α7-煙堿型乙酰膽堿受體在肺炎和肺癌中的研究進展*

張倩 張玉潔 陳曉瑋 綜述 馬曉麗 審校

乙酰膽堿（acetylcholine，ACh）是一種典型的神經遞質，在炎癥、膿毒癥、腫瘤中發揮重要的調節作用。在肺部，ACh在氣道中大量表達，誘導平滑肌收縮，參與炎癥反應，是氣道發揮作用的主要調節因子［1］。研究表明，膽堿能受體在多種腫瘤細胞中表達，其作用機制是腫瘤學研究領域的熱點之一［2］。研究膽堿能受體信號轉導機制在肺癌信號通路中的作用，對肺癌治療策略的發展具有重要意義。

1 ACh 和煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptors，nAChRs）

ACh 由膽堿和乙酰輔酶A 通過膽堿乙酰轉移酶（choline acetyltransferase，ChAT）合成。ACh通過結合毒蕈堿乙酰膽堿受體（muscarinic acetylcholine recep?tors，mAChRs）或nAChRs 發揮不同效應。nAChRs 是由5 個亞基圍繞中心離子孔排列組成的同源或異源五聚體，屬于配體門控離子通道家族，對Na+、K+、Ca2+等陽離子具有通透性［3］。ACh 和尼古丁等外源配體通過nAChRs 信號轉導通路參與腫瘤細胞生長和發育，引起細胞功能失調并誘發腫瘤［4］。

nAChRs具有17個亞基，可以組成多種具有不同功能的受體，分別在上皮細胞、內皮細胞、間充質細胞、免疫細胞和癌細胞等不同細胞及組織中表達［4］。研究表明，ACh及其相關化合物可以激活多種nAChRs亞型，在腫瘤發展過程中發揮重要調節作用［5］。在生理條件下，尼古丁與α4β2-nAChR的親和力高于α7-nAChR。然而，在異常情況下（如長期暴露在尼古丁中），尼古丁與α4β2-nAChR的高親和力導致這一受體的長期失活，而α7-nAChR的敏感性保持不變［6］。因此，長期吸煙會導致細胞內nAChRs的選擇性激活，α7-nAChR可能是肺癌發展的關鍵分子之一。

2 α7-nAChR與肺炎調節

炎癥反應在腫瘤發生發展、侵襲和轉移等過程中發揮重要作用［7］，支氣管炎等慢性肺炎、慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）或哮喘與肺癌的發生密切相關［8-9］。慢性炎癥是引起肺癌的原因之一，肺組織的炎癥反應通過產生活性氧（reactive oxygen species，ROS）、活性氮（reactive ni?trogen species，RNS）等致癌因子以及自由基導致DNA 損傷和突變［10］。因此，研究炎性微環境的產生機制及制定抗炎策略對提高腫瘤治療的療效具有重要意義。

2.1 肺部膽堿能抗炎通路（cholinergic anti-inflamma?tory pathway，CIP）

CIP 通路以迷走神經、ACh 及特異性nAChRs 為基礎，在調控炎癥方面具有迅速、直接、高效的特點［11］。在肺部，迷走神經傳出的神經沖動刺激網狀內皮組織中的巨噬細胞釋放ACh，與炎細胞上的α7-nAChR 相互作用，抑制促炎細胞因子釋放及炎癥反應，防止組織損傷［12-13］。α7-nAChR 是最主要的發揮抗炎作用的nAChRs之一，因此，靶向α7-nAChR可以抑制肺癌等炎癥相關性腫瘤的發展［14］。

2.2 α7-nAChR信號通路在肺炎中的調控作用

α7-nAChR 信號轉導在治療炎癥相關腫瘤方面具有重要作用。Galle-Treger 等［15］研究證實α7-nAChR 相關信號通路在炎癥過程中的抗炎作用。尼古丁或膽堿等高親和力激動劑可以通過激活α7-nAChR，啟動細胞內信號轉導及轉錄激活因子3（sig?nal transducer and activator of transcription 3，STAT3）信號轉導通路來抑制NF-κB的核轉位（圖1）［16］。NFκB是急、慢性炎癥的關鍵調節因子，尼古丁通過α7-nAChR抑制NF-κB信號通路，參與抗炎作用。因此，NF-κB是一個有前景的腫瘤治療靶點。

圖1 α7-nAChR抗炎及引發肺癌的信號通路［16］

α7-nAChR還可以通過CIP通路在炎癥及腫瘤治療發揮重要作用。迷走神經切斷術后會導致Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）擴增，使細胞因子增多并提高患癌風險。有研究表明，尼古丁通過CIP產生抗炎和抗癌作用［17］。迷走神經介導ACh和α7-nAChR通路的抗炎作用，與非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者的預后密切相關［8］。有研究觀察NSCLC患者神經活動與臨床預后的關系，由心率變異性（heart rate variability，HRV）評估的高級迷走神經活動可改善腫瘤患者的預后［18］。因此，迷走神經活動和α7-nAChR信號通路激活在降低腫瘤標志物分子表達和提高腫瘤患者生存率中具有重要作用，監測HRV對肺癌的預后具有重要意義。

3 α7-nAChR與肺癌

肺癌是預后最差的惡性腫瘤之一，大多數國家和地區的整體5年相對生存率約為20%［19］。亟需研究肺癌的發生機制以及新的治療方法，以降低肺癌死亡率。

α7-nAChR 是由5 個相同的亞基組成的同源nAChRs［20］，通過激活信號轉導途徑或調節生長因子參與腫瘤發展過程［21］。α7-nAChR激動劑與α7-nAChR結合后，蛋白質的構象發生改變，使鈣離子進入細胞，激活下游信號轉導通路（圖1），在腫瘤發生發展中發揮重要作用。肺癌細胞高表達α7-nAChR，是參與肺癌發生的主要nAChRs亞型之一，靶向α7-nAChR藥物的研發，可能為肺癌患者的治療提供策略［22］。

3.1 α7-nAChR激動劑尼古丁參與肺癌進展

世界衛生組織的最新數據顯示，全球每年吸煙相關死亡人數達到720萬例，至2030年，每年的死亡人數可能超過800萬例［23］。香煙煙霧包含7 000多種化學物質，至少60多種物質是致癌物［24］。尼古丁是煙草的主要成分和α7-nAChR的激動劑，是一種高親脂性的致癌物。尼古丁衍生的代謝物亞硝胺，如4-（甲基-亞硝基氨基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）和N-亞硝基降煙堿（NNN），可以與α7-nAChR結合，參與肺癌進展［23］。NNK是一種高親和性的α7-nAChR激動劑，與α7-nAChR結合的能力是尼古丁的1 300倍。

研究表明，長期暴露在激動劑中的細胞受體表達下調，但nAChRs 長期暴露在尼古丁中表達上調［6］。吸煙和非吸煙肺癌患者的肺癌細胞中nAChRs的表達水平不同，吸煙者的血漿中存在一定濃度的尼古丁，可以誘導小細胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）細胞中α7-nAChR表達增加，從而促進尼古丁的致癌作用［25］。因此，靶向α7-nAChR對治療吸煙相關性肺癌具有重要意義。

3.2 肺癌中α7-nAChR介導的信號通路

α7-nAChR啟動多種信號通路參與腫瘤進展，包括細胞增殖、凋亡、血管生成及上皮間質轉化（epithe?lial-mesenchymal transition，EMT）。α7-nAChR 除分布在細胞質膜上外，在線粒體等細胞器膜上也存在表達。線粒體外膜上的α7-nAChR調控細胞質中Bax轉位和細胞色素C 釋放，從而促進細胞凋亡［4］。α7-nAChR與細胞內的AKT、細胞外調節蛋白激酶（extra?cellular regulated protein kinases，ERK）、磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）等調節蛋白以及mTOR等信號通路（圖1）相互作用參與腫瘤的發生發展［26］。尼古丁或NNK通過激活蛋白激酶C（pro?tein kinase C，PKC）、RAF1、ERK1/2 和其他轉錄因子促進肺神經內分泌細胞和SCLC細胞的增殖；尼古丁還可以通過激活α7-nAChR 促進NSCLC 細胞有絲分裂［27］。

在A549 細胞系中，α7-nAChR 通過激活AKT 和MEK-ERK信號通路，調節尼古丁誘導的細胞增殖［4］，α7-nAChR表達下調后可以抑制尼古丁誘導的NSCLC生長［28］。尼古丁通過激活α7-nAChR促進支氣管上皮細胞釋放表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF），與（epidermal growth factor receptors，EGFR）結合并激活RAS-RAF-ERK信號通路，促進細胞增殖。機體釋放的5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）或NNK與α7-nAChR結合均能激活RAF1-MAPK信號通路，促進SCLC和胰腺神經內分泌癌（pancreatic neuroendocrine carci?noma，PNEC）細胞的c-Myc磷酸化。研究表明，尼古丁可促進肺腫瘤干細胞（cancer stem cells，CSCs）某些亞群的自我更新，參與肺癌的發生、侵襲和耐藥性；也可以激活α7-nAChR來促進胚胎干細胞轉錄因子Sox2的表達，進一步增強CSCs的自我更新能力［29］。

α7-nAChR使癌細胞釋放外源性血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和基礎成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）等血管生成因子，促進內皮細胞血管生成［30］。肺癌的不良預后主要與腫瘤細胞侵襲和轉移過程有關，因此，研究肺癌轉移機制以及尼古丁對肺癌細胞遷移活動的影響具有重要意義。siRNA或α7-nAChR抑制劑通過MEKERK信號通路抑制NSCLC細胞侵襲和EMT標記物的表達［31］。NNK通過α7-nAChR調控m-鈣蛋白酶和μ-鈣蛋白酶依賴的pERK1/2，促進SCLC細胞的遷移［32］。

α7-nAChR 參與調節細胞凋亡。NNK 通過α7-nAChR 促進Bcl-2 和c-Myc 之間的相互作用加快肺癌進展過程，抑制SCLC 細胞凋亡［33］。尼古丁及其代謝產物能使Rb、KRAS、p53 等抑癌基因突變，最終導致腫瘤形成［25］。乙酰膽堿酯酶（acetylcholine ester?ase，AChE）的活性與腫瘤有關，其活性增強可能有助于改善腫瘤患者的預后。尼古丁可以中和化療誘導的細胞凋亡并干擾化療的療效。因此，靶向α7-nAChR 的研究或可以為提高肺癌化療療效提供參考依據。

拮抗α7-nAChR 信號通路是吸煙相關腫瘤的新治療策略。人體分泌型Ly6/uPAR 相關蛋白-1（se?creted Ly6/uPAR- related protein- 1，SLURP- 1）和SLURP-2，分別是α7-nAChR 和其他nAChRs 的內源性肽拮抗劑，可以抑制腫瘤細胞增殖和生長［34］。SLURP-1 和SLURP-2 可以降低亞硝胺的致癌活性，SLURP-1 與α7-nAChR 相互作用可以發揮抗增殖活性［35］。狂犬病病毒糖蛋白（rabies virus glycoprotein，RVG）是α7-nAChR 的拮抗劑，可以促進肺癌細胞凋亡并抑制A549 細胞的遷移［36］。APS8 是一種多聚化合物，可以抑制α7-nAChR 的表達并促進NSCLC 細胞凋亡［37］。α7-nAChR 及其調節因子的研究在肺癌防治中具有重要的意義［38］。

4 結語

α7-nAChR介導免疫細胞的神經調節，在膽堿能系統的抗炎作用中發揮關鍵作用［12］。研究表明，ACh和尼古丁通過α7-nAChR 激活CIP 可以使吸煙者炎癥相關性疾病的發生率降低。炎癥反應與腫瘤進展密切相關，ACh和尼古丁通過激活α7-nAChR抑制先天免疫系統，調節腫瘤細胞的防御功能，并影響腫瘤細胞的生長和分泌功能。

肺癌是受多種因素影響的惡性腫瘤。nAChRs在肺癌等腫瘤細胞中普遍表達并發揮多種調控功能，其相關信號通路異常可能導致惡性腫瘤的發生。其中α7-nAChR 信號通路在吸煙相關性腫瘤的發生發展中起著重要作用。內源性ACh 與α7-nAChR 結合可以促進腫瘤進展。研究表明，靶向α7-nAChR的藥物及其拮抗劑可以抑制肺癌細胞的生長［14，39］。α7-nAChR 參與調節機體的多種病理生理過程，其相關信號通路對維持穩態和肺組織的正常功能具有重要意義。進一步研究α7-nAChR基因多態性及microR?NA 調控α7-nAChR 在肺癌發生發展中的作用，具有重要的臨床應用價值［40-41］。

吸煙是肺癌的主要危險因素之一。由于煙草中的尼古丁含量及作用機制的不同，其存在兩種不同的生理作用，既可以介導α7-nAChR通過CIP產生抗炎、抗癌作用，也可以通過α7-nAChR 激活腫瘤相關信號通路發揮致癌作用。因此，進一步研究α7-nAChR 在肺炎和肺癌發生中的作用及機制，具有潛在的臨床應用前景。