肺癌中相關(guān)凋亡分子的新近研究進(jìn)展

史新惠(綜述)，王 芳(審校)

(國家臨床檢驗重點?？?南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)檢驗科，南京 210029)

細(xì)胞凋亡是一種由基因調(diào)控的高度保守的細(xì)胞主動死亡過程，它調(diào)控機(jī)體的生長發(fā)育，維持組織同源性。凋亡過程的紊亂,參與了包括腫瘤在內(nèi)的許多疾病的發(fā)生、發(fā)展。肺癌是常見的肺部原發(fā)性惡性腫瘤之一，細(xì)胞凋亡的紊亂同樣在肺癌的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用，為深入了解肺癌細(xì)胞凋亡過程紊亂的分子機(jī)制，該文對肺癌中幾種重要的凋亡分子進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞凋亡與腫瘤

細(xì)胞凋亡是受基因控制的一種程序性的死亡過程，機(jī)體可以通過凋亡清除體內(nèi)異常的細(xì)胞，維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，防止疾病的發(fā)生。而凋亡抑制或缺失則會引起疾病，如腫瘤、自身免疫性疾病等。能引發(fā)凋亡的信號途徑有多個，如死亡受體途徑，線粒體途徑，核介導(dǎo)的凋亡途徑[胱天蛋白酶(caspase)2,p53]，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的凋亡途徑，溶酶體介導(dǎo)的凋亡途徑，其中死亡受體途徑和線粒體途徑是研究比較多的凋亡途徑。參與這些途徑的某些重要凋亡相關(guān)分子一旦發(fā)生缺失或者突變，將導(dǎo)致凋亡過程的紊亂而導(dǎo)致疾病的發(fā)生。

研究表明腫瘤細(xì)胞涉及凋亡通路中多種分子的改變，包括B細(xì)胞淋巴瘤(B-cell lymphoma，Bcl)-2家族促凋亡和抑凋亡基因表達(dá)失衡、抑癌基因p53突變或缺失[1]、凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis proteins，IAPs)的異常表達(dá)，死亡受體的改變及caspase活性的改變等[2]。研究證實，結(jié)腸癌和胃癌中存在Bax和Bak突變，Bax缺失加速了p53突變型小鼠模型中腦腫瘤的增長；Bid缺失小鼠更容易發(fā)生慢性單核細(xì)胞白血病[3]。Bcl-2不僅在B細(xì)胞淋巴瘤，還在其他多種腫瘤(如霍奇金淋巴瘤、腎細(xì)胞癌及乳腺癌)中過表達(dá)，且與腫瘤的侵襲性、低存活率和內(nèi)分泌治療抵抗有關(guān)[4]。此外，原發(fā)性肝癌有死亡受體分子CD95的缺失；在79%的侵襲性食管癌患者中只有不到5%的食管癌細(xì)胞中有CD95分子，且其與浸潤深度和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移具有相關(guān)性；在成人T細(xì)胞淋巴瘤中有CD95突變，在結(jié)腸癌、卵巢癌、宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌和黑色素瘤中也都存在CD95表達(dá)下調(diào)。而相應(yīng)的死亡受體配體分子FasL則在很多腫瘤中過表達(dá)，如原發(fā)性肝癌、食管癌、乳腺癌、黑色素瘤、星形細(xì)胞瘤、轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌及胃癌等[5]。研究還證明，在黑色素瘤、白血病、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和宮頸癌等癌細(xì)胞中有凋亡蛋白酶活化因子1的下調(diào)[6]。

2 肺癌中的凋亡相關(guān)分子

肺癌是常見的肺原發(fā)性惡性腫瘤之一，每年全世界因肺癌導(dǎo)致的死亡患者有140萬，約占所有惡性腫瘤死亡的18%[7]。同其他惡性腫瘤一樣，肺癌的發(fā)生是一個長期的多因素形成的分階段的過程，包括癌基因的激活，腫瘤抑制基因的失活，以及凋亡調(diào)節(jié)和DNA修復(fù)基因的改變等，其中細(xì)胞的增殖與凋亡之間的失衡，即細(xì)胞凋亡的紊亂性發(fā)生在肺癌發(fā)展中起到重要作用。而凋亡的發(fā)生則是受到促凋亡蛋白和抑凋亡蛋白等因素綜合調(diào)控作用的結(jié)果。現(xiàn)就肺癌細(xì)胞中幾種重要的凋亡相關(guān)分子進(jìn)行具體闡述。

2.1Caspase家族 Caspase家族蛋白是凋亡過程關(guān)鍵的執(zhí)行者之一，在細(xì)胞中以酶原的形式合成，在凋亡誘導(dǎo)信號的刺激下通過特異性的剪切發(fā)生活化級聯(lián)反應(yīng)，最終作用于細(xì)胞內(nèi)一系列結(jié)構(gòu)蛋白和功能蛋白，導(dǎo)致凋亡的發(fā)生。在死亡受體途徑介導(dǎo)的凋亡中，死亡受體信號導(dǎo)致caspase-8的活化，活化的caspase-8激活效應(yīng)caspase，如caspase-3、-6、-7，同時caspase-8、-10的活化可以促進(jìn)線粒體途徑的激活。在線粒體途徑介導(dǎo)的凋亡中，caspase的活化是由細(xì)胞色素C的釋放所啟動，多種不同的凋亡刺激信號誘導(dǎo)線粒體細(xì)胞色素C的釋放，細(xì)胞色素C與凋亡蛋白酶活化因子1結(jié)合而募集并活化caspase-9，進(jìn)而活化caspase-3凋亡效應(yīng)蛋白。

Sirzén等[8]利用16種肺癌細(xì)胞系研究了小細(xì)胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)和非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)中的前體caspase-2、-3、-6、-7、-9的表達(dá)，觀察到SCLC和NSCLC之間沒有差別，然而，前體caspase-1、-4、-10只在NSCLC細(xì)胞系表達(dá)，前體caspase-8只在NSCLC細(xì)胞系中表達(dá)(除SCLC細(xì)胞系U1285)，而前體caspase-3在SCLC和NSCLC均被檢測到。因此，直接活化caspase-3介導(dǎo)的凋亡或許是治療肺癌的有效策略。Putt等[9]首先發(fā)現(xiàn)了一種小分子，即PAC-1，可以直接活化前體caspase-3，通過誘導(dǎo)凋亡能顯著抑制肺癌細(xì)胞的增殖。

Caspase-9是由CASP9基因編碼，表達(dá)兩種相互對抗的蛋白質(zhì)亞型，促凋亡的caspase-9a和促生存的caspase-9b。Caspase-9b缺乏催化活性，但仍保留關(guān)鍵的相互作用的結(jié)構(gòu)域，即caspase募集結(jié)構(gòu)域和凋亡體蛋白相關(guān)因子1結(jié)構(gòu)域。Caspase-9b通過競爭性結(jié)合凋亡體而抑制caspase-9a的活化，并可能通過與caspase-9a形成異二聚體,使caspase-9a不能發(fā)生自身活化。Shultz等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在很多NSCLC腫瘤患者中caspase-9a/9b mRNA的比值極大降低，caspase-9a的活性顯著減小，而caspase-9b在NSCLC細(xì)胞的致瘤活性和化療敏感性上發(fā)揮重要作用，這為針對肺癌相關(guān)的caspase-9b的特異性靶向治療提供了理論依據(jù)。

2.2Bcl-2家族蛋白 Bcl-2家族蛋白是凋亡重要的調(diào)節(jié)因子，它的抗凋亡和促凋亡成員決定著細(xì)胞的生存和死亡。Bcl-2家族蛋白在線粒體水平發(fā)揮調(diào)節(jié)凋亡的作用。Bax和Bak是促凋亡蛋白，接收到死亡信號后可以在線粒體膜上通過形成寡聚體，導(dǎo)致細(xì)胞色素C從線粒體釋放，直接誘導(dǎo)凋亡，線粒體凋亡途徑可以被抗凋亡的Bcl-2亞家族成員，如Bcl-2和Bcl-xL通過作用于Bax和Bak所抑制。研究表明Bcl-2在非小細(xì)胞肺癌和小細(xì)胞肺癌中過度表達(dá)[11]。Joseph等[12]研究證實，Bcl-2蛋白在SCLC(65%～90%)中的表達(dá)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在NSCLC(15%～46%)中的表達(dá)，且鱗癌中的表達(dá)水平遠(yuǎn)高于在腺癌中的表達(dá)。由于Bax是促凋亡蛋白，Bcl-2/Bax的比值可作為肺癌治療中的預(yù)測指標(biāo)。與NSCLC相比，SCLC中Bax的低表達(dá)導(dǎo)致Bcl-2/Bax比值升高，然而這一比值與降低的凋亡指標(biāo)沒有確切的相關(guān)性。

研究還發(fā)現(xiàn)，Bcl-2轉(zhuǎn)染的SCLC細(xì)胞系對于抗癌藥物引起的凋亡具有明顯的抵抗性，而轉(zhuǎn)染了Bcl-2寡聚核苷酸反義引物的SCLC和NSCLC細(xì)胞系則表現(xiàn)出對藥物促凋亡的敏感性[13]。這些結(jié)果表明，抑制Bcl-2蛋白可以抑制癌細(xì)胞的生存使之死亡。目前已有很多Bcl-2家族抗凋亡蛋白的小分子抑制劑，例如ABT-263(生根粉263，Navitoclax)是一種有效的Bcl-2家族蛋白的小分子抑制劑，與Bcl-2和Bcl-xL有很高的親和性[14]。Chiappori等[15]在研究中表明，奧巴克拉(obatoclax)作為一種Bcl-2抑制劑，在與卡鉑-依托泊苷聯(lián)合應(yīng)用時能夠有效提高對SCLC腫瘤細(xì)胞的殺傷作用，可進(jìn)一步應(yīng)用于今后SCLC治療的研究中。

2.3IAP家族 人類基因組編碼8種不同的IAP，其中XIAP、cIAP1和cIAP2含有三個桿狀病毒重復(fù)序列(baculovirus-IAP repeat，BIR)結(jié)構(gòu)域，是強(qiáng)有力的細(xì)胞死亡抑制劑。最近研究報道，XIAP是唯一能夠直接抑制caspase水解活性的IAP，cIAP1和cIAP2的抗凋亡潛力依賴于它們的E3泛素化連接酶活性[16]。

研究表明，在包括肺癌在內(nèi)的幾種腫瘤細(xì)胞中均可檢測到過表達(dá)的IAPs，其中存活蛋白在肺癌中呈高表達(dá)[17]。在NSCLC的患者中，大部分(85.5%)腫瘤標(biāo)本發(fā)現(xiàn)有存活蛋白基因轉(zhuǎn)錄，而對照組(組織病理學(xué)正常的肺癌標(biāo)本)中只有12%有存活蛋白基因轉(zhuǎn)錄[17]。跟其他IAP蛋白一樣，存活蛋白也能抑制終末效應(yīng)caspase-3、caspase-7，它的缺失和肺癌良好的預(yù)后有相關(guān)性[17]。另有研究表明，凋亡抑制蛋白中的存活蛋白在NSCLC患者血清中與健康對照相比沒有升高，而在化療中發(fā)現(xiàn)存活蛋白表達(dá)水平降低，尤其是對化療敏感的患者[18]。研究還表明，在手術(shù)治療后的NSCLC存活蛋白的表達(dá)是病情惡化的預(yù)后因素[19]。抑制存活蛋白的表達(dá)能顯著提高NSCLC患者的總體存活率，因此存活蛋白是肺癌治療的重要靶點。YM 155是一種存活蛋白抑制劑，可特異性抑制存活蛋白 mRNA水平和蛋白水平的表達(dá)[20]，YM 155治療可能與促進(jìn)caspase介導(dǎo)的凋亡有關(guān)。另外，以XIAP為靶點的治療也已展現(xiàn)出抗肺癌細(xì)胞活性的潛力[21]。

2.4p53突變 腫瘤抑制基因p53位于人第17染色體的短臂，編碼在G1期阻斷細(xì)胞周期的核蛋白并通過轉(zhuǎn)錄活化多種其他抑制生長和誘導(dǎo)凋亡的基因來誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，其在細(xì)胞周期檢測點、凋亡及DNA修復(fù)和重組中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[22]。p53在凋亡中的作用主要是轉(zhuǎn)錄活化某些促凋亡的Bcl-2家族蛋白，包括Bax、Puma和Noxa等。另外，p53在細(xì)胞質(zhì)中可直接作用于Bax/Bak，從而導(dǎo)致線粒體透化作用[23]。p53也可以誘導(dǎo)很多死亡效應(yīng)器的表達(dá)，并促進(jìn)死亡受體(CD95、死亡受體5)和線粒體(凋亡蛋白酶活化因子1、BAX)凋亡通路的活化。因此，p53的失活可能是腫瘤(包括肺癌)最常用的防止發(fā)生凋亡的方法。

p53基因突變發(fā)生在60%～70%肺鱗癌，50%～70%肺腺癌和75%小細(xì)胞肺癌中[24]。p53基因突變在吸煙相關(guān)的肺癌中比從未吸煙的肺癌中更普遍存在，吸煙相關(guān)的肺癌以高頻率的異位突變?yōu)樘卣?，從未吸煙的肺癌則以高比例的轉(zhuǎn)換突變?yōu)樘卣鱗25]。在p53突變的肺癌細(xì)胞中利用反轉(zhuǎn)錄病毒p53載體恢復(fù)野生型p53基因的表達(dá)，可以抑制癌細(xì)胞生長并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

2.5死亡受體分子 死亡受體屬于腫瘤壞死因子受體超家族，它們有相似的富含半胱氨酸的胞外結(jié)構(gòu)域，胞內(nèi)部分都含有約80個氨基酸殘基組成的死亡結(jié)構(gòu)域，其家族成員包括Fas/CD95、DR5、DR4、DR3和腫瘤壞死因子受體1等。它們與相應(yīng)的配體結(jié)合后聚合形成三聚體，通過一系列的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，將凋亡信號向細(xì)胞內(nèi)部傳遞，最終引起細(xì)胞凋亡的執(zhí)行者caspase家族的活化，這些蛋白酶剪切相應(yīng)的底物，使細(xì)胞發(fā)生凋亡。

死亡受體的改變在腫瘤，尤其是在導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞逃避炎性反應(yīng)的分子機(jī)制中有重要意義，死亡受體的減少能夠保護(hù)細(xì)胞免受炎癥系統(tǒng)的侵襲，而表達(dá)上調(diào)的死亡配體能夠殺滅炎性反應(yīng)的細(xì)胞。研究表明，CD95在超過90%的肺癌中表達(dá)下調(diào)[26]。CD95信號通路的缺失也可能是死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合物中其他成分改變而導(dǎo)致的結(jié)果。研究表明，在非小細(xì)胞肺癌中有Fas死亡結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白突變，且磷酸化Fas死亡結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白與肺腺癌不良預(yù)后具有相關(guān)性[27]。關(guān)于死亡受體在肺癌中的表達(dá)及意義還需要更多深入的研究。

3 展 望

對于肺癌分子基礎(chǔ)的不斷研究已經(jīng)使人們對肺癌發(fā)生、發(fā)展過程中失調(diào)的信號通路網(wǎng)絡(luò)有了更深入的認(rèn)識。進(jìn)一步對肺癌中凋亡相關(guān)分子的表達(dá)進(jìn)行深入地研究，有助于不斷揭示細(xì)胞凋亡復(fù)雜的分子機(jī)制，有助于進(jìn)一步研究肺癌發(fā)生、發(fā)展的分子基礎(chǔ)，并且可以對肺癌的發(fā)生過程進(jìn)行適當(dāng)調(diào)控，這對于抗肺癌藥物的研制和肺癌的預(yù)防和治療有至關(guān)重要的作用。

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