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自噬对TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡的影响

发布时间:2017-09-22 11:03 |  点击次数:

自噬对TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡的影响

肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(tumor necrosis factor related apoptosis-induced ligand,TRAIL)是肿瘤坏死因子家族中的一员,能够诱导大多数人类肿瘤细胞凋亡,而对正常细胞没有明显的细胞毒性。因此,TRAIL被认为是一种很有希望有效的抗肿瘤药物。在临床前期试验中,TRAIL表现出治疗肿瘤的强大优势,但同时也出现了一些阻碍其进入临床的问题,其中就包括肿瘤细胞的TRAIL抵抗。自噬是真核细胞中一种高度保守的细胞进程,主要作用是降解细胞内的长寿命蛋白、受损细胞器和外来病原体。自噬参与TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡过程,并和TRAIL抵抗有着密切关系。本文就自噬对TRAIL诱导肿瘤细胞凋亡的影响进行综述。

 

1. 自噬与肿瘤细胞凋亡

自噬是一种高度保守的细胞进程,可以通过给细胞提供所需营养、生物合成的单体和减轻细胞损伤来促进细胞在面对应激时的存活。目前对自噬的基本理解是,一方面,在饥饿和线粒体功能失常时,自噬可以保护细胞;另一方面,自噬通过降解细胞质中必要的组分促进细胞死亡。预测保护性自噬和自杀性自噬发生的特定环境仍然非常困难。无论是在细胞损伤和应激中,还是在正常的发育和形态形成中,细胞凋亡都被认为是调控细胞死亡的主要机制。在脊椎动物外周神经系统的成型中,细胞凋亡发挥着重要作用,为了使神经原数量和外周靶向组织相匹配,约有一半的新形成的神经元发生凋亡性死亡。


自噬和凋亡都是被严格控制的生物学进程,在发育、组织稳态和疾病中发挥着重要作用。这两条途径中的成分构成的复杂的交叉网络可以被同种刺激物诱导。这个交叉网络受多种通路的调控。在这个交叉网络中有两个关键蛋白发挥着重要作用,一个是caspase-8,另一个是Beclin-1。caspase-8是凋亡通路中的关键蛋白,同时在自噬向凋亡的转换过程中发挥着重要作用。溶酶体可以降解cleaved caspase-8,关闭细胞凋亡通路,使肿瘤细胞对凋亡诱导剂产生抵抗。当使用siRNA技术抑制Beclin-1 或自噬抑制剂抑制细胞自噬后,细胞cleaved caspase-8和细胞凋亡都增加。Beclin-1是一个新发现的仅含有BH3结构域的蛋白,是自噬体形成启动复合物Class III PI3K复合物的关键组分,在自噬的发生起始中发挥着重要作用。
 


Beclin-1和其他促凋亡分子相似,也拥有调控细胞凋亡的作用。Beclin-1存在着两个caspase-3剪切位点。在细胞受到温和短暂的刺激时,细胞通过活化Bcelin-1启动自噬途径,保护细胞免于死亡;在细胞受到持久而强烈的刺激时,通过对Beclin-1的剪切抑制细胞自噬而失去这种保护机制。Caspase-3对Beclin-1的剪切可以调控细胞自噬向细胞凋亡的转换。Beclin-1在被caspase 剪切后就失去启动自噬的作用,但是剪切后的Beclin-1的C-端碎片却获得新的功能,并可以放大线粒体凋亡。在不同的环境下,细胞自噬可分为保护性自噬和抑制性自噬。保护性自噬帮助肿瘤细胞应对外界的刺激,逃避化疗药物所诱导的细胞凋亡,与肿瘤细胞的药物抵抗有密切关系;抑制性自噬可以增强细胞的凋亡,促进肿瘤细胞死亡。而这些都是由多种因素决定的,包括组织类型、肿瘤级别和致癌基因的突变类型等。


研究发现在增殖不同的肿瘤细胞中,基础自噬水平会出现明显的不同,而细胞与细胞间自噬水平的不同会导致肿瘤在面对凋亡诱导时出现不同反应;自噬可以决定肿瘤细胞的命运,但这种作用具有细胞特异性和诱导剂特异性。在HER2阳性乳腺细胞中,以自噬和凋亡为靶点是非常有效的治疗方法。临床试验表明自噬抑制剂可以改善乳腺癌的治疗,而且不仅仅限于HER2阳性乳腺细胞。自噬抑制剂有望成为促进肿瘤细胞凋亡的新药,但是这其中的调控机制仍然不清楚,还需要更多的研究。


2. 自噬与TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡

TRAIL主要通过激活外源性途径诱导肿瘤细胞凋亡,同时伴随着内源性途径的级联放大作用。TRAIL与细胞膜表面的死亡受体结合后,死亡受体的膜内段活化并进行自身剪切形成死亡诱导信号复合体(death-inducing signaling complexes,DISCs)。Fas 相关死亡结构域(Fas-associated death domain,FADD)和caspase-8、caspase-10 前体的招募是DISCs形成的先决条件。caspase-8、caspase-10前体剪切后形成具有活性的cleaved caspase-8、cleaved caspase-10,随之激活caspase-3、6、7,并启动细胞凋亡。细胞FLICE 样抑制蛋白(cellular FLICE-like inhibitory protein,cFLIP)可以和caspase-8竞争性与FADD结合,从而阻断细胞凋亡通路。因此TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡效应与很多因素有关,如肿瘤细胞表面TRAIL受体的表达、凋亡蛋白酶、凋亡抑制蛋白酶等。



TRAIL在诱导细胞凋亡的同时,通过对自噬相关蛋白的剪切,激活细胞自噬。自噬可以调控细胞膜上TRAIL受体的表达量,同时也能调控细胞内凋亡蛋白酶和cFLIP的表达水平。自噬通过这些不同途径参与对TRAIL诱导的凋亡通路的调控,从而发挥抑制或促进TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡的作用。


T2.1 自噬抑制TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡

肿瘤细胞自噬的激活能够抑制TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡。在TRAIL抵抗的乳腺癌细胞中可以观察到自噬体的大量聚集,阻止这些自噬体的功能可以增强TRAIL诱导细胞凋亡的作用。Di等发现自噬可以降低TRAIL受体在细胞表面的表达,使肿瘤细胞产生TRAIL抵抗。研究发现TRAIL抵抗的肿瘤细胞株自噬水平明显高于TRAIL敏感的肿瘤细胞株;抑制自噬可增强TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡,使TRAIL抵抗的肿瘤细胞株逆转为TRAIL敏感的细胞株。Monma等发现TRAIL抵抗的胰腺癌细胞存在保护性自噬,当使用PFT-μ后,自噬体与溶酶体无法融合,抑制NF-κB途径,可抑制保护性自噬,增强TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡。


Kim等发现尼克酸可通过激活细胞自噬抑制TRAIL诱导的细胞凋亡。这些研究表明,自噬在TRAIL所诱导的凋亡通路的不同层面上调控凋亡信号的传递,抑制肿瘤细胞的凋亡


2.2 自噬增强TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡

有研究发现自噬的激活可以增强TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡,自噬可以降解TRAIL诱导的凋亡抑制蛋白,从而增强TRAIL诱导的凋亡。TRAIL可以诱导肿瘤细胞凋亡,但对正常细胞几乎没有细胞毒性。自噬在TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡过程中具有重要作用,可以调控TRAIL受体、凋亡蛋白酶的表达。自噬抑制剂和TRAIL联用明显增强TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡。但同时自噬对TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡具有促进作用。因此还需要更多的研究阐明自噬对TRAIL诱导的肿瘤细胞凋亡的调控机制,找到肿瘤细胞保护性自噬与抑制性自噬的发生条件,使得TRAIL联合自噬调节可以成为一种有效的克服TRAIL抵抗,治疗肿瘤的治疗方法。