癌症和癌症治疗中的内吞作用

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前言

细胞内吞是一个复杂的过程，来自细胞外环境的细胞表面蛋白、脂质和液体被包装、分类并内化进细胞。多种内吞途径与癌症的发展、进展和调节有关，癌症细胞中的每一种内吞途径都可能失调，不同癌症类型中的这些变化呈现高度复杂性和异质性。此外，细胞内吞也是药物进入到细胞中的一种机制，有多种内吞途径决定药物分子的命运，从溶酶体中的降解到再循环回质膜。过去十年的研究表明，内吞作用已成为肿瘤细胞营养摄取、免疫监测和肿瘤免疫逃避、肿瘤转移和治疗药物递送的关键调节因子。随着抗体疗法、抗体偶联药物（ADC）和肿瘤放射性配体靶向的出现，调节内吞作用以改变药物递送药理学特性的能力已成为一个令人兴奋的新研究领域。

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内吞的信号途径

一般来说，正常的内吞作用可分为三个阶段：（1）芽的形成，（2）膜的弯曲和囊泡的成熟，（3）膜的断裂并释放到细胞质中。多种内吞途径有重叠的方面，因此内吞的一般过程是高度灵活和复杂的。

网格蛋白介导的内吞作用

网格蛋白介导的内吞作用（CME）在概念上是一个简单的过程，包括几个连续和部分重叠的步骤。CME可由质膜上的某些受体结构性启动，或者需要配体和/或抗体结合后启动。当细胞质中的内吞衣壳蛋白开始聚集在质膜的内小叶上时，CME就开始了。衣壳蛋白通过从细胞质中招募并与额外的蛋白质适配器相互作用而继续组装和生长。关键的衔接蛋白使膜弯曲，从而将内化受体/配体集中到一个“网格蛋白包被坑”（CCP）中。由于CCP内陷增大，CCP颈缩窄时，通过一个断裂过程与质膜分离。肌动蛋白聚合有助于将CCP向内拉入细胞质，直到断裂完成，CCP释放并成为一个网格蛋白包被的囊泡（CCV）。最后，CCV外壳被分解，CCV与内涵体融合以运输到特定的亚细胞位置，或者可以被回收回细胞表面。

网格蛋白是CME的关键成分，由重链和轻链组成。三个网格蛋白重链和轻链形成一个三聚体，它与其他三聚体相互作用，并在新兴的CCP周围形成一个多边形晶格。衔接蛋白2（AP-2）是一种异源四聚体复合物，它介导CCP颈部的收缩。Dynamin是一种GTP酶，在成熟囊泡的颈部形成螺旋状聚合物。GTP水解后，dynamin诱导囊泡从质膜分裂。

小窝介导的内吞作用

小窝是质膜的小瓶状内陷，其特征是高水平的胆固醇和鞘糖脂，通过不依赖于网格蛋白的途径介导内吞作用，并且存在于大多数细胞类型中。小窝的主要支架蛋白是小窝蛋白，它是形成寡聚体的20–24 kDa完整膜蛋白。小窝蛋白共享共同的支架结构域，这些支架结构域介导与自身和其他包含小窝蛋白结合结构域蛋白质的相互作用。

虽然小窝具有类似CCPs的内陷形态，但它们是不同的。简单地说，CCP的密度是恒定的，而小窝的密度会因细胞类型的不同而变化很大。CCPs随着萌发的内体成熟而增大，相比之下，小窝囊泡保持不变的大小。一旦进入细胞内，小窝就形成了高阶结构，而不是由CCPs形成的简单的球形内体。

CLIC/GEEC内吞作用

CLIC/GEEC是一种内吞室，主要发生在配体激活的细胞中，这可能由生长因子、抗体的受体交联或细菌毒素和病毒引起。此外，细胞膜必须处于高流动性状态，因为CLIC/GEEC在低于生理温度或膜处于更高张力的情况下不起作用。

CLIC在迁移细胞的前缘增加。识别CLIC/GEEC途径的其他相关参数包括动力非依赖性质膜断裂、对胆固醇消耗的敏感性、Rab5/与早期内体融合的获得、胎盘碱性磷酸酶（PLAP）和与FAK相关的GTPase调节因子（GRAF1）。

FEME

胞吞蛋白介导的快速内吞作用（FEME）是一种动力蛋白依赖性、网格蛋白非依赖性的内吞途径，由endophilin A2调节。该途径的激活需要endophilin A2在质膜上富集成离散分布的簇，从而导致膜曲率的改变，膜结合GTP激活的CDC42募集FBP17和CIP4，然后是肌动蛋白和动力蛋白聚合，这有助于囊泡断裂。该途径不是结构性的，而是由受体的配体（如EGF）激活而迅速触发。与网格蛋白不同，网格蛋白外壳在出芽后不久就会消失，而endophilin A2则留在FEME载体上，直到与早期内体融合。

吞噬作用

吞噬作用是由具有吞噬作用免疫细胞进行的，吞噬其他细胞或颗粒，并且依赖于肌动蛋白介导的质膜重塑。异物被吞噬细胞表面的受体识别，这些受体的聚集驱动内吞作用。RHO家族小GTP酶CDC42和RAC1调节肌动蛋白功能，而核复合体肌动蛋白相关蛋白2/3（ARP2/3）参与肌动蛋白聚合，并在CDC42和RAC1的下游起作用。Dynamin 2介导胞吞小泡从质膜上断裂。

巨胞饮作用

巨胞饮作用是一种更大规模的内吞作用形式，通常涉及质膜高度皱折的区域/突起，这些区域/突起随后相互融合或与质膜融合。膜皱褶是巨胞饮作用的形态学特征。

巨胞饮作用依赖于肌动蛋白聚合、Rac1蛋白和p21活化激酶1（PAK1）。PAK1是一个关键的调节因子，因为它与Rac1相互作用，Rac1激活磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）、Ras、Src和Hsp90，以促进巨胞饮作用。巨胞饮作用也是胆固醇依赖性的，这是招募Rac1所必需的。这些成分最终导致比CME和小窝蛋白更大吸收面积的内吞作用。

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内吞在癌症中的作用

内吞涉及癌细胞与其微环境之间发生的几种相互作用。

1. 1. 癌细胞通过内吞作用的营养摄取以及通过GPR182摄取趋化因子，会降低趋化因子水平，导致免疫细胞向肿瘤微环境（TME）的招募受阻。

3. 2. 肿瘤相关成纤维细胞（CAF）对营养物质和肿瘤细胞外基质（ECM）的巨胞饮作用促进了TME中的ECM重塑，通过细胞因子和生长因子的产生以及基质金属蛋白酶的分泌支持癌症细胞的生长和侵袭。

5. 3. epsin3的上调导致E-cadherin的内吞增加，支持肿瘤的侵袭和转移，并促进癌细胞分泌转化生长因子-β（TGF-β），从而降低免疫反应。

7. 4. 癌细胞对E-cadherin和整合素的内吞作用导致细胞-细胞粘附和细胞-基质粘附的改变，从而支持肿瘤细胞的运动和侵袭。

9. 5. 具有胶原结构的巨噬细胞受体（MARCO）的表达参与促进巨噬细胞吞噬癌细胞。

10. 6. 癌细胞中失调的PD-L1内吞作用PD-1和/PD-L1靶向免疫治疗有影响。已经证明，包含CKLF样MARVEL跨膜结构域蛋白6（CMTM6）在质膜和循环内体中与PD-L1结合，从而使PD-L1减少了泛素化，防止其被溶酶体降解，并增加了半衰期，增强了肿瘤细胞通过与PD-1结合来抑制T细胞的能力。

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内吞对癌症治疗的作用

无论是免疫疗法、靶向治疗还是通过纳米颗粒将药物输送到细胞中，细胞内吞通常对药物的输送至关重要。对细胞表面靶向受体的调节、它们在质膜上的停留时间和浓度都会导致药物反应的变化。对于靶向肿瘤细胞表面蛋白的药物，一种耐药机制就是靶受体的内吞作用。例如，CD20- rituximab复合物的快速内化降低了对rituximab的敏感性，相反，阻断CD20内化可以克服对rituximab的耐药性。

与传统的诱导ADCC的单克隆抗体相比，ADC更加依赖于有效的细胞内吞来有效递送其细胞毒性有效载荷。在HER2扩增或突变型癌症的患者衍生异种移植（PDX）模型中，使用不可逆的pan-HER抑制剂，如neratinib，增加HER2泛素化和内化，已证明可显著提高trastuzumab–emtansine治疗的疗效。随后在一项小型临床试验中也证明了这种联合疗法的成功。

另外，在放射性配体（如PSMA-Lu177）的应用中，一种理论认为，它们的递送也可以通过暂时停止内吞作用来改善。内吞作用的暂时和可逆抑制可以使放射性配体在受体内化之前最大限度地结合到肿瘤上的靶分子上，这种增强的受体结合可能减少脱靶效应和毒性。此外，靶向复合物在细胞膜上的临时保留可能增强旁观者效应。

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小结

细胞内吞是癌症特征的重要组成部分，它影响药物稳定性、治疗反应以及免疫细胞功能。质膜受体连带结合药物的内吞可以改变药物的药理学，在放射性配体治疗或ADC的情况下尤其如此。随着我们对内吞作用的理解不断加深，有可能改变抗体疗法、ADC和放射性配体的递送，通过优化的药理学，可能会增加旁观者效应和靶向递送，并通过最大限度地结合肿瘤细胞靶点来降低脱靶毒性。最后，内吞作用在癌症的多个方面起着核心作用，了解每一个与癌症相关的过程中内吞作用的时空调控，最终将提高对癌症发生和发展的认识，并有可能发现新的治疗靶点。

参考文献：

1. Endocytosis in cancer and cancer therapy. Nat Rev Cancer.2023 May 22.

2. Impact of EndocytosisMechanisms for the Receptors Targeted by the Currently Approved Antibody-DrugConjugates (ADCs)—A Necessity for Future ADC Research and Development. Pharmaceuticals(Basel). 2021 Jul; 14(7): 674.

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