瘦素與肺癌微環境的研究進展

張彩蘭,王 蓓

(山西醫科大學第二醫院呼吸內科,太原 030001)

肺癌是最常見的肺部原發性惡性腫瘤,按照組織病理學分類可以分為非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)和小細胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)兩大類[1]。目前,肺癌的病因和發病機制尚未明確,但有研究顯示與下列因素相關,如吸煙、職業致癌因子、空氣污染、電離輻射、遺傳和基因改變等,而這些危險因素可能改變患者的細胞增殖調控機制,啟動免疫應答,持續存在的免疫應答導致上皮細胞惡變[2]。肺癌微環境是癌細胞相互生長并與非肺癌成分相互作用的內部環境[3],其在肺癌的發生與發展中起著重要作用。瘦素通過結合免疫細胞表面的瘦素受體(obesity related leptin receptor,obR)調節免疫炎癥[4]。研究發現[5],肺癌的發生與發展中瘦素與obR水平存在異常,并且血清瘦素水平是SCLC預后的一個因素,但是肺癌組織中瘦素合成、表達,以及通過與受體結合后激活的具體信號通路及發揮的生物學效應仍然有待進一步研究。瘦素可能是防治肺癌的新靶點。

1 瘦素的結構和生物學作用

瘦素是一種由白色棕色脂肪組織分泌的細胞因子激素,是由肥胖基因(ob)編碼產生的親水性蛋白質類激素,其相對分子量為16×103,屬于Ⅰ類細胞因子家族,人類ob位于第7號染色體,全長約20 kb,由3個外顯子與2個內顯子構成[6]。obR的主要功能是作為瘦素的結合蛋白或者轉運蛋白,使瘦素經過血腦屏障到達作用位點以介導其功能,參與細胞增殖、分化、凋亡及細胞因子分泌等過程,obR主要分布在下丘腦、脈絡叢、甲狀腺濾泡上皮細胞、腎上腺皮質細胞及心、肺、胸腺、前列腺等組織。obR亞型共有6種,即obRa、obRb、obRc、obRd、obRe 和 obRf。obR上有3個作用位點：細胞外區域、跨膜區域和細胞內區域,根據細胞內段obR的氨基酸長度及序列不同,將其分為長受體亞型、短受體亞型及分泌型。長受體亞型為obRb,是瘦素的主要功能受體,在大腦與代謝調節相關的區域高表達;短型受體亞型為obRa、obRc、obRd 和 obRf,obRa在腎臟、肺、脈絡叢和腦微血管中表達,可能對瘦素通過血腦屏障轉運到大腦中起重要作用,也與瘦素的清除有關。obRc也為瘦素的轉運體,可轉運瘦素通過血腦屏障進入腦脊液[7]。obRd的功能目前尚不清楚。分泌型為obRe,是一可溶性受體亞型,其結構中無跨膜區域,可能與血液中瘦素的轉運有關[8]。瘦素的主要生物學作用有放大炎癥及免疫信號[9],調控生殖發育[10]、三大營養物質、能量代謝[11-12],促進癌細胞的增殖并抑制凋亡[13-14],調節神經內分泌[15],改善神經認知和記憶[16]。

2 瘦素與肺癌的關系

胎兒肺組織中瘦素促進其發育和肺的成熟,并維持肺功能穩態,瘦素參與成人肺泡細胞的生理性和病理性增殖過程[17-18]。目前瘦素對于肺癌的作用存在以下觀點：瘦素能促進肺癌細胞免疫逃逸,并抑制肺癌細胞凋亡;瘦素也可以促進肺癌血管內皮細胞生長因子表達上調,導致肺癌發生轉移[19]。肺癌組織中瘦素主要表達在肺癌細胞的細胞質中,NSCLC患者呼出氣冷凝液、痰液、支氣管肺泡灌洗液及血液、尿液中瘦素水平也明顯升高,病理學研究發現,肺癌組織的瘦素及obR水平明顯高于癌旁組織及良性病變區域,瘦素可以作為一個生長因子通過obR來促進培養的人NSCLC細胞株增殖[20-22]。然而,有些觀點認為[23],晚期肺癌患者血清瘦素水平與預后無關。此外,obR基因功能區(LEP-2548G/A)的多態性的研究也越來越受重視,obR基因多態性可作為NSCLC的進展和預后的分子標志[24-25],瘦素能夠增加NSCLC的易感性,AA基因型與腺癌和鱗癌相關,AA基因型患者發生肺癌的年齡較早。

瘦素所調節的信號轉導通路也是決定肺癌預后較為重要的因素,肺癌的發生與發展是多種信號轉導通路共同作用于肺癌微環境的結果。NSCLC微環境中腫瘤相關成纖維細胞占肺癌細胞總數的70%,成纖維細胞可通過分泌多種細胞因子促進肺癌的進展[26]。NSCLC中成纖維細胞分泌產生的瘦素能夠刺激肺癌微環境,通過激活與免疫炎癥因子相關的信號通路,自分泌及旁分泌的方式影響NSCLC細胞株的增殖和遷移[27]。瘦素又可通過絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)、磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylin-ositol-3-kinase,PI3K)等信號通路的活化負反饋促進自身的表達[28]。

3 瘦素與肺癌微環境的相關信號通路的關系

3.1 Janus激酶(Janus lase,JAK)/信號轉導子和轉錄活化子(signal transducer and activator of transcription,STAT)

JAK/STAT信號通路不僅參與調節人體正常的生理過程,而且在肺癌的發生、發展中也起著重要作用[29]。JAK/STAT信號通路由酪氨酸激酶相關受體、JAK和STAT組成。JAK由4個成分組成,分別為JAK1、JAK2、JAK3和酪氨酸激酶2(tyrosine kinase 2,TYK2)。STAT由7個成分組成,分別為STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6。酪氨酸激酶相關受體與胞內段具有JAK的結合位點結合后活化,并催化結合在受體上的STAT蛋白發生磷酸化修飾,活化的STAT蛋白以二聚體的形式進入細胞核內與靶基因結合,調控基因的轉錄[30]。研究發現[31],NSCLC中JAK1的高表達與不良預后相關,可以作為不良預后的預測因子。瘦素與obRb結合后,通過JAK2活化酪氨酸位點使STAT3、STAT5磷酸化(p-STAT3、p-STAT5),進而調節凋亡基因的表達[32]。STAT3、p-STAT3及 B細胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)蛋白在A549肺癌細胞中均有表達,且表達隨著瘦素濃度增加而升高,瘦素可能通過JAK/STAT3信號通路,活化 STAT3介導抗凋亡基因 Bcl-2的過度表達,而使肺癌細胞持續增殖[33]。

3.2 MAPK/細胞外信號調節激酶(extracellular signal regulated kinase,ERK)

MAPK超家族是聯系細胞膜受體與細胞內重要調節靶目標的進化保守的酶類,MAPK/ERK信號通路參與細胞增長、發育、增殖、分化和細胞惡性轉化等[34]。瘦素可激活MAPK/ERK信號通路調節細胞的生長發育相關的核因子,從而影響免疫應答[4]。成纖維細胞產生的瘦素可能通過MAPK/ERK信號通路旁分泌促進NSCLC細胞株的增殖和遷移[21]。研究發現[35],上皮向間充質轉化使腫瘤細胞具有更高的侵襲及擴散能力,并產生抗藥性。瘦素在體外A549肺癌細胞模型中能夠促進上皮向間充質轉化,導致A549肺癌細胞增殖及侵襲[36]。

3.3 PI3K/蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)信號通路

PI3K是具有調節細胞增殖、分化、凋亡能力的蛋白,AKT為PI3K的下游調節蛋白,成纖維細胞產生的瘦素可能通過PI3K/AKT信號通路旁分泌促進NSCLC細胞的增殖和遷移[37]。PATHAK等[38]研究發現,PI3K/AKT/雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號通路在NSCLC患者中呈活化狀態,瘦素能夠激活此信號通路,導致NSCLC細胞增殖。

4 瘦素在肺癌治療方面的前景

目前,治療肺癌可以根據患者的機體狀況、病理學類型、侵襲范圍,采用手術、放療、化療、生物靶向等不同的治療方法,提高患者的生存率,改善患者的生活質量。盡管如此,肺癌的發病機制尚未完全明確,因此研究肺癌的發病機制尋找更多合適的藥物治療靶點顯得極為重要。瘦素在肺癌患者體內通過介導各種信號通路抗腫瘤細胞凋亡,增加癌細胞的增殖,從而促進肺癌癌細胞的擴散及侵襲。因此,通過調節瘦素介導的信號通路及早期篩查obR基因多態性可能作為NSCLC的進展和預后的分子標志,也有可能成為肺癌的治療靶點。低氧可以促進瘦素及obR的表達,刺激肺癌癌細胞的生長,而缺氧誘導因子-1(hypoxia-inducible factors-1,HIF-1)是細胞對低氧分壓反應的關鍵轉錄因子,拮抗HIF-1能夠抑制瘦素及obR的表達[39]。低氧肺癌微環境中的間充質干細胞會產生瘦素,它通過激活胰島素樣生長因子1受體(insulin like growth factor 1 receptor,IGF-1R)信號通路誘導肺癌細胞對厄洛替尼耐藥,因此,瘦素可能是表皮生長因子受體-酪氨酸激酶抑制劑獲得性耐藥的預測因子[40]。芹菜素是一種常見的食用黃酮類化合物,具有抗氧化性,芹菜素能增加obR及瘦素的合成,但不增加瘦素結合活性,在體外能干擾瘦素對A549肺癌細胞的增殖、凋亡的影響,增加A549肺癌細胞的自發性凋亡,因而其可能成為瘦素致癌活性的有效拮抗劑[41]。研究發現[42],經納米顆粒包裹后的藥物更易于滲透到細胞膜、減少靶外效應及內吞后溶酶體逃逸,有助于提高化療藥物的共給藥效率,其比單獨使用任何一種藥物及聯合化療更為有效。細胞實驗表明：構建共二甲雙胍(Met)和水飛薊賓(sIL)的磁性納米顆粒對A549肺癌細胞具有抑制作用,且呈劑量依賴關系,隨著藥物包裹的磁性納米顆粒濃度的增加,瘦素和obR水平明顯降低。Met和sIL包裹的磁性納米顆粒可能通過影響瘦素和obR水平,進而影響其在肺癌微環境中介導的相關信號通路,給予肺癌的治療提供了一種更加有前景的方向。

5 小結與展望

越來越多的研究證明,瘦素是一種新型的免疫調節因子,參與細胞增殖、分化、成熟、遷移、凋亡及細胞因子分泌等細胞生理和病理過程。在NSCLC中,瘦素具有抗凋亡及促進肺癌細胞免疫逃逸的作用,但是具體作用機制尚不清楚,仍需要深入研究。盡管本文介紹的許多物質能夠拮抗瘦素作用通路,但尚未發現更有效的治療或干預肺癌的瘦素拮抗劑,此外,對于瘦素調節的負面作用也需要進一步驗證。