编辑推荐:
这篇综述聚焦实体癌中的分泌性自噬(Secretory autophagy)。详细阐述其在肿瘤进展中的机制,如与传统自噬的差异、货物选择等;探讨其对肿瘤微环境(TME)的影响及免疫调节作用;还介绍了相关治疗策略和面临的挑战,为攻克实体癌提供新思路。
引言
自噬(Macroautophagy)是细胞内高度保守的降解机制,能分解细胞物质以回收能量和原料,维持细胞代谢平衡。当细胞面临营养匮乏等情况时,雷帕霉素复合物 1(mTORC1)感知代谢失衡,激活 unc - 51 样激酶(ULK)复合物,启动自噬过程。自噬体形成后,与溶酶体融合,降解包裹的货物。除经典自噬途径外,还有伴侣辅助自噬等方式。而分泌性自噬作为一种特殊的自噬形式,利用自噬信号介导特定物质分泌,参与细胞间通讯和肿瘤微环境(TME)重塑,在肿瘤发展中发挥重要作用。
分泌性自噬:一种非传统的蛋白质分泌方式
分泌性自噬的过程起始于内质网附近被 ATG 蛋白识别的大颗粒,这些颗粒逐渐诱导分泌性自噬体膜的延伸和成熟。分泌性自噬体可直接与质膜融合释放物质,也能先与多囊泡体(MVB)融合形成双泡体,再与质膜融合分泌物质。在酵母和哺乳动物细胞中都有相关研究证实了这一过程,例如酵母中 Acb1 的分泌以及哺乳动物细胞中 IL - 1β、α - 突触核蛋白的分泌都依赖于分泌性自噬。此外,一些蛋白如 RAB8a、SNARE 家族蛋白在分泌性自噬的膜融合过程中发挥关键作用,而抑制自噬体与溶酶体融合或改变微管乙酰化水平会影响分泌性自噬的进程。
自噬与分泌性自噬的差异
起源差异
经典自噬的自噬体主要来源于内质网的 ω - 形结构域(omegasomes),而分泌性自噬部分起源于一种特殊的内质网衍生前体结构(CUPS)。两者都表达磷脂酰肌醇 - 3 - 磷酸(PI3P)和 ATG 蛋白,但 CUPS 含有一些特定的高尔基体相关蛋白,且其形成与传统自噬的起始机制存在差异。例如,经典自噬通常需要 ULK1 复合物参与,而分泌性自噬在某些情况下可独立于 ULK 复合物发生。
货物差异
分泌性自噬的货物通常缺乏内质网靶向信号肽,通过非传统途径分泌。以高迁移率族蛋白 B1(HMGB1)为例,它在应激刺激下分泌,缺乏信号肽,其分泌依赖于热休克蛋白 90α 家族 A 类成员 1(HSP90AA1)和分泌性自噬相关机制。此外,还有 TRIM16 介导的货物选择过程,影响 IL - 1β 等物质的分泌。同时,存在 LC3 依赖的细胞外囊泡(EV)货物装载机制,涉及 nSMase2、FAN 等蛋白,对 RNA 和 RNA 结合蛋白(RBPs)的分泌起重要作用。
囊泡运输差异
RAB37 GTPase 可调节细胞内货物的胞吐作用,参与分泌性自噬中组织金属蛋白酶抑制剂 - 1(TIMP1)的分泌。与传统自噬不同,分泌性自噬中某些过程独立于 ATG7,且 RAB7、SNAP23 等蛋白在其中发挥独特的调节作用。RAB7 主要调节自噬体与溶酶体融合,而在分泌性自噬中,其敲低会增加分泌性自噬;SNAP23 则对分泌性自噬中囊泡与质膜的融合至关重要。
分泌性自噬在肿瘤进展中的状态
肿瘤细胞的自噬异常活跃,其中分泌性自噬在肿瘤发展中扮演着复杂的角色。在多种实体瘤中,ATG 蛋白的高表达促进肿瘤恶性进展,肿瘤细胞通过分泌性自噬释放多种物质,这些物质可作为肿瘤微环境中的信号分子,影响肿瘤细胞的代谢、增殖、侵袭和转移能力。
结直肠癌
结直肠癌(CRC)是常见的消化系统恶性肿瘤。研究发现,抗精神病药物硫利达嗪(THD)可诱导 CRC 细胞发生自噬,且该自噬过程中的 LC3 + 自噬体通过分泌性自噬释放,同时 THD 还能诱导细胞外囊泡(EVs)分泌,增强奥沙利铂诱导的免疫原性细胞死亡。此外,ATG16L1 在 CRC 细胞的分泌性自噬中起重要作用,其缺失会减少外泌体释放,针对 ATG16L1 的研究为 CRC 治疗提供了新方向。
胶质母细胞瘤
胶质母细胞瘤(GB)是恶性程度高的神经系统肿瘤。研究表明,自噬诱导剂 DT - EGF 可调节 GB 细胞中 HMGB1 的释放,通过 RAGE/ERK/IκB/NF - κB 信号通路促进肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)向 M1 样极化,激活抗肿瘤免疫。然而,替莫唑胺(TMZ)联合自噬抑制剂治疗 GB 患者的效果不佳,这与分泌性自噬导致货物转运模式改变有关,凸显了深入理解 HMGB1 在肿瘤微环境中作用的重要性。
前列腺癌
前列腺癌是男性常见的实体瘤。血清中窖蛋白 - 1(CAV1)水平与前列腺癌的进展相关,前列腺癌细胞可通过不同机制分泌 CAV1,其中部分依赖于分泌性自噬。CAV1 的分泌与钙离子(Ca2 +)通量密切相关,且可能与糖代谢存在联系。针对 CAV1 分泌途径的研究,为前列腺癌的治疗提供了潜在的干预靶点。
乳腺癌
乳腺癌是女性高发的肿瘤。研究发现,ATG5 在乳腺癌细胞外泌体产生中起关键作用,其缺失会减少外泌体释放,且相关外泌体可促进乳腺癌细胞的迁移和转移。此外,自噬还可调节乳腺癌干细胞(CSC)中 IL - 6 的分泌,通过 STAT3 信号通路促进肿瘤恶性进展,针对这一过程的研究为乳腺癌治疗提供了新的策略方向。
宫颈癌
宫颈癌是严重威胁女性健康的恶性肿瘤。在宫颈癌中,mTORC1 信号通路对自噬和外泌体释放有重要调节作用,血清饥饿等条件可诱导外泌体释放。S - 期激酶相关蛋白 1(SKP1)的磷酸化状态决定了细胞在营养不同条件下的代谢途径选择,影响分泌性自噬。此外,ATG5 参与受损溶酶体的修复和分泌性自噬过程,对宫颈癌的发展和治疗具有重要意义。
肝细胞癌
肝细胞癌(HCC)主要由慢性肝脏疾病引发,5 年生存率较低。ATG 家族蛋白在 HCC 的发生发展中起关键作用,例如 ATG5 参与维持溶酶体稳定性和修复受损溶酶体,其缺失会影响 ALIX - ESCRT 系统功能。此外,乳酸脱氢酶 B(LDHB)等蛋白可调节溶酶体酸化和囊泡成熟,这些发现为 HCC 的治疗提供了潜在靶点。
胆管癌
胆管癌(CCA)具有高度异质性,预后较差。肿瘤抑制因子 PTEN 在 CCA 细胞中可调节蛋白降解途径,其缺失会导致 MVB 货物的溶酶体降解受损,促进外泌体产生,进而影响细胞增殖和侵袭。转录因子 EB(TFEB)的磷酸化状态调节其活性和细胞定位,对溶酶体功能和分泌性自噬起关键作用,PTEN 和 TFEB 成为 CCA 治疗的重要研究靶点。
食管鳞状细胞癌
食管鳞状细胞癌(ESCC)的 5 年生存率较低,急需有效的分子靶向治疗。萝卜硫素(SFN)可通过调节 mTOR/TFE3 轴抑制自噬,诱导功能性外泌体分泌,进而诱导周围细胞衰老。然而,衰老相关分泌表型(SASP)的出现可能会部分抵消 SFN 的抗肿瘤作用,在设计治疗策略时需要综合考虑这一因素。
胰腺癌
胰腺癌的发病率呈上升趋势,治疗手段有限。GAIP 相互作用蛋白 C 末端(GIPC)参与胰腺癌的自噬 - 外泌体相互作用,GIPC 缺陷细胞中 MVB 积累,外泌体分泌增加,且外泌体中含有与耐药相关的 ABCG2 蛋白。此外,胰腺星状细胞(PSCs)通过分泌性自噬释放丙氨酸,为胰腺癌细胞提供能量,促进肿瘤生长,这为胰腺癌治疗带来了新的挑战和研究方向。
头颈部鳞状细胞癌
头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)的发生与多种因素相关。癌症相关成纤维细胞(CAFs)的分泌特性对肿瘤治疗有重要影响,抑制自噬可降低 CAFs 中 IL - 6 和 IL - 8 的分泌,从而影响肿瘤的进展。目前,针对自噬的临床治疗效果有限,开发新型小分子药物成为克服分泌性自噬相关耐药的关键。
分泌性自噬与肿瘤微环境应激
缺氧
缺氧是实体瘤常见的病理特征,可促进肿瘤进展。在肿瘤微环境中,缺氧会导致共济失调毛细血管扩张突变(ATM)蛋白磷酸化,促进自噬体积累和 MVB 酸化,进而增强分泌性自噬。缺氧的 CAFs 通过分泌性自噬释放富含 G - 蛋白偶联受体 64(GPR64)的外泌体,促进癌细胞侵袭,这表明缺氧驱动的分泌性自噬在肿瘤进展中具有重要作用,可作为潜在的治疗靶点。
机械应力
肿瘤细胞在生长和转移过程中会受到机械应力的影响。急性剪切应力(ASS)可促进自噬体与 MVB 融合,导致 LC3II + 和 LAMP1 + 外泌体的钙依赖性释放。外泌体在维持细胞稳态中起重要作用,当自噬不足以降解受损蛋白时,外泌体可作为补充途径。此外,细胞对机械信号的响应由钙转运蛋白如 PIEZO1 介导,调节自噬体与 MVB 的平衡,影响肿瘤细胞的生存和转移。
分泌性自噬与免疫调节
肿瘤细胞的出现会激活免疫系统,但肿瘤细胞可通过多种机制逃避免疫监视。分泌性自噬在肿瘤免疫调节中发挥重要作用,肿瘤细胞高转移能力与高基础自噬水平和分泌活性相关。例如,抑制自噬会导致巨噬细胞迁移抑制因子(MIF)的分泌性自噬增加,MIF 通过多种受体激活免疫反应,影响肿瘤微环境中的免疫细胞招募和炎症因子释放。此外,KRAS 基因突变在肿瘤免疫调节中也与分泌性自噬密切相关,突变的 KRASG12D可通过分泌性自噬释放到细胞外,被巨噬细胞摄取后诱导其向 M2 表型极化,促进肿瘤进展。针对这些过程的研究为增强抗肿瘤免疫提供了新的思路。
分泌性自噬与治疗抵抗
分泌性自噬与肿瘤对治疗的抵抗密切相关,以 HMGB1 为例,其通过分泌性自噬释放到细胞外,可调节肿瘤细胞与临床治疗的相互作用,影响肿瘤对治疗药物的敏感性。在胶质母细胞瘤中,自噬抑制剂可阻断 TMZ 诱导的 HMGB1 分泌,联合使用自噬抑制剂和 TMZ 可能提高治疗效果。此外,ATG7 等蛋白在分泌性自噬的货物释放过程中起关键作用,其与肿瘤对治疗的抵抗存在间接联系,强调了针对这些靶点进行干预的必要性。
治疗策略
目前,针对分泌性自噬的临床研究仍处于探索阶段,主要治疗策略包括靶向分泌性自噬相关信号通路和货物分子。
靶向分泌性自噬的现有方法
目前常用的方法是使用基于传统自噬信号通路的抑制剂,如抑制 PI3KC3/VPS34、靶向 ATG4、ATG7、ATG5 和 ULK1 - ULK2 复合物的小分子药物,这些药物在抗肿瘤方面显示出一定活性,但缺乏特异性。此外,通过靶向溶酶体酸化来促进分泌性自噬的药物,如针对 ATG5、ATP6V1E、ATP6V1G、TFEB、ATG6V1G 的药物,可阻断自噬体与溶酶体融合,促进自噬依赖性分泌。临床实践中,氯喹(CQ)/ 羟氯喹(HCQ)是目前唯一用于临床的自噬抑制剂,可通过抑制自噬通量增强化疗药物敏感性,但也存在副作用。
针对分泌性自噬货物的靶向治疗
针对分泌性自噬货物的靶向治疗为肿瘤治疗提供了新方向。例如,针对 HMGB1 的抑制剂水杨酸盐、甘草酸、丙酮酸乙酯和二甲双胍等,可干扰 HMGB1 的功能,但需注意其在细胞内外功能的差异。针对 KRAS 的抑制剂,如 TH - Z827、TH - Z835 和 MRTX1133 等,在动物实验和临床研究中显示出良好的抗肿瘤效果。此外,还有针对 ADAM10、CAV1、MIF 等分子的抑制剂正在研究中,这些抑制剂有望成为新型治疗方法,但仍需进一步评估其安全性和有效性。
局限性:分泌性自噬中的棘手问题
尽管分泌性自噬在肿瘤进展中的作用逐渐明晰,但仍存在许多未解之谜。肿瘤细胞如何精确调控自噬和分泌之间的平衡,其关键调节分子的具体作用机制尚不清楚。货物选择机制也有待深入研究,细胞如何选择特定物质进行分泌以及背后的决策依据尚不明确。此外,在极端环境下,细胞选择分泌而非利用代谢中间产物的原因也不清楚。新兴技术如单细胞测序和类器官技术为解决这些问题提供了有力工具,有望推动对分泌性自噬的深入理解和临床应用。
分泌性自噬能否改善不良反应?
靶向自噬为癌症治疗带来新希望,但自噬抑制剂如 CQ 存在副作用。当自噬被阻断时,分泌性活动可能增加,释放的物质可能促进肿瘤进化,导致治疗复杂化。例如,CQ 可触发自噬相关蛋白 ATG8 的分泌,被邻近细胞摄取后可能引发这些细胞的自噬。因此,联合使用 CQ 和分泌相关动力蛋白抑制剂或开发更具特异性的药物,有望改善治疗效果,减少不良反应。基于细胞穿透肽(CPP)的递送系统也为提高药物生物利用度和细胞内递送提供了新途径。
展望与未来应用
建立针对分泌性自噬的靶向治疗策略
未来需要建立更精准的分泌性自噬靶向治疗策略,在考虑自噬通路相互作用的同时,绕过细胞的反馈和调节机制。单克隆抗体靶向分泌相关蛋白可能是一种有效方法,但需要进一步评估其细胞可用性,利用工程纳米技术有望解决这一问题。
改进现有治疗药物
开发现有药物的衍生物,提高其生物利用度是未来研究的重点。新型药物加载策略如共孵育法和工程外泌体药物递送系统显示出良好的应用前景。此外,纳米工程和细胞工程的进展为药物递送提供了更多选择,如 mPEG - PLGA 纳米颗粒和透明质酸(HA)纳米凝胶等,可实现更高效的药物递送。
临床前和临床研究评估
针对分泌性自噬的治疗策略需要在体外和体内进行系统评估。类器官和单细胞测序技术为这些评估提供了有力支持,类器官可模拟体内环境,评估分子动力学、药代动力学和药效学;单细胞测序则可实现高分辨率的实验分析,推动该领域的进一步发展。