瘦素與肺癌微環(huán)境的研究進展

張彩蘭,王 蓓

(山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院呼吸內(nèi)科,太原 030001)

肺癌是最常見的肺部原發(fā)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(fā)病機制尚未明確,但有研究顯示與下列因素相關(guān),如吸煙、職業(yè)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(diào)控機制,啟動免疫應(yīng)答,持續(xù)存在的免疫應(yīng)答導致上皮細胞惡變[2]。肺癌微環(huán)境是癌細胞相互生長并與非肺癌成分相互作用的內(nèi)部環(huán)境[3],其在肺癌的發(fā)生與發(fā)展中起著重要作用。瘦素通過結(jié)合免疫細胞表面的瘦素受體(obesity related leptin receptor,obR)調(diào)節(jié)免疫炎癥[4]。研究發(fā)現(xiàn)[5],肺癌的發(fā)生與發(fā)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(jié)合后激活的具體信號通路及發(fā)揮的生物學效應(yīng)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生的親水性蛋白質(zhì)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(nèi)顯子構(gòu)成[6]。obR的主要功能是作為瘦素的結(jié)合蛋白或者轉(zhuǎn)運蛋白,使瘦素經(jīng)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(luò)叢、甲狀腺濾泡上皮細胞、腎上腺皮質(zhì)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(qū)域、跨膜區(qū)域和細胞內(nèi)區(qū)域,根據(jù)細胞內(nèi)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(diào)節(jié)相關(guān)的區(qū)域高表達;短型受體亞型為obRa、obRc、obRd 和 obRf,obRa在腎臟、肺、脈絡(luò)叢和腦微血管中表達,可能對瘦素通過血腦屏障轉(zhuǎn)運到大腦中起重要作用,也與瘦素的清除有關(guān)。obRc也為瘦素的轉(zhuǎn)運體,可轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)中無跨膜區(qū)域,可能與血液中瘦素的轉(zhuǎn)運有關(guān)[8]。瘦素的主要生物學作用有放大炎癥及免疫信號[9],調(diào)控生殖發(fā)育[10]、三大營養(yǎng)物質(zhì)、能量代謝[11-12],促進癌細胞的增殖并抑制凋亡[13-14],調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌[15],改善神經(jīng)認知和記憶[16]。

2 瘦素與肺癌的關(guān)系

胎兒肺組織中瘦素促進其發(fā)育和肺的成熟,并維持肺功能穩(wěn)態(tài),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(nèi)皮細胞生長因子表達上調(diào),導致肺癌發(fā)生轉(zhuǎn)移[19]。肺癌組織中瘦素主要表達在肺癌細胞的細胞質(zhì)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(fā)現(xiàn),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(qū)域,瘦素可以作為一個生長因子通過obR來促進培養(yǎng)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(guān)。此外,obR基因功能區(qū)(LEP-2548G/A)的多態(tài)性的研究也越來越受重視,obR基因多態(tài)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(guān),AA基因型患者發(fā)生肺癌的年齡較早。

瘦素所調(diào)節(jié)的信號轉(zhuǎn)導通路也是決定肺癌預后較為重要的因素,肺癌的發(fā)生與發(fā)展是多種信號轉(zhuǎn)導通路共同作用于肺癌微環(huán)境的結(jié)果。NSCLC微環(huán)境中腫瘤相關(guān)成纖維細胞占肺癌細胞總數(shù)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(chǎn)生的瘦素能夠刺激肺癌微環(huán)境,通過激活與免疫炎癥因子相關(guān)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(huán)境的相關(guān)信號通路的關(guān)系

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

JAK/STAT信號通路不僅參與調(diào)節(jié)人體正常的生理過程,而且在肺癌的發(fā)生、發(fā)展中也起著重要作用[29]。JAK/STAT信號通路由酪氨酸激酶相關(guān)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(guān)受體與胞內(nèi)段具有JAK的結(jié)合位點結(jié)合后活化,并催化結(jié)合在受體上的STAT蛋白發(fā)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(nèi)與靶基因結(jié)合,調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄[30]。研究發(fā)現(xiàn)[31],NSCLC中JAK1的高表達與不良預后相關(guān),可以作為不良預后的預測因子。瘦素與obRb結(jié)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(diào)節(jié)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(xù)增殖[33]。

3.2 MAPK/細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal regulated kinase,ERK)

MAPK超家族是聯(lián)系細胞膜受體與細胞內(nèi)重要調(diào)節(jié)靶目標的進化保守的酶類,MAPK/ERK信號通路參與細胞增長、發(fā)育、增殖、分化和細胞惡性轉(zhuǎn)化等[34]。瘦素可激活MAPK/ERK信號通路調(diào)節(jié)細胞的生長發(fā)育相關(guān)的核因子,從而影響免疫應(yīng)答[4]。成纖維細胞產(chǎn)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(fā)現(xiàn)[35],上皮向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化使腫瘤細胞具有更高的侵襲及擴散能力,并產(chǎn)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(zhì)轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)細胞增殖、分化、凋亡能力的蛋白,AKT為PI3K的下游調(diào)節(jié)蛋白,成纖維細胞產(chǎn)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(fā)現(xiàn),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(tài),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(jù)患者的機體狀況、病理學類型、侵襲范圍,采用手術(shù)、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(zhì)量。盡管如此,肺癌的發(fā)病機制尚未完全明確,因此研究肺癌的發(fā)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(nèi)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(diào)節(jié)瘦素介導的信號通路及早期篩查obR基因多態(tài)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(yīng)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)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(huán)境中的間充質(zhì)干細胞會產(chǎn)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(jié)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(fā)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(fā)現(xiàn)[42],經(jīng)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(yīng)及內(nèi)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(lián)合化療更為有效。細胞實驗表明：構(gòu)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(guān)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?？赡芡ㄟ^影響瘦素和obR水平,進而影響其在肺癌微環(huán)境中介導的相關(guān)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(jié)與展望

越來越多的研究證明,瘦素是一種新型的免疫調(diào)節(jié)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(zhì)能夠拮抗瘦素作用通路,但尚未發(fā)現(xiàn)更有效的治療或干預肺癌的瘦素拮抗劑,此外,對于瘦素調(diào)節(jié)的負面作用也需要進一步驗證。