“细胞自噬”，到底是如何自噬

　　问：细胞自噬是啥?

　　我们用一个简单的故事说说细胞自噬到底是咋回事。

　　细胞可以被看作一个加工厂，里面要制造各种产品，同时也要制造生产产品的机器跟生产线。

　　但是工厂有时候会做出次品，有时候机器也会坏掉报废，这些大件废物一是占地方二是费材料，工厂就要想办法把它们处理掉。

　　另外，工厂在物资匮乏的时候也会把平时不太用的机器回收，以维持正常运转。

　　细胞自噬就是工厂用来回收大件物品的过程。

　　在回收的时候，先把要回收的东西围起来，这个围栏加上里面的东西就叫做自噬体。

　　围起来之后的处理方式不同物种的细胞工厂做法不太一样。

　　人类细胞工厂里还有一些围着工程车(各种酶)的小围栏(叫做溶酶体)，工程车专门在围栏里面拆解东西，工厂通过移动围栏把自噬体跟溶酶体凑一块儿，再把中间的围栏一抽，工程车就可以把自噬体里面的大件给拆干净，然后就能回收材料了。

　　酵母工厂处理方法略有不同，里面没有放工程车的小围栏，倒是有一片圈起来的大空地(叫做液胞)，起到回收场的作用。

　　工厂把自噬体连围栏带东西送进回收场，回收场里的工程车就把它整个都拆了。

　　总而言之，无论是为了保持工厂整洁，还是要尽可能利用材料，细胞自噬作为大件物品的回收途径，都是不可或缺的过程。

　　问：大隅良典做了啥贡献?

　　要说这个，我们可以先看一个时间：自噬体在一九六三年代就被命名(命名人为一九七四年诺奖得主德·迪夫)，然而直到一九九零年，关于它们的研究仍然是凤毛麟角。

　　为什么呢?因为实在太难了。

　　自噬体之所以难研究，就是因为存在时间太过于短暂。

　　咱们还是回到工厂的例子。

　　人们观察细胞就好比把每隔一周透过工厂的玻璃房顶拍一张卫星图，但自噬体从搭起围栏到被工程车拆掉整个过程时间太短，等到拍照的时候绝大多数都已经拆完了。

　　拍酵母细胞的时候，往往只能看到空空如也的回收场，连围栏的影子都见不着。

　　为了看到围栏，大隅良典想到了一个妙招：他把酵母回收场里的工程车给废了，然后他又让酵母工厂处于物资匮乏的状态(饥饿状态)。

　　工厂因为缺乏物资，就围了很多不用的机器，但围栏送进回收场之后又没有办法拆，于是回收场里围栏越堆越多，就统统在照片下现出原形。

　　他同时也以此建立了整个研究早期自噬体的模型，比方说，在这基础上如果再弄坏厂里一台机器(基因)，发现照片里看不到围栏了，那这台机器大概就对围栏的生成很重要。

　　利用这个模型，他首次发现了两组酵母自噬体形成过程的关键基因。

　　有了这个手段，接下来人们要研究细胞自噬可就方便得多了，所以大隅良典对此的贡献不可谓不大。

　　问：为什么对细胞自噬研究贡献大能拿奖?

　　简单来说，就是因为这个过程非常重要。

　　细胞自噬是保持细胞内状态稳定的关键之一(想想你家小区如果一个月没人来收大件垃圾会是什么场景)，而且它的运作也和很多疾病相关。

　　举个例子，人类细胞中负责呼吸供能的细胞器是线粒体，时间上了可能会出现异常，产生残次品。

　　这时候细胞通常就要靠自噬来把它们回收掉以免惹麻烦，如果细胞自噬出了问题，可能就会导致线粒体异常。

　　有研究表明，线粒体异常与很多疾病，比如著名的帕金森综合症的不少亚型，有着很强的关联。

　　对于癌症而言，细胞自噬更是扮演了重要角色。

　　在有些情况下，自噬能够在细胞还正常的时候去除损坏的细胞器，起到一定的抑癌作用。

　　但是，由于细胞自噬能够通过回收物资再利用使细胞度过饥饿等难关，很多种类的癌细胞会反过来利用自噬作用，以此提高自身效率以适应自己迅猛的生长需要。

　　有些癌细胞还会利用自噬来破坏细胞原本的防御机制以使自己存活。

　　因此，目前有很多人建议在治疗癌症的同时，针对癌细胞的自噬过程来进行抑制，以达到提高疗效的目的。

　　诺奖的细胞自噬与肿瘤治疗到底有啥关系

　　2016年诺贝尔生理学与医学奖授予了日本科学家大隅良典，以奖励他在“细胞自噬机制方面的发现。”所谓的细胞自噬是细胞组分降解与再利用的基本过程，即细胞能够消灭自身内部物质，大致的过程是将那些准备自己吃掉的物质包裹进一个膜结构里，然后运送到一个被称作为“溶酶体”的回收机构里进行分解。

　　细胞自噬这种作用不只是“回收利用”这一种生物功能，还影响到应对感染、胚胎发育和细胞变异等，而且还直接影响着肿瘤的发生发展、对药物的响应和耐药，下面我们来简单地概述下这方面的知识。

　　一、细胞自噬与肿瘤的关系

　　细胞自噬是细胞在某些刺激因素下，细胞里有些囊泡性结构直接把损伤的蛋白或细胞器，运送到溶酶体进行降解的过程。

　　生理状态下的细胞自噬，参与了细胞器的更新再利用，也参与了细胞内生物能量的再利用。

　　对于维持细胞稳态有积极的作用。

　　细胞自噬活动在真核生物中高度保守，受到严格的调控，一旦细胞自噬过度激活，细胞就启动自杀程序。

　　但是对于肿瘤细胞而言，细胞自噬反而为癌细胞提供了很多的营养，起到了促进肿瘤发展的作用。

　　按照细胞自噬与肿瘤的关系划分，肿瘤相关基因可以分为三类：

　　EGFR、ALK等原癌基因，PTEN等抑癌基因，原癌基因和抑癌基因在自噬途径共同作用，相互抑制。

　　以DAPK基因为代表的参与自噬活性调节的基因，通过促进细胞死亡而抑制肿瘤形成。

　　直接执行细胞自噬的基因，直接的功能就是抑制肿瘤的发生，这些基因发生了失活突变就容易诱发肿瘤的产生。

　　研究比较清楚的是位于人类17号染色体长臂上的Beclin1基因，该基因突变在卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌等多种肿瘤中都比较常见。

　　老鼠模型里该基因突变会造成自发性肺癌、肝癌发生率提高。

　　常用的化疗药物依托泊苷、顺铂等造成的DNA损伤，可引起细胞自噬活性增强，这一过程涉及到P53蛋白上调，即正常状态P53蛋白水平很低，P53蛋白不断被生产，又不断被降解，当DNA损伤后，P53蛋白的细胞自噬减慢，为细胞的DNA修复等赢得时间，如DNA不能被修复，则P53调控细胞进入凋亡。

　　我们都知道人乳头瘤病毒(HPV)的持续感染与宫颈癌、肛门癌的发生密切相关，现在已经明确高危型HPV病毒的两个蛋白E6可以与P53蛋白结合，增加P53这个关键抗癌蛋白的自噬降解速度。

　　而低危型的HPV来源的E6蛋白与P53蛋白结合不会促进P53的自噬降解。

　　这也部分解释了为何低危型HPV不致癌。

　　这里可以看出来病毒可是够狡猾的，不过其实它们还没有智慧到那个地步，只是进化选择的原因。

　　多数病毒侵入人体细胞，都会被细胞自噬给吞并，并将其病毒的尸体碎片展示在细胞表面，激发人体的免疫系统识别。

　　目前这些难以处理的病毒，是它们进化出一些机制逃避细胞自噬，或者利用了细胞自噬。

　　细胞自噬与肿瘤发展的关系，目前比较接受的是有时起到了促进作用，有时起到了抑制作用，而且这两种作用在很多时候互相转化。

　　抑制作用：比如正常时候，自噬清理受损的细胞器、蛋白，避免诱发肿瘤。

　　促进作用：自噬也通过清理化疗与电离辐射受损的大分子或细胞器，保护了被化疗药物攻击或放疗辐射攻击的肿瘤细胞，使得其避免了凋亡。

　　另外当环境不如意，血管形成不足，肿瘤细胞在血液里游走(循环肿瘤细胞)时，通过细胞自噬提供营养及能量，避免自身凋亡。

　　这里插一句，为何一些化疗药物做基因检测提示对药物敏感等，主要是这种逻辑，化疗药物破坏DNA，但是人体有机制修复DNA，或者及时将受损DNA吞噬掉，这使得药物产生了耐药，但是化疗药物的敏感和副作用涉及的基因很多，所以并不是像靶向药物那么直接对应。

　　如果我们可以准确地预测化疗药物疗效或副作用，通过加点什么提高疗效或降低副作用，这就是真是太好了。

　　但是这个过程涉及到的基因实在太多，现在还搞不清，所以大多数化疗药物基因检测的临床信用级别都比较低。

　　二、细胞自噬与肿瘤的治疗

　　多种抗肿瘤治疗都可以诱导肿瘤细胞自噬的发生，比如他莫昔芬等雌激素受体拮抗剂可诱导乳腺癌细胞发生自噬。

　　三氧化二砷治疗恶性胶质瘤的过程上调了肿瘤细胞的自噬。

　　自噬可能是细胞对抗肿瘤治疗的一种耐受机制。

　　既然上面我们说到细胞自噬是肿瘤细胞对化疗药物耐药的一个原因，那么我们同时使用抑制细胞自噬的药物如氯喹，然后同时进行化疗，是否能增加化疗的效果呢?这个是被研究证实了的。

　　因为化疗或电离辐射能增加细胞自噬的强度，但是自噬水平升高导致了癌细胞产生了抗性。

　　但为何没有在临床使用这种策略，主要是抑制细胞自噬也是一把双刃剑，没有较大规模的临床试验，任何治疗都需要慎之又慎的。

　　但在化疗和低剂量辐射治疗时，辅助自噬抑制药物，可能未来成为肿瘤治疗的新思路。

　　三、与细胞自噬相关的药物

　　我们说不清楚细胞自噬在肿瘤的发生发展，究竟是在扮演警察，还是坏人。

　　而且它的角色还在经常变换。

　　但是这阻止不了科学对其的探索，并且相信终究有一天，我们可以很好地利用细胞自噬这个利器。

　　目前与细胞自噬密切相关的药物主要有两类：

　　西罗莫司、三氧化二砷为代表的细胞自噬促进药物。

　　西罗莫司、依维莫司、雷帕霉素这些通过抑制mTOR蛋白活性诱导细胞自噬。

　　氯喹为代表的细胞自噬抑制药物，可用于增加癌细胞对抗肿瘤药物的敏感性。

　　上面两种药物该怎么用呢?这首先需要治疗细胞自噬在肿瘤的发生发展起什么作用，当然这并不容易。

　　但是我们可以先了解细胞自噬的强度，这可以通过免疫荧光观察LC3的表达水平，但由于目前肿瘤细胞自噬作用的复杂性，目前观察以LC3来预测药物对细胞自噬的影响还不成熟。

　　VPS34是PIK的一个催化亚基，其在调节自噬体成熟过程中扮演重要的作用，以VPS34蛋白为靶点的小分子药物有SAR405，可以特异性抑制VPS34，进而专一性地抑制自噬的形成。

　　在癌细胞里SAR405可以抑制癌细胞饥饿所诱导的细胞自噬的发生。

　　这为后续运用这种药物抑制肿瘤拓宽了方向。

　　当然这个药物应用临床还需要等待，因为细胞自噬比较复杂。

　　四、EGFR抑制剂与细胞自噬

　　EGFR在肿瘤的增殖中起到重要作用，有时EGFR蛋白表达量升高，有时则以突变的形式存在。

　　如非小细胞肺腺癌存在50%的EGFR基因突变，因此使用EGFR抑制剂EGFR-TKI，如易瑞沙、特罗凯或凯美纳可以较好地控制肿瘤，对于肠癌患者，EGFR高表达且KRAS基因野生型的情况下，可以使用西妥昔单抗(抗EGFR的蛋白大分子靶向药物)进行治疗。

　　研究显示，使用吉非替尼或厄洛替尼可以诱导癌细胞的自噬水平升高。

　　EGFR-TKIs诱导高水平自噬对非小细胞肺癌的癌细胞具有保护作用，因此有研究发现EGFR-TKI与细胞自噬抑制剂联合应用，对EGFR-TKI耐药的癌细胞具有协同作用。

　　氯喹和羟氯喹都是自噬抑制剂，对用厄洛替尼治疗后的细胞应用细胞自噬抑制剂，癌细胞的凋亡水平将显著提升。

　　总之，目前的一些科学研究表明，对EGFR-TKIs来说，细胞自噬可能是一种耐药机制，抑制自噬有可能提高EGFR抑制剂的敏感性，但这一研究还存在争议，没有确凿临床试验证据前暂未应用到临床阶段。

　　即不是所有的耐药都可能是耐药基因的问题，也有一些细胞功能异常的情况，如细胞自噬。

　　除了EGFR的小分子药物，蛋白大分子靶向药物西妥昔单抗也发现能激活、上调细胞自噬。

　　肿瘤的细胞自噬也是其耐药的一种机制。

　　应用氯喹抑制自噬后将能提高西妥昔单抗诱导细胞凋亡的程度。

　　一项包含85名晚期结直肠癌患者的临床研究表明，西妥昔单抗联合化疗后，Beclin1或LC3表达量低的患者无进展生存期更长，治疗效果更好。

　　目前认为EGFR抑制剂包含小分子酪氨酸激酶抑制剂、西妥昔单抗，两者都能激活高水平的自噬。

　　但是这种自噬作用仍存在争议。

　　主要如下：

　　肿瘤细胞上调的自噬是保护癌细胞的，那么联合使用自噬抑制剂如氯喹可以增加癌细胞的凋亡。

　　肿瘤细胞的这种自噬上调，使得那些缺乏细胞凋亡机制的癌细胞发生自噬性凋亡，这是使用激活细胞自噬的药物，反而可以提高治疗效果。

　　又是一个目前来看让人困惑的结论，不过可以肯定不同的肿瘤时期，细胞自噬对于癌细胞的作用是不同的。

　　因此怎么将EGFR的靶点药物和细胞自噬配合起来，扬长避短是一个研究方向。

　　当然如果结论如果是单一的，即细胞自噬只对肿瘤细胞好，或者只对肿瘤细胞坏，都好办，只需要联合自噬抑制剂，或者自噬激动剂就可以了，估计也早就被运用到临床了，不用我的这篇文章介绍了。

　　但是偏偏细胞自噬是两面性的，未来需要一些合适的预测标志物来预测，以与EGFR的靶向药物打好配合战。

　　五、细胞自噬与肿瘤治疗预后

　　越来越多的证据表明，细胞自噬可以作为患者术后的一个检测指标，肿瘤组织自噬相关蛋白如Beclin1表达与肿瘤的转移、复发相关，因此可以通过免疫组化的手段检测这些自噬相关蛋白来预测肿瘤的预后。

　　一般认为，如果Beclin1低表达，则患者的预后可能会较差。

　　卵巢癌患者Beclin1表达水平高，则患者往往有较高的存活率。

　　LC3蛋白的表达水平，可能是肝癌患者术后的有效检测指标。

　　癌度说：

　　细胞自噬对于肿瘤有着双重作用，在肿瘤的早期生长阶段，自噬起着抑癌作用。

　　随着肿瘤的生长，它们通过多种方式会利用细胞自噬，应对营养缺乏和低氧。

　　但是现在对细胞自噬相关通路方面研究还不是很透彻，如能清晰其分子机制，就可以将其引入肿瘤治疗中。

　　靶向药物治疗会增加肿瘤细胞自噬，但是这种自噬作用对肿瘤细胞的作用还存在争议。

　　目前已有应用细胞自噬抑制剂或激活剂和靶向药物的临床研究，后续癌度将会为大家关注这些研究。

　　目前如何应用细胞自噬这一生物学功能治疗肿瘤，而不是被肿瘤细胞应用来对药物和治疗产生抗性，仍需要时间，因为细胞自噬对癌细胞的作用是双面的，而且角色可变换，这增加了难度，但是相信科学终究会解决这一问题，而且癌度相信细胞自噬将会是一种强大的武器，只是需给它一点时间。