自噬與惡性黑色素瘤侵襲轉移相關性研究進展

高翔, 趙雪寧, 韓昭

1.成安縣人民醫院,2.永年區第一醫院,3.河北工程大學附屬醫院,河北 邯鄲 056000

惡性黑色素瘤(malignant melanoma,MM)是一種高度惡性的黑色素細胞腫瘤,具有高侵襲、高轉移、高致死率的特性。據統計,惡性黑素瘤發病率占全部惡性腫瘤的3%,占皮膚惡性腫瘤的7%～20%,該腫瘤對放化療不敏感、死亡率較高[1]。近年來MM的發病率明顯上升,在西方發達國家的發病率上升速度可能僅次于肺癌,年平均增長速度為4%～6%[2]。MM預后不良的主要因素是其高侵襲轉移力和早期的轉移能力[3],早期手術切除病變組織,可使5年生存率達到99%,一旦發生遠處轉移,術后5年生存率至少會降低10%[4]。目前對黑素瘤的治療主要包括手術切除、放射線治療、化學療法等,但這些方法僅對早期階段有效,對進展期或晚期患者治療效果不佳[5],腫瘤侵襲轉移的早期發現和早期治療是目前臨床上增加 MM患者生存率的唯一手段,所以進一步深入研究MM 侵襲轉移機制意義重大。黑色素瘤中存在自噬,且自噬在黑色素瘤的轉移及發展中起重要作用[6]。近年來,細胞自噬在黑色素瘤的發病機制和治療中的作用受到廣泛關注,細胞自噬水平升高可能維持黑色素瘤細胞的活力并導致其耐藥性產生,而對細胞自噬的深入研究有助于更好地理解黑色素瘤的發病機制及耐藥的相關性。自噬是促進還是抑制黑色素瘤的發生、發展目前尚未定論[7],自噬有可能代表一種黑素瘤治療的靶點。本文就細胞自噬與黑色素瘤侵襲轉移相關性研究進展作一綜述。

1 細胞自噬概述

自噬是真核細胞在生長因子或營養缺乏、缺氧、內質網應激等有害刺激下所發生的一種適應性生化過程。細胞自噬是真核細胞對持續性內外刺激的非損傷性應答反應,在各種代謝壓力下,細胞內的蛋白質、細胞器和胞質通過自噬作用被包裹、消化再利用[8]。自噬在細胞的生長、發育和疾病發生中起著重要的作用,通過自噬作用,細胞完成重塑分化,積極適應不同的環境。在細胞饑餓狀態或組織缺血時,細胞通過自噬來提供營養,用以維持細胞的存活[9]。這些都體現了細胞自噬在病理和生理狀態下的廣泛意義。遭受饑餓、氧化應激、低氧、高溫、損傷等外界刺激情況或細胞器的損壞、突變蛋白的積聚及微生物的侵襲等應激時,可以誘導細胞自噬發生,發生自噬的細胞胞漿中出現大量游離的雙層膜性結構,稱為前自噬泡或分隔膜(isolation membrane,IM)。IM逐漸延伸,將待降解的蛋白質或細胞器完全包繞形成自噬體 (autophagosome,AP)。成熟的AP與細胞骨架微管系統相互作用,被運輸至溶酶體,這一過程稱為自噬體的轉運與融合。自噬體外膜與溶酶體融合,內囊泡釋放入溶酶體,形成自噬性溶酶體。隨后內囊泡酸化,溶酶體內的水解酶將內囊泡的膜水解,溶酶體蛋白水解酶活化,進而水解內囊泡的內容物。自噬體水解后產生的氨基酸、核苷酸等營養成分可以被細胞利用。自噬與凋亡是兩種程序性細胞死亡方式,兩種通道存在于同一細胞內,有共同的誘發因素,有相似的調控途徑;但兩者的功能不同,并相互影響及制約,自噬有利于細胞的存活,而凋亡導致細胞死亡,兩者間的相互作用機制及調控方式目前尚未明了[10]。

2 自噬與腫瘤的生物學行為

自噬對腫瘤細胞具有抑制和促進的雙重作用[11]。自噬初期可以作為腫瘤發生的一種抑制因素,對自噬的抑制可使蛋白降解減少,合成代謝增加,最終導致原癌細胞持續增殖。在腫瘤生長過程中,尤其是當腫瘤內還沒有形成足夠的血管為其擴增提供營養時,腫瘤細胞可以通過自噬來克服營養缺乏和低氧的環境得以生存。同時自噬對線粒體的分隔可防止促凋亡因子如細胞色素和凋亡誘導因子的擴散[12]。此外,自噬可以清除電離輻射時受損的大分子或細胞器,保護腫瘤細胞免受電離輻射的作用,從而逃避凋亡而存活下來[13]。目前研究發現,細胞自噬對多種惡性腫瘤如肺癌、肝癌、乳腺癌、胰腺癌及黑色素瘤的發生發展具有較為重要的影響[14-17]。由于腫瘤的發展,腫瘤細胞需要侵入局部組織,在組織脫離生存并獲得在遠處二次成形的特點[18]。從原發腫瘤部位的腫瘤細胞侵襲,內滲入血液或淋巴循環和在循環中生存,在靶器官部位的腫瘤細胞外滲和腫瘤細胞在新部位增殖[19]。

3 自噬與黑色素瘤的侵襲轉移

在MM中AKT通路的活化可以促進細胞自噬作用[20-21]。Bcl-2可以與Beclin1相互作用抑制細胞自噬。敲除Bcl-2的BH4結構域可以降低惡性黑色素瘤的生長,同時細胞出現明顯的自噬作用,缺少BH4結構域的Bcl-2蛋白可通過改變微觀蛋白輕鏈3B-Ⅱ導致p62蛋白表達下降[22],從而增加了細胞的自噬作用。這可能是缺乏BH4結構域Bcl-2蛋白的一個新功能。皮膚疾病中常見的惡性腫瘤如皮膚鱗狀細胞癌、惡性黑素瘤等均存在自噬[23]。黑素瘤是皮膚科惡性程度高,預后差的惡性腫瘤,研究表明黑素瘤細胞具有很高的自噬水平。Lazova等[24]通過光鏡和定量免疫熒光對約1 400例20種腫瘤(包括黑色素瘤和乳腺癌)的自噬標志物 LC3抗體的實驗顯示:正常皮膚組織中黑色素細胞內染色不明顯,而只發生皮膚播散型黑色素瘤組織細胞的 LC3 抗體染色明顯,在高核分級、高有絲分裂率、轉移和生存期縮短的病例中,LC3呈現高表達,表明自噬水平升高與惡性腫瘤侵襲性和預后差相關。Lazova等[25]通過免疫組化檢測了12例淺表播散型黑素瘤、原位黑素瘤及侵襲性黑素瘤瘤細胞LC3B表達及電鏡觀察,均存在自噬現象,同樣內質網應激可導致黑素瘤進展,而內質網應激是自噬的促發因素,因此對于黑素瘤自噬是一種腫瘤在進展期缺氧條件下一種保護機制,瘤細胞利用自噬獲取營養物質而得以生存。有研究發現正常黑色素細胞和早期原位黑色素瘤相比較,原位黑色素瘤和黑色素瘤標本高表達LC3和大量的自噬體,表明在疾病的發生發展過程中自噬活性的提高可能是一個后期階段的事件[26]。此外,腫瘤生長需要從體內腫瘤微環境不斷提供營養和氧氣,這是通過血管生成,血管形成的過程。血管生成主要由內皮細胞(ECs)進行。自噬可以保護ECs免受缺氧和代謝應激誘導的損傷,并調節ECs在血管生成中的功能[27]。EC特異性的自噬基因Atg7的缺失破壞了血管脂質穩態[28]。在ECs中敲除另一個自噬基因Atg5會導致腫瘤血管系統異常,并延遲黑色素瘤的生長[29]。

然而,也有研究發現Beclin1是自噬調節中的重要分子,可以抑制腫瘤的發生。不同的研究方法表明在機體惡性黑色素瘤從快速生長到轉移過程中,Beclin1表達持續下降[30-31],說明在惡性黑色素瘤中自噬作用被抑制。Hara等[32]檢測了5例進展期黑素瘤患者和3例原位黑素瘤患者Beclin-1表達情況,發現進展期黑素瘤高表達Beclin-1,而原位黑素瘤低表達Beclin-1。Beclin-1在小鼠黑素瘤模型研究中還具有調節血管生成作用。內質網應激誘導劑bortezomib可以激活自噬,而敲除Beclin-1或 Atg7,可增加黑素瘤細胞對bortezomib誘導細胞死亡的敏感性[33]。Han等[34]采用RT-PCR實驗和Western blotting實驗分別從基因水平和蛋白水平檢測Beclin1對黑色素瘤EMT過程的影響,結果顯示,相對于空白組與NC組,轉染組E-cadherin mRNA 及蛋白表達均升高,VimentinN-cadherin mRNA及蛋白表達均降低,證實Beclin1的過表達抑制了黑色素瘤EMT的過程,可能進而影響腫瘤的惡性生物學行為。Miracco等[35]對良性痣、發育不良痣、放射性或垂直性生長的黑素瘤、以及轉移性黑素瘤的149例活體組織,用免疫組織化學和Western蛋白印跡法,分析胞質中Beclin1和MAP1LC3的含量,結果顯示Beclin1在良性痣和正常的黑色素細胞胞質里,中至強度的染色和核仁表達陽性。其中良性痣細胞胞質中100%表達、發育不良痣86.4%表達、放射性生長54.5%表達、垂直性生長54.3%表達、轉移性黑素瘤26.7%表達。而正常的黑色素細胞、良性痣中MAP1LC3的表達水平高于黑素瘤細胞(P<0.05)。上述結果顯示隨著疾病的進展Beclin1表達水平逐漸降低,推測自噬有抑制癌細胞生長的作用。Sivridis等[36]研究了自噬和黑素瘤患者預后的關系,79例結節性黑素瘤患者細胞胞漿內彌漫性表達Beclin1和MAP1LC3,Beclin1高表達會促進腫瘤細胞的凋亡,低表達的患者易發生腫瘤的侵襲和破潰,且術后5年生存率會降低,提示MAP1LC3的高表達未顯示出臨床意義,但可作為監測自噬水平的標記基因。

4 結語

黑色素瘤作為難治性的皮膚惡性腫瘤已經引起廣泛關注,有關其發生和進展的機制需要被準確了解。自噬被認為對黑色素瘤有顯著的調節作用。迄今為止,許多數據支持自噬在黑色素瘤中的動態作用,如在腫瘤進展的早期作為腫瘤抑制因子,以及在腫瘤維持和治療耐藥性的后期作為癌癥促進因子。隨著對細胞自噬機制研究的不斷深入,細胞自噬與黑色素瘤之間的相互作用與影響也會越來越明確,因此可以通過調控細胞自噬達到控制黑色素瘤發生和發展的目的。發現黑色素瘤新的治療靶點,有望明確對黑色素瘤產生耐藥性的分子機制,為未來黑色素瘤的治療提供很大幫助。