自噬与骨肉瘤相关性研究进展

骨肉瘤是一种最为常见的恶性骨肿瘤,起源于原始间充质细胞,特点是恶性肿瘤细胞直接形成骨样组织,也称成骨肉瘤。本病好发于儿童和青少年,以10~25岁发病者居多,早期症状主要表现为肢体局部短期疼痛和肿胀。骨肉瘤可发生于人体骨组织任何部位,长骨干骺端为骨肉瘤最易发生的部位,以股骨远端和胫骨近端居多,膝关节约占所有发病部位的50%。骨肉瘤生长迅速,易早期转移,易复发,易对化疗药物产生耐药,目前主要采取手术结合放化疗的综合治疗方案。对于未发生远处转移的骨肉瘤患者,经过规范治疗5年生存率可达到55%~70%,约90%的患者可以保肢。相关文献报道,近85%的骨肉瘤患者初治时已发生远处转移,其中肺转移占绝大部分,对于已发生远处转移的骨肉瘤患者,即使在大剂量辅助化疗的基础上行转移瘤切除术,其5年生存率仅为5%~20%,且大剂量应用辅助化疗还伴随着严重的药物副作用。因此全方面探究骨肉瘤发病机制并寻找影响骨肉瘤细胞死亡的关键因素是提高骨肉瘤治疗效果的首要任务之一。

自噬是真核生物细胞具备的一种高度保守的自稳机制,在维持细胞代谢需求和某些细胞器的更新方面发挥重要作用,通常自噬被认为是保持细胞生存、进行细胞更新以及维持细胞稳态的重要机制。近来研究认为自噬与诸多疾病相关,如肿瘤,神经退行性疾病,肌病,感染等,目前自噬在恶性肿瘤中的效应逐渐成为研究热点,大量研究提示自噬功能紊乱与肿瘤的发生发展具有密切关系。然而,自噬在骨肉瘤发病过程中所发挥的作用,及其机制尚不明确。笔者现就自噬与骨肉瘤相关研究进展报告如下。

自噬概述

自噬是细胞将胞内受损、变性、衰老或失去功能的蛋白质及细胞器运输到溶酶体,并进行自我消化和降解的过程。自噬以胞浆内出现双层膜结构的自噬体为主要特征。自噬降解产生的氨基酸和其它一些小分子物质可被细胞重新利用或产生能量。“自噬”最早由Ashford和Porten在年经电子显微镜在人肝细胞中观察到。随着学界对自噬的不断研究,现已证实自噬广泛存在于真核细胞的各种生理和病理生理过程中。广义上的细胞自噬包括三类:巨自噬,微自噬和分子伴侣介导的自噬(CMA)。通常细胞自噬指的是巨自噬。至今研究已发现超过30个基因参与自噬调节,这些基因在真核生物间具有高度保守性,统一命名为Atg。

真核细胞内自噬的过程主要分为以下步骤:自噬的诱导、自噬小泡成核和延伸、自噬体形成、自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体、自噬溶酶体进一步降解。自噬的生理作用具有两面性。一方面,营养匮乏、缺氧状态、辐射、生长因子缺乏等因素可导致细胞出现代谢性应激,自噬可增加能量和营养物质的储备和供应,细胞得以应对代谢应激;细胞自噬及时清除胞内受损、变性、衰老和失去功能的蛋白质、细胞器及其它大分子,同时也去除胞内病原体,对维持细胞稳态有重要意义;自噬作用可以抑制胞内活性氧簇(ROS)的产生,减少细胞遗传物质损伤。因此自噬被认为是保证细胞生存、进行细胞更新以及维持细胞稳态的一种重要机制。另一方面,有研究发现在即将死亡的细胞中胞浆内出现大量自噬体,因此也有学者认为自噬是一种程序性细胞死亡形式,即II型程序性死亡,I型程序性死亡则指细胞凋亡。

自噬过程的调节机制较为复杂,目前研究主要集中在PI3K/AKT/mTOR信号通路。哺乳动物雷帕霉素的靶点,mTOR,一种进化保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,是氨基酸、ATP和激素的感受器,对细胞生长具有重要调节作用。在细胞营养供给正常的情况下,PI3K/AKT/mTOR信号通路处于活化状态,此时自噬被抑制。反之当细胞出现营养匮乏或处于代谢性应激的情况下,mTOR受抑制,Atg1活化,自噬下游信号激活。另一自噬研究热点为Beclin1蛋白,研究发现Beclin1蛋白参与自噬的调节和肿瘤生成等过程。

早期研究认为Beclin1是一种与细胞凋亡调节因子Bcl-2相互作用的蛋白,后续研究发现在自发性乳腺癌和卵巢癌细胞中,Beclin1呈单等位基因缺失状态,提示Beclin1可能是一种重要的抑癌蛋白。在细胞自噬过程中Beclin1是最为重要的正调节因子,Beclin1通过与Vps34/classIIIPI3K形成蛋白复合体来发挥激活细胞自噬的功能。自噬与诸多疾病相关,如肿瘤,神经退行性疾病,肌病,感染等。首次报道称自噬调节蛋白Beclin1在人类乳腺癌中表达水平明显降低。近来研究表明,细胞自噬既能通过多种机制抑制恶性肿瘤发生发展,然而又能协助肿瘤细胞逃避凋亡以及适应各种不利环境如放疗辐射,化疗药物等。诸多文献报道了细胞自噬在多种恶性肿瘤发生、发展及转归过程中发挥“双刃剑”的作用。然而,自噬在骨肉瘤的各种生物学行为中具体发挥怎样的效应,目前还没有明确答案。

自噬在骨肉瘤治疗中的两面性及应用前景

通过应用“术前新辅助化疗+肿瘤手术切除+术后辅助化疗”这一公认的治疗模式,目前骨肉瘤患者的5年生存率和保肢率都得到了明显改善,然而该治疗模式仍有局限性,如部分骨肉瘤患者对一线化疗药物不敏感,骨肉瘤切除与重建方式缺乏统一标准,骨肉瘤术后复发和肺转移治疗效果有限等。因此,探索骨肉瘤治疗的其它可能方法具有重要意义,除了目前仍在探索中的基因治疗,免疫治疗,干细胞治疗等方法外,调控细胞自噬也具备在骨肉瘤治疗中的应用前景。

对于骨肉瘤,许多化疗药物能诱导自噬作用增强,但却产生不同的效应,有的增加肿瘤对化疗药物的敏感性,有的则使得肿瘤耐药性增强。目前学界对于化疗药物诱导的自噬究竟是肿瘤细胞的一种自卫行为还是能够诱导肿瘤细胞死亡尚无定论,但近来越来越多的研究发现在抗肿瘤药物的作用下,通过抑制自噬可以增强肿瘤细胞凋亡。多项研究发现,一些天然药物如姜黄素,Pancratistatin以及老刺木胺(VOA)能够增加骨肉瘤细胞对化疗药物细胞毒作用的敏感性。通过电子显微镜观察细胞形态学变化及对自噬标记蛋白LC3-II的检测,研究者发现VOA可诱导多耐药U2OS自噬作用增强。此外,联用VOA和多柔比星,U2OS细胞死亡率增加。然而用自噬抑制剂预处理或向骨肉瘤细胞转染抑制Atg基因的siRNA时,肿瘤细胞死亡率减小。

研究发现,对于多个骨肉瘤细胞系,将溶瘤腺病毒Delta-24-RGD与多柔比星,顺铂或甲氨蝶呤联用时可产生基于自噬性细胞死亡的协同性细胞毒作用。吖啶黄素(acriflavine)是一种防腐剂和抗菌剂,研究发现其通过增强自噬抑制肿瘤生长。研究者观察到吖啶黄素呈剂量相关性地抑制MG63细胞增殖。在实验过程中,吖啶黄素通过Beclin1/Atg5途径增强自噬,抑制肿瘤生长。另有研究者发现雷公藤通过激活JNK和促ROS生成诱导细胞凋亡和自噬作用,达到抑瘤作用,且在实验过程中额外给予凋亡抑制剂可增强自噬作用。

然而,近来更多的研究者则认为化疗药物诱导的细胞自噬是一种保护性机制,具有抗凋亡,增强肿瘤细胞生存率和侵袭能力的作用。作为骨肉瘤化疗一线用药的多柔比星,顺铂和甲氨蝶呤,在多项实验研究中被发现具有诱导细胞产生保护性自噬的作用,通过该作用,骨肉瘤细胞生存能力和耐药性均提高。Wu等发现,普通MG63细胞和耐顺铂细胞系MG63/DDP同时接受顺铂处理,MG63/DDP自噬作用较强,当给予Beclin1抑制剂处理后,后者自噬小体生成明显减少,对顺铂敏感性显著升高。在MG63细胞中,转染miR可通过抑制细胞自噬增强肿瘤细胞凋亡。硝基苯并二唑衍生物(NBDs)是近来受







































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