胰腺癌
 
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胰腺癌知识  

自噬抑制作为胰腺癌的靶向治疗

  胰腺癌是一种恶性肿瘤,仅占总癌症病例的不到3%,但在总癌症死亡中的死亡率却高达7%。大多数患者在诊断后仅存活6–9个月,而5年存活率仅为8%。胰腺导管腺癌是最常见的胰腺癌形式,约占诊断出的所有患者的85%。尽管付出了巨大的努力,但大多数PDAC患者目前尚无有效的治疗方法,因为PDAC肿瘤经常表现出对化学疗法,放射疗法和靶向药物等疗法的抵抗力。因此,迫切需要临床中的新治疗方法。巨自噬是进化上保守的细胞内降解过程。双层膜结构吞噬细胞质或其他细胞内货物的小部分,然后被运送并与溶酶体融合,其中内部内容物最终被降解。在哺乳动物细胞中,自噬通量是由一组核心自噬相关基因准确启动和调控的。在典型的自噬诱导单轴中,雷帕霉素复合物的哺乳动物靶点变得失活,这导致unc-51的活化像自噬激活激酶1复合物,随后是磷酸肌醇3-激酶复合物。活化的PI3K复合物产生自噬特异性磷脂酰肌醇3-磷酸库,募集其效应物,如WD重复域磷酸肌醇相互作用蛋白2和含锌指的FYVE型含1,到起始位点。随后,其他核心自噬成分也重新定位到起始位点,包括来自不同细胞内膜来源的囊泡。最终,双层膜结构变得成熟,并被递送至溶酶体进行降解。
   最近的研究表明,PDAC的一个子集依赖自噬进行进展和存活。与正常胰脏和其他癌细胞相比,患者的PDAC细胞系和PDAC肿瘤显示出很高的基础自噬水平。在小鼠自体吞噬抑制肿瘤生长的抑制异种移植二者PDAC细胞系和患者来源的细胞模型。已经提出几种机制来解释为什么PDAC的进展和存活需要自噬,包括增强增殖,抑制细胞凋亡和维持基质细胞分泌丙氨酸。几种自噬化学抑制剂已进入临床试验,最著名的是羟氯喹和氯喹。然而,它们均未显示出与单药治疗相比显着的治疗效果。因此,迫切需要开发其他自噬抑制方法。基于microRNA的方法已成为一种特异性抑制自噬的有前途的方法。MicroRNA是小的非编码RNA,可在转录后水平上阻断基因表达。揭示miRNA在调节胰腺癌细胞自噬途径中的新作用,并发现了越来越多的PD特异性自噬调节miRNA,突显了其在调节PD中的关键作用。在这篇综述中,我们简要总结哺乳动物细胞中自噬启动和调控的分子机制。讨论自噬在调节PDAC中的作用。我们关注于PDAC中自噬靶向miRNA的新发现,这些微RNA可能成为化学自噬抑制的替代方法,这在PDAC的治疗中与临床高度相关。
   作为膜介导的货物配送过程中,在细胞中经受自噬关键事件是双膜囊泡及其与溶酶体融合的形成。该过程受自噬相关基因的严格控制。总结了对分子水平自噬过程的当前理解。自噬可以由多种应激条件引发,包括营养耗竭,功能失调的蛋白质聚集,内质网应激和缺氧。起始信号经由保守代谢传感器捕获并且通常集成在mTOR复合物。收到自噬诱导信号后,mTOR失活,这导致ULK1复合物的形成。所述ULK1络合物是由ULK1,ATG13,RB1诱导型卷曲螺旋1和ATG101的。此外,细胞内AMP/ATP的水平可以通过AMP激活的蛋白激酶来检测,这也可以导致ULK1复合物的形成。
   在ULK1复合物激活期间,自噬货物被双膜吞没,形成称为吞噬细胞的杯状结构,一旦成熟,该结构将变成自吞噬体。在散装自噬中,货物只占细胞质的小部分。而在选择自噬过程中,特定的货物通过自噬受体被递送到起始位点。举例来说,功能失调性线粒体可以被捕获并通过钙结合递送和卷曲螺旋结构域2,optineurin,和sequestosome1。通常,这些自噬受体可以通过它们的LC3相互作用基序与膜键合的LC3结合,货物通过该基序传递到起始位点。激活后,ULK1复合物使PI3K复合物的成分磷酸化,其中包含PI3K,Beclin1,ATG14L,自噬和Beclin1调节剂1和液泡蛋白分选相关蛋白35。活化的PI3K复合物在ER的特定结构域上产生自噬特异性PI3P库,称为W体。这些位于W体的PI3P分子通过与其PI3P结合域结合而募集效应蛋白WIPI2和DFCP1。WIPI2然后结合于ATG16L1其结果招募ATG12-ATG5-ATG16L1复杂到起始位点。ATG12-ATG5-ATG16L1复合物增强LC3与膜驻留的磷脂酰乙醇胺的结合,导致LC3从形式I转变为形式II。这种转变是自噬的经典特征。另外,ATG18家族的其他成员,可以将y-氨基丁酸受体相关蛋白与PE缀合。LC3定位到起始位点的定位是在选择性自噬的关键步骤,因为它需要通过它们的LIR,这使得正确地输送选择的货物的自噬体到自噬受体结合的膜结合LC3。吞噬泡膨胀由多种细胞内膜源,其可以是质膜,回收内涵体和高尔基复合体和线粒体贡献。一些这些膜捐赠过程是通过含有ATG9囊泡介导,但其它膜递送机制仍然是未知的。自噬体成熟之前的最后一步是自噬体的封闭,这是由ATG8家族的蛋白质驱动的。最终,成熟的自噬体与溶酶体和自溶酶体融合。内在货物被溶酶体中的酸性水解酶降解,营养物质被释放到细胞质中以进行其他细胞内过程。
   几项研究表明,PDAC肿瘤具有较高的自噬基础水平,而这种高水平的自噬对于PDAC的生存和发展至关重要。与正常胰腺细胞以及其他癌症类型的其他细胞相比,在PDAC细胞中观察到了较高的LC3水平。从恶性前胰腺上皮内肿瘤发展到晚期PDAC,在人类胰腺肿瘤中也可以观察到自噬水平的升高。在PDAC小鼠模型中,氯喹对自噬的抑制作用会抑制肿瘤的生长。一致地,尽管发生肿瘤的事件增加了,但具有自噬缺陷的PDAC小鼠模型未能从PanINs发展为晚期PDAC。此外,一项包括73例患者的生存分析表明,高水平的ATG基因表达与PDAC患者不良的临床预后相关,而ATG5,BECN1和LC3B是与预后相关的主要基因。最近在PDAC的自体小鼠模型中进行的研究表明,自噬抑制可导致明显的肿瘤消退。作者认为,肿瘤细胞及其宿主均可促进肿瘤消退,其机制是多因素的,尚待探索。已经提出了几种机制来解释为什么自噬抑制导致抑制PDAC。自噬抑制后,PDAC表现出增加的DNA损伤和凋亡水平,并且细胞增殖受到抑制。同样,肿瘤微环境也起着至关重要的作用。例如,基质细胞分泌丙氨酸会通过自噬发生,这是PDAC生长所必需的。
   RAS和TP53在肿瘤发生中的作用已得到充分研究,PDAC患者的KRAS和TP53突变较高,分别来自TCGA数据库的75%和63%。药物对自噬的抑制作用仅影响含有TP53突变的PDAC细胞。含有TP53突变的患者的异种移植物在自噬抑制后显示出生长抑制作用。相反,在缺乏TP53的小鼠模型中,自噬抑制作用会加速PDAC的进程。进一步的分析表明,这些肿瘤中葡萄糖的摄取增加,并且合成代谢途径得以丰富。缺少TP53的PDAC细胞的自噬体数量比含有TP53的PDAC细胞少,这意味着它们不依赖自噬。上述那些研究证明自噬抑制可能是治疗PDAC的有前途的方法。羟氯喹是进入临床试验的首批自噬抑制剂之一。然而,仅HCQ并没有显示出明显的治疗效果。最近的研究表明,抑制KRAS及其效应物ERK会导致PDAC细胞中自噬通量增加。从机制上讲,抑制KRAS通路会降低胰腺癌细胞的糖酵解功能和线粒体功能,导致PDAC细胞更加依赖自噬。结果,自噬抑制剂氯喹在降低KRAS驱动的PDAC方面与ERK抑制剂具有协同作用。另一组进一步证明MEK抑制激活LKB1-AMPK-ULK1信号转导轴,从而导致自噬通量的增加。自噬抑制和MEK1/2抑制的组合在PDAC细胞和患者衍生的异种移植模型中均表现出协同的抗增殖作用。这些研究表明,从基因或药理学方面抑制自噬可能会增强其他抗肿瘤药物的抗肿瘤作用,例如PDAC中的ERK抑制剂和MEK抑制剂。
   放射疗法和化学疗法仍然是胰腺癌患者的主要治疗方法。但是,这些方法的有效性通常会受到固有或后天抵抗的影响,从而导致不良结果。大量研究表明,胰腺癌细胞利用自噬通量增加来维持治疗期间的生存。因此,重要的是探索靶向前列腺癌自噬的新方法。miRNA正在成为满足这种需求的一种更加公认的方式。发现miR-23b与多种胰腺癌细胞系中的自噬活性呈负相关,而自噬在抗辐射细胞系中的表达则上调。miRNA探索的过度表达和阻断表明miR-23b的表达与ATG12转录物呈负相关。通过使用双荧光素酶报告系统分别共表达miR-23b和ATG12,他们进一步表明miR-23b在多个细胞系中直接靶向ATG12的3'-UTR。同样,抑制ATG12的表达会导致电离辐射诱导的自噬明显降低。作者得出的结论是,miR-23b通过ATG12抑制自噬活性,并最终增强了辐射诱导的胰腺癌细胞死亡。这项研究认为高水平的miR-23B可能是放射敏感性的良好生物标志物,并且在放射治疗之前提高miR-23B的表达可能是有益的。这种组合对临床具有很强的影响,因为放射疗法是胰腺癌治疗的有限选择之一,而增强放射疗法的效果可以使大多数胰腺癌患者受益。
   miR-29c的过表达增加了胰腺癌细胞对吉西他滨的化学敏感性。进一步的实验表明,miR-29c通过调节USP22表达来抑制自噬,同时促进吉西他滨诱导的细胞凋亡。有趣的是,lncRNAPTY1通过充当miR-20a-5p的竞争性内源RNA来调节ULK1的表达,后者靶向ULK1以抑制细胞保护性自噬。在吉西他滨治疗的胰腺肿瘤组织中,miR-410-3p的表达显着下调,并且与化学耐药性呈正相关。针对高迁移率族盒1,miR-410-3p通过防止癌细胞诱导自噬来提高化学敏感性。同样,miR-29a降低了自噬活性并使胰腺癌细胞对吉西他滨治疗敏感。在另一项研究中,miR-590-5p被证明可通过靶向自噬蛋白ATG3并阻断自噬来敏化PDAC细胞。然而,这些研究是在体外细胞培养中进行的。未来来自患者类器官和PDX模型的离体和体内数据将为证明这些概念提供更多信息。
   通过分析胰腺癌细胞组织与正常细胞组织之间的miRNA表达谱,已鉴定出许多差异表达的miRNA,包括miR-221,miR-376a,miR-301,miR-196a,miR-190,miR-186,的miR-222,的miR-200b中,的miR-15B和miR-95。这些miRNA靶向不同的效应子和自噬步骤。miR-506在多种类型的癌症中起着抑癌作用,包括肝细胞癌,卵巢癌,胃癌,结直肠癌和更多。而且它还通过影响自噬活性在胰腺癌中显示出重要作用。miR-506的表达下调与胰腺癌的进展相关,而它的表达增加导致自噬通量增加以及自噬相关的细胞死亡。进一步的研究表明,miRNA506直接靶向STAT3,并通过STAT2-BCL2-BECN1途径诱导自噬相关细胞死亡。由于BECN1基因具有多种细胞功能,因此miR-506对自噬的确切作用机制仍不清楚。
   miR-372调节ULK1,在抑制胰腺癌的细胞增殖,迁移侵袭和自噬中起重要作用。胰腺癌通常是有氧糖酵解所致,并由其引起,而异常激活自噬以在严格的代谢微环境中生存。的miR-7由切断为有氧糖酵解通过LKB1-AMPK-mTOR的上调在胰腺癌细胞中的信号的基本葡萄糖供应,这抑制细胞增殖和胰腺癌的转移证明目标自噬在体外和体内。对miR-30a的研究通过靶向Beclin1调节癌细胞中的自噬。最近,它被证明在胰腺癌细胞中与YY1相似地起反馈电路的作用。miR-376a是表达异常最强的miRNA之一,它对胰腺肿瘤细胞有些特异性。miR376a调节ATG4C和Beclin1转录本,抑制内源性miR-376a加速饥饿诱导的自噬,表明miR-376a可能通过自噬途径影响胰腺癌。上述自噬抑制性microRNA在胰腺癌组织中丰富,但自噬仍会发生,这增加了胰腺细胞可能具有维持自噬通量的补偿机制的可能性。即使这些microRNA靶向某些自噬组件,自噬过程仍可以通过反馈环起作用。这些观察结果提醒我们,需要更多的机械细节来确定适合开发胰腺癌治疗方法的microRNA候选物。
   由于自噬的双重功能-促进细胞存活和自噬相关的细胞死亡-通常有两种利用miRNA增强胰腺癌治疗的策略。像miR-506,miR-7这样的miRNA可以靶向自噬相关基因并触发自噬相关癌细胞死亡。在另一方面中,miRNA包括的miR-23b中,的miR-216A抑制抗性癌细胞中的自噬以使癌细胞对放射或化学疗法敏感。最近的一项研究表明,miR-212通过使用嵌合肽缩合的超分子纳米颗粒将miR-212特异性有效地递送至胰腺细胞,从而使胰腺导管腺癌对阿霉素治疗敏感。通过靶向自噬,miRNA家族调节胰腺癌正在迅速发展,提供新的潜在治疗策略。需要开发一种将miRNA传递至肿瘤基因座的合适方法,并将其用于临床试验。
   为了获得胰腺癌中微RNA的全局视图,我们分析先前研究中的微阵列数据集。剖析17个胰腺癌组织和邻近的正常组织。从ArrayExpress下载原始数据集,并使用LIMMA软件包进行肿瘤样品与对照样品之间的成对比较。鉴定出具有至少一种探针增加两倍的32种microRNA,可能具有开发胰腺癌抑制剂的治疗靶标的潜力。另一方面,胰腺癌肿瘤中至少有一种探针中的12种微RNA水平降低,其中miR-216,miR-216a和miR-217是最消耗的microRNA。接下来专注于分析我们在此综述的microRNA。我们发现miR-23b,miR-221,miR-20a和miR-29a在胰腺癌样本中的log2FC大于0.5显着增加,而miR-216a和miR-30a的log2FC小于-0.5。重要的是要指出,据报道增强自噬的微RNA不一定与胰腺肿瘤中表达水平的增加相关,相反的情况也不成立。如上所述,胰腺癌的自噬是一个复杂的网络,microRNA靶向多种自噬蛋白。但是,某些microRNA确实具有很强的相关性。例如,miR-23b在胰腺肿瘤中高表达,并且在胰腺癌的自噬中确实具有增强作用,表明miR-23b是靶向抑制治疗的合理靶标。总之,这些数据支持某些已审查的microRNA可以用作治疗胰腺癌的自噬靶标。
   自噬在人类癌症中起着双重作用,可防止恶性转化并促进肿瘤的进展和存活。在PDAC的特定上下文中,自噬对于PDAC的子集是必不可少的。各种各样的证据表明,自噬抑制可抑制PDAC进程和存活。但是,机制是多种多样的。在PDAC细胞中,自噬抑制作用可直接导致DNA损伤和凋亡增加,并抑制肿瘤增殖。自噬抑制作用还可导致基质细胞的丙氨酸分泌受阻,这对于PDAC的生长是必不可少的。这些证据表明自噬抑制可以作为PDAC的潜在治疗方法。实际上,靶向自噬的复合抑制剂已进入临床试验,包括HQC和CQ。但是,单独使用时,这些小化合物均未显示出治疗效果。考虑到自噬在细胞稳态中的多功能作用,将自噬抑制与其他治疗相结合是一种实用的方法。例如,自噬抑制剂CQ在小鼠模型中协同增强了MEK抑制剂曲美替尼在PDAC细胞和患者来源的异种移植物中的抗增殖作用。
   除小化合物抑制剂外,microRNA是自噬抑制的另一种方法。microRNA的设计过程具有很高的可行性和可预测性,这使得基于microRNA的自噬抑制变得流行。最近的研究已经发现了几种专门针对核心自噬基因的miRNA,这些miRNA增加了PDAC细胞化学敏感性的放射敏感性。miR-23b是其中之一,直接靶向ATG12的3'-UTR区,导致自噬通量的阻滞。在接受miR-23b的PDAC细胞中,辐射诱导的细胞死亡显着增加。可使PDAC细胞敏感的miR-590-5p靶向ATG3。此外,在PDAC的情况下,其他分子也被不同的miRNA靶向,
   尽管在基于microRNA的自噬抑制方面取得了重大进展,但在基于microRNA的治疗方法中仍然存在挑战。其中一项挑战是在不同疾病条件下确定最佳的miRNA候选物。除了开发更准确的miRNA靶标预测算法外,通过miRNA靶标网络进行系统分析可能是一种有前途的方法。随着下一代测序技术在患者治疗中的广泛应用,成千上万的基因组和转录组已经可用。这些测序数据集涵盖具有不同疾病状况和阶段的各种各样的患者。例如,最近的一项研究表明,在进行综合分析后,miR-506可作为控制卵巢癌转移过程不同方面的中央调节剂。由于诸如癌症基因组图谱计划之类的公共测序数据库的普及,来自世界各地的研究人员可以进行全面的分析,以确定可用于自噬抑制的最佳miRNA候选物。另一种策略是使用miRNA抑制剂或模拟物进行全基因组功能筛选。通过这种方法,研究人员已经证明了miR-199a和miR-590在新生儿心肌细胞再生中的作用。除了识别最好的miRNA的候选,其他挑战包括高效率递送载体,组织特异性靶向,减少的脱靶效应和潜在的毒性。
   总之,自噬抑制在PDAC治疗中显示出巨大的治疗潜力。miRNA扩展了细胞自噬抑制的方法。与目前的标准治疗相比,基于miRNA的自噬抑制作用更具针对性,准确性和毒性,尤其是随着测序数据可用性的提高。基于miRNA的靶向疗法可能会在将来成为PDAC患者的新疗法或辅助疗法。

 
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  由著名肿瘤医学家、首届“国之名医—卓越建树奖”获得者夏廷毅教授担任医学总顾问;著名放射肿瘤物理学家、中国肿瘤放疗事业特殊贡献奖获得者张红志教授担任物理技术总顾问,领率国家一大批肿瘤放疗专家和物理师组建专业团队,聚焦精准放疗,整合多学科资源,通过专家下沉基层开展医疗技术服务,助推肿瘤精准放射医学产、学、研、用全链条一体化发展,全面提高全国各地肿瘤病人精准放疗可及性和综合治疗水平,最大限度满足肿瘤患者就地就近享受高水准、高质量人性化诊疗服务。
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