930 复旦学报(医学版)2008年11月,35(6) 着密切关系。其中,肿瘤是最早发现的与自噬作用有关的疾自噬作用其实是一种肿瘤抑制机制,并且, Beclin1等被认为 病之一。自噬作用的调节异常与肿瘤的发生、发展相关 是新的抑癌基因 自噬对肿瘤的保护作用及其机制虽然,在某些情况下 在缺乏自噬作用的条件下,肿瘤细胞是如何应对代谢压 自噬作用可以诱导肿瘤细胞的凋亡和 Caspase依赖的死力,生存并增殖的?目前有两种假说。 亡,但在多数情况下,自噬作用可以促进肿瘤细胞的生存并 第一种假说认为,肿瘤细胞的坏死和炎症反应激发了 维持其活性。在大多数的人类肿瘤细胞中都观察到了P13种慢性损伤——修复反应,造成肿瘤的进一步发展。肿 Kinase途径的持续活化。实体肿瘤微环境的共同特点就瘤细胞处于缺血缺氧、代谢压力的环境,在自噬缺陷时,ATP 是存在着巨大的代谢压力,由于血供不足所造成的营养、生生成不足,肿瘤细胞就发生坏死和炎症反应,导致细胞膜无 长因子、氧供不足等。肿瘤细胞能够在这样艰难的环境中生法保持完整性 起细胞溶解。众多恶性肿瘤的发生与 存并保持其活性依靠的就是自噬作用。Yan等[研究了响慢性炎症有关如慢性胃溃疡与胃癌、溃疡性结肠炎与结肠 尾蛇毒对白血病K-562细胞的作用,发现自噬可以延缓凋癌等。而发生凋亡和自噬性死亡的肿瘤细胞不会释放炎性 亡,维持细胞活力。 Paglin等发现结肠癌、乳腺癌及前列介质,也不会造成慢性的炎症反应 腺癌细胞在接受小剂量放疗后,均存在酸性囊泡样细胞器 第二种假说与基因突变有关。在代谢压力、氧化损伤的 (AⅤO.即自噬泡)堆积现象。事实上AVO是保护照射后细条件下,细胞自身会发生突变,这种有害突变可导致肿瘤进 胞的一种防御机制,因为抑制AO后,辐照细胞的死亡率升步发展。自噬作用可以及时清除这种有害突变阻止肿瘤 高。有人推测自噬是凋亡的早期反应,当细胞的损伤超过自进一步发展。反之,自噬作用缺失时,肿瘤细胞的有害突变 噬保护负荷后线粒体的准凋亡因子将激活细胞死亡程序,就会不断累积,造成肿瘤的发展甚至转移ω。这其中可能 因此提高自噬能力可减轻或者避免因凋亡所引起的死亡。的机制包括:细胞器功能异常;损伤蛋白、细胞器、DNA的大 自噬对肿瘤的抑制作用及其机制自噬作用可以缓解量堆积;ATP水平不足无法维持基因完整性, 细胞的代谢压力,并且保持其活性,可以认为,自噬作用是肿 自噬作用与肿瘤治疗 瘤细胞的生存机制。然而,许多实验却看到了与之相悖的结抑制自噬作用肿瘤细胞的代谢依赖于糖酵解,这是一 果:自噬途径的功能缺失突变与肿瘤的发展存在相关性。实种效率很低的代谢方式,因而肿瘤细胞对能量缺失显得特别 验表明,在转化的成纤维细胞中蛋白的降解率较之于同名未敏感。无论是传统的放疗、化疗,还是新近的血管生长因子 转化细胞低,尤其是在血清/氨基酸撤除后更为明显。这说及其受体的阻断剂,目的都是减少肿瘤细胞的能量供应,使 明细胞的增殖率受蛋白合成率及长寿命蛋白自噬性降解率残余的肿瘤细胞在代谢压力下变得脆弱。如果同时抑制其 平衡的影响,后者在増殖的细胞中显著低于稳定的细胞。随自噬作用,肿瘤细胞将无法应对代谢压力而发生坏死 后,在肿瘤的动物模型中也观察到了类似现象。如化学致癌于具有凋亡缺陷的细胞来说尤其有效。氯喹可以通过抑制 物诱发的肝癌细胞,早在癌变前期的肝结节中就已经出现了溶酶体的酸化而阻断自噬作用。 amaravadi等的实验显 自噬能力下降的现象,而且从肝结节和肝癌组织中分离得到示,氯喹和烷化剂共同使用,可以明显抑制实验鼠体内肿瘤 的自噬泡的溶酶体酶类活性降低。鼠的胰腺细胞经致癌物的生长。自噬途径的特异性抑制剂,如Atg1激酶抑制剂,也 质诱导后,癌变前期结节和所形成腺瘤的自噬及降解能力均可以产生类似的效果。 增加,但当形成癌细胞后自噬能力下降。这些例子说明 进自噬作用由于自噬作用的缺失可以造成细胞突 尽管大多数细胞癌变前自噬能力各有不同,但在癌变后其自变的累积,形成肿瘤甚至转移灶,可通过抑制mTor等促进 噬能力均减弱。自噬引起的蛋白正平衡可促进癌变前细胞自噬作用,预防肿瘤的发生发展,或使肿瘤在过度的自噬作 的克隆扩增。与此相反,用药物诱导自噬活性可抑制肿瘤细用下发生自噬性死亡。这一设想在治疗与异常蛋白积聚有 胞的增殖。如在芦荟大黄素的作用下,鼠C6神经胶质细胞关的退行性疾病中取得了一定的效果。目前的许多化疗药 瘤可以发生自噬性死亡[。Ito等[构建的人端粒酶反转物及放疗都可以增加肿瘤细胞中的自噬小体数量。它莫 录酶启动子Ad( human telomerase reverse transcriptase西芬( Tamoxifen)可以提高MCF-7乳腺癌细胞的自噬水平 promoter-Ad)条件性复制腺病毒,可以通过诱导自噬来杀死并且促进肿瘤细胞的死亡。 端粒酶阳性的癌细胞。Shao等认为组蛋白去乙酰酶 自噬向凋亡转化凋亡和自噬分别是I型程序化细胞 ( histone deacetylase,HDAC)抑制剂诱发的自噬性细胞死亡死亡和Ⅱ型程序化细胞死亡,它们有着不同的形态特征,是 在治疗凋亡缺陷性癌细胞时具有显著的临床应用价值。对两个不同的过程,但它们有一些共同的调节因子,它们的信 乳腺癌、前列腺癌及结肠癌细胞系的放疗处理均可诱导自噬号转导途径包含一些共同的成分。凋亡被认为是一种“良 性细胞死亡。自噬作用下调后,细胞饥饿时蛋白丢失减少,性”的细胞死亡方式,是肿瘤抑制的关键。许多肿瘤细胞都 可提高蛋白正平衡,使细胞易于存活。在40%~75%的乳腺存在凋亡缺陷,如Bkl2的过度表达,使得它们在代谢压力下 癌、卵巢癌、前列腺癌中存在自噬相关基因 Beclin1的单等位逃避了凋亡作用。故可通过某种手段,使具有或不具有凋亡 缺失。存在 Beclin1缺陷的小鼠更容易发生淋巴瘤、肺癌、肝缺陷的肿瘤细胞丧失自噬作用,恢复到凋亡性细胞死亡, 细胞肝癌和乳腺癌前病变。从具有 Beclin1缺陷的小鼠体内 在不少实验中都观察到了自噬与凋亡存在某种联系。 取出肾脏和乳腺上皮细胞,植入实验动物体内后,这些细胞在一些实验中发现了自噬作用拮抗凋亡作用的现象。 Bauvy 比正常细胞更容易恶变。在动物模型中,其他的自噬相关基等2用一种非甾体类抗炎药硫化舒林酸来诱导HT-29结肠 因(如Atg4c等)也具有肿瘤抑制作用。这些实验结果提示,癌细胞的凋亡反应。当自噬抑制物作用于HT-29细胞时,复旦学报（医学版） ２００８年１１月，３５（６） 着密切关系。其中，肿瘤是最早发现的与自噬作用有关的疾 病之一［１０］。自噬作用的调节异常与肿瘤的发生、发展相关。 自噬对肿瘤的保护作用及其机制 虽然，在某些情况下 自噬作用可以诱导肿瘤细胞的凋亡［５］和 Ｃａｓｐａｓｅ依赖的死 亡，但在多数情况下，自噬作用可以促进肿瘤细胞的生存并 维持其活性。在大多数的人类肿瘤细胞中都观察到了ＰＩ３ Ｋｉｎａｓｅ途径的持续活化［１１］。实体肿瘤微环境的共同特点就 是存在着巨大的代谢压力，由于血供不足所造成的营养、生 长因子、氧供不足等。肿瘤细胞能够在这样艰难的环境中生 存并保持其活性，依靠的就是自噬作用。Ｙａｎ等［１２］研究了响 尾蛇毒对白血病 Ｋ５６２细胞的作用，发现自噬可以延缓凋 亡，维持细胞活力。Ｐａｇｌｉｎ等［１３］发现结肠癌、乳腺癌及前列 腺癌细胞在接受小剂量放疗后，均存在酸性囊泡样细胞器 （ＡＶＯ，即自噬泡）堆积现象。事实上 ＡＶＯ是保护照射后细 胞的一种防御机制，因为抑制 ＡＶＯ后，辐照细胞的死亡率升 高。有人推测自噬是凋亡的早期反应，当细胞的损伤超过自 噬保护负荷后，线粒体的准凋亡因子将激活细胞死亡程序， 因此提高自噬能力可减轻或者避免因凋亡所引起的死亡。 自噬对肿瘤的抑制作用及其机制 自噬作用可以缓解 细胞的代谢压力，并且保持其活性，可以认为，自噬作用是肿 瘤细胞的生存机制。然而，许多实验却看到了与之相悖的结 果：自噬途径的功能缺失突变与肿瘤的发展存在相关性。实 验表明，在转化的成纤维细胞中蛋白的降解率较之于同名未 转化细胞低，尤其是在血清／氨基酸撤除后更为明显。这说 明细胞的增殖率受蛋白合成率及长寿命蛋白自噬性降解率 平衡的影响，后者在增殖的细胞中显著低于稳定的细胞。随 后，在肿瘤的动物模型中也观察到了类似现象。如化学致癌 物诱发的肝癌细胞，早在癌变前期的肝结节中就已经出现了 自噬能力下降的现象，而且从肝结节和肝癌组织中分离得到 的自噬泡的溶酶体酶类活性降低。鼠的胰腺细胞经致癌物 质诱导后，癌变前期结节和所形成腺瘤的自噬及降解能力均 增加，但当形成癌细胞后自噬能力下降［１４］。这些例子说明 尽管大多数细胞癌变前自噬能力各有不同，但在癌变后其自 噬能力均减弱。自噬引起的蛋白正平衡可促进癌变前细胞 的克隆扩增。与此相反，用药物诱导自噬活性可抑制肿瘤细 胞的增殖。如在芦荟大黄素的作用下，鼠 Ｃ６神经胶质细胞 瘤可以发生自噬性死亡［１５］。Ｉｔｏ等［１６］构建的人端粒酶反转 录 酶 启 动 子Ａｄ（ｈｕｍａｎｔｅｌｏｍｅｒａｓｅｒｅｖｅｒｓｅｔｒａｎｓｃｒｉｐｔａｓｅ ｐｒｏｍｏｔｅｒＡｄ）条件性复制腺病毒，可以通过诱导自噬来杀死 端粒酶阳性的癌细胞。Ｓｈａｏ等［１７］认为组蛋白去乙酰酶 （ｈｉｓｔｏｎｅｄｅａｃｅｔｙｌａｓｅ，ＨＤＡＣ）抑制剂诱发的自噬性细胞死亡 在治疗凋亡缺陷性癌细胞时具有显著的临床应用价值。对 乳腺癌、前列腺癌及结肠癌细胞系的放疗处理均可诱导自噬 性细胞死亡。自噬作用下调后，细胞饥饿时蛋白丢失减少， 可提高蛋白正平衡，使细胞易于存活。在４０％～７５％的乳腺 癌、卵巢癌、前列腺癌中存在自噬相关基因Ｂｅｃｌｉｎ１的单等位 缺失。存在Ｂｅｃｌｉｎ１缺陷的小鼠更容易发生淋巴瘤、肺癌、肝 细胞肝癌和乳腺癌前病变。从具有Ｂｅｃｌｉｎ１缺陷的小鼠体内 取出肾脏和乳腺上皮细胞，植入实验动物体内后，这些细胞 比正常细胞更容易恶变。在动物模型中，其他的自噬相关基 因（如 Ａｔｇ４ｃ等）也具有肿瘤抑制作用。这些实验结果提示， 自噬作用其实是一种肿瘤抑制机制，并且，Ｂｅｃｌｉｎ１等被认为 是新的抑癌基因。 在缺乏自噬作用的条件下，肿瘤细胞是如何应对代谢压 力，生存并增殖的？目前有两种假说。 第一种假说认为，肿瘤细胞的坏死和炎症反应激发了一 种慢性损伤———修复反应，造成肿瘤的进一步发展［１８］。肿 瘤细胞处于缺血缺氧、代谢压力的环境，在自噬缺陷时，ＡＴＰ 生成不足，肿瘤细胞就发生坏死和炎症反应，导致细胞膜无 法保持完整性，最后引起细胞溶解。众多恶性肿瘤的发生与 慢性炎症有关，如慢性胃溃疡与胃癌、溃疡性结肠炎与结肠 癌等。而发生凋亡和自噬性死亡的肿瘤细胞不会释放炎性 介质，也不会造成慢性的炎症反应。 第二种假说与基因突变有关。在代谢压力、氧化损伤的 条件下，细胞自身会发生突变，这种有害突变可导致肿瘤进 一步发展。自噬作用可以及时清除这种有害突变，阻止肿瘤 进一步发展。反之，自噬作用缺失时，肿瘤细胞的有害突变 就会不断累积，造成肿瘤的发展甚至转移［１９］。这其中可能 的机制包括：细胞器功能异常；损伤蛋白、细胞器、ＤＮＡ的大 量堆积；ＡＴＰ水平不足无法维持基因完整性。 自噬作用与肿瘤治疗 抑制自噬作用 肿瘤细胞的代谢依赖于糖酵解，这是一 种效率很低的代谢方式，因而肿瘤细胞对能量缺失显得特别 敏感。无论是传统的放疗、化疗，还是新近的血管生长因子 及其受体的阻断剂，目的都是减少肿瘤细胞的能量供应，使 残余的肿瘤细胞在代谢压力下变得脆弱。如果同时抑制其 自噬作用，肿瘤细胞将无法应对代谢压力而发生坏死。这对 于具有凋亡缺陷的细胞来说尤其有效。氯喹可以通过抑制 溶酶体的酸化而阻断自噬作用。Ａｍａｒａｖａｄｉ等［２０］的实验显 示，氯喹和烷化剂共同使用，可以明显抑制实验鼠体内肿瘤 的生长。自噬途径的特异性抑制剂，如 Ａｔｇ１激酶抑制剂，也 可以产生类似的效果。 促进自噬作用 由于自噬作用的缺失可以造成细胞突 变的累积，形成肿瘤甚至转移灶，可通过抑制 ｍＴｏｒ等促进 自噬作用，预防肿瘤的发生发展，或使肿瘤在过度的自噬作 用下发生自噬性死亡。这一设想在治疗与异常蛋白积聚有 关的退行性疾病中取得了一定的效果。目前的许多化疗药 物及放疗都可以增加肿瘤细胞中的自噬小体数量［２１］。它莫 西芬（Ｔａｍｏｘｉｆｅｎ）可以提高 ＭＣＦ７乳腺癌细胞的自噬水平， 并且促进肿瘤细胞的死亡。 自噬向凋亡转化 凋亡和自噬分别是Ⅰ型程序化细胞 死亡和Ⅱ型程序化细胞死亡，它们有着不同的形态特征，是 两个不同的过程，但它们有一些共同的调节因子，它们的信 号转导途径包含一些共同的成分。凋亡被认为是一种“良 性”的细胞死亡方式，是肿瘤抑制的关键。许多肿瘤细胞都 存在凋亡缺陷，如Ｂｃｌ２的过度表达，使得它们在代谢压力下 逃避了凋亡作用。故可通过某种手段，使具有或不具有凋亡 缺陷的肿瘤细胞丧失自噬作用，恢复到凋亡性细胞死亡。 在不少实验中都观察到了自噬与凋亡存在某种联系。 在一些实验中发现了自噬作用拮抗凋亡作用的现象。Ｂａｕｖｙ 等［２２］用一种非甾体类抗炎药硫化舒林酸来诱导 ＨＴ２９结肠 癌细胞的凋亡反应。当自噬抑制物作用于 ＨＴ２９细胞时， ９３０