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來源：《生命的化學(xué)》2014年 細(xì)胞自噬又稱Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡，參與了多種疾病的發(fā)生和發(fā)展。自噬與凋亡之間存在著復(fù)雜的交互調(diào)控——二者能被多種應(yīng)激刺激共同激活、共享多個(gè)調(diào)節(jié)分子，甚至互相協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)化等。全面深入研究自噬與凋亡之間的交互作用機(jī)制，將為腫瘤等疾病的認(rèn)知及治療帶來突破性進(jìn)展。 細(xì)胞死亡是被周密調(diào)控的復(fù)雜過程。凋亡，作為第一個(gè)被認(rèn)定的程序性細(xì)胞死亡程序(programmed celldeath, PCD)，其作用及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)已逐漸清晰。然而，凋亡并非決定細(xì)胞死亡命運(yùn)的唯一。近年，被稱作Ⅱ型PCD的細(xì)胞自噬被證實(shí)與凋亡共同調(diào)控細(xì)胞死亡。某些情況下，自噬抑制凋亡，是細(xì)胞的存活途徑，但自噬本身也會(huì)誘發(fā)細(xì)胞死亡，或與凋亡共同作用及在凋亡缺陷的情況下作為備份機(jī)制誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。二者通路相互關(guān)聯(lián)，互為調(diào)控。研究并利用這些交互作用，將有利于進(jìn)一步揭示腫瘤等疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制。本文對(duì)近年報(bào)道的自噬與凋亡的交互作用方式和重要的交互作用調(diào)節(jié)子(molecular regulator of the crosstalk)進(jìn)行綜述。 概述 細(xì)胞自噬 自噬在古希臘語中是“自(auto)食(phagy)”。它是一種保守的細(xì)胞自我降解方式，是將受損細(xì)胞器及大分子物質(zhì)通過溶酶體降解再利用的過程。基礎(chǔ)水平的自噬是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)所必需的，同時(shí)自噬參與抗衰老、分化及發(fā)育、免疫及清除微生物、腫瘤等疾病的病理生理過程[1,2]。根據(jù)結(jié)合分子的方式，自噬分為：巨自噬(macroautophagy)、微小自噬(microautophagy) 和伴侶分子介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediatedautophagy, CMA)。其中巨自噬研究得最多，本文所論述的自噬即指巨自噬。自噬是一系列自噬體結(jié)構(gòu)演變的過程，由自噬相關(guān)基因(autophagy-relatedgene, ATG)執(zhí)行精細(xì)的調(diào)控。在饑餓、低氧、藥物等因素作用下，待降解的細(xì)胞成分周圍會(huì)形成雙層結(jié)構(gòu)分隔膜，隨后分隔膜逐漸延伸，最終將待降解的胞漿成分完全封閉形成自噬體(autophosome)；自噬體形成后將通過細(xì)胞骨架微管系統(tǒng)運(yùn)輸至溶酶體，二者融合形成自噬溶酶體(autopholysome)；最終其內(nèi)容物在溶酶體酶作用下被細(xì)胞降解利用。目前研究發(fā)現(xiàn)自噬調(diào)節(jié)涉及多種信號(hào)通路，其中以腺苷單磷酸活化蛋白激酶及哺乳動(dòng)物雷帕霉素受體信號(hào)通路為調(diào)控核心。AMPK促進(jìn)自噬發(fā)生，而mTOR抑制自噬發(fā)生。此外，許多經(jīng)典的凋亡信號(hào)通路或蛋白被發(fā)現(xiàn)與自噬調(diào)控之間存在著復(fù)雜的交織[3,4]。 自噬對(duì)細(xì)胞死亡的調(diào)節(jié)具有雙重性：溫和的自噬一定程度上保護(hù)細(xì)胞免受有害條件的侵害促進(jìn)細(xì)胞存活；嚴(yán)重或快速的自噬將誘導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡，被稱為自噬性細(xì)胞死亡[1-4]。 細(xì)胞凋亡 凋亡是細(xì)胞主動(dòng)結(jié)束生命的過程，是維護(hù)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的基本。凋亡可被多種細(xì)胞信號(hào)激活，包括細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，氧化損傷引起的羥自由基等活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)、毒素、NO、生長因素和激素刺激等[3]。凋亡主要信號(hào)通路有線粒體途徑與死亡受體途徑。細(xì)胞內(nèi)的凋亡信號(hào)通常激活線粒體途徑，刺激活化BH3-only蛋白與Bcl-2等凋亡蛋白結(jié)合，激活Bax/Bak聚集至線粒體膜，釋放線粒體促凋亡蛋白包括細(xì)胞色素C、SMAC/DIABLO及凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis inducingfactor, AIF)等，激活caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)，誘發(fā)細(xì)胞凋亡。外源性死亡受體途徑開始于特異性死亡受體與配體結(jié)合，如腫瘤壞死因子相關(guān)的TRAIL和TNF-α、FASL結(jié)合，使得死亡受體結(jié)構(gòu)域寡聚化，形成死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物激活caspase-8后引發(fā)caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)促進(jìn)細(xì)胞死亡。 凋亡對(duì)細(xì)胞死亡的調(diào)節(jié)是單向性的，它能及時(shí)主動(dòng)清除機(jī)體衰老及異常細(xì)胞發(fā)揮清道夫作用。凋亡缺陷將導(dǎo)致腫瘤等細(xì)胞死亡障礙疾病的發(fā)生。 細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡的主要交互作用方式 雖然自噬與凋亡在代謝途徑和形態(tài)學(xué)方面有著顯著的區(qū)別，但它們的信號(hào)通路卻有著千絲萬縷的聯(lián)系。根據(jù)二者調(diào)控方式的不同，可大致將其交互作用歸納為3種：合作關(guān)系、對(duì)抗關(guān)系及推動(dòng)關(guān)系[1-5]。 合作關(guān)系 自噬與凋亡合作方式在現(xiàn)有研究報(bào)道中較為多見。該種情況下，自噬與凋亡的調(diào)控目標(biāo)都是促進(jìn)細(xì)胞死亡。合作方式分為3種：(1)各自同步引發(fā)細(xì)胞死亡；(2)一種為主，另一為輔；(3)一方功能缺陷情況下，另一方替補(bǔ)誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。很多誘導(dǎo)凋亡的刺激常常也會(huì)誘導(dǎo)自噬，比如神經(jīng)酰胺治療乳腺癌和結(jié)腸癌中均發(fā)現(xiàn)凋亡與自噬同時(shí)上調(diào)[6]。在三氧化二砷治療T淋巴細(xì)胞的臨床試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)二者被同時(shí)激活[7]，抗菌藥物氯碘喹啉通過擾亂mTOR信號(hào)通路誘導(dǎo)白血病細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞發(fā)生自噬性死亡和凋亡[8]；靶向敲除自噬相關(guān)蛋白ATG7或用自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤會(huì)抑制caspase激活，減少細(xì)胞凋亡[9]；很多情況下，自噬誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的潛力被凋亡所抑制，但它會(huì)在凋亡功能缺陷時(shí)發(fā)揮關(guān)鍵作用。依托泊苷、毒胡蘿卜內(nèi)酯等處理的凋亡缺陷Bax/Bak?/?的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞自噬上調(diào)，特異性抑制劑抑制自噬后細(xì)胞存活率明顯上調(diào)[10]。上述情況下，自噬和凋亡通過共同作用、互補(bǔ)合作，或替補(bǔ)機(jī)制共同引發(fā)細(xì)胞死亡。 對(duì)抗關(guān)系 對(duì)抗關(guān)系中，自噬與凋亡的目標(biāo)及過程背道而馳。自噬并不引發(fā)細(xì)胞死亡，相反促進(jìn)細(xì)胞存活。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中，自噬通過消化蛋白聚集物和錯(cuò)誤折疊蛋白維護(hù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能，限制了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)誘發(fā)的細(xì)胞凋亡。在細(xì)胞能量危機(jī)的時(shí)候，自噬還通過消化細(xì)胞器和蛋白質(zhì)等大分子為細(xì)胞提供能量和營養(yǎng)，延長細(xì)胞壽命。因而在成年小鼠的饑餓期、乳鼠出生后的喂養(yǎng)適應(yīng)期以及營養(yǎng)剝奪的細(xì)胞中，均顯示出自噬為細(xì)胞存活所必需[11]。在細(xì)胞遭受代謝應(yīng)激、藥物治療和放射性損傷時(shí)，自噬也是維護(hù)基因完整性的重要機(jī)制。因此，在乳腺癌、前列腺癌及結(jié)腸癌細(xì)胞中抑制自噬，能夠提高腫瘤細(xì)胞對(duì)放化療的敏感性[12]。線粒體自噬是自噬的一種，它能通過清除去極化線粒體減少活性氧簇，達(dá)到細(xì)胞保護(hù)的目的。線粒體自噬甚至可通過減少線粒體外膜通透化(mitochondrial outer membrane permeabilization, MOMP)和減少細(xì)胞色素C和SMAC/DIABLO等線粒體促凋亡蛋白的釋放阻止凋亡發(fā)生[13]。 推動(dòng)關(guān)系 推動(dòng)關(guān)系中自噬并不直接參與誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，而是作為能量供應(yīng)者保障凋亡順利進(jìn)行。例如細(xì)胞在營養(yǎng)匱乏的情況下，通過上調(diào)自噬維持胞內(nèi)ATP水平，使得胞內(nèi)磷脂酰絲氨酸向胞外暴露釋放出凋亡信號(hào)[14]。凋亡小體形成的膜出泡過程依賴于ATP驅(qū)動(dòng)肌動(dòng)球蛋白收縮，如若抑制自噬會(huì)阻礙這類ATP依賴性凋亡特征發(fā)生，但對(duì)其它凋亡反應(yīng)并無影響[15]。
細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡交互作用的重要調(diào)節(jié)子 凋亡與自噬的多重交互作用方式必然存在共同的信號(hào)通路和調(diào)節(jié)蛋白，研究人員將其稱為交互作用調(diào)節(jié)子[1-5,13](圖1)。本文重點(diǎn)討論Bcl-2家族蛋白、胱天蛋白酶(caspase)、ATG蛋白和P53的雙重調(diào)節(jié)作用。 bcl-2蛋白家族 Bcl-2家族蛋白在凋亡和自噬間起到關(guān)鍵性雙重調(diào)控作用。它們可分為3個(gè)亞類：共有BH1-BH3結(jié)構(gòu)域的促凋亡執(zhí)行蛋白Bax、Bak；共有BH1-BH4結(jié)構(gòu)域的抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1；僅有BH3結(jié)構(gòu)域的促凋亡蛋白Bad、Noxa、BNIP3、Bid、Bim、Puma等[16]?？沟蛲龅鞍譓cl-1降解被發(fā)現(xiàn)是自噬激活的早期事件[17]。而Beclin-1是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一與酵母自噬基因同源的哺乳動(dòng)物自噬基因，被證實(shí)也是一種BH3-only蛋白，可與Bcl-2抗凋亡蛋白結(jié)合直接調(diào)控自噬和凋亡。當(dāng)它與Bcl-2/Bcl-xL結(jié)合構(gòu)成Beclin-1: Bcl-2/Bcl-xL復(fù)合體時(shí)可抑制Beclin-1激活自噬，但當(dāng)Bcl-2促凋亡蛋白競爭性結(jié)合Bcl-2/Bcl-xL時(shí)則Beclin-1被釋放誘發(fā)自噬。Beclin-1依賴性調(diào)節(jié)自噬的另一機(jī)制是通過caspase-3剪切Beclin-1而抑制自噬[18]。其它BH3-only促凋亡蛋白如Bad、BNIP3、Puma和BH3結(jié)構(gòu)域模擬物也被發(fā)現(xiàn)可通過競爭性結(jié)合Bcl-2/Bcl-xL釋放Beclin-1，誘導(dǎo)自噬。最新Lindqvist等[19]確定抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1不會(huì)直接影響自噬，而是通過抑制Bax、Bak方式間接發(fā)揮作用?？傊?，Bcl-2家族蛋白動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)著凋亡和自噬[5]。 caspase 凋亡相關(guān)caspase家族蛋白可與自噬相關(guān)蛋白互相影響。caspase-3通過剪切滅活Beclin-1抑制自噬促發(fā)凋亡[5,18]。研究發(fā)現(xiàn)凋亡死亡受體通路中DISC可在自噬體膜上組裝，應(yīng)用蛋白酶抑制劑如硼替佐米或溶酶體抑制劑氯喹抑制自噬，會(huì)增進(jìn)DISC形成進(jìn)一步激活caspase-8寡聚化誘導(dǎo)凋亡[20]。T細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)caspase-8調(diào)控著自噬，caspase-8缺陷或Fas死亡結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白(Fas-associated deathdomain, FADD)缺陷的T細(xì)胞其自噬功能被上調(diào)[21]。Furuya等[22]發(fā)現(xiàn)Beclin-1可通過提高caspase-9活性而增強(qiáng)凋亡誘導(dǎo)劑誘發(fā)的細(xì)胞凋亡。 ATG 自噬體形成依賴于一系列ATG蛋白在蛋白泛素化過程中共價(jià)結(jié)合。ATG5和ATG12 被譽(yù)為自噬的“核心”，為自噬體形成所必需，它們被發(fā)現(xiàn)還參與了細(xì)胞凋亡的調(diào)控。ATG5可以被Caplains剪切，造成ATG5 N端片段以一種未知的機(jī)制轉(zhuǎn)位到線粒體，與抗凋亡蛋白Bcl-xL結(jié)合，促發(fā)線粒體細(xì)胞色素C釋放，誘導(dǎo)凋亡[23]。研究發(fā)現(xiàn)在一系列不同凋亡刺激下，ATG12不但是caspase激活所必需，它還可通過結(jié)合方式中和Bcl-2、Mcl-1的抗凋亡能力。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)則發(fā)現(xiàn)，ATG12是因?yàn)榫邆浜虰cl-2、Mcl-1結(jié)合的BH3樣結(jié)構(gòu)域而具有促凋亡功能[24]。 P53 凋亡和自噬的交互作用也發(fā)生在基因轉(zhuǎn)錄水平，抑癌基因p53是最好的例子。P53可上調(diào)促凋亡基因如Bax、PUMA、NOXA轉(zhuǎn)錄，抑制抗凋亡基因Bcl-2轉(zhuǎn)錄，是毫無爭議的凋亡激活因子[16]。 自噬方面，P53通過轉(zhuǎn)錄依賴和非依賴機(jī)制發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。P53轉(zhuǎn)錄激活A(yù)MPK和結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物1/2(tuberoussclerosis complex 1/2, TSC1 /TSC2)而抑制mTOR誘導(dǎo)自噬[5]；核內(nèi)P53還可轉(zhuǎn)錄激活損傷調(diào)節(jié)自噬調(diào)節(jié)子(damage regulated autophagy modulator, DRAM)，提高自噬[25]；另一方面，胞質(zhì)P53與高遷移率盒蛋白1(high mobility group box chromosomal protein 1, HMGB1)形成復(fù)合物協(xié)調(diào)自噬水平，靶向敲除胞質(zhì)P53基因會(huì)提高HMGB1表達(dá)誘導(dǎo)自噬，而敲除HMGB1則提高胞質(zhì)P53表達(dá)水平抑制自噬[26]。此外還有報(bào)道自噬蛋白ATG7能夠直接調(diào)節(jié)P53表達(dá)[27]。
隨著研究的廣泛和深入，自噬與凋亡相關(guān)的其它交互作用調(diào)節(jié)子也相繼被發(fā)現(xiàn)。諸如E2F1、NF-κB以及一些microRNA都在轉(zhuǎn)錄水平上發(fā)揮雙重協(xié)調(diào)作用；同時(shí)還有一些激酶信號(hào)傳導(dǎo)通路如JNK、PI3K/Akt/mTOR等也被證實(shí)在二者間扮演重要角色[3,5]。 展望 綜上所述，自噬與凋亡之間存在多層次多元化的聯(lián)系，由此保證細(xì)胞在應(yīng)對(duì)各種應(yīng)激刺激時(shí)能夠完美地實(shí)現(xiàn)生與死的平衡，而當(dāng)這種微妙的平衡被打破，腫瘤等疾病便悄然而至。目前腫瘤等疾病的化療藥物多與誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡相關(guān)。 雖然這些藥物的研究已取得可喜成績，但因腫瘤發(fā)病機(jī)制多與細(xì)胞凋亡功能缺陷相關(guān)，因而腫瘤對(duì)藥物的敏感性存在很大差異。尋求凋亡之外的替代或聯(lián)合化療方案已成為迫在眉睫的需求。近年一些靶向自噬通路的藥物研究表明，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞自噬性死亡或抑制自噬性保護(hù)是消滅腫瘤細(xì)胞和抵抗化療耐藥的有力措施，這為腫瘤難題的攻克帶來了一線曙光[28]。 目前自噬調(diào)控應(yīng)用于治療腫瘤和其他疾病的潛力，因與凋亡之間的復(fù)雜交互作用而撲朔迷離。全面理解自噬與凋亡的交互作用及分子機(jī)制是目前研究面臨的主要挑戰(zhàn)。究竟二者之間如何對(duì)話共同決定細(xì)胞的命運(yùn)？甚至二者與其它細(xì)胞死亡方式如程序性壞死如何實(shí)現(xiàn)共同作用？相信通過在細(xì)胞、動(dòng)物模型及人類疾病樣本上的動(dòng)態(tài)研究，必將更深層次地揭示自噬與凋亡交互調(diào)控的精準(zhǔn)作用與機(jī)制，屆時(shí)定會(huì)為臨床疾病的認(rèn)知和治療帶來實(shí)質(zhì)性的突破。 參 考 文 獻(xiàn) [1] Ryter SW, Mizumura K, Choi AM. Theimpact of autophagy on cell death modalities. 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