肿瘤药物发展的新方向。最新研究表明，siRNA通过抑制mTOR途径可以提高食管癌细胞对顺铂的敏感性［6］。因此，在今后食管癌相关研究中将会更多地关注到mTOR途径变异和这些变异对于mTOR途径的影响。在大部分食管鳞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）组织中，mTOR磷酸化也出现了高度表达的趋势，并伴有缺氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）的上调，这一结果被认为与肿瘤发展有关［7］。这在TRIM44相关肿瘤的研究中也得到了类似的结果［8］。与此同时，借助于越来越普遍的肿瘤基因测序和功能性研究，能够改善患者生存率的个体化治疗方案可能在不远的将来实现。无论是早先的雷帕霉素，还是如今的西罗莫司、依维莫司等，这些mTOR途径抑制剂无疑已经开辟了抗肿瘤药物的新时代［9］。

二、自噬相关基因在食管癌发生发展中的作用

与酵母自噬基因Atg6同源，beclin1是人类BECN1基因所编码的蛋白质，可以参与自噬体的形成、肿瘤的发生发展和神经变性［10］。如同细胞自噬在肿瘤的发生发展中发挥着双重作用［11］，beclin1对于肿瘤似乎也有着看似互相矛盾的表达水平和功能，而不仅仅是一种抑癌基因。具体作用可能与肿瘤类型、分期和发展阶段有关。例如，在消化道肿瘤中，beclin1的表达水平就有较大差异。在食管腺癌、肝癌、胆管癌和胰腺癌中，beclin1的表达水平和细胞自噬的活动被明显抑制［12-14］；恰恰相反，对于胃癌和结肠癌患者，其表达水平又是升高的［15-16］。这些研究均强调样本数目和检测项目的限制可能带来有偏差的结果，所以我们期待这方面的Meta分析结论。

通常认为细胞自噬的激活有助于肿瘤内血管的生成，但在一定条件下，自噬也可以抑制血管生成。有学者研究一种用于检测自噬活性的分子标志物LC3的临床意义及其与ESCC患者血管生成之间的关系，结果发现肿瘤LC3的阳性表达诱导细胞自噬，并在ESCC的早期阶段抑制血管生成和肿瘤浸润，同时LC3的表达水平可能用于预测肿瘤的恶性程度和患者的预后［17-18］。

在食管癌细胞系KYSE30中，作为自噬失活的标志物，热休克同源蛋白70（heat-shock cognate protein 70，Hsc70）参与了非典型蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）与LC3形成复合物的过程。PKC的敲除可以促进自噬从而降低Hsc70水平，因此可以提高细胞对于氧化应激诱导的细胞凋亡的敏感性。因此可以推测PKC的阳性表达有助于在氧化应激环境中保护肿瘤细胞。而氧化应激对于肿瘤细胞也有着双重作用：低强度的氧化应激可以激活原癌基因，而高强度则导致细胞死亡或衰老［19-21］。

值得一提的是，Rab25和Rab37在食管癌中也发生特异性表达，通过介导FAK-Raf-MEK1/2-ERK信号，Rab25被认为在食管癌的发生、发展及血管生成中发挥一定的调节作用［22-23］。异戊烯基Rab受体1域家族成员3（PRAF3）是一种包含有异戊烯基Rab受体的微管相关蛋白（相对分子质量为21 600）。与正常组织相比，PRAF3在ESCC中的表达水平显著降低，这与相关的病理分级、肿瘤分期、淋巴结转移等临床特点有关。此外，PRAF3的过表达可能诱导细胞凋亡和抑制ESCC细胞的浸润和转移［24］。此外，激活与细胞自噬相关的胰岛素/胰岛素样生长因子1（insulin like growth factor 1，IGF-1）信号通路可能与Barrett食管的细胞增殖和癌变有关［25］。S6K1激酶能够将作用于Hh信号通路的GLI蛋白磷酸化，从而提高后者在食管腺癌中的转录活性和致癌作用［26］。

三、细胞自噬对肿瘤的双重作用

目前的研究普遍认为，细胞自噬对于肿瘤来说是一把双刃剑，即具有促进和抑制肿瘤发生发展的双重作用，这可能取决于肿瘤类型、发展阶段和遗传背景［27］。尽管已有可靠的遗传学证据表明，细胞自噬在肿瘤的发生过程中主要起着抑制作用，但是也有权威研究认为，在肿瘤应对营养饥饿和缺氧等一系列问题之时，自噬又担当了一定的辅助角色［28］。细胞自噬也同时具有促进或者抑制肿瘤转移的作用。一方面，在肿瘤转移的早期，自噬能够通过抑制坏死和炎症反应的发生来限制起始于原发部位的肿瘤细胞浸润和传播；另一方面，一旦肿瘤细胞完成在远处的转移，自噬可能会帮助肿瘤细胞摆脱应激环境，以此来促进肿瘤的转移［29］。

1.细胞自噬对肿瘤的抑制作用：研究表明，细胞自噬缺陷会引起某些大分子物质和细胞器（尤其是线粒体）的累积，进而诱导氧化和内质网应激、DNA损伤和染色体的不稳定。因此，自噬缺陷最终与致癌基因突变的积累和肿瘤易感性的增加相关联［3031］，进而推测激活细胞自噬可能有助于减少肿瘤的发生。一些肿瘤抑制蛋白可以促进细胞自噬的激活，例如紫外线抵抗相关基因（ultraviolet radiation resistance-associated gene，UVRAG）和p53。UVRAG通过在非同源末端连接系统（nonhomologous end joining，NHEJ）结合并激活DNA依赖性蛋白激酶（DNA-dependent protein kinase，DNA-PK），然后促进DNA双链断裂后的修复。所以UVRAG的损伤增加基因的不稳定性和细胞的放射敏感性［32］。作为一个可以与beclin1基因结合的自噬相关分子，UVRAG在参与上调Ⅲ型PI3K/VPS34复合物的同时，也被认为参与自噬体的产生、成熟、内吞转运、抑制增殖以及体内致瘤性。肿瘤抑制基因p53是肿瘤细胞生长和增殖的主要调节器。响应于各种应激信号，p53的激活和转录诱导多种靶位基因，包括参与控制细胞周期进展、DNA修复、衰老、凋亡、自噬细胞和肿瘤细胞代谢的蛋白编码和非蛋白编码基因，参与控制细胞周期进展、DNA修复、衰老、凋亡、自噬细胞和肿瘤细胞的代谢［33］。自噬可以提高p53的稳定性，这对于p53依赖性自噬也具有反馈作用，例如通过抑制mTOR途径完成对自噬的诱导［34］。总而言之，p53途径已经成为肿瘤化疗发展的理想目标。

2.自噬对肿瘤细胞的促进作用：虽然在肿瘤还未发生之前，自噬一直充当正常细胞守护者的角色，一旦肿瘤性病变形成，细胞自噬转而在肿瘤的发展过程中推波助澜。自噬能够降低肿瘤细胞的氧化应激、缓解营养饥饿，并为其新陈代谢提供关键中间体。即使缺少成熟的血管，自噬仍可以向肿瘤细胞提供实现快速生长分裂所必需的能量、蛋白质、葡萄糖、脂质和核酸［35］。通常认为，肿瘤细胞中的基因突变和表观遗传变化有助于肿瘤提高抵抗治疗的能力。与此同时，自噬也通过自身的代谢机制，降低抗肿瘤药物的疗效。因为与营养饥饿和活性氧一样，包括放化疗和靶向治疗在内的保守抗癌治疗也可以激活细胞自噬。因此，抗自噬疗法也成为一种肿瘤治疗的新理念。

四、自噬在食管癌治疗中的作用与临床应用

坦罗莫司可以明显抑制mTOR的活化及其下游效应，从而导致ESCC细胞增殖能力下降。实验证明，坦罗莫司可以显著延长人原发食管癌荷瘤裸鼠的生存时间，这可能成为食管癌替代疗法的潜在发展方向［9］。放射处理可以协助诱导雷帕霉素激活食管癌Eca109细胞的mTOR信号通路，因为在放射处理前后，该信号通路和DNA损伤修复蛋白会发生一些研究人员希望看到的变化，而这些变化有助于食管癌治疗的研究［36］。无论是通过抑制生长因子受体或者信号转导的蛋白质，目前致力于改善食管癌生存时间的2期和3期临床试验主要集中在抑制MAP激酶［37］。为了避免肿瘤抵抗，食管腺癌的靶向治疗需要与多种信号转导通路结合。

包括5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）和顺铂在内的化疗药物可以激活食管肿瘤细胞的死亡机制。化疗敏感细胞出现凋亡，而耐药细胞出现自噬和形态类似的细胞程序性死亡。由于siRNA靶向beclin1和ATG7的作用，早期细胞自噬的特异性抑制可能显著增强5-FU的效果并减缓用药后细胞的恢复。但是总体来说，化疗后的自噬反应促进细胞耐药和用药后的恢复，据此可以推测细胞自噬的选择性抑制剂可能具有提高化疗效果的潜力［38］。联合应用二甲双胍和5-FU可以明显提高食管癌细胞对5-FU细胞毒性作用的敏感性。二甲双胍可以使Stat3及其下游靶位bcl-2失活。敲除siRNA介导的Stat3基因可以增强二甲双胍对于细胞自噬和凋亡的诱导作用，同时可以增强二甲双胍抑制细胞生存力的效果。GX15-070，一种小分子bcl-2蛋白抑制剂，已经与化疗药物（5-FU和卡铂）联合用于食管癌的体外研究中。在食管癌细胞系EC9706中，GX15-070诱导细胞自噬并抑制食管癌细胞的生长，而细胞自噬的抑制剂（3-甲基腺嘌呤和氯喹）可以提高GX15-070的细胞毒性［39］。

尽管在部分晚期癌症患者的病例报道中，单一使用mTOR抑制剂的效果并不令人满意，但是仍有两项针对乳腺癌患者的Ⅱ期临床试验认为依维莫司与靶向治疗或者化疗联合使用，能够改善患者预后和延长生存时间［40-41］。另外，一项针对硼替佐米联合伊立替康与单用硼替佐米治疗晚期贲门癌和胃癌效果的临床试验认为，硼替佐米对于晚期贲门癌和胃癌患者都具有一定的效果［42］。值得注意的是，依维莫司和硼替佐米均是自噬诱导化合物的代表性药物。而最新一项临床试验也得出结论，自噬抑制剂顺铂可以增强ESCC术前患者辅助放化疗的效果，使得手术完全切除肿瘤和消除微转移的机会增加［43］。

五、结语与展望

研究发现，细胞自噬与凋亡有着紧密的联系，两者之间复杂的交叉性作用被bcl-2家族分子调控，自噬可能是凋亡的前奏，但发生了自噬不一定发生凋亡。自噬与肿瘤的作用机制中往往也有凋亡的参与，因此需要了解自噬、凋亡与肿瘤之间的确切关系，以及自噬是否有着不依赖凋亡的作用途径。

如上所述，细胞自噬对于食管癌的分子生物学机制和临床研究是非常重要的。众所周知，食管癌患者预后不良的主要原因是肿瘤转移，能否利用细胞自噬在抑制肿瘤转移中发挥一定的作用？目前自噬相关分子和beclin1基因影响肿瘤进程的具体作用机制还有待探析，不过已经基本确定它们参与了PI3K/Akt/mTOR、Wnt、STAT等信号途径，这为今后的研究工作奠定了基础。已经有一些可以抑制细胞自噬的靶向治疗药物应用于临床，虽然不能确定抑制自噬是否是这些药物发挥作用的主要机制，但是在临床中获得的循证医学证据会为今后的研究工作指引方向。

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Research progress of autophagy in esophageal cancer

Cao Qianqian1，2，Liu Yu1，Li Wenhui1，Shu Yusheng1.1Department of Thoracic Surgery，Subei Hospital of Yangzhou，2Postgraduate Culture Base of Central South University at Northern Jiangsu People's Hospital，Yangzhou 225001，China

Shu Yusheng，Email：shuyusheng65＠163.com

Autophagy is one of the biological processes that under the influence of various external factors，eukaryotic cells degrade damaged organelles，unfolded proteins and intracellular pathogens to lysosomes as well as provide the cells with nutrients and energy which can re-engage life activities.Autophagy plays an important role in maintaining homeostasis and so on.At present，the incidence and mortality rates of esophageal cancer in China are much higher than the world average.The radiotherapy and chemotherapy combined with targeted therapy have gradually gained wide application in the treatment of esophageal cancer，and these novel therapeutic measures are related to cell autophagy.The regulatory mechanism of autophagy in the development of esophageal cancer is introduced in this paper.

Autophagy； Esophageal cancer； Beclin1

2015-10-20）

（本文编辑：周珠凤）

10.3877/cma.j.issn.2095-8773.2016.01.046

225001 江苏省扬州市苏北人民医院胸外科1，中南大学苏北人民医院研究生培养基地2

束余声，Email：shuyusheng65＠163.com

曹乾乾，刘宇，李文辉，等.细胞自噬在食管癌研究中的进展［J/CD］.中华胸部外科电子杂志，2016，3（1）：46-50