整合应激反应在肿瘤发生和治疗中作用的研究进展

庄周道，吴 颖，马志明，孙连坤，董德录*

(1.吉林大学基础医学院 病理生理学系，吉林 长春130021；2.吉林大学第一医院，吉林 长春130061；3.吉林大学第二医院 胃肠外科，吉林 长春130041)

肿瘤细胞暴露于基因组不稳定、氧化应激、营养缺乏和蛋白稳态失衡等复杂应激环境下，通过激活整合应激反应(ISR)来抵抗各种形式应激产生的损伤作用。如果ISR无法修复损伤，将通过启动死亡程序清除受损细胞。ISR介导的这种存活和死亡之间的平衡对于肿瘤的发生至关重要。目前研究认为ISR主要包括内质网未折叠蛋白反应(UPRER)和线粒体未折叠蛋白反应(UPRmt)，已经明确UPRER和UPRmt中多个效应分子在肿瘤发生过程中的作用。近来研究表明，ISR通过其枢纽分子eIF2α整合UPRER和UPRmt的应激信号，eIF2α表达和磷酸化水平决定了ISR是促进肿瘤细胞存活还是死亡。因此，探讨ISR在肿瘤发生中的作用机制有望为肿瘤的治疗提供新靶点。

1 UPRER与肿瘤发生

肿瘤细胞的基因组不稳定性、氧化还原失衡、低氧环境、营养匮乏等内外部环境压力导致错误折叠蛋白在内质网内堆积产生毒性作用，肿瘤细胞通过激活UPRER增强对错误折叠蛋白的清除能力维持细胞蛋白稳态，进而抵抗恶劣的生存环境和化疗药物的毒性作用[1]。目前研究发现UPRER主要受到肌醇需要酶α(IRElα)、双链RNA活化蛋白激酶PKR样内质网激酶(PERK)和活化转录因子6(ATF6)调控[2]。活化的IRElα通过切割X盒结合蛋白1(XBP1)的mRNA调控其表达，激活的XBP1进一步协调内质网相关降解蛋白的表达清除错误折叠蛋白[3]。在内质网应激情况下，ATF6被转运至高尔基体并切割产生有活性的ATF6f，ATF6f通过调节内质网应激相关的错误折叠蛋白降解基因的表达维持内质网蛋白稳态[4]。活化的PERK通过调节eIF2α的磷酸化水平抑制肿瘤细胞整体蛋白的翻译，磷酸化的eIF2α通过活化转录因子4(ATF4)影响其下游靶基因的转录，进而实现对肿瘤生存和凋亡的调控作用[3,5]。

2 UPRmt与肿瘤发生

线粒体通过协调核苷酸、氨基酸和脂质代谢为肿瘤细胞生存和增殖提供所必需中间代谢产物[6]。然而，线粒体蛋白稳态是其为肿瘤提供能量和代谢产物的先决条件。目前，秀丽隐杆线虫中的UPRmt的发生机制相关研究比较深入[7]，而哺乳动物中的UPRmt机制的相关研究尚处于初级阶段。研究发现哺乳动物的UPRmt主要依赖于CHOP、ATF4、ATF5三种转录因子的相互作用和协调，启动线粒体伴侣蛋白和蛋白酶的转录，从线粒体蛋白合成、折叠和降解角度降低线粒体蛋白堆积压力，维持线粒体蛋白稳态[8]。然而，这些转录因子在ISR激活下优先翻译，提示线粒体未折叠蛋白反应可能依赖于ISR[9]。ISR的核心事件是翻译起始因子eIF2α的磷酸化。已有研究表明，在线粒体应激条件下，线粒体内膜蛋白酶OMA1活化并切割DELE1，导致DELE1在细胞质中积累，与血红素调节抑制因子(HRI)相互作用并激活eIF2α激酶活性[10]。此外，eIF2α磷酸化也可以由阻遏蛋白激酶2(GCN2)介导，响应于线粒体功能障碍导致的氧化应激[11]。通常认为UPRmt作为适应性反应有益于肿瘤细胞生长。有研究表明，UPRmt在乳腺癌组织中特异性激活，而在正常乳腺组织中失活[12]。UPRmt中的关键分子，包括eIF2α、ATF4、ATF5和HSP60等，已被证明在多种肿瘤组织中表达上调[13]。

3 ISR枢纽分子eIF2α与肿瘤发生

eIF2由α，β和γ三个亚基组成，ISR激活的核心是α亚基上Ser51磷酸化。哺乳动物细胞中，ISR的激活主要受GCN2、PKR、PERK和HRI激酶的调控[14]。氨基酸缺乏下，一般性调控GCN2与不带电荷的去酰化转移RNA(tRNAs)的结合促进了GCN2的激活[11]。在病毒感染条件下，受外源dsRNA的影响，双链RNA依赖蛋白激酶(PKR)被激活[14]。内质网应激时，错误折叠蛋白的堆积使葡萄糖调节蛋白(GRP78)从PKR样ER激酶(PERK)上解离，导致PERK自磷酸化和活化[15]。HRI在血红素缺乏时被激活，目前研究发现HRI还可以响应多种应激，例如氧化应激、线粒体应激、热休克和蛋白酶体抑制等[16-17]。此外，eIF2α激酶存在功能交叉，某些类型的应激可以同时激活多种激酶，进而通过协同作用精确调节ISR。

ISR是应激状态下细胞广泛应用的翻译调控机制。mRNA翻译启动需要eIF2、GTP和起始tRNA(Met-tRNAi)结合形成三元复合物，将Met-tRNAi递送至40S核糖体亚基[18]。在此过程，与eIF2结合的GTP被水解为GDP和Pi。为启动下一轮翻译，eIF2复合体必须形成结合GTP的活性形式[19]，此交换反应受eIF2B调控。然而p-eIF2α与eIF2B相互作用影响交换反应正常进行，进而整体减弱帽依赖的翻译过程[20]。此外，携带上游开放阅读框架的mRNA具有更高的翻译选择性，这些mRNA编码的关键蛋白质可以使细胞从应激中恢复并重新建立内稳态[21-22]。

ATF4是eIF2α磷酸化后翻译的关键分子之一[21-22]。目前认为，ATF4能够与不同的转录因子相互作用从而决定细胞命运，这取决于应激强度和细胞类型。例如，ATF4通过与转录因子ATF3结合，诱导伴侣蛋白(HSP60、HSP10、HSP70)和线粒体蛋白酶(LONP1、ClpP)的转录，进而恢复细胞蛋白稳态[23]。而在过度内质网应激时，ATF4与转录因子CHOP结合后触发细胞凋亡[24]。

4 ISR与肿瘤治疗

ISR通过eIF2α的表达和磷酸化协调UPRER和UPRmt调控肿瘤细胞内环境稳定，eIF2α介导的适应性反应在抵抗应激和维持肿瘤细胞内环境稳态中扮演着重要角色。已有研究发现，在乳腺癌[25]、细支气管肺泡癌[26]、霍奇金淋巴瘤[27]、胃肠道癌[28]和恶性黑色素瘤[29]等肿瘤中检测到p-eIF2α的高表达，并且p-eIF2α的高表达与不良预后密切相关[30]。研究表明eIF2α激酶PERK的小分子抑制剂GSK2606414能有效抑制肿瘤生长[31]。但是，GSK2606414显示出胰腺毒性和体重减轻等毒副作用，临床应用受到限制。整合应激反应的另一抑制剂ISRIB，通过增强eIF2B活性，从而逆转eIF2α磷酸化导致的细胞整体翻译水平下降，已在神经退行性疾病相关的记忆衰退及肿瘤的治疗中取得较好进展[32-33]。此外，通过调节eIF2α的磷酸化水平，使其介导的适应性反应向损伤性反应转变也可能作为增加肿瘤化疗敏感性的有效途径[30]。有研究报道eIF2α磷酸酶抑制剂Salubrinal与常规化疗药物替莫唑胺联合用药下，通过线粒体凋亡途径增加了胶质母细胞瘤的化疗敏感性[34]。氟西汀(FLT)能与替莫唑胺协同激活eIF2α-ATF4-CHOP通路诱导神经胶质瘤细胞凋亡[35]。然而，eIF2α在特定个体肿瘤中激活适应性或损伤性反应尚不清楚，通过对整合应激反应的深入研究可能进一步完善以eIF2α靶点的肿瘤治疗策略。

5 总结

肿瘤细胞通过ISR协调不同细胞器产生的应激反应，形成了独特而又复杂的蛋白稳态调控网络。但是，现阶段关于ISR在肿瘤发生和治疗中的研究尚处在初级阶段，ISR在应对不同刺激是如何协调肿瘤细胞生存和死亡的机制需要更深入的探索。肿瘤细胞有别于正常细胞是其长期处在恶劣的生存环境中，面对低氧、营养供应匮乏等因素仍然保持旺盛的生存和增殖能力，肿瘤细胞的ISR可能是其适应内外环境压力的关键。因此，通过深入研究肿瘤细胞ISR的作用和机制，尤其是阐释其核心分子或信号通路，有望为肿瘤的诊断和治疗提供新的理论支持与实验依据。