王伟，黄国锦

（桂林医学院附属医院 呼吸疾病实验室，广西 桂林）

0 引言

自噬（Autophagy，该词来源于希腊语，其意思为“吃自己”)是一种在基础和应激条件下维持细胞稳态的分解代谢过程，使得细胞可以在缺氧、营养缺乏等环境胁迫的情况下存活。因此，自噬具有保护细胞的功能。日益增多的证据表明，自噬缺陷或异常在癌症的发生、发展和治疗中起着重要作用，因而调节自噬作为癌症治疗方法具有相当大的潜力[1]。

1 自噬及其调控机制

1.1 自噬的定义、分类及功能

自噬是一个受到精确调控的、高度保守的自降解过程，可以在很短时间内将受损的细胞器或错误折叠的蛋白质降解，产生的降解产物（包括核苷酸、氨基酸、脂肪酸和糖）可以被回收利用，重新参与细胞代谢[2]。细胞能够通过自噬应对胞内或胞外的变化和刺激，使得细胞可以在缺氧和营养缺乏等情况下存活。自噬具有进化上的高度保守性，广泛存在于酵母、线虫、果蝇到高等脊椎动物的细胞中。自噬可由饥饿、缺氧、射线照射、生长因子信号抑制剂、化疗和靶向药物等因素诱导。

根据内容物进入溶酶体的途径，自噬可分为三种主要形式：微自噬（microautophagy）、分子伴侣介导的自噬 （chaperone- mediated autophagy, CMA）和巨自噬（macroautophagy）。在微自噬过程中，细胞质物质通过膜重排直接被溶酶体吞噬。在CMA过程中，胞质中的分子伴侣识别并协助待降解蛋白穿过溶酶体膜，最终被降解。在巨自噬过程中，分离的双层膜包裹一部分细胞质，形成称为自噬体的双膜囊泡结构。随后自噬体与溶酶体融合成自噬溶酶体，其内容物经由37种自噬相关蛋白协调的过程，被溶酶体酶（蛋白酶，脂肪酶，核酸酶和糖酶）降解，以实现胞内大分子的循环利用。巨自噬是通常所说的自噬，也是研究最多的自噬形式。本文着重介绍此类自噬。

自噬是一种适应性过程，它是针对不同形式的压力而发生的，包括营养缺乏，生长因子耗竭，感染和缺氧。大量证据表明，自噬在多种疾病的发病过程中起作用，如神经退行性疾病、传染病、代谢性疾病和癌症[3]。自噬的主要功能是在禁食和其他形式的压力下为重要的细胞功能提供营养；自噬也能选择性地消除不需要的，有潜在危害的细胞质物质，例如受损的线粒体或蛋白质聚集体，从而保护细胞[3]。

1.2 自噬的过程

自噬过程需要许多自噬相关（AuTophaGy-related,Atg）基因编码的蛋白质参与。其过程主要包括四个步骤：①吞噬体（phagophore）的形成；②吞噬体上蛋白的组装；③自噬体的形成（autophagosome）；④形成自噬溶酶体（autolysosome）。

1.3 调节自噬的信号通路

有两种主要的自噬调节途径，即ATG5 / 7依赖性途径和ATG5 / 7非依赖性途径。ATG5 / 7依赖性自噬由UNC-51类激酶（ULK）复合物启动的，该复合物由几种蛋白组成：ULK1 / 2（酵母ATG1的哺乳动物同源体），FIP200（FAK-家族相互作用蛋白200kDa），ATG13和ATG101。在非应激条件下，雷帕霉素复合物1（mTORC1）的哺乳动物靶标使ULK1 / 2磷酸化，从而使ULK复合物失活。相反，营养敏感的mTORC1在营养限制的情况下被抑制，因此ULK复合物继续去磷酸化，从而激活[4]。一旦被激活，ULK复合物易位至吞噬泡，在那里它激活由VPS34（磷脂酰肌醇3-激酶Vps34），Beclin1，VPS15和ATG14蛋白组成的III类磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）复合物。这些结果在成熟自噬体的延伸和闭合后导致自噬体形成。ATG5-ATG12和微管相关蛋白1的轻链3（LC3）两种泛素样共轭系统是调节自噬体膜伸长和闭合的主要调节因子。在ATG5-ATG12途径中，ATG7（E1样酶）激活ATG12，其转移至ATG10（E2样酶），最终与ATG5结合。该ATG5-ATG12复合物与ATG16L非共价结合，形成大的多聚体（E3样）复合物。该复合物具有将LC3（酵母中的Atg8）与磷脂酰乙醇胺（PE）结合的功能，以便作为LC3-PE共轭物（被称为LC3-II）负载到吞噬泡。

2 自噬在癌症中的作用

2.1 自噬具有抑制肿瘤作用

20世纪90年代的一项研究指出了自噬和肿瘤发生之间的关系，并显示约50%的前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌缺乏自噬体成核过程关键分子Beclin1的一个等位基因。自噬相关基因Beclin 1杂合突变增加了自发性恶性肿瘤的发生频率。因此，Beclin 1具有抑癌活性。由于肿瘤抑制因子Beclin1基因的单倍体功能不全，Beclin1的水平较健康组织降低，从而抑制自噬并导致癌症进展[5]。到目前为止，Beclin1表达减少已在多种癌症中得到证实，包括肝细胞癌[6]、骨肉瘤和胶质母细胞瘤。有研究表明Beclin1基因表达在IIIB期结肠癌或非霍奇金淋巴瘤中增加，强调Beclin1具有额外的原癌作用。尽管Beclin 1具有多种功能，包括内吞作用，但这些观察结果表明它抑制了自噬。

2.2 自噬具有促进肿瘤作用

虽然自噬在癌症发生的早期阶段具有肿瘤抑制作用，但在已形成的肿瘤中，它有利于肿瘤的存活。这主要是因为自噬有利于肿瘤细胞抵抗肿瘤组织中的营养缺乏和低氧等极端环境。这种情况在实体肿瘤的中心部位更为突出，自噬水平明显高于周围。在某些肿瘤中，自噬为癌细胞提供了能量来源，从而使癌细胞在缺乏营养、低氧和酸性环境等不利环境中存活。癌细胞能量的产生主要依赖糖酵解途径(warffect)，它比三羧酸循环途径更有效。因此，癌细胞比正常细胞需要更多的葡萄糖摄取。自噬被认为是在这种不利条件下为癌细胞提供能量，从而具有促癌作用。

2.3 自噬促进肿瘤侵袭及转移

许多癌症相关的死亡都是因为转移而发生。在肿瘤进展过程中，癌细胞获得侵袭正常组织的能力，并从原发部位向远处转移的过程称为转移。转移过程包括：（1）在原发部位局部侵入癌细胞。（2）血管内渗入。（3）癌细胞在循环中的存活。（4）次生部位的外渗。（5）次生部位的细胞存活。（6）次生部位的肿瘤生长。 E-钙粘蛋白是一种在上皮细胞上表达的细胞间相互作用分子，可作为上皮癌侵袭和转移的抑制剂。功能性消除E-钙粘蛋白是获得转移能力的必要步骤[7]。最近的研究揭示了自噬在早期转移过程中具有重要作用[8]。自噬的调节几乎在转移过程的每个阶段都被发现。此外，文献数据表明，自噬促进了转移过程中的各种步骤[9]。另外，自噬机制还对处于休眠状态的肿瘤细胞和循环中播散的肿瘤细胞的寿命起着重要作用，也可促进肿瘤转移的癌症干细胞（CSCs）的存活。

自噬随着肿瘤细胞进入侵袭性晚期而增强，而增强的自噬与一些肿瘤中的EMT，干细胞表型，促迁移因子的分泌，细胞运动性增加等有关。在侵袭性等功能获得过程中，自噬依赖性变化可能赋予扩散的肿瘤细胞多种特性，例如血管内渗入，存活和迁移。

3 自噬调节剂作为肿瘤治疗药物的研究

自噬损伤是许多疾病的根本原因，例如癌症，神经退行性疾病（阿尔茨海默病，帕金森病），传染性和炎性疾病（克罗恩病），糖尿病，肥胖症，心血管和肌肉疾病。因此，将自噬作为治疗靶点的研究越来越多。调节自噬的最常见方法是靶向两种不同的自噬调节途径：5'腺苷一磷酸激活蛋白激酶（AMPK）和mTOR途径[10]。AMPK是一种细胞能量传感器，在压力或缺乏葡萄糖条件下被激活。活化的AMPK通过不同的途径诱导自噬; 因此，它是自噬的主要调节因子。mTOR激酶属于PI3K相关激酶家族， 是两种复合物的主要成分，mTOR复合物1（mTORC1）和mTOR复合物2（mTORC2）[10]。mTORC1阻断自噬并控制蛋白质合成、脂质生物合成和细胞生长[10]。细胞增殖的调控有mTORC2控制，对细胞存活和肌动蛋白骨架的维持至关重要[10]。mTOR通路的失调通常与癌症，神经退行性疾病，心血管疾病和肾脏疾病相关，因此使其成为理想的治疗靶点[11]。

自噬激活剂可分为几类：饥饿诱导剂，内质网应激诱导剂，雷帕霉素及其衍生物，雷帕霉素的小分子增强剂，海藻糖，肌醇单磷酸酶抑制剂（IMPase），I类PI3K抑制剂和其他激活剂。其中许多正在进行临床前研究或临床试验，有一些已被批准用于临床。

自噬抑制剂包括PI3K抑制剂，环己酰亚胺，液泡型H（+）-ATP酶抑制剂，溶酶体腔管碱化剂和酸性蛋白酶抑制剂。氯喹（CQ）和羟氯喹（HCQ）都是以前用于预防和治疗某些类型疟疾的溶酶体抑制剂[12]。阿奇霉素是常用于治疗多种细菌感染的大环内酯类抗生素，在囊性纤维化患者中用作抗炎药后被发现为自噬抑制剂。阿奇霉素可防止溶酶体酸化，从而阻止自噬降解。大多数自噬抑制剂仍然处于临床前开发阶段。

4 总结和展望

自噬在肿瘤的发生发展和治疗过程中发挥着“双刃剑”的作用：既可能是抑制肿瘤的机制，又可能是肿瘤细胞存活的机制。研究自噬在癌症的发生发展和治疗过程中的功能，以及各类自噬调节剂的功能和应用，不仅为实现癌症的治疗提供了新的可能，也使我们对于细胞自噬和癌症的认识更加深入，有利于人类了解并最终攻克癌症这一世界性难题。