瘦素系統(tǒng)與非小細(xì)胞肺癌關(guān)系的研究進(jìn)展

韋騰飛 盧龍坤 沈茜 方超平

最近，《The World Cancer Report》公開報道肺癌的發(fā)病率與死亡率居惡性腫瘤的首位并呈上升趨勢；其5年總存活率僅16%，非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC）占全部肺癌比例約為80%。同時，肥胖增加了肺癌發(fā)生的風(fēng)險，隨著體重指數(shù)增大，肺癌死亡率顯著增高。

瘦素是于1994年發(fā)現(xiàn)的脂肪組織特異表達(dá)的多功能肽類激素，由肥胖基因編碼并傳遞肥胖信號到大腦。它參與動物繁殖、造血和血管生成等生理過程[1]。瘦素除了在飲食調(diào)控、機體能量平衡等過程中發(fā)揮作用外，在癌癥發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后過程中也具有重要地位[2]。近期，瘦素及其受體與NSCLC之間的本質(zhì)聯(lián)系取得大量新進(jìn)展，現(xiàn)就此作一簡述。

1 瘦素和瘦素受體

人類瘦素的基因編碼位于7q31.3，主要由白色脂肪組織產(chǎn)生并釋放入血；在分泌入血過程中去掉N端分泌性信號肽，最終形成含146個氨基酸的16 kDa成熟瘦素[1]。作為細(xì)胞因子，瘦素mRNA也表達(dá)在下丘腦、肺、肝臟、腎臟、卵巢、胎盤、骨骼肌等組織中。瘦素受體（leptin receptor,LepR）主要生理功能是作為瘦素的結(jié)合蛋白或轉(zhuǎn)運蛋白，使瘦素經(jīng)過血腦屏障，到達(dá)作用位點以介導(dǎo)其功能，進(jìn)而參與代謝、生殖、造血等病理生理過程和瘦素的自分泌調(diào)節(jié)。LepR是單次跨膜的細(xì)胞表面受體，結(jié)構(gòu)上與I型細(xì)胞因子受體家族相似，其6種拼接異構(gòu)體（a、b、c、d、e、f）均具有相同的胞外段和跨膜區(qū)可延伸至胞膜內(nèi)，但只有最重要的長型LepRb具有完整的胞內(nèi)段，瘦素以此發(fā)揮其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的最大效應(yīng)。

2 瘦素、瘦素受體與NSCLC

胎兒和成人肺組織是瘦素產(chǎn)生和反應(yīng)的靶器官，瘦素促進(jìn)胎肺發(fā)育和肺的成熟，并維持肺功能穩(wěn)態(tài)，參與成人肺泡細(xì)胞的生理性和病理性增殖過程[1]；而最新研究[3]發(fā)現(xiàn)，瘦素在決定肺功能最佳狀態(tài)方面也具有重要作用。眾所周知，體內(nèi)瘦素/LepR系統(tǒng)作為內(nèi)分泌腺可以促進(jìn)良、惡性腫瘤上皮細(xì)胞內(nèi)的血管生成，體外實驗[4]發(fā)現(xiàn)，動物和人細(xì)胞系中的 LepR的高表達(dá)促使腫瘤細(xì)胞增殖。近期，Ntikoudi等[5]對發(fā)表的有關(guān)瘦素與肺癌關(guān)系的文獻(xiàn)報道進(jìn)行了系統(tǒng)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，瘦素和脂聯(lián)素是研究最多的，主要包括瘦素在肺癌或肺癌惡液質(zhì)狀況下與患者的營養(yǎng)狀態(tài)、系統(tǒng)性炎癥及評價預(yù)后的意義等。越來越多的文獻(xiàn)證實瘦素系統(tǒng)在肺癌發(fā)生、進(jìn)展和肺部腫瘤免疫應(yīng)答中均發(fā)揮重要作用。

2.1 NSCLC患者循環(huán)和腫瘤組織中的瘦素及其受體表達(dá)水平與疾病發(fā)生和發(fā)展的關(guān)系 瘦素與肺癌的早期研究主要集中在血清瘦素含量濃度、腫瘤組織內(nèi)瘦素表達(dá)水平與NSCLC的生成、病程進(jìn)展間的關(guān)系，此方面研究數(shù)據(jù)較多，但是結(jié)果各異。早在2007年，Carpagnano等[6]研究發(fā)現(xiàn)，NSCLC患者的呼出氣冷凝液、痰液、血液、尿液及支氣管肺泡灌洗液中瘦素水平明顯增加，故認(rèn)為升高的瘦素在NSCLC的發(fā)生中發(fā)揮了重要作用。與此相反[7]，以未經(jīng)任何治療的肺癌患者為主要研究對象，發(fā)現(xiàn)腫瘤患者血清中瘦素水平比正常人明顯降低，而脂聯(lián)素等脂肪細(xì)胞產(chǎn)生的因子卻升高；且瘦素水平越低，患者的生存時間越短。因此，作者認(rèn)為，血清瘦素濃度可以為NSCLC患者提供一個預(yù)后指標(biāo)[7]。然而也有臨床研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行性別和體重指數(shù)（body mass index, BMI）校正后，NSCLC患者與健康對照組之間血清瘦素水平無明顯差異[8]。出現(xiàn)惡病質(zhì)的NSCLC患者的血清瘦素水平比非惡病質(zhì)和正常人明顯下降，血清瘦素水平低的患者其總體生存率降低，可以把瘦素水平的下降作為肺功能改善與否的預(yù)警信號[9]。與此相互印證的是，在其它晚期腫瘤患者如前列腺癌中也發(fā)現(xiàn)血清瘦素水平降低。Werynska等[10]認(rèn)為，血清中的高瘦素水平與早期肺癌發(fā)病有關(guān)，持續(xù)暴露于高濃度瘦素下可以促進(jìn)癌癥發(fā)生（瘦素濃度升高是促腫瘤事件），而發(fā)展到肺癌晚期，由于惡病質(zhì)、食欲下降等原因，患者脂肪含量和BMI均降低，進(jìn)而導(dǎo)致瘦素生成減少。最近文獻(xiàn)[11]報道，禁食可誘導(dǎo)小鼠形成低瘦素血癥，這與肺癌晚期食欲下降的原理相同。由于肺癌患者下丘腦對瘦素的反饋調(diào)節(jié)機制并沒有因為腫瘤進(jìn)展所導(dǎo)致的厭食和惡病質(zhì)而受到影響，但晚期肺癌患者血清瘦素濃度較早期患者及正常人明顯降低，可能與晚期肺癌惡病質(zhì)導(dǎo)致患者體脂水平低下對瘦素分泌的反饋作用有關(guān)[12]。晚期癌癥患者出現(xiàn)的惡病質(zhì)是應(yīng)激型的營養(yǎng)不良，為多因素所致，并非由于瘦素生成的失調(diào)[8]。循環(huán)中瘦素水平的降低應(yīng)該是惡病質(zhì)的結(jié)局，而不是起因[8]。上述的研究結(jié)果表明，NSCLC患者的血清瘦素水平受患者的疾病進(jìn)展、病理分期、是否出現(xiàn)惡液質(zhì)等因素的影響和調(diào)控。同時，造成結(jié)果的差異也與臨床研究數(shù)據(jù)是否嚴(yán)格進(jìn)行了BMI、性別等的校正有關(guān)。

肺癌組織中瘦素主要表達(dá)在腫瘤細(xì)胞的胞漿中，LepR則在細(xì)胞膜上和胞漿中均有表達(dá)[13]。Xu等[14]用免疫組化實驗證實，71%的NSCLC腫瘤組織中瘦素表達(dá)陽性，而正常肺組織僅25%陽性；LepR的表達(dá)在腫瘤組織的表達(dá)也明顯高于正常肺組織。單變量生存分析表明，瘦素表達(dá)與腫瘤TNM分期相關(guān)，影響生存時間；多變量分析提示瘦素表達(dá)是NSCLC獨立的危險因子[14]。與腫瘤組織瘦素和LepR均不表達(dá)的[14]相比，瘦素及其受體共表達(dá)的NSCLC[14]臨床預(yù)后很差，同時也表明功能性瘦素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相比瘦素本身來說，是更重要的預(yù)后決定因素[4]。

2.2 瘦素及其受體在NSCLC發(fā)生和發(fā)展中的可能作用機制 眾所周知，瘦素可以促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和血管重塑，當(dāng)其在肺腫瘤組織中表達(dá)時可以使血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子表達(dá)上調(diào)[15]；瘦素受體介導(dǎo)的下游信號可以使內(nèi)皮細(xì)胞的瘦素和LepR基因表達(dá)上調(diào)[16]。

2.2.1 瘦素通過自身作用直接參與NSCLC疾病進(jìn)展和腫瘤轉(zhuǎn)移 瘦素介導(dǎo)肺癌形成過程中的免疫炎性機制，持續(xù)存在的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致上皮細(xì)胞惡變。Shen等[17]認(rèn)為瘦素與外周血單個核細(xì)胞表面的LepR結(jié)合，誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子并抵抗凋亡，可以促進(jìn)肺癌的免疫逃逸，最終導(dǎo)致NSCLC患者預(yù)后不良。瘦素是通過什么機制導(dǎo)致NSCLC細(xì)胞抵抗凋亡？Wang的研究組[18]以A549肺腺癌細(xì)胞株研究了瘦素的抗凋亡機制，發(fā)現(xiàn)瘦素可以阻斷內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激所介導(dǎo)的凋亡，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖；這種阻斷作用是通過抑制CCAAT/增強子結(jié)合蛋白的激活，從而降低了磷酸化的蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（protein kinase R-like ER kinase,PERK）和活化轉(zhuǎn)錄因子6（activating transcription factor 6,ATF6）的信號通路活性所引起。

瘦素刺激免疫細(xì)胞活化、炎性細(xì)胞因子生成的生物學(xué)效應(yīng)，主要通過激活與免疫炎性因子生成有關(guān)的關(guān)鍵信號通路，如細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular signalregulated kinase, ERK）、蛋白激酶B（protein kinase B, PKB/Akt）、促分裂素原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）等信號通路[17]。同時，瘦素又可通過MAPK、ERK和Akt/mTOR等信號通路的活化反過來進(jìn)一步促進(jìn)自身基因表達(dá)[15,17]。在NSCLC[14]腫瘤組織中，Akt、mTOR等磷酸化表達(dá)明顯增高，血管內(nèi)皮生長因子、Akt和mTOR基因的mRNA表達(dá)水平也均較癌旁肺組織明顯升高[19]。Pathak等[15]研究發(fā)現(xiàn)，磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3 kinase, PI3K）/Akt/mTOR信號通路在NSCLC患者中呈活化狀態(tài)，瘦素激活mTOR通路的重要分子P13K，而Akt是P13K下游的作用靶點，mTOR為Akt的一個底物。此信號通路活化可以調(diào)節(jié)肺癌細(xì)胞多種酪氨酸激酶受體的表達(dá)，促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖和存活，在肺癌的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用[15]。

2.2.2 瘦素系統(tǒng)通過調(diào)控Treg細(xì)胞間接參與NSCLC疾病進(jìn)展和腫瘤轉(zhuǎn)移 調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell, Treg）是一類具有免疫抑制作用的CD4+T細(xì)胞，以主動方式參與機體免疫應(yīng)答/免疫耐受的調(diào)控。Treg細(xì)胞介導(dǎo)的免疫抑制是腫瘤免疫逃逸的重要機制，也是腫瘤免疫治療的主要障礙。多篇文獻(xiàn)[20,21]證實，NSCLC患者外周血中Treg細(xì)胞比例明顯高于正常人，腫瘤組織浸潤的Treg細(xì)胞比例也明顯高于炎性肺組織；腺癌組織中Treg細(xì)胞的浸潤比例明顯高于鱗癌，并隨腫瘤分期增加而增加，Treg細(xì)胞比例越高其預(yù)后越差。Treg細(xì)胞比例與NSCLC的病理狀態(tài)和腫瘤負(fù)荷相關(guān)[22]，手術(shù)切除肺癌組織后外周血Treg細(xì)胞比例明顯降低[20]。肺腺癌腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞可以產(chǎn)生較多的轉(zhuǎn)化生長因子β和血管內(nèi)皮生長因子，誘導(dǎo)Treg細(xì)胞的生成，形成了促腫瘤生長的微環(huán)境[22]。在小鼠肺腫瘤形成的早期，使用抗-CD25單克隆抗體進(jìn)行治療可有效清除Treg細(xì)胞，提高CD8+T細(xì)胞表達(dá)顆粒酶A、顆粒酶B、穿孔素和干擾素γ的水平，增強CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)的對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用，控制或阻斷腫瘤進(jìn)展。在腫瘤晚期，聯(lián)合卡鉑化療的腫瘤鼠存活率比單一清除Treg細(xì)胞明顯升高，表明Treg細(xì)胞清除聯(lián)合細(xì)胞毒藥物化療可作為晚期NSCLC的有效治療方法[26]。

Treg細(xì)胞與瘦素之間存在什么樣的關(guān)系？研究證實瘦素系統(tǒng)對Treg細(xì)胞的增殖和功能有明顯的抑制作用，控制著機體的自我耐受。瘦素基因敲除（ob/ob）小鼠和瘦素受體基因敲除（db/db）小鼠循環(huán)Treg細(xì)胞數(shù)量均明顯增加[23]。最新文獻(xiàn)[11]報道，禁食可以誘導(dǎo)小鼠形成低瘦素血癥，低瘦素血癥又引起Treg細(xì)胞增殖和功能增強；通過給予瘦素可逆轉(zhuǎn)這個反應(yīng)。因此，在瘦素系統(tǒng)基礎(chǔ)上干預(yù)免疫應(yīng)答，可以通過抑制Treg細(xì)胞的數(shù)量和活性來控制癌癥的發(fā)展。

Treg細(xì)胞需要獨特的能量代謝途徑以支持其特異性的功能[24]。mTOR是一種保守的289 kDa絲/蘇氨酸蛋白激酶，能夠整合來自營養(yǎng)、能量和生長因子的環(huán)境信號，調(diào)控細(xì)胞生長、增殖和分化[24]。瘦素-mTOR軸可以把細(xì)胞的能量狀態(tài)與Treg細(xì)胞代謝相關(guān)的信號整合到一起，通過激活mTOR信號通路來調(diào)控Treg細(xì)胞的增殖能力，促使能量協(xié)調(diào)和Treg細(xì)胞的動態(tài)平衡[25]。新鮮分離的Treg細(xì)胞可以產(chǎn)生瘦素，并且大量表達(dá)LepR[24]。Treg細(xì)胞產(chǎn)生的瘦素也可通過自分泌和旁分泌引起自身細(xì)胞內(nèi)mTOR信號通路活化，繼而限制自身增殖[23]。這樣就在瘦素-mTOR-Treg細(xì)胞之間形成動態(tài)性的回路，使機體免疫調(diào)節(jié)達(dá)到平衡狀態(tài)。

2.3 瘦素、瘦素受體的基因多態(tài)性與非小細(xì)胞肺癌 瘦素基因-5'端的單核苷酸多態(tài)性對瘦素的表達(dá)有影響。在瘦素基因（-2548 G/A）啟動子區(qū)域上游的一個高表達(dá)的、功能性的同質(zhì)多態(tài)性使NSCLC患者早期致病[26]。瘦素基因增強子的多態(tài)性導(dǎo)致瘦素表達(dá)增加者，其患NSCLC的風(fēng)險增加3倍[27]。一種瘦素基因的功能性多態(tài)表型（AA基因型）與NSCLC患病風(fēng)險有關(guān)（尤其對吸煙者而言）；經(jīng)過年齡和性別校正后，證實AA基因型是肺癌的獨立風(fēng)險因子[27]。

人類LepR基因的多態(tài)性與多種腫瘤的發(fā)生相關(guān)。在NSCLC患者LepR基因Gln223Arg的等位基因頻率和Arg/Arg基因表型均比正常對照明顯增多。Arg/Arg基因表型的攜帶者對NSCLC具有明顯高風(fēng)險（OR3.1）；Arg/Arg攜帶者表現(xiàn)為較高的TNM分期，預(yù)后差[13]。研究者[13]認(rèn)為LepR基因的Gln/223Arg單核苷酸多態(tài)性可作為NSCLC臨床進(jìn)展和預(yù)后的分子標(biāo)志物。

3 問題與展望

在過去的幾年里，瘦素系統(tǒng)在NSCLC發(fā)生和發(fā)展中作用的研究取得了長足的進(jìn)步。然而，瘦素作為一種多功能激素，由于其復(fù)雜的多系統(tǒng)、多靶細(xì)胞、多信號傳導(dǎo)通路的調(diào)控作用，要闡明瘦素系統(tǒng)在NSCLC發(fā)生和發(fā)展中的影響，并非易事。目前，很多實驗結(jié)果是從肺癌細(xì)胞系或肥胖動物模型（ob/ob小鼠或db/db小鼠）獲得的，不能完全代表人類肺癌復(fù)雜的病理狀態(tài)，導(dǎo)致目前對瘦素在NSCLC發(fā)生和發(fā)展中作用和機理的認(rèn)識仍較有限。因此，急需深入研究瘦素系統(tǒng)在NSCLC發(fā)生發(fā)展中的作用，為肺癌早預(yù)防、早診斷、早治療提供新思路和新途徑。腫瘤局部微環(huán)境中瘦素-mTOR軸對于Treg數(shù)量和功能發(fā)揮作用的機制目前尚未完全闡明，進(jìn)一步探討NSCLC患者腫瘤微環(huán)境中瘦素-mTOR軸對Treg細(xì)胞增殖活化和功能發(fā)揮的機理，有利于發(fā)現(xiàn)靶向Treg細(xì)胞、逆轉(zhuǎn)腫瘤免疫逃逸、提高殺傷腫瘤效果的新治療方法。