自噬，药不能停！——自噬相关疾病和药物临床研究
“自噬”随着大隅良典获得2016年诺贝尔生理学及医学奖而走入大众的视野。随之而来的问题是，“自噬作用”究竟有什么用处呢？更好的了解“自噬作用”之后能为人们的健康带来什么好处呢？
大隅良典曾表示：“我自己并不是为了做出好的药物，也没有直接为社会做出贡献。” 但正是因大隅良典的研究，自噬的分子机制和关键因子的作用原理才得以阐明，进而为药物开发和临床研究提供了基础。
想必各位看官早已了解（链接），自噬是通过降解多余的胞质成分、异常蛋白、衰老或损伤的细胞器，降解的产物被机体重新循环利用。自噬在正常细胞中保持基底水平以维持细胞的内稳态，但在外界压力、饥饿、缺氧和内质网应激等特殊情况下自噬则是一种生存机制。
那么自噬在人类疾病中到底起到什么作用？相关药物研究进展到底到了哪一步了呢？让我们一起梳理自噬信号通路中的基因在不同疾病中的作用吧。
自噬与疾病
肿瘤
自噬在肿瘤中的具体作用存在较大争论。小鼠实验中，自噬相关基因的缺失会提高肿瘤风险，在肝脏中特异性敲除Atg7基因，或Beclin 1单倍型不足，都会有这样的风险。敲除Atg5或Atg7能增加KRAS介导的胰腺癌、肺癌等风险。与此结论矛盾的是，针对人类乳腺癌的研究却表明Beclin 1功能跟肿瘤发生没有太大关联。
越来越多的证据表明，自噬在肿瘤中其实扮演的是双刃剑的角色：肿瘤发生早期，正常细胞的自噬作用能帮助防控肿瘤；而在肿瘤发展期，肿瘤细胞的自噬作用却能帮助肿瘤细胞适应各种恶劣环境的挑战（如低氧、营养物缺乏等），促使肿瘤发展。
心血管疾病
自噬能帮助身体抵抗衰老导致的多种心血管疾病。自噬作用还能通过延缓缺血造成的副作用，来帮助心肌细胞短时间内防止大面积梗死。也就是说，机体的缺血预适应过程也需要依赖于自噬作用。除心脏之外，其他细胞的自噬作用，也能对防止动脉硬化等多种的心血管疾病起到关键作用。
除了以上这些“好”的作用，自噬在心血管疾病中也会起到“坏”的作用，比如当压力负荷介导心脏重构过程中，自噬就起到了致病作用。因此在心血管疾病中自噬也起到了双重作用。
图1. 自噬在疾病中的作用（蓝色表示自噬“好”的作用；红色表示自噬的“坏”的作用，详见Ref 1）
免疫相关疾病
自噬作用能介导清除细胞内病原体(如结核杆菌等)，这也构成了免疫防御的最基本环节之一。自噬作用相关基因还参与到了多种生物学过程，如吞噬作用、内吞作用和非经典蛋白分泌等等。而这些生物学过程都在炎症和免疫相关疾病中有着多方面的重要作用，如细胞内病原清除、抗炎症反应、抗原提呈、促进T细胞记忆等等。在免疫相关疾病中自噬的作用是多层次、多方面的。
神经退行性疾病
由于神经细胞不可增殖，细胞内不断累积的蛋白无法通过分裂来稀释。因而，细胞内的“垃圾”只能通过自噬来清除。所以如自噬作用如果出错(导致错误折叠蛋白增多)，或者减少，都会致病。帕金森病、阿尔兹海默症、肌萎缩侧索硬化症(ALS)等多种神经退行性疾病都跟自噬相关。自噬相关基因的突变在帕金森病、ALS的发生中起到关键作用，临床中的退行性疾病家族聚集性明显，部分会存在自噬关键基因的突变家系，如p62、OPTN突变家系等。
衰老症
随着年龄的增长，机体的自噬作用会表现得不足。一来可能是由于自噬流减少；二来可能需要自我清除的“垃圾”太多。多项研究都表明不同程度的饮食干预(如整体能量摄入限制、特定蛋白摄入限制，或者特种氨基酸摄入限制等)和药物干预（如亚精胺或雷帕霉素等）都能帮助延年益寿，而且在酵母、啮齿类和灵长类动物中都有效果。这为“吃饭只吃七分饱”的说法提供了科学依据，而自噬通路对其贡献都是相当必要的。
自噬的干预方法
不难看出，自噬与众多疾病的关系密切，而其作用往往是多方面的。自噬机制研究转化疗法的开发和临床研究已经在广泛开展。
基因干预
基因干预来影响自噬相关基因的方法，在动物研究中已经得出了众多结论。下面我们分别从干预促进自噬和干预抑制自噬两个方面来看。
促进自噬作用在一系列疾病中都能起到良好的效果。如，全身性Atg5基因过表达改善衰老症状；肝脏中ATG7和TFEB过表达改善肥胖症；Beclin1 在KRAS介导的肺腺癌模型中过表达改善癌症；淀粉样β蛋白或α突触核蛋白或毒性介导的神经退行性疾病的脑中过表达TFEB和Beclin 1，或者溶酶体半胱氨酸蛋白酶的抑制因子CSTB被敲除，都能得到改善；肌肉中过表达TFEB和Beclin 1改善肌退行性病；肺中Beclin 1过表达改善慢性肺炎。
抑制自噬作用，在一些模型中也取得了很好的效果。如，敲除ATG5和ATG7能够抑制KRASG12D或BRAFV600E介导的肺腺瘤恶化，抑制KRASG12D胰导管腺癌。当肿瘤缺失p53表达之后，效果更明显。另外敲低自噬相关基因后肿瘤细胞对放化疗变得更加敏感。但如果自噬基因Atg7全身敲除之后动物会致死，免疫、代谢、发育、神经系统都会受到不同程度的致命影响。因此在治疗中长时间全方位的抑制自噬作用是不现实的，运用抑制自噬的疗法需要掌握好剂量和时间。
不论是促进自噬还是抑制自噬，在不同病理状态下，进行基因干预都有可能收到良好的效果，而具体的干预靶点，以及干预的时间和程度都会根据实际情况不同而有出入。动物研究已经为我们进行在人体的研究打下了很好的基础，相信随着更多的机制探索和方法改进，针对自噬基因的干预方法也会最终造福人类。
图2. 调节自噬作用的方式示意图。（详见Ref 6）
药物干预
相比于基因干预，药物干预相对更容易在临床上实现。
促进自噬的药物有两种策略：其一是通过激活自噬通路的上游激活分子，例如AMPK、Sirtuins等来实现；其二是通过扰乱自噬作用的抑制因子，如mTORC1、去泛素化酶、乙酰转移酶EP300等。自噬是机体对抗压力的方式，通过模拟饥饿造成的生化效应，导致CoA减少等，也能激活自噬，而且针对CoA的干预相比其他药物更加无毒无害。自噬作用上下游相关分子中，很多也参与到其他生物学过程中。针对这类多功能的分子靶点，部分已有获批的药物，如他莫昔芬、雷帕霉素等。但因这些药物可能的作用范围太广，通过全身性使用来激活自噬流，或有扰乱体内稳态的风险。目前一些正在进行的临床研究详见表1。
针对疾病 | 临床试验项目 | 评价项目 | 临床试验分期 | Clinical Trials编号 |
抗感染 | 氯喹用于抗丙肝病毒(HCV)感染 | HCV RNA减低 | 四期 | NCT02058173 |
肿瘤 | 氯喹用于晚期小细胞肺癌 | 安全性 | 一期 | NCT00969306 |
氯喹用于术前导管原位癌 | 反应率 | 一、二期 | NCT01023477 | |
氯喹、万珂和环磷酰胺联合用于多发性骨髓瘤 | 反应率 | 二期 | NCT01438177 | |
羟氯喹和硼替佐米联合用于多发性骨髓瘤 | 安全性 | 一、二期 | NCT00568880 | |
羟氯喹和MK2206(AKT1抑制剂)联合用于晚期实体瘤 | 安全性 | 一期 | NCT01480154 | |
羟氯喹和舒尼替尼用于晚期实体瘤 | 安全性 | 一期 | NCT00813423 | |
羟氯喹和西罗莫司或伏立诺他联合用于晚期癌症 | 安全性 | 一期 | NCT01266057, NCT01023737 | |
羟氯喹和索拉非尼用于实体瘤 | 安全性 | 一期 | NCT01634893 | |
羟氯喹、FOLFOX方案和贝伐珠单抗联合用于结直肠癌 | 反应率 | 一、二期 | NCT01206530 | |
羟氯喹、卡培他滨、奥沙利铂和贝伐珠单抗联合用于结直肠癌 | 无进展存活率 | 二期 | NCT01006369 | |
羟氯喹用于乳腺癌 | 肿瘤中自噬的抑制和低氧指标表达水平 | 二期 | NCT01292408 | |
羟氯喹和西罗莫司联合用于淋巴管平滑肌增生症 | 安全性 | 一期 | NCT01687179 | |
羟氯喹和吉西他滨/紫杉醇联合用于胰腺癌 | 总体存活率 | 一、二期 | NCT01506973 | |
羟氯喹、吉西他滨和紫杉醇（白蛋白结合型）联合用于术前胰腺癌 | 组织学反应 | 二期 | NCT01128296, NCT01978184 | |
羟氯喹用于术后PSA升高的前列腺癌 | 循环PSA水平增加放缓 | 二期 | NCT00726596 | |
羟氯喹、Navitoclax和阿比特龙联合用于转移性前列腺癌 | PSA水平生化反应 | 二期 | NCT01828476 | |
羟氯喹用于术前原发性肾癌 | 肿瘤和组织中自噬的抑制 | 一期 | NCT01144169 | |
羟氯喹和RA0001用于肾细胞癌 | 无进展存活率 | 一、二期 | NCT01510119 | |
羟氯喹、卡铂、紫杉醇和贝伐珠单抗联合用于非小细胞肺癌 | 反应率 | 一、二期 | NCT00933803, NCT01649947 | |
MLN9708和伏立诺他联合用于晚期实体瘤自噬抑制 | 安全性 | 一期 | NCT02042989 | |
神经退行性疾病 | 他莫昔芬作为自噬诱导剂用于肌萎缩侧索硬化症 | 运动神经元功能测试 | 一、二期 | NCT02166944 |
利美尼啶作为自噬诱导剂用于亨廷顿病 | 安全性 | 一期 | Ref 4 | |
代谢病 | 前瞻性对比ATG基因多态性在未成年肥胖中的作用 | 非酒精性脂肪肝与基因多态性之间的相关性 | 观察期 | NCT01988441 |
蛋白类遗传病 | 半胱胺和表没食子儿茶素没食子酸酯(作为自噬诱导剂)联合用于CFTR F508突变导致的囊泡性纤维症 | 临床表现改善 | 二期 | Ref 7 |
表1. 自噬相关干预药物临床试验情况汇总。（改编自Ref 1）
由于自噬的药物干预可能影响到全身性稳态，而且其在疾病中的存在多方面的作用。自噬抑制剂目前更多的在肿瘤中进行临床测试。尤其是氯喹及3-羟氯喹。氯喹早在1934年就发现，被命名为“雷索欣”，当时因其毒性大被忽视多年。直到1947年才因其抗疟疾效果卓著被批准用于临床。近期，随着自噬作用的阐明，老药新用。氯喹被用于多种肿瘤的临床研究中，取得了不错的效果。并且除了单独用药之外，联合自噬通路中的其他节点的联合用药，如联合针对mTOR、HDAC、Akt、蛋白酶体等进行干预的药物一起，能够取得更好的效果。
展望
针对自噬通路研究成果转化的疗法、药物开发、临床研究尚处在初期，离真正临床应用还有一段路要走。近年来大量的科研投入产出了丰硕成果，也为更多的临床前和临床研究探明了道路。但自噬是涉及到全身稳态的作用，对自噬的干预势必是把双刃剑。而针对自噬过程的调控机制非常复杂，还有很多我们尚不清楚的地方。自噬信号通路的关键节点（链接），如Atg5、Atg7、Beclin-1、LC3、p62、ULK1等分子，是自噬相关研究中的关键。Cell Signaling Technology(CST)公司作为抗体行业的标杆，为科学家提供了特异、稳定的自噬抗体，已助力数百项自噬领域的研究取得了丰硕的成果，并刊发在一流的同行评阅期刊中。其中部分经典靶点如图3所示。自噬作用的研究需要更多的基础科研来进一步阐明其上下游的作用细节、修饰方式，以便人们在认识到这些特点之后，设计出更有针对性、毒性更可控的药物。期望在不久的将来，能看到相关成果逐渐真正造福人类。
图3. 自噬常见研究靶点。（来自CST Guide: Pathway & Protocols）
参考文献
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3.Jiang, X., et al. (2015). "Autophagy in cellularmetabolism and cancer." J Clin Invest 125(1): 47-54.
4.Frake, R. A., et al. (2015). "Autophagy andneurodegeneration." J Clin Invest 125(1): 65-74.
5.Nixon, R. A. (2013). "The role of autophagy inneurodegenerative disease." Nat Med 19(8): 983-997.
6.Levine, B., et al. (2011). "Autophagy in immunityand inflammation." Nature 469(7330): 323-335.
7.De Stefano, D., et al. (2014). "Restoration ofCFTR function in patients with cystic fibrosis carrying the F508del-CFTRmutation." Autophagy 10(11): 2053-2074.
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