細(xì)胞自噬與凋亡的交互作用

細(xì)胞自噬與凋亡的交互作用細(xì)胞自噬又稱(chēng)口型程序性細(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)控一—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(lái)突破性進(jìn)展。細(xì)胞死亡是被周密調(diào)控的復(fù)雜過(guò)程。凋亡，作為第一個(gè)被認(rèn)定的程序性細(xì)胞死亡^^(programmedcelldeath,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(chēng)作口型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(molecularregulatorofthecrosstalk)進(jìn)行綜述。1概述1.1細(xì)胞自噬自噬在古希臘語(yǔ)中是“自匕仇。)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(guò)溶酶體降解再利用的過(guò)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(guò)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(guò)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?chē)鷷?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儂autophosome)；自噬體形成后將通過(guò)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酉酶本(aut。ph。lys。me)；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(chēng)為自噬性細(xì)胞死亡［l-4］o1.2細(xì)胞凋亡凋亡是細(xì)胞主動(dòng)結(jié)束生命的過(guò)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(reactiveoxygenspecies,ROS)、毒素、NO、生長(zhǎng)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(apoptosisinducingfactor,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(kāi)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-a、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。2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(wàn)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(jiàn)。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；⑶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］，抗菌藥物氯碘喹琳通過(guò)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/Bak61/61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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(yíng)養(yǎng)，延長(zhǎng)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(yíng)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)方放化療的敏感性［12］。線粒體自噬是自噬的一種，它能通過(guò)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(guò)減少線粒體外膜通透化（mitochondrialoutermembranepermeabilization,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(yíng)養(yǎng)匱乏的情況下，通過(guò)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(guò)程依賴(lài)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(lèi)ATP依賴(lài)性凋亡特征發(fā)生，但對(duì)其它凋亡反應(yīng)并無(wú)影響［15］。3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(chēng)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(lèi)：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"又有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B(niǎo)eclin-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(jìng)爭(zhēng)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(lài)性調(diào)節(jié)自噬的另一機(jī)制是通過(guò)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(guò)競(jìng)爭(zhēng)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(guò)抑制Bax、Bak方式間接發(fā)揮作用。總之，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(guò)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-associateddeathdomain,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(guò)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(lài)于一系列ATG蛋白在蛋白泛素化過(guò)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ATG5N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(guò)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］。3.4P53

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(wú)爭(zhēng)議的凋亡激活因子［16］。自噬方面，P53通過(guò)轉(zhuǎn)錄依賴(lài)和非依賴(lài)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(tuberoussclerosiscomplex1/2,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(damageregulatedautophagymodulator,DRAM)，提高自噬［25］;另一方面，胞質(zhì)P53與高遷移率盒蛋白1(highmobilitygroupboxchromosomalprotein1,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-kB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］。4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(jī)，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