背景：
细胞内吞作用是一个复杂的过程，细胞外环境中的细胞表面蛋白、脂质和液体被包装、分选并内化到细胞内。胞吞作用也是药物内化到细胞内的一种机制。有多种内吞途径决定分子的命运，从溶酶体中的降解到再循环回到质膜。胞吞作用的总体速率和通过胞吞途径进行的分子的时间调节也与信号转导结果密切相关。这一过程依赖于一系列因素，如内在氨基酸基序和翻译后修饰。在癌症中，内吞作用经常被破坏。这些破坏导致受体酪氨酸激酶在肿瘤细胞膜上的不适当保留、致癌分子再循环的变化、信号反馈回路的缺陷和细胞极性的丧失。在过去的十年中，内吞作用已经成为营养物质清除、免疫监视反应和调节、肿瘤免疫逃避、肿瘤转移和治疗药物递送的关键调节因子。
简介：
2023年5月22日，来自澳大利亚大学昆士兰大学的Fiona Simpson 教授课题组在Nat Rev Cancer（IF: 69.8）杂志上发表题为“Endocytosis in cancer and cancer therapy”的文章[1]。本文总结并整合了这些进展，以了解内吞作用在癌症中的作用。本文还讨论了在临床中调控这些通路以改善癌症治疗的潜力。
主要结果：
原位胞吞作用。
在哺乳动物系统中，内吞作用的途径和分子主要是在组织培养中研究的。在极化细胞和发生调节胞吐的细胞中，胞吞机制的复杂性增加。调节分泌发生在许多细胞中，包括胰腺细胞、黑素小体、脂肪细胞和神经元，其中物质集中在囊泡中(如突触囊泡和黑素小体)。在免疫细胞中，细胞毒性颗粒的重组需要内吞作用。穿过肠道上皮细胞的跨细胞转运不仅将营养物质送入血流，而且将免疫效应物(如IgA和IgG分子)送入血流。使用电子显微镜和生化分析以及最近的活体显微镜的研究表明，体内内吞作用依赖于组织结构。
肿瘤发生。
编码内吞蛋白的基因虽然很少在癌细胞中发生突变，但已在各种人类肿瘤类型的生化和遗传筛查中被确定发生突变，包括实体瘤(如肺癌和乳腺癌)以及血液系统癌症(如急性髓系白血病和慢性髓系白血病)。编码内吞蛋白的基因突变也在大规模系统筛查中被发现。CBL是一种E3泛素蛋白连接酶，催化细胞表面受体的泛素化，进而促进受体的内吞作用。只有编码CBL的基因的失活突变已得到生物学验证，我们不知道检测到的其他突变是否引起相应基因产物的致癌激活。在大多数情况下，实验证据表明，内吞过程的变化(与内吞基因的遗传功能性突变相反)导致癌细胞中信号分子的功能输出发生变化。
RAB蛋白是参与哺乳动物细胞内囊泡运输和膜融合的小GTP酶。该家族共有66个成员，通过与下游分子的相互作用，控制膜芽的形成、沿细胞骨架的囊泡运输以及膜融合到靶细胞。RAB蛋白的过表达与肿瘤的发生直接相关，如RAB1A在前列腺癌和结直肠癌中的过表达，在人类肿瘤中发现的体细胞RAB35突变已被证明具有致癌作用。这些分析表明，总的来说，失调的内吞作用可能具有致癌潜力。
图1：哺乳动物细胞内吞作用的多种途径
营养清除。
肿瘤生长的过程需要癌细胞使用更多的营养供给。在肿瘤发生的早期阶段，细胞可以通过增加其营养受体和受体介导的蛋白清除水平来代偿其增加的代谢需求。随着肿瘤发生的持续，肿瘤微环境(TME)偏离生理标准，随着缺氧区域的增加，通过血管生成形成渗漏血管和神经支配改变。尽管自噬可以使正常细胞在有害或有毒的环境中存活，但它可能无法为癌细胞提供足够的能量来进行快速的细胞分裂和增殖。然而，与正常细胞不同的是，肿瘤细胞可以从ECM和TME中清除支持增殖所需的额外营养物质。肿瘤细胞的可塑性允许适应内吞途径，以获取大量的细胞外营养物质，以维持细胞的持续生长和肿瘤细胞的增殖。
在具有典型缺氧TME的肝细胞癌(HCC)肿瘤中，研究表明缺氧诱导的巨胞饮是一种代谢适应，缺氧诱导因子1α (HIF1α)激活膜折叠蛋白EH结构域蛋白2 (EHD2)的转录，从而启动巨胞饮。在小鼠模型中，通过CRISPR-Cas9敲除EHD2抑制巨胞饮和HCC的发展。
图2：单分子与过程方法的比较
表型改变。
肿瘤的发展和转移是由上皮-间充质可塑性(EMP)所支撑的，其特征是在环境信号的作用下，表型的改变促进了生存、细胞极性的丧失、增殖和运动。为了发生转移，肿瘤细胞必须首先从原发肿瘤中分离并经历EMP过程，这是可逆的，包括上皮黏附和极性复合物的分解，细胞器和细胞骨架的重组以建立前后极性，以及对ECM附着的改变以允许播散到次级器官。内吞作用在调节这一过程中发挥广泛作用。
上皮细胞向间质细胞的可塑性。
EMP过程是由转录因子(ZEB, SNAIL, TWIST家族成员)的激活变化驱动的，这些转录因子调节上皮样和间充质样状态之间的切换，并可能在肿瘤发生中发挥更广泛的作用。EMP的一个早期过程是细胞间接触的丧失，这使得细胞获得迁移表型并逃离上皮层。例如，细胞黏附分子和黏附连接的关键成分E-钙黏蛋白的表面水平受到E3泛素连接酶Hakai对E-钙黏蛋白的磷酸化依赖性泛素化的调节，从而触发E-钙黏蛋白的内噬作用，导致黏附连接的解体，细胞黏附减少和更活跃的表型。
细胞极性丧失。
所有细胞都有不同程度的极性，顶基极性是上皮和腺组织的特有特征。这些上皮组织的形态发生需要细胞内运输途径的广泛组织以及顶端和基底外侧细胞轴的形成。在癌症进展过程中，细胞极性的丧失伴随着前后轴的形成，这促进了细胞的迁移，并受到黏着斑再循环，RHO GTP酶和细胞骨架重排的变化以及与ECM的相互作用的调节。黏着斑的主要成分之一是α和β整合素异二聚体，它们以20多种不同的形式存在。
图3：确定了内吞作用在癌细胞与其微环境之间的相互作用中的作用
抗肿瘤免疫反应。
对参与抗癌免疫的免疫细胞群内吞作用的研究尚未像肿瘤细胞内吞作用那样全面。其中一个原因是许多用于研究内吞途径的先进技术，如光片荧光显微镜和超分辨率3D活细胞成像，被开发用于研究贴壁细胞。内吞过程被整合到正常上皮细胞生物学的各个方面，对于免疫细胞也是如此。因此，在肿瘤发生过程中，免疫细胞发生的内吞作用将对抗癌免疫产生影响，从通过免疫监视抑制肿瘤细胞到产生允许肿瘤生长的免疫抑制性TME。
内吞作用是T细胞活化所必需的。T细胞受体(T cell receptor, TCR)与抗原提呈细胞结合引起的活化导致其通过网格蛋白非依赖性途径快速内化。内化后，TCR立即并入由膜组织蛋白flotillins所划分的可移动的长寿命内吞网络中，flotillins对TCR回收至关重要。这种情况再次说明了胞吞作用和胞吐作用之间的平衡。特异性激活性和抑制性受体的内吞和运输途径也调节自然杀伤(NK)细胞的功能反应。
转移。
内吞作用已被确定为癌细胞转移潜能的核心调节因子(图3和图4)。同样清楚的是，内吞蛋白的表达水平与癌症患者的转移潜能和预后相关。最近的一个例子是，长链非编码RNA (lncRNA) HITT(翻译水平的HIF1α抑制剂)的存在被证明与肺腺癌患者的晚期疾病分期和不良预后呈负相关。HITT是RAB5(早期内体运输的核心调节因子)的抑制剂。在肺腺癌细胞的表面生物素化内化实验和划痕实验中，HITT通过抑制β1整合素的内吞抑制细胞迁移。越来越多的临床证据表明，内吞分子表达与预后之间的相关性使针对内吞作用的治疗成为一个有吸引力的课题。
图4：在转移过程中，内吞作用调节上皮细胞到间质细胞的可塑性
在癌症治疗中的作用。
无论是免疫治疗、靶向治疗还是通过纳米粒子进入细胞，内吞作用通常是药物递送的必要条件。治疗药物对细胞表面受体的调控及其在细胞膜上的停留时间和浓度均可引起药物反应的变化。例如，高迁移率族蛋白B1 (HMGB1)是一种免疫细胞的分泌性信号分子，可触发有效的抗肿瘤免疫反应。细胞外HMGB1通过诱导动力介导的程序性细胞死亡蛋白1 (PD1)内化，导致其早期内吞和随后在溶酶体中的降解，从而减少T细胞质膜上的PD1表达，从而增强T细胞的抗肿瘤活性。
在一项III期临床试验中，曲妥珠单抗-DXd对HER2低表达肿瘤的出人意料疗效可能与内吞作用有关。因此有人假设，与曲妥珠单抗单独治疗相比，曲妥珠单抗-DXd的疗效与肿瘤细胞表面HER2表达无关。具体而言，如果曲妥珠单抗单独被胞吞，例如通过非受体介导的胞吞途径(如胞饮作用或微胞饮作用)或通过结合FcR进行胞吞，则不会产生疗效。然而，如果曲妥珠单抗- DXd是通过受体(如与抗体重链结合的FcR)或胞饮作用或巨胞饮作用被胞吞，那么ADC通过DXd有效载荷仍然具有疗效。因此，在小鼠模型和使用生物标志物的患者中进一步研究曲妥珠单抗-DXd对HER2低表达肿瘤的疗效将是非常有趣的。因此，在HER2突变肺癌的PDX模型中，我们观察到曲妥珠单抗-DXd比曲妥珠单抗-美坦新的疗效改善是否源于两种ADC的不同药代动力学和药效学特性、药物载荷和/或药物效力，这一点也很重要。
图5：内吞抑制对细胞毒性药物递送的潜在后果
结论和展望：
内吞作用是所有癌症标志的重要组成部分，它影响药物稳定性、治疗反应以及免疫细胞功能。如果我们要利用内化过程实现临床获益，我们需要考虑如何衡量内吞作用。例如，基于单一受体或单个分子的诊断预测将具有高度异质性(正如癌症中的内吞作用一样)，并且系统水平上的内吞过程读数将在临床上更有用。
未来研究内吞作用在癌症和癌症治疗中的作用可能涵盖多个角度。其中一个方向将是开发具有正确药理学特性的特异性动力蛋白抑制剂用于临床。此外，如果我们要在临床环境中利用内化的调节，对体内内吞作用的分析将至关重要。目前还没有在小鼠或人类体内观察到药物进入肿瘤细胞的内化。如上所述，内吞作用在转移中的确切机制尚未确定，但细胞可塑性期间运输的改变可能为这些细胞群提供特定的治疗靶点。临床可及的内吞抑制剂的比较药理学和药代动力学也需要定义。随着我们对内吞作用理解的加深，我们有可能改变抗体疗法、ADCs和放射配体的递送，并且通过正确的药理学，这可能增加旁观者效应和靶点递送，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发挥核心作用，关于内吞作用在营养物质清除和转移中的新数据，以及其他作用(如跨肠道极化上皮屏障的微生物群信号传递中的跨细胞作用，以及体内内吞作用的作用)有待描述。了解在这些癌症相关过程中，内吞作用的时空控制将最终提高对癌症起始和进展的理解，并有可能发现新的治疗靶点。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41568-023-00574-6
参考文献：
[1] Banushi B, Joseph SR, Lum B, Lee JJ, Simpson F. Endocytosis in cancer and cancer therapy. Nat Rev Cancer. 2023 May 22. doi: 10.1038/s41568-023-00574-6. Epub ahead of print. PMID: 37217781.
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