撰文 | 紫薯
1963 年，比利時科學家 Christian de Duve 首次提出自噬（Autophagy）的概念 。當時，包括 Duve 在內(nèi)的科學家首次觀察到細胞能破壞自身成分，用膜將這些成分包裹，形成袋狀囊泡并轉(zhuǎn)移給溶酶體（lysosome）進行降解回收。但之后自噬機制研究一直沒有突破。溶酶體的研究倒是進展迅速。
1974 年，Christian de Duve 因發(fā)現(xiàn)溶酶體而分享諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。
1997 年，日本科學家大隅良典 (Yoshinori Ohsumi) 首次在酵母細胞中克隆出第一個自噬相關(guān)的基因，ATG13 [1]。隨后，大隅良典研究了數(shù)千種變異酵母細胞，鑒別出了15 個對自噬至關(guān)重要的基因 (迄今科學家總共發(fā)現(xiàn)了至少 30 個 ATGs [2])?；娟U明了自噬的大致過程和機制。
2016 年 10 月 3 日，大隅良典因發(fā)現(xiàn)細胞自噬機制獲諾貝爾生理學或醫(yī)學獎 [3]。
自噬獲諾獎能夠加速其臨床開發(fā)利用嗎，特別是在抗癌方面的應用？
抗癌相關(guān)自噬發(fā)現(xiàn)年表 [4]。
Timeline of the major discoveries that led totargeting of autophagy in cancer
自噬機制簡介
目前普遍認為，自噬是一種應激和防御機制。
細胞通過形成自噬體，裝載待處理的廢物，與溶酶體結(jié)合，降解，消化受損，變性，衰老，甚至相對正常的細胞、細胞器、蛋白、核酸等，為細胞重建，再生和修復提供必須原料，從而實現(xiàn)細胞的再循環(huán)利用 [2]。
自噬既是胞內(nèi)的垃圾處理廠，同時也是廢物回收站。
自噬小體的形成與保守的 ATG 基因直接相關(guān)。其過程可以分成幾個步驟：
自噬體的起始、核化、延伸、成熟、融合、降解等 [4]。
General autophagy pathways
在起始階段，自噬體接受生成信號并傳送至隔離膜產(chǎn)生部位，并在此募集自噬體生成關(guān)鍵起始前及隨后的起始復合物。隨后經(jīng)過核化-隔離膜的生成，膜的延伸和閉合。進而，自噬體形成后與溶酶體融合，由溶酶體釋放酸性水解酶來降解自噬體裝載的待處理物品，最后回收利用降解后的氨基酸，脂肪酸，核酸等基本重建單位 [2]。
自噬的主要生理功能因而包括：營養(yǎng)和能量平衡；消除受損或多余的細胞器；清除易于變異的蛋白聚合體，病原體等等。
自噬體的形成受多種信號調(diào)控，最主要的是核心調(diào)控分子mTORC1，感受營養(yǎng)缺乏，或能量不足的相關(guān)信號。
可以在自噬多個不同的時段促進或抑制自噬作用的進程 [4]。
Interventions that target autophagy
自噬與凋亡的關(guān)系
自噬是細胞內(nèi)的“自食”，“self-eating”，凋亡是“自殺”，“self-killing”。
二者共用諸多相同的應激因素（如營養(yǎng)缺乏，缺氧等）和調(diào)節(jié)蛋白（如 Bcl-2，PI3K，AKT，P53 等）。但誘發(fā)閾值不同，轉(zhuǎn)換和協(xié)調(diào)的詳細機制尚不明確。但一般來說，自噬發(fā)生，完成的時間早于凋亡，是先有一個“自食其力”，挽救細胞死亡的過程。假如脅迫信號能夠及時去除，自噬很快就可以停止，而許多細胞凋亡的過程也能夠逆轉(zhuǎn)。
過多的自噬有時會引起細胞死亡，曾經(jīng)叫做 II 型程序化死亡，但最終與傳統(tǒng)的程序化死亡也沒有實質(zhì)的差別，現(xiàn)在這個叫法也不流行了。
假如將細胞凋亡直接相關(guān)的基因敲除，如 Bax-/-/Bak-/-, APAF-1-/- 等，細胞能夠在沒有營養(yǎng)的培養(yǎng)液中，通過自噬存活達幾星期到幾個月之久，而正常的細胞饑餓幾天就要凋亡了。
這從另一方面說明了二者的緊密聯(lián)系。也使人聯(lián)想到腫瘤細胞在饑餓的時候也許可以通過自噬維持生存。
自噬和凋亡都是靠模式動物起家，發(fā)家和成為諾家的。細胞凋亡最初用的是秀麗線蟲，以及后來的酵母和果蠅。自噬則主要是酵母。
當然，就連二者的研究人員很多時候也是同一幫人。15-20 年前，最熱的生物學研究莫過于細胞凋亡，凋亡高峰過后，許多人又順路趕上10 年前自噬的大潮。
癌癥發(fā)生與自噬的關(guān)系
一般認為，自噬能夠預防早期癌癥的發(fā)生。正常生理條件下或者應激時，細胞自噬通過吞食，消化變異，老化的細胞，細胞器，錯誤折疊的蛋白等，有利于細胞保持自穩(wěn)狀態(tài)，預防癌變細胞的產(chǎn)生。 失去這些保護措施會增加癌變機會 [4,5]。
但是一旦癌癥已經(jīng)發(fā)生，活躍的自噬作用則能夠促進腫瘤細胞的生長 [4,5]。特別是腫瘤細胞的生長需要消耗大量的資源，應對不利的生長環(huán)境時，經(jīng)常需要通過自噬來提供更豐富，或多渠道的營養(yǎng)。
因此，在腫瘤發(fā)生發(fā)展的過程中，細胞自噬具有多面性。（包括可能很多時候是中性）。
自噬的關(guān)鍵基因 ATGs 在癌癥發(fā)生過程中極少會發(fā)生突變。最早有報道 ATG6 缺失經(jīng)常與腫瘤發(fā)生相關(guān)，仔細分析發(fā)現(xiàn)是因為相鄰的BRCA1的突變才是癌變的主要驅(qū)動因素。這也許間接說明 ATGs 不是強的抑癌基因。
許多自噬相關(guān)的抑制劑在臨床前的試驗中證實有一定的抗腫瘤作用 [4]。
Examples of drugs targeting autophagy/lysosome in cancer
靶向自噬的抗癌臨床試驗
Chloroquine（CQ, 氯喹） 和 HCQ 是僅有的進入臨床研究的靶向自噬化合物 [4]。其作用機理在于引起溶酶體的去酸化，使得自噬小體不能與溶酶體融合，無法完成裝載物的降解。CQ引起溶酶體酸化的更詳細機理尚不清楚。迄今已經(jīng)開始的CQ或HCQ的抗腫瘤臨床試驗超過 50 個，基本都是學術(shù)界的PI主導開展的。
初步的臨床試驗結(jié)果表明，CQ 或 HCQ 的安全耐受良好，特別是沒有發(fā)現(xiàn)神經(jīng)退行相關(guān)的副作用 (在小鼠中敲出某些 ATG 基因會發(fā)生)。HCQ 作為 CQ 的代謝物之一，在峰值濃度的毒性比 CQ 更低。所以我們看到更多 HCQ 的組合臨床試驗。總體療效的報道是正面的。但多數(shù)臨床試驗的患者入組人數(shù)較少，試驗結(jié)果有待進一步驗證。也有不少試驗并沒有觀察到有效的療效 [4,5,6]。
根據(jù)歷史經(jīng)驗，由學術(shù)界主導贊助的成功的臨床試驗成例子不多，印象中只有 Keytruda最近獲批的基于 MMR (mismatch repair) 廣譜抗癌適應癥是真正學術(shù)界 PI 主導成功的。估計制藥公司可能不會有太多興趣去開發(fā) CQ 或 HCQ 的抗腫瘤用途。CQ 最初于 1934 年被發(fā)現(xiàn)。二戰(zhàn)的需求促進了其開發(fā)，1947 年獲批進入臨床應用，治療瘧疾。但很快就出現(xiàn)大規(guī)模的耐藥性?，F(xiàn)在多數(shù)地方已經(jīng)棄用 CQ 用于瘧疾。如果 CQ 能夠成功開發(fā)成抗腫瘤藥物，它必定是最便宜的抗癌藥之一。在發(fā)展中國家，它每個劑量售價才 4 美分。美國售價 5.3 美元 [7]。
當然，CQ 類抑制劑選擇性也不高，它還可以在高濃度時破壞 DNA，抑制血管生成等。即使有抗腫瘤效果，也不一定是完全通過抑制自噬起作用。更何況，CQ 的靶點在溶酶體，溶酶體除了與自噬直接相關(guān)，還有許多其它功能，抑制溶酶體的活性也不等同于抑制自噬。
除了 CQ，我們還有更有效的替代物，lys05?；蛘吒哌x擇性的早期的自噬靶點抑制劑可以嘗試，如靶向 VPS34，ULK1，ATG4B 等 [4]。
Open clinical trials targeting autophagy-dependent cancers
促進自噬治療癌癥？
主流的觀點認為抑制自噬可以促進癌細胞的死亡。大部分的臨床試驗也依此設(shè)計的。但也有部分科學家認為抑制自噬治療癌癥不是一個好主意，代表人物如 Kroemer，認為抑制自噬會損傷具抗癌作用的 T 細胞的功能。背后的機理是說腫瘤細胞死亡過程中的自噬是具免疫原性細胞死亡所必需的，是免疫系統(tǒng)有效識別凋亡的癌細胞所需要的 [8,9]。
更進一步，Kroemer 利用熱量限制模擬 (Caloric restriction mimetics)，可以有效的促進自噬，和改善抗癌免疫監(jiān)視能力。二者是否是強因果關(guān)系，不是非常明確。反對的研究也有報道。
自噬標志物
靶向自噬也要精準。最近的研究表明，自噬依賴 (autophagy addiction or autophagydependence)的腫瘤細胞對自噬抑制更敏感 [4]。較新的臨床試驗開始檢測自噬信號與有效治療的聯(lián)系。這個也許對自噬成功抗癌的應用至關(guān)重要。這也是個性化抗癌新時代的趨勢。
只是，現(xiàn)在還沒有特別可靠的自噬標志物 [4,5]。
小結(jié)
自噬對癌癥的影響具有明顯的兩面性 (two-faced role)，是一把雙刃劍。一刀切 (one sizefits all)的方法可能行不通。
自噬干擾單用效果非常有限。聯(lián)用策略包括，先用一下自噬的抑制劑組合，組合對象可以是化療， 放療，靶向療法，有效果最好。不行，再用一下激活劑與免疫療法的組合，有作用最好，無效的話，that’s it for autophagy。
自噬的促進劑，現(xiàn)成的小分子藥物就有 (如 Bcl-2 的抑制劑，mTOR 的抑制劑等)，是否能夠通過自噬起作用，尚待進一步臨床驗證。等不急的也有替代辦法，禁食，鍛煉就能很好的促進自噬作用 [10]。
運動，鍛煉有困難的，有人也給出了替代方案，服用保健品，如海藻糖也可以促進自噬[11]。？?。?nbsp;
總之，自噬的抗癌應用前景: 水很渾，一鍋粥。自噬的抗癌前景任重道遠，還要再沉淀一段時間才清楚。期望諾獎效應能夠促進自噬干擾的臨床應用。
(理解不到的地方，懇請指正。)
參考文獻：
Analyses of APG13 gene involved in autophagy in yeast, Saccharomyces cerevisiae.Funakoshi, T., Matsuura, A., Noda, T. & Ohsumi, Y. Gene. 1997, 192, 207–213.
Digesting the expanding mechanisms of autophagy. Ktistakis NT, Tooze SA. Trends CellBiol. 2016, 26: 624–635.
The Nobel Assembly. The Nobel Assembly at Karolinska Institutet has today decided toaward the 2016 Nobel Prize in Physiology or Medicine to Yoshinori Ohsumihttps://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2016/press.html (2016).
Targeting autophagy in cancer. Levy JMM, Towers CG, Thorburn A. Nat Rev Cancer.2017, Sep;17(9):528-542. doi: 10.1038/nrc.2017.53. Review.
Recent insights into the function of autophagy in cancer. Amaravadi, R., Kimmelman, A.C. & White, E. Genes Dev. 2016, 30, 1913–1930.
Therapeutic Targeting of Autophagy. Towers CG, Thorburn A. EBioMedicine. 2016Dec;14:15-23. Review.
https://en.wikipedia.org/wiki/Chloroquine.
Autophagy-dependent anticancer immune responses induced by chemotherapeutic agentsin mice. Michaud M, et. al. Science. 2011. Dec 16;334(6062):1573-7.
Autophagy and cellular immune responses. Ma, Y., Galluzzi, L., Zitvogel, L. & Kroemer,G.. Immunity. 2013, 39, 211–227.
Exercise-induced BCL2-regulated autophagy is required for muscle glucose homeostasis.He, C. et al. Nature, 2012, 481, 511–515.
Trehalose inhibits solute carrier 2A (SLC2A) proteins to induce autophagy and preventhepatic steatosis. DeBosch, B. J. et al. 2016, Sci. Signal. Feb 23;9(416).
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