自噬在膀胱癌治疗中的研究进展

自噬在膀胱癌治疗中的研究进展

林方优;程帆

【摘 要】自噬的研究是目前生物医学领域的热点之一,其广泛参与机体各种生理和病理过程,自噬相关基因在膀胱癌的发生、发展过程中发挥重要作用,与膀胱癌抗肿瘤药物治疗不敏感及耐药密切相关.药物治疗是预防膀胱癌术后复发的重要方式,也是晚期膀胱癌的主要治疗方式之一,而自噬与膀胱癌药物治疗的耐药性密切相关,因此调控自噬可能有助于增强现有的治疗方法的疗效,并有助于开发新的治疗方法.目前,对许多膀胱癌化疗药物的作用机制及其产生耐药性的原因仍缺乏系统认识,自噬的相关研究将给膀胱癌的防治提供新颖、可行的思路及科学有效的依据.%The

research of autophagy is one of the hotspots in the field of

biomedicine,which is widely involved in various physiological and

pathological processes,and the autophagy-related genes play an

important role in the pathogenesis of bladder cancer.Medication is an

important way to prevent the recurrence of bladder cancer,and it is also

one of the main treatments for advanced bladder cancer.And autophagy is

closely related to the drug resistance of bladder cancer,so the reg-ulation

of autophagy may help to enhance the therapeutic effect of existing

therapies and develop new therapies.At present, there is still no systematic

understanding on the mechanisms of many bladder cancer

chemotherapeutic drugs and the causes of drug resistance,and the related

research on autophagy will provide new and feasible research ideas and

effective scien -tific basis for the prevention and treatment of bladder

cancer. 【期刊名称】《医学综述》

【年(卷),期】2017(023)020

【总页数】5页(P4023-4027)

【关键词】膀胱癌;自噬;自噬相关基因;化疗药物;耐药性

【作 者】林方优;程帆

【作者单位】武汉大学人民医院泌尿外科,武汉430060;武汉大学人民医院泌尿外科,武汉430060

【正文语种】中 文

【中图分类】R737.14

从1963年De Duve和Wattiaux首次提出自噬的概念[1]到2016年大隅良典因阐明细胞自噬作用的原理及生理意义摘得诺贝尔生理或医学奖，人类对自噬的研究已有半个多世纪[2]。细胞自噬是在内源性自噬相关基因(autophagy related

gene，Atg)的严格调控下，高度适应性的细胞自我代谢过程，其负责使损伤或功能失调的细胞器和蛋白聚集体降解及循环利用，以适应营养环境的改变，从而维持细胞稳态，是细胞自身发展、分化、生存的重要机制[3-4]。自噬不仅是细胞对恶劣内外部环境的适应性反应，也是对各种刺激的一种应答[3,5-6]。自噬发生在正常细胞中，是防止细胞损伤的重要机制，自噬的破坏引起正常细胞的损伤。同样，在肿瘤发生的早期阶段，自噬能够保护肿瘤细胞免于自体免疫应答，减少细胞损伤，促进肿瘤细胞的存活。肿瘤细胞适当的自噬可以保护细胞度过恶劣的外部环境，抑制细胞凋亡及坏死，但过度的自噬也可以导致细胞损伤甚至死亡，然而在肿瘤进展期自噬常受到抑制[7]。研究发现，自噬相关途径的主要调节因子在肿瘤中常出现异常表达，干预细胞自噬是肿瘤治疗中很有吸引力的研究方向[8]。此外，在肿瘤的药物治疗中，自噬可以通过阻止细胞氧化代谢应激和炎症刺激的发生、减少有毒蛋白质聚集体的积累及活性氧类的产生、限制细胞基因组的损伤等相关机制使肿瘤细胞免于化疗药物引起的细胞杀伤作用，并产生抵抗作用，这是肿瘤治疗耐药性的重要机制[9]。膀胱癌是人类最常见的恶性肿瘤之一，病死率较高，且发病率逐年上升，确诊为膀胱癌的患者中约90%为尿路上皮癌，其中30%是肌层浸润性膀胱癌(muscle-invasive bladder cancer,MIBC)，而MIBC的5年总体生存率仅约为50%[10]，复发和进展是膀胱尿路上皮癌典型的生物学特征，保留膀胱手术治疗的术后规律膀胱灌注化疗是预防膀胱癌复发进展的主要手段，但在1995—2015年这20年中，膀胱癌的总体病死率并没有很大变化[11-12]。研究发现，自噬在膀胱癌的发生、发展过程中发挥重要作用，与膀胱癌药物治疗的耐药性密切相关，其具体调控机制复杂目前尚未阐明。现从自噬的角度，就自噬在膀胱癌治疗中的相关研究进展作一综述，为膀胱癌的防治研究提供有效参考依据。

1.1 微管相关蛋白1轻链3(microtubule-associated protein 1 light chain

3,LC3)基因 自噬过程是真核生物中均存在的细胞内降解系统，由一系列的Atg介导，酵母Atg8及其哺乳动物同系物LC3属于泛素样蛋白系统，是自噬体形成所需的两种泛素样蛋白之一，以泛素化的方式与脂质磷脂酰乙醇胺缀合，并定位于分离膜和自噬体，从而在自噬体的形成中起关键作用，是研究自噬诱导和进展的可靠标志物。在酵母细胞中，Atg8的C端与精氨酸残基结合，并由半胱氨酸蛋白酶Atg4去除，得到C端具有甘氨酸残基的Atg8，可以作为Atg7和Atg3催化的泛素样结合反应的底物，分别对应泛素化系统的活化酶(E1酶)和结合酶(E2酶)。Atg8与脂质磷脂酰乙醇胺的结合是可逆的，Atg4的脱羧酶作用导致Atg8从自噬体膜上释放，这一反应被认为在Atg8的功能调控中起重要作用[13-14]。

Ojha等[15]根据世界卫生组织的组织病理学标准，从30例接受经尿道膀胱肿瘤切除术的非MIBC患者中收集肿瘤组织样本，其中有15个高级别尿路上皮癌和15个低级别尿路上皮癌，以正常的膀胱尿路上皮组织样本作对照。在高级别和低级别尿路上皮癌标本中，通常用作为自噬诱导标志物的LC3均显著升高，且在高级别尿路上皮癌标本中升高更加明显。与正常的尿路上皮细胞相比，饥饿诱导的自噬在高级别和低级别尿路上皮癌中均更容易发生。当暴露于自噬抑制剂，如磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositide 3-kinase，PI3K)抑制剂、3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine,3-MA)或氯喹时，在类似的饥饿条件下，高级别膀胱癌的细胞死亡率明显高于低级别膀胱癌。表明在外部有害因素作用下，自噬对膀胱癌细胞起保护作用，且在高级别膀胱癌细胞中作用更加明显。汤元佳等[16]通过对膀胱癌样本进行免疫组织化学染色，发现膀胱尿路上皮癌中LC3表达阳性率较正常膀胱组织显著升高，不同分级、分期的膀胱尿路上皮癌中LC3表达差异有统计学意义。

1.2 Atg7基因 自噬的核心功能由泛素样蛋白级联介导，Atg7是同源二聚体E1酶，与同属泛素蛋白系统的非结合E2酶Atg3相互作用，介导自噬过程中泛素样蛋白Atg8与磷脂酰乙醇胺的结合。同时，Atg7也能将Atg12引导到相应的E2酶Atg10上形成相应的功能复合物。Atg7-Atg3和Atg7-Atg10复合物均属于多位点E1-E2酶识别体系，在自噬过程起重要作用。可见，Atg7在自噬体的形成过程中起到重要的调控作用[17-18]。Lin等[19]的研究证明了Atg7在已知膀胱癌细胞系的自噬过程中具有重要作用，用敲低Atg7基因表达的方式可导致自噬被抑制，从而引起膀胱癌细胞凋亡。

1.3 Beclin 1基因 Beclin 1基因是哺乳动物自噬的关键组成部分，位于人17q21染色体上，是酵母Atg6的同系物,是结合于具有多种细胞功能的脂质激酶复合物中的支架蛋白，其产物与PI3K复合物结合，是早期自噬体形成并发挥功能的重要部分，其还能与B细胞淋巴瘤/白血病2(B cell lymphoma/leukemia-2,Bcl-2)抗凋亡蛋白一起参与细胞凋亡过程，是同时参与细胞凋亡和自噬相关调节的关键蛋白[20-21]。

Baspinar等[22]进一步证实Beclin 1是膀胱癌自噬的重要介质。Beclin 1能够促进自噬，抑制其表达使膀胱癌细胞对饥饿诱导的细胞凋亡更加敏感。通过比较膀胱尿路上皮癌和正常尿路上皮样本，发现Beclin 1表达与病理学分级和肿瘤分级之间存在显著的负相关，即自噬水平越低，肿瘤恶性程度越高。Liu等[23]也发现，与相邻正常组织相比，膀胱癌组织中Beclin 1的mRNA水平及蛋白表均显著降低，且降低的程度与较高的组织学分级和较晚的临床分期呈正相关。

可见,自噬与膀胱癌关系密切，自噬与膀胱癌的发生/发展相关，也与膀胱癌的分级及分期相关。因此，利用细胞自噬研发新型化疗药物，将极大地促进膀胱癌预防与治疗策略的改进与发展。

经尿道膀胱肿瘤切除术后的长期随访显示,膀胱肿瘤复发率高达45%，而10%～30%的复发病例伴有恶性程度增高或浸润能力增强[10]。膀胱内灌注药物治疗可减少和延缓肿瘤复发,防止肿瘤发生浸润，消除残余病变及原位癌，从而提高患者生存率及生活质量，但化疗药物耐药比例高，疗效常受限。目前，研究者对许多膀胱癌化疗药物的作用机制及产生耐药性的原因仍缺乏系统认识，对自噬的相关研究将给目前的研究提供新方向。

2.1 自噬与膀胱癌化疗药

2.1.1 卡介苗 抗结核疫苗卡介苗是世界上应用最广泛的疫苗，其除了对结核病的防治作用外，还能产生针对某些形式恶性肿瘤的非特异性治疗效果。卡介苗的非特异性作用是通过单核细胞的表观遗传重编程介导的，这是一种被称为训练免疫的过程，训练免疫是指先天性免疫细胞的记忆特性[24]。自噬有助于促进卡介苗诱导的训练免疫，同时体外实验证实自噬抑制剂能有效阻止由卡介苗所诱导的训练免疫的发生[25]。

2.1.2 吡柔比星 吡柔比星是蒽环类细胞周期非特异性化疗药，广泛用于膀胱癌的灌注化疗，但耐药比例高，疗效常受限，其耐药机制尚未得到充分研究。自噬可能是其出现耐药性的关键因素。吡柔比星可以诱导细胞发生自噬，通过3-MA、羟氯喹等抑制自噬过程能够显著增加吡柔比星治疗后膀胱癌细胞的凋亡指数[26]。这表明自噬在吡柔比星化疗过程中对膀胱癌细胞起保护作用，诱导耐药的出现，阻碍凋亡的发生，而哺乳动物雷帕霉素靶蛋白/核糖体蛋白S6激酶/4E-结合蛋白1信号通路的抑制参与了该过程。总之，吡柔比星诱导的自噬在膀胱癌细胞中发挥抑制细胞凋亡的作用，表明联合利用自噬抑制剂可能会提高吡柔比星的化疗效果。