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(jīng)遞質(zhì)，在炎癥、膿毒癥、腫瘤中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。在肺部，ACh在氣道中大量表達，誘導(dǎo)平滑肌收縮，參與炎癥反應(yīng)，是氣道發(fā)揮作用的主要調(diào)節(jié)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(xué)研究領(lǐng)域的熱點之一［2］。研究膽堿能受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制在肺癌信號通路中的作用，對肺癌治療策略的發(fā)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(zhuǎn)移酶（choline acetyltransferase，ChAT）合成。ACh通過結(jié)合毒蕈堿乙酰膽堿受體（muscarinic acetylcholine recep?tors，mAChRs）或nAChRs 發(fā)揮不同效應(yīng)。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(zhuǎn)導(dǎo)通路參與腫瘤細胞生長和發(fā)育，引起細胞功能失調(diào)并誘發(fā)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(nèi)皮細胞、間充質(zhì)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(guān)化合物可以激活多種nAChRs亞型，在腫瘤發(fā)展過程中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)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(dǎo)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(dǎo)致細胞內(nèi)nAChRs的選擇性激活，α7-nAChR可能是肺癌發(fā)展的關(guān)鍵分子之一。

2 α7-nAChR與肺炎調(diào)節(jié)

炎癥反應(yīng)在腫瘤發(fā)生發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移等過程中發(fā)揮重要作用［7］，支氣管炎等慢性肺炎、慢性阻塞性肺?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）或哮喘與肺癌的發(fā)生密切相關(guān)［8-9］。慢性炎癥是引起肺癌的原因之一，肺組織的炎癥反應(yīng)通過產(chǎn)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(dǎo)致DNA 損傷和突變［10］。因此，研究炎性微環(huán)境的產(chǎn)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(jīng)、ACh 及特異性nAChRs 為基礎(chǔ)，在調(diào)控炎癥方面具有迅速、直接、高效的特點［11］。在肺部，迷走神經(jīng)傳出的神經(jīng)沖動刺激網(wǎng)狀內(nèi)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(yīng)，防止組織損傷［12-13］。α7-nAChR 是最主要的發(fā)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(guān)性腫瘤的發(fā)展［14］。

2.2 α7-nAChR信號通路在肺炎中的調(diào)控作用

α7-nAChR 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在治療炎癥相關(guān)腫瘤方面具有重要作用。Galle-Treger 等［15］研究證實α7-nAChR 相關(guān)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(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3（sig?nal transducer and activator of transcription 3，STAT3）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來抑制NF-κB的核轉(zhuǎn)位（圖1）［16］。NFκB是急、慢性炎癥的關(guān)鍵調(diào)節(jié)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(fā)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(fā)揮重要作用。迷走神經(jīng)切斷術(shù)后會導(dǎo)致Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）擴增，使細胞因子增多并提高患癌風(fēng)險。有研究表明，尼古丁通過CIP產(chǎn)生抗炎和抗癌作用［17］。迷走神經(jīng)介導(dǎo)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(yù)后密切相關(guān)［8］。有研究觀察NSCLC患者神經(jīng)活動與臨床預(yù)后的關(guān)系，由心率變異性（heart rate variability，HRV）評估的高級迷走神經(jīng)活動可改善腫瘤患者的預(yù)后［18］。因此，迷走神經(jīng)活動和α7-nAChR信號通路激活在降低腫瘤標(biāo)志物分子表達和提高腫瘤患者生存率中具有重要作用，監(jiān)測HRV對肺癌的預(yù)后具有重要意義。

3 α7-nAChR與肺癌

肺癌是預(yù)后最差的惡性腫瘤之一，大多數(shù)國家和地區(qū)的整體5年相對生存率約為20%［19］。亟需研究肺癌的發(fā)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(zhuǎn)導(dǎo)途徑或調(diào)節(jié)生長因子參與腫瘤發(fā)展過程［21］。α7-nAChR激動劑與α7-nAChR結(jié)合后，蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，使鈣離子進入細胞，激活下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路（圖1），在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。肺癌細胞高表達α7-nAChR，是參與肺癌發(fā)生的主要nAChRs亞型之一，靶向α7-nAChR藥物的研發(fā)，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(wèi)生組織的最新數(shù)據(jù)顯示，全球每年吸煙相關(guān)死亡人數(shù)達到720萬例，至2030年，每年的死亡人數(shù)可能超過800萬例［23］。香煙煙霧包含7 000多種化學(xué)物質(zhì)，至少60多種物質(zhì)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(jié)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(jié)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(diào)，但nAChRs 長期暴露在尼古丁中表達上調(diào)［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(dǎo)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(guān)性肺癌具有重要意義。

3.2 肺癌中α7-nAChR介導(dǎo)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(zhì)轉(zhuǎn)化（epithe?lial-mesenchymal transition，EMT）。α7-nAChR 除分布在細胞質(zhì)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(diào)控細胞質(zhì)中Bax轉(zhuǎn)位和細胞色素C 釋放，從而促進細胞凋亡［4］。α7-nAChR與細胞內(nèi)的AKT、細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extra?cellular regulated protein kinases，ERK）、磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）等調(diào)節(jié)蛋白以及mTOR等信號通路（圖1）相互作用參與腫瘤的發(fā)生發(fā)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(zhuǎn)錄因子促進肺神經(jīng)內(nèi)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A(yù)KT 和MEK-ERK信號通路，調(diào)節(jié)尼古丁誘導(dǎo)的細胞增殖［4］，α7-nAChR表達下調(diào)后可以抑制尼古丁誘導(dǎo)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(jié)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(jié)合均能激活RAF1-MAPK信號通路，促進SCLC和胰腺神經(jīng)內(nèi)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(fā)生、侵襲和耐藥性；也可以激活α7-nAChR來促進胚胎干細胞轉(zhuǎn)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(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和基礎(chǔ)成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）等血管生成因子，促進內(nèi)皮細胞血管生成［30］。肺癌的不良預(yù)后主要與腫瘤細胞侵襲和轉(zhuǎn)移過程有關(guān)，因此，研究肺癌轉(zhuǎn)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(biāo)記物的表達［31］。NNK通過α7-nAChR調(diào)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(diào)節(jié)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(chǎn)物能使Rb、KRAS、p53 等抑癌基因突變，最終導(dǎo)致腫瘤形成［25］。乙酰膽堿酯酶（acetylcholine ester?ase，AChE）的活性與腫瘤有關(guān)，其活性增強可能有助于改善腫瘤患者的預(yù)后。尼古丁可以中和化療誘導(dǎo)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(jù)。

拮抗α7-nAChR 信號通路是吸煙相關(guān)腫瘤的新治療策略。人體分泌型Ly6/uPAR 相關(guān)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(nèi)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(fā)揮抗增殖活性［35］?？袢〔《咎堑鞍祝╮abies 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(diào)節(jié)因子的研究在肺癌防治中具有重要的意義［38］。

4 結(jié)語

α7-nAChR介導(dǎo)免疫細胞的神經(jīng)調(diào)節(jié)，在膽堿能系統(tǒng)的抗炎作用中發(fā)揮關(guān)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(guān)性疾病的發(fā)生率降低。炎癥反應(yīng)與腫瘤進展密切相關(guān)，ACh和尼古丁通過激活α7-nAChR抑制先天免疫系統(tǒng)，調(diào)節(jié)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(fā)揮多種調(diào)控功能，其相關(guān)信號通路異?？赡軐?dǎo)致惡性腫瘤的發(fā)生。其中α7-nAChR 信號通路在吸煙相關(guān)性腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。內(nèi)源性ACh 與α7-nAChR 結(jié)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(diào)節(jié)機體的多種病理生理過程，其相關(guān)信號通路對維持穩(wěn)態(tài)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(tài)性及microR?NA 調(diào)控α7-nAChR 在肺癌發(fā)生發(fā)展中的作用，具有重要的臨床應(yīng)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(dǎo)α7-nAChR通過CIP產(chǎn)生抗炎、抗癌作用，也可以通過α7-nAChR 激活腫瘤相關(guān)信號通路發(fā)揮致癌作用。因此，進一步研究α7-nAChR 在肺炎和肺癌發(fā)生中的作用及機制，具有潛在的臨床應(yīng)用前景。