综述：从“溶酶体成瘾”到靶向治疗：探索结直肠癌的新治疗窗口

　　本综述系统阐述了结直肠癌(CRC)中“溶酶体成瘾”现象，揭示了溶酶体通过调控自噬-溶酶体流(autophagy-lysosomal flux)、溶酶体依赖性细胞死亡(LDCD)和肿瘤免疫微环境重塑等机制促进CRC进展。文章重点探讨了靶向溶酶体通路（包括自噬调节剂、组织蛋白酶抑制剂和纳米递送系统）的新型治疗策略，为克服传统治疗耐药性提供了新思路，特别强调了溶酶体靶向治疗在精准医疗中的应用前景。

　　

From "lysosomal addiction" to targeted therapies: exploiting novel windows in colorectal cancer

引言

晚期或治疗耐药性结直肠癌(CRC)患者面临有限治疗选择，迫切需要新策略。CRC细胞通过增强自噬-溶酶体流和上调溶酶体相关基因（包括溶酶体相关膜蛋白1/2和组织蛋白酶B/D）表现出“溶酶体成瘾”，为选择性靶向创造治疗窗口。溶酶体依赖性细胞死亡(LDCD)是一种独特的调节性细胞死亡形式，以溶酶体膜透化(LMP)和组织蛋白酶介导的细胞毒性级联为特征，比凋亡依赖性机制更具优势。近期研究确定了溶酶体通路中多个可成药靶点，包括自噬调节剂、组织蛋白酶抑制剂和创新药物递送系统。溶酶体在肿瘤免疫微环境调节中发挥双向作用，对联合免疫治疗策略具有重要影响。然而临床转化仍面临挑战，包括自噬的双重功能和可靠生物标志物的需求。靶向溶酶体功能障碍代表了一种有前景的CRC治疗方法，特别是克服传统疗法耐药性。癌细胞对溶酶体功能的独特代谢依赖性为精准医疗方法提供了可利用的治疗窗口。

溶酶体结构与功能

基本结构

溶酶体是动态酸性细胞器(pH 4.5-5.0)，由特化的单膜双层(7-10 nm厚)包裹，既作为保护屏障又作为调节界面。溶酶体膜通过空泡H⁺-ATP酶(v-ATPase)维持酸性环境，该多亚基复合物利用ATP水解主动将质子转运至腔内。约8 nm厚的保护性糖萼层通过溶酶体相关膜蛋白的广泛糖基化形成，防止器官自身60多种酸性水解酶（包括组织蛋白酶、鞘磷脂酶和α-葡萄糖苷酶）的自身消化。

酶靶向和递送遵循高度调控途径：水解酶在粗面内质网(ER)核糖体上合成，运输至顺式高尔基体进行N-连接糖基化和甘露糖磷酸化，获得甘露糖-6-磷酸(M6P)识别信号。反式高尔基网络中的M6P受体特异性识别这些修饰酶，将其包装进网格蛋白包被囊泡。在ras相关脑GTP酶和效应蛋白调控下，这些囊泡经历微管依赖性运输并与早期内体或溶酶体融合，确保精确的酶递送。

膜通透性由特化调节蛋白严格控制， notably 瞬时受体电位粘脂蛋白1(TRPML1)，作为Ca²⁺释放通道。TRPML1响应磷脂酰肌醇3,5-二磷酸等第二信使，介导膜融合和内容物回收过程。溶酶体表现出显著形态可塑性，在球形、管状和网状结构间动态转换。溶酶体相关膜蛋白2(LAMP2)通过调节脂双层微粘度参与膜稳定性维持。溶酶体膜透化(LMP)阈值由蛋白质-脂质协同相互作用决定，具有重要病理意义。LAMP1通过胞质尾结构域锚定至细胞骨架，其缺陷使膜对组织蛋白酶B泄漏的敏感性提高3-5倍。同样，膜脂筏中胆固醇耗竭导致H⁺梯度崩溃并加速LMP进展。

这些结构改变与癌症进展有直接临床相关性。在CRC中，关键蛋白的异常糖基化通过多种验证机制破坏正常细胞功能。例如，金属蛋白酶组织抑制剂-1的N-糖基化改变影响其与基质金属蛋白酶结合特性，增加癌细胞侵袭性。类似地，糖基化模式变化可修改蛋白质-蛋白质相互作用和细胞粘附特性，促进转移潜能。虽然溶酶体膜蛋白如LAMP2在癌症中经历显著糖基化变化，但它们对肿瘤进展机制的具体贡献值得进一步研究。这些发现强调溶酶体膜完整性如何关键影响正常细胞稳态和疾病发病机制。

溶酶体功能

代谢调节与细胞稳态

溶酶体通过复杂分子网络作为高度动态的降解和回收中心维持细胞稳态。细胞器质量控制系统依赖选择性自噬途径确保受损细胞成分的有效清除。自噬介导的清除通过两种主要机制发生：巨自噬涉及UNC-51样激酶1(ULK1)激酶复合物激活，导致自噬形成，通过轻链3(LC3)脂化标记的膜结构吞噬受损线粒体和ER片段。这些自噬体经历ras相关蛋白Rab-7(Rab7)调控的与溶酶体对接，通过可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体(SNARE)蛋白介导的膜融合和内容物释放到溶酶体腔。

同时，分子伴侣介导的自噬(CMA)提供底物特异性降解异常蛋白质。该过程依赖热休克同源蛋白70(HSC70)和辅助伴侣蛋白，特异性识别含KFERQ基序的蛋白质。这些复合物通过溶酶体相关膜蛋白2A(LAMP2A)多聚体通道易位至溶酶体腔，在热休克蛋白90(HSP90)协助下完成。代谢底物处理涉及有毒物质（包括脂褐素和晚期糖基化终产物(AGEs)）的精确酶降解。葡萄糖神经酰胺酶β1在saposin C辅助下催化糖鞘脂代谢，而组织蛋白酶K特异性切割AGE交联结构。螯合体1(SQSTM1/p62)介导的泛素-自噬系统清除蛋白质聚集体，降解产物通过ATP酶磷脂转运8B1等转运蛋白回收，生成氨基酸和脂肪酸用于生物合成途径。

这种动态平衡由雷帕霉素机制靶点复合物1(mTORC1)-转录因子EB(TFEB)信号轴调节。该调控途径感知溶酶体氨基酸水平，协调超过130个基因的表达，同步上调自噬和溶酶体生物发生。Rab7-TRPML1-Ca²⁺信号网络控制沿微管网络的双向溶酶体运输，而TRPML1介导的Ca²⁺释放触发溶酶体-内体融合并促进自噬体成熟。

细胞能量感知

溶酶体通过整合脂质信号、磷酸化修饰和细胞器间通讯，作为中心能量感知枢纽动态调节代谢和应激反应。溶酶体表面通过v-ATPase、mTORC1和AMP激活蛋白激酶(AMPK)信号复合物形成动态感知网络。

营养充足时，mTORC1响应磷脂酰肌醇-3-磷酸(PI(3)P)脂质信号驱动合成代谢。相反，能量应激条件下，磷脂酰肌醇-4-磷酸(PI(4)P)介导v-ATPase活性抑制，随后激活AMPK并触发分解代谢适应。溶酶体胆固醇信号通过结合胆固醇和调节mTORC1复合物活性，将溶酶体胆固醇水平与细胞生长信号耦合。

溶酶体能量感知的临床意义在癌症代谢中尤为明显。该信号轴通过感知氨基酸和胆固醇促进蛋白质和脂质合成，驱动肿瘤代谢重编程支持癌细胞增殖。相反，溶酶体依赖性AMPK通路代表重要的肿瘤抑制节点，可被治疗性利用。广泛使用的具有既定抗癌特性的抗糖尿病药二甲双胍通过多种协调机制激活AMPK：直接靶向前列腺素增强子2，导致下游mTORC1抑制和细胞能量稳态恢复。类似地，石胆酸通过v-ATPase亚基V1E1去乙酰化模拟热量限制效应，这些化合物通过将细胞代谢从合成重定向至分解途径协同抑制肿瘤生长。值得注意的是，v-ATPase介导的肿瘤微环境酸化不仅增强细胞外基质降解促进转移，还通过自噬依赖性细胞外囊泡释放机制调节免疫逃逸和远端定植。

免疫防御功能

溶酶体免疫防御功能涵盖先天免疫、适应性免疫和免疫稳态维持。在适应性免疫应答中，溶酶体通过时空动态调节实现抗原呈递精确性。

抗原呈递途径展示复杂的溶酶体控制机制。树突状细胞(DCs)利用溶酶体蛋白酶降解外源抗原为肽段，与主要组织相容性复合体(MHC)II类分子结合激活CD4阳性T细胞。交叉呈递通过两种 distinct 机制优化MHC I类抗原呈递：首先，NADPH氧化酶2诱导吞噬体碱化，这种碱性环境抑制半胱氨酸蛋白酶活性，从而防止过度抗原降解；其次，Toll样受体信号激活空间重组途径，涉及Rab34介导的溶酶体重排，延迟吞噬体融合并减少TFEB活性驱动的溶酶体蛋白酶表达。

免疫效应机制平衡细胞毒性与自我保护。CD8阳性T细胞释放溶酶体源性颗粒诱导靶细胞凋亡。为防止自身损伤，丝氨酸蛋白酶抑制剂B成员9在T细胞内抑制颗粒酶B活性，创建确保免疫攻击特异性的“双锁机制”。此外，溶酶体通过TRPML1-Ca²⁺-TFEB轴调节树突状细胞成熟，Ca²⁺释放促进MHC分子表达并激活迁移相关基因。这些整合的溶酶体功能强调其在细胞稳态中的核心作用，并突出其作为代谢紊乱、癌症和免疫相关疾病治疗靶点的潜力。

溶酶体程序性细胞死亡机制

LDCD分子基础

LDCD代表一种独特的细胞死亡模式，以LMP导致溶酶体内容物胞质释放和细胞死亡信号级联为特征。该过程的基本机制涉及溶酶体水解酶（特别是组织蛋白酶家族蛋白酶）的异位激活，随后通过多种信号通路触发细胞死亡。

溶酶体膜稳定性由多种内源性和外源性因素精确调节。生理条件下，B细胞淋巴瘤2(Bcl-2)家族蛋白通过与溶酶体膜相互作用维持膜完整性，而热休克蛋白70通过其分子伴侣功能保护膜结构免受应激诱导损伤。然而，当细胞暴露于氧化应激、电离辐射、化疗药物或炎症介质时，膜内神经酰胺等脂质信使分子积累破坏双层完整性，导致LMP。

LMP发生后，溶酶体组织蛋白酶B、D、L和其他半胱氨酸及天冬氨酸蛋白酶释放到胞质。尽管细胞质中性pH环境并非最适，这些酶仍保留部分催化活性，随后激活触发程序性细胞死亡。该过程通过两种主要分子途径介导：第一条途径涉及组织蛋白酶介导的BH3相互作用域死亡激动剂(Bid)切割，生成其截短形式tBid。tBid易位至线粒体外膜诱导线粒体外膜透化，导致细胞色素c释放和凋亡体复合物激活，最终启动caspase-9依赖性凋亡执行。

第二条途径允许蛋白酶直接操纵凋亡调节剂。这些酶可降解抗凋亡蛋白如Bcl-2和X连锁凋亡抑制蛋白，也可激活促凋亡因子如Bcl-2相关X蛋白，甚至通过直接切割procaspase-3绕过凋亡体激活。 beyond 蛋白水解酶释放，LDCD涉及溶酶体离子和小分子代谢物的异常释放。病理条件下，溶酶体膜损伤通过上调TRPML1通道导致大量锌外流，可直接激活坏死性细胞死亡途径，在转移性黑色素瘤等某些恶性肿瘤中起关键作用。同时，溶酶体铁池异常释放触发一系列损伤反应。释放的铁通过Fenton反应催化脂质过氧化，显著增加细胞内活性氧(ROS)水平。这种升高的ROS不仅加剧氧化损伤，还可触发铁死亡，一种新发现的细胞死亡形式。

此外，溶酶体pH稳态破坏构成LDCD的另一重要维度。某些代谢疾病中，氨等碱性代谢产物在溶酶体内异常积累，中和其酸性环境并升高pH。这种pH变化不仅导致组织蛋白酶等pH敏感酶失活，还引起未降解底物（包括错误折叠蛋白质和脂质）在溶酶体内积累。这些未处理底物随后通过不完全明确的机制触发线粒体功能障碍，放大细胞死亡信号传递。

LDCD分子机制展示显著进化保守性。在秀丽隐杆线虫中，缺乏半胱氨酸蛋白酶抑制剂srp-6的个体由于不受控制的LMP和组织蛋白酶CPP-1/3泄漏经历广泛细胞死亡，表明溶酶体稳态是跨多细胞生物细胞存活的高度保守特征。

总之，LDCD代表细胞死亡调控网络中的关键节点，通过丧失溶酶体膜完整性整合多种致死信号，包括蛋白水解、离子失衡、氧化应激和代谢 disruption。全面理解这一复杂信号网络不仅有助于阐明细胞死亡的基本机制，还为相关疾病提供新的治疗靶点。

自噬依赖性细胞死亡

自噬依赖性细胞死亡(ADCD)是一种独特的细胞死亡模式，以自噬过程异常激活和失调最终导致细胞死亡为特征。与经典凋亡和坏死不同，ADCD的基本机制涉及自噬从细胞保护性反应向致死过程的转变，这种转换需要精确调控和多种分子事件的复杂相互作用。

ADCD的病理过程源于自噬信号通路的异常激活。多种条件可触发此过程，包括营养剥夺、氧化应激或特定药理干预如雷帕霉素处理。这些条件下，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路被抑制，随后激活unc-51样自噬激活激酶1(ULK1)复合物。这一关键事件触发Beclin-1/VPS34复合物介导的自噬体成核过程和微管相关蛋白1轻链3(LC3)脂化修饰，最终促进自噬体膜形成和成熟。

生理自噬中，此过程受严格时空调控以维持细胞稳态。但在ADCD中，持续过度自噬激活导致细胞资源过度消耗，包括ATP大量耗竭和必需细胞成分（如蛋白质和细胞器）异常降解。更关键的是，大量自噬体生成显著增加与溶酶体融合频率，导致溶酶体酶系统过度负担和最终耗竭，同时损害溶酶体膜结构完整性。

过度自噬激活触发的溶酶体功能障碍构成ADCD的关键病理组成部分。LMP在此过程中起核心作用，通过多种因素协调调节发生，包括ROS积累、鞘脂代谢物异常生成和BH3相互作用域死亡激动剂蛋白的蛋白水解切割。LMP导致溶酶体内容物（特别是组织蛋白酶等水解酶）胞质释放。尽管这些酶在胞质环境中活性降低，它们仍能促进异常自噬激活，创建延续破坏过程的病理性正反馈循环。

mTOR/AMPK能量感知轴作为细胞能量稳态的主要调控检查点。当该轴失调时，它直接影响自噬启动和维持过程。当mTOR活性被抑制或AMPK异常激活时，磷酸化介导的ULK1复合物抑制被解除，导致异常自噬体生成。过度自噬体形成随后导致细胞能量耗竭。mTOR抑制条件下，TFEB被激活并促进溶酶体生物发生相关基因转录，理论上增强细胞降解能力。但在ADCD中，这种补偿反应通常不足以满足过度自噬需求，反而导致溶酶体系统超载。这种超载增加LMP风险并进一步损害溶酶体稳定性。

ADCD的独特特征在于其与其他细胞死亡形式的复杂交叉对话。自噬过程中，抗凋亡蛋白Bcl-2经历选择性降解，解除对促凋亡蛋白（包括Bcl-2相关X蛋白和Bcl-2相关K蛋白）的抑制。这些促凋亡蛋白激活增加线粒体外膜通透性，导致细胞色素c释放和后续caspase级联激活。该机制将自噬性细胞死亡与经典线粒体凋亡途径紧密联系。此外，从溶酶体泄漏的组织蛋白酶B和D可切割Bid蛋白生成其截短活性形式tBid，进一步放大线粒体凋亡信号。同时，两个平行过程发生：ROS积累和细胞内钙稳态破坏。这些过程激活calpain和受体相互作用蛋白激酶1/3(RIPK1/3)介导的坏死性途径。这些途径激活形成多个正反馈循环，协同促进细胞死亡。

总之，ADCD代表一种涉及细胞自噬从适应性反应向致死过程转变的复杂病理机制。ADCD涉及的多层次调控网络及其与其他细胞死亡形式的交叉对话具有重要意义。这些复杂相互作用丰富了我们对细胞死亡调控机制的理解，并为开发相关疾病治疗策略提供新理论基础。

溶酶体与CRC

溶酶体功能障碍与肿瘤发生

溶酶体驱动肿瘤代谢与增殖

溶酶体通过调节分解代谢过程和营养回收，作为肿瘤细胞代谢重编程的中心枢纽。在营养耗竭的肿瘤微环境中，自噬-溶酶体系统维持快速肿瘤细胞增殖，提供关键代谢前体如氨基酸和脂肪酸。这种代谢适应在胰腺导管腺癌(PDAC)中得到例证。PDAC中，mTORC1失活，促进小眼畸形/转录因子E家族转录因子核转位，激活自噬和溶酶体分解代谢，同时增强溶酶体生物发生，这些过程共同恢复氨基酸稳态并支持持续肿瘤生长。

溶酶体功能障碍通过影响细胞周期调节蛋白降解和回收进一步促进肿瘤发生。在肝细胞癌(HCC)中，升高的ADP-核糖基化因子样8B(ARL8B)表达维持溶酶体酸化功能，同时抑制关键细胞周期蛋白降解。ARL8B基因沉默诱导G0/G1期阻滞并显著减少肿瘤负荷，突出溶酶体-细胞周期轴在肿瘤进展中的关键作用。这些发现强调溶酶体稳态在控制恶性转化中代谢通量和细胞周期进程的基本重要性。

溶酶体介导的肿瘤微环境重塑与免疫逃逸

溶酶体功能障碍通过酶因子分泌和免疫细胞浸润调节，驱动肿瘤侵袭和免疫抑制微环境形成。肿瘤细胞利用ras相关蛋白Rab-27A依赖性机制分泌溶酶体蛋白酶（包括组织蛋白酶和基质金属蛋白酶）到细胞外基质，促进胶原降解并激活侵袭性信号通路。该过程在胰腺癌和黑色素瘤侵袭前沿尤为明显。

同时，溶酶体异常通过复杂机制重塑免疫景观。ARL8B表达升高的HCC病例表现特征性溶酶体功能障碍，这种功能障碍触发肿瘤相关中性粒细胞浸润肿瘤微环境。一旦被招募，这些中性粒细胞成为免疫抑制的关键参与者，通过两种 distinct 机制抑制CD8阳性T细胞功能：第一种机制涉及引起ROS介导的T细胞基因组损伤；第二种机制涉及免疫抑制细胞因子（特别是白细胞介素-10和转化生长因子-β）的主动分泌。直接细胞损伤和细胞因子介导的抑制组合创建强大的双重促肿瘤机制，有效屏蔽肿瘤免受免疫监视并促进持续肿瘤进展。这种溶酶体驱动的微环境重塑为肿瘤转移和免疫治疗耐药性提供关键病理基础。

溶酶体功能障碍与肿瘤耐药性

溶酶体已成为化疗耐药的关键协调者，通过多种相互关联的机制运作，远远超出其在细胞废物处理中的传统作用。这些细胞器通过复杂的药物外排机制、非凋亡死亡途径激活和细胞应激反应的复杂改变，共同损害治疗效果，成为化疗耐药的重要介质。

这些耐药机制的最前沿是溶酶体药物 sequestration 现象，这是跨多种癌症类型有效化疗的基本障碍。弱碱性化疗药物（包括蒽环类药物、酪氨酸激酶抑制剂和各种靶向治疗）在酸性溶酶体腔内质子化并被捕获，通过称为溶酶体药物积累的过程。这种 sequestration 有效降低细胞质和核药物浓度，屏蔽关键治疗靶点免受药物作用。

在此基本 sequestration 机制基础上，癌细胞进化出复杂的 efflux 系统以主动消除 trapped 药物。例如，在横纹肌肉瘤中，神经氨酸酶1表达减少导致LMP和向细胞膜迁移，促进SNARE蛋白依赖性蒽环类药物胞吐，从而降低细胞内药物浓度。这种胞吐机制通过TFEB激活介导的溶酶体生物发生增加而放大，扩展了药物 sequestration 和后续 efflux 的细胞能力。

补充这些 sequestration 和 efflux 机制，ATP结合盒转运蛋白家族在溶酶体水平提供额外耐药层。耐药癌细胞中，P-糖蛋白定位于溶酶体膜，主动将药物泵入溶酶体，药物在此被捕获并最终通过胞吐排出。这种溶酶体P-糖蛋白表达与多药耐药表型和不良临床结果 strongly 相关。此外，溶酶体钙通道TRPML1调节溶酶体胞吐，并涉及促进药物外排，表明钙信号通路代表克服溶酶体介导耐药的潜在治疗靶点。这些转运机制与酸性溶酶体环境协同工作，创建 formidable 的药物疗效屏障。

beyond 其在药物 sequestration 和 efflux 中的作用，溶酶体通过调节细胞死亡途径 contribute to 耐药。当常规凋亡途径受损时（如耐药肿瘤中常见），溶酶体膜透化触发替代死亡机制。光敏剂破坏线粒体-溶酶体相互作用，诱导LMP增加，同时通过酰基辅酶A合成酶长链家族成员4依赖性脂质过氧化激活铁死亡，并通过gasdermin D切割途径激活细胞焦亡。这种细胞死亡机制的可塑性表明，靶向溶酶体可通过接合替代死亡途径克服凋亡耐药。癌细胞基于溶酶体状态在不同死亡模式间切换的能力代表了一种复杂的生存策略，必须在治疗设计中考虑。

对药物耐药和细胞死亡调节都至关重要的是组织蛋白酶家族溶酶体蛋白酶，它们通过降解和信号功能 contribute to 耐药。当LMP后组织蛋白酶B、L和D释放到细胞质时，它们可切割并灭活促凋亡蛋白，同时激活生存信号级联包括核因子-κB和丝裂原活化蛋白激酶途径。此外，组织蛋白酶介导的化疗药物本身降解已被记录，直接降低药物生物利用度。组织蛋白酶的细胞外释放通过细胞外基质重塑和蛋白酶激活受体激活进一步促进侵袭性、治疗耐药表型。

underlying 所有这些耐药机制的是v-ATPase维持的溶酶体酸性pH，这对药物 sequestration 和耐药至关重要。尽管有治疗干预，v-ATPase亚基的 increased expression 和 enhanced buffering capacity 维持溶酶体酸化。这种pH调节超出药物 sequestration，影响自噬、mTOR信号和代谢适应，这些都是治疗反应的关键决定因素。

collectively，这些发现揭示了靶向溶酶体膜稳定性或胞吐途径在克服耐药性中的转化潜力。将溶酶体破坏剂与常规化疗结合的联合策略在临床前模型中显示前景。同时， novel 方法正在出现，靶向特定溶酶体成分， focus on 溶酶体钙通道、鞘脂代谢和膜动力学。传统组合和 novel 靶向方法都为改善癌症治疗结果提供 significant 额外治疗机会。

CRC研究中的溶酶体

溶酶体调节