|
肿瘤的转移和复发一直是肿瘤研究的热点及难点，最近的研究发现自噬对肿瘤的转移具有两面性——既有抑制转移的作用，又有促进转移的作用，因此自噬也成为了临床治疗中的靶点。2018年《Autophagy》杂志发表了题为《Mechanisms and context underlying the role of autophagy in cancer metastasis》的综述，论述了自噬在转移中的作用机制和背景，包括自噬介导的局灶粘附动力学、整合素信号及转导、Rho GTPase介导的细胞骨架重塑、失巢凋亡抵抗、细胞外基质重塑、上皮间质细胞转化信号和肿瘤间质细胞的相互作用，现介绍如下。 肿瘤转移是癌症相关死亡的主要原因之一，转移可分为以下几个过程：首先，肿瘤细胞在局部迁移并侵入周围组织以获得血管系统支持。其次，一旦细胞侵入周围组织，侵入的肿瘤细胞便通过基底渗出，与细胞外基质（ECM）分离，成为循环中的肿瘤细胞（CTCs）。CTCs必须在血液的“恶劣”条件下生存，包括剪切应激、ECM脱离诱导的细胞凋亡（即失巢凋亡）、以及免疫攻击。最后，CTCs从血液外渗并迁移到利于肿瘤生长的远处转移部位。 引言 正常生理状态下的自噬通过调节蛋白质和细胞器的正常周转来维持细胞内平衡。当细胞应激、能量缺乏时，自噬水平急剧上升，促进必需营养素的回收，防止错误折叠的蛋白质和活性氧簇（ROS）的积累，维持细胞器功能，调节细胞内信号通路，是细胞存活的重要机制。有30多个自噬相关（ATG）基因参与自噬调节，自噬可分为4个步骤：（1）自噬体的生物合成的起始；（2）吞噬泡的成核；（3）吞噬体的扩大成为成熟的自噬体；（4）自噬体与溶酶体的融合，以及吞噬物的分解以及产生的大分子的流出。 自噬是实体肿瘤存活的机制之一，包括合成代谢燃料和减少氧化应激以促进肿瘤生长和转移。然而，关于自噬是否真的能抑制或促进转移仍存在争议。自噬在肿瘤转移中的作用是多方面的，依赖于细胞类型和肿瘤微环境（TME）。自噬调节肿瘤转移的机制包括：（1）局部粘附动力学，（2）整合素信号和转导，（3）Rho GTPase介导的细胞骨架重塑，（4）失巢凋亡抵抗，（5）ECM的组成，（6）上皮间充质转化（EMT）信号和（7）肿瘤基质细胞相互作用。 自噬对局部粘附动力学及粘附相关激酶的调节 细胞迁移对于肿瘤早期转移至关重要，包括局部侵袭和血管内浸润。迁移细胞首先极化，细胞伪足前端变为富含肌动蛋白的一端，产生细胞质突起，称为片状伪足和丝状伪足。其次，伪足前缘表达的整合素附于ECM并成熟成局部粘附信号复合物，刺激细胞骨架收缩并激活细胞内信号级联反应。最后，细胞降解掉这些整合素粘附复合物以促进向前侵袭。 现已知有25个整合素异源二聚体，由18个ITGA/α亚基和8个ITGB/β亚基组成，使得特定的整合素能够特异地结合不同的ECM配体，包括FN1（纤维连接蛋白1）、COL/胶原和LAM /层粘连蛋白。ECM配体和整合素异源二聚体的结合促进整合素胞质尾部张力诱导的构象变化，导致衔接蛋白的募集，如TLN和PXN。随着张力增加和局部粘附的成熟，PTK2（蛋白酪氨酸激酶2）和SRC（SRC原癌基因，非受体酪氨酸激酶）激酶被招募，使蛋白激酶激活，促进下游信号转导，包括Rho GTPase信号传导、失巢凋亡信号、有丝分裂信号和ECM转化。因此，整合素局部粘附的形成和分解的机制参与了细胞迁移以及整个转移的级联过程。最近发表的研究认为，自噬通过选择性降解局部粘附蛋白来调节细胞迁移。 局部粘附蛋白的自噬降解促进局部粘附的分解和转化，自噬的丧失导致细胞迁移和转移的减少。抑制ATG7、ATG12或ATG5能够减少4T1、MDA-MB-231、B16-F10和MCF10A细胞的侵袭和迁移，并增加细胞传播。自噬也可通过阻止溶酶体酸化与自噬体溶酶体融合来抑制自身的自噬。自噬直接与局部粘附相互作用，能够促进局部粘附复合蛋白降解，包括PXN和SRC p-Y416。除了局部粘附的降解，自噬通过ULK1-RB1CC1-PTK2信号轴影响局部粘附的动态平衡。RB1CC1/FIP200／Atg17（RB1诱导的螺旋线圈1）直接结合并抑制PTK2的激酶结构域，减少细胞扩散、迁移和细胞周期进程。重要的是，活化的ULK1作用于RB1CC1-PTK2的相互作用，负调控PTK2的活性。RB1CC1逆向调节自噬和PTK2诱导的转移，能量缺乏时，ULK1-RB1CC1复合物阻断并抑制PTK2，促进自噬并减少迁移，即抑制ULK1或RB1CC1会增加转移。 整合素信号传递和自噬的共享机制 体内运输和整合素降解的机制在促进细胞迁移的局部粘附的转化中非常重要。除了局部粘附的黏着和降解，整合素信号转导通过Rho GTPase信号、EGFR（表皮生长因子受体）信号和KDR/VEGFR（激酶插入域受体）调节转移，也包括FN1聚合和降解的ECM调节。整合素的运输、回收和降解取决于以下几个因素，包括整合素构象状态，由ECM蛋白激活的整合素与效应蛋白的结合，如TLNs以及FERMTs/kindlins对整合素胞尾“内向外”的信号转导。整合素异源二聚体的构象决定了内吞对它的运输和回收的方法。吞饮非活化整合素后成为RAB5（RAB5，RAS癌基因家族成员）阳性早期吞饮小体，这又通过RAB4阳性吞饮小体重新迅速地穿梭回细胞膜，即为“短环” 回路，这种穿梭机制为非活化整合素在细胞膜定位的机制，这对于诱导迁移和侵袭定位时新位点的粘附必不可少。相反地，活化的或与配体结合的整合素内吞作用增加，并通过RAB11介导的“长环”途径循环到质膜，这包括核周再循环复合物（PNRC）。活化的整合素易于和RAB11阳性的PNRC一起驻留在细胞内，进而分类降解，循环回细胞膜，或储存于胞内，在低氧或特定生长因子作用下发挥促进细胞移动的作用。 整合素转运是促进细胞迁移的重要机制之一。FN1与整合素ITGA5-ITGB1异源二聚体结合，诱导胞质尾泛素化，导致网格蛋白介导FN1结合整合素的内吞作用。内吞的整合素FN1复合物首先转运到RAB25阳性晚期内涵体，然后到溶酶体。溶酶体降解整合素ITGA5-ITGB1-FN1复合物，增强了细胞迁移。整合素ITGA5-ITGB1异源二聚体从CLIC3（氯化物胞内通道3）-阳性溶酶体回到细胞膜，它的转运增加了SRC信号传导和迁移，而缺失CLIC3导致整合素ITGA5-ITGB1降解和运动性降低。这意味着整合素介导的细胞迁移和侵袭的调节依赖于内涵体介导的转运和整合素降解。作为降解过程，自噬可能在整合素转运和整合素介导的迁移中起重要作用。内吞和自噬途径之间的信号交流有很多共性，越来越多的研究正在将这些通路联系起来。 在内涵体成熟过程中，晚期内涵体局部膜向内萌芽导致内涵体内形成胞内囊泡（ILVs），即形成多泡小体（MVB）。MVBs可以与自噬体融合，产生杂合囊泡，称为双小体，随后与溶酶体融合并降解，诱导自噬可促进MVBs与自噬体的融合。激活整合素存在于ILVs，这意味着诱导自噬可能促进整合素通过形成双小体而降解。另外，MVB可与质膜融合并释放外泌体，外泌体介导的细胞间信号转导在肿瘤进展和转移中都有关联。整合素存在于外泌体的表面，且因细胞类型不同而异；并且也在向特定器官转移和启动提前转移时机中发挥作用。转移前的组织摄取外泌体增加了促炎基因的表达，而在体外实验中抑制这些整合素异源二聚体则减少肺转移瘤和肝转移瘤。重要的是，诱导自噬减少MVB与质膜融合并减少外泌体分泌，这意味着抑制自噬可促进装载整合素的外泌体的分泌，促进定向迁移与器官转移。 饥饿和缺氧状态下整合素的回收与自噬 营养状态和细胞代谢状态通过MTORC1（哺乳类雷帕霉素靶点复合物1）、AMPK和HIF1A（低氧诱导因子1α亚基）对自噬的诱导有严格的调控作用。整合素- ECM相互作用，激活的信号通路通常是有丝分裂和增强生存的。例如，整合素与ECM相互作用进而激活PTK2，导致PI3K-AKT-MTOR信号通路激活并抑制诱导自噬。这表明整合素介导的迁移增强后，自噬活性可能会降低。同样的是，饥饿诱导的自噬促进了ITGB1从细胞质向自噬小体的转运并且抑制了HeLa细胞的迁移，而抑制ATG7增强了迁移和侵袭能力，这意味着自噬介导的整合素的降解可能会降低细胞运动性。 缺氧也能诱导自噬，通过整合素循环，促进MDA-MB-231乳腺癌细胞侵袭和转移。然而营养缺乏增加整合素内化，低氧却能促进特定整合素从RAB11阳性内涵体到细胞膜的循环，如整合素ITGA6-ITGB4/α6β4。参与缺氧诱导自噬的蛋白质可能决定着自噬促进还是抑制转移。在MMTV-PyMT小鼠乳腺癌模型中，缺氧诱导自噬的媒介-Bnip3缺失，增加了肿瘤的迁移和转移。这可能是由于线粒体自噬丧失的缘故，线粒体自噬是自噬的一种，能够选择性的降解线粒体。线粒体自噬缺乏导致线粒体数量增加、ROS产生和HIF1A靶基因表达。此外，线粒体ROS（mtROS）合成和HIF1A激活都能刺激肿瘤细胞增殖和迁移，并且尽管ROS也促进失巢凋亡，mtROS能增强ITGB5介导的迁移。 综上所述，自噬是整合素再循环和降解的重要调节因素，影响整合素在细胞膜上的活性和局部粘附动力学，以促进细胞运动。此外，肿瘤微环境两个特征-营养素缺乏和缺氧调控自噬介导的整合素,使它以不同的方式再循环和转移。由于整合素转运影响多种转移相关机制，自噬调节整合素转运的进一步研究可能会更好的洞察自噬在癌症转移中的整体作用。这是微环境应激诱导肿瘤细胞从原发灶迁出的关键。 自噬与GTPase信号的相互调节 Rho GTP酶是Ras超家族蛋白质成员，调节细胞骨架动力学以促进细胞迁移。活化的RAC1促进片状伪足的形成，有利于细胞扩散和局部粘附的形成。同样地，伪足前缘CDC42激活促进富含肌动蛋白的丝状伪足形成，伪足从前缘凸出，发挥探索功能。相反地，活化的RHOA典型地存在于细胞的后缘，通过ROCK1/2（Rho相关螺旋线圈包含蛋白激酶1/2）信号，促进应力纤维的形成和肌动球蛋白收缩。肌动蛋白聚合、肌动球蛋白收缩和细胞骨架转换之间的协调是有效的细胞运动所必需的。RAC1和RHOA负性相关，共同维持肌动蛋白聚合和收缩的平衡。 Rho GTP酶活性和自噬是紧密联系的，它们的相互调节又形成反馈网络。研究表明自噬可能通过靶向降解RHOA和ARHGEF2，进而抑制转移。然而，迁移时GTP酶具有复杂的时空效应，因而难以推断自噬是如何调节Rho-GTP酶介导的迁移的。其他几种GTP酶相关蛋白质，包括ARPC（肌动蛋白相关蛋白2/3复合物）、WAHSC1（WASH复合亚基1）也参与自噬体的形成和转运过程。Rho GTP酶及其效应蛋白与自噬通路相互作用，进而调节细胞的移动和转移的机制有待进一步研究。 自噬与抗失巢凋亡 自噬和整合素信号之间的相互作用包含抗失巢凋亡，失巢凋亡是细胞长时间脱离ECM后凋亡细胞死亡的一种形式。整合素介导的粘附和自噬表现为负相关，整合素-ECM粘连缺失诱导癌细胞和非癌上皮细胞中的自噬，促进抗失巢凋亡，使CTCs生存，并可能增强转移潜能。总的来说，自噬可通过抗失巢凋亡来促进CTC的存活和转移。然而，自噬介导的抗失巢凋亡在肿瘤转移中的作用程度仍需要进一步的研究。 自噬调节EMT EMT是一种肿瘤细胞被重新编程的过程,即上皮细胞表型通过细胞骨架重排、细胞连接缺失、抗失巢凋亡和ECM重塑转化为可移动的和侵袭性的间质样表型。EMT是一个受过渡态和微环境影响的动态过程，并且没有单一的信号通路支配着这种转变。调节EMT的机制包括转录调控、表观遗传修饰、选择性剪接、miRNAs、蛋白质稳定性和亚细胞定位和自噬调节这几个因素。在大多数情况下，自噬降低TGFB1-SMAD信号通路、SQSTM1依赖的SNAI1的降解和SQSTM1介导的TWIST的稳定性，进而抑制EMT诱导的转移。 结论 总的来说，自噬在肿瘤转移中的作用是多样化的：自噬通过阻断EMT、纤维化和RhoGTP酶活性来抑制转移，并通过促进局部粘附、抗失巢凋亡和肿瘤-间质代谢耦联来促进转移。问题是在这些机制中哪一个重要，哪一个能够决定自噬在转移中的作用。虽然单个自噬调节机制在肿瘤转移中的影响程度尚不完全清楚，但已经明确的是，自噬的确具有抑制肿瘤转移的作用，而未来的研究需要做的就是阻断能够促进肿瘤转移的影响因素，进而改善肿瘤患者的预后。 （编译 申雪芳；审校 缪长虹） 原始文献： Dower CM1, Wills CA1, Frisch SM2, Wang HG1.Mechanisms and context underlying the role of autophagy in cancer metastasis.Autophagy. 2018;14(7):1110-1128. doi: 10.1080/15548627.2018.1450020. 论肿道麻系列书籍 一，关注古麻今醉网公众号 点击医学商城即可购买 另有其他麻醉书籍商城在售 |
|
|
