阻塞性睡眠呼吸暫停合并肺癌的研究進(jìn)展

房怡菲， 代麗萍， 歐陽(yáng)松云

阻塞性睡眠呼吸暫停(obstructive sleep apnea,OSA)的特點(diǎn)是間歇性上氣道阻塞導(dǎo)致全身間歇性缺氧?；颊吲R床表現(xiàn)為打鼾、夜間有窒息感或憋醒、睡眠紊亂、白天嗜睡、記憶力下降，嚴(yán)重者出現(xiàn)認(rèn)知功能下降、行為異常等。OSA在成人中發(fā)病率越來(lái)越高，大約30%的男性和15%的女性受到其影響。目前普遍認(rèn)為OSA是一種全身性疾病，是腦血管疾病、心血管疾病、糖尿病和認(rèn)知功能障礙等疾病的危險(xiǎn)因素。本文總結(jié)了OSA合并肺癌的細(xì)胞及動(dòng)物模型，并對(duì)OSA影響肺癌的機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 OSA與肺癌相關(guān)性的流行病學(xué)研究

近年來(lái)，有研究發(fā)現(xiàn)OSA能夠增加癌癥的發(fā)病率和病死率。美國(guó)威斯康辛大型睡眠隊(duì)列研究進(jìn)行了22年的隨訪，結(jié)果表明輕度、中度和重度OSA患者的癌癥病死率分別是未患癌癥組的1.1倍、2.0倍和4.8倍。其中重度OSA患者的癌癥病死率達(dá)到7.27%，且夜間血氧飽和度低于90%占比越高，OSA合并腫瘤患者病死率亦越高。西班牙的一項(xiàng)隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)低氧血癥的嚴(yán)重程度與癌癥發(fā)病率之間存在劑量依賴(lài)關(guān)系，9.2%的OSA患者患有肺癌。一項(xiàng)肺癌篩查計(jì)劃中OSA患病率的前瞻性研究顯示，肺癌患者中重度OSA占41.1%，夜間低氧血癥使陽(yáng)性篩查的風(fēng)險(xiǎn)增加一倍以上。另一項(xiàng)前瞻性研究表明，80%的肺癌患者有OSA，大約50%的肺癌患者有中度至重度的OSA，睡眠呼吸暫停和夜間低氧血癥在肺癌患者中非常普遍。一項(xiàng)納入8 261例OSA患者的睡眠隊(duì)列研究中，輕度、中度和重度OSA組3年腫瘤相關(guān)死亡率分別為25%、50%和80%，非重度OSA的Ⅲ～Ⅳ期肺癌患者的總生存率和無(wú)進(jìn)展生存率均明顯高于重度OSA患者，結(jié)果表明嚴(yán)重的OSA與Ⅲ～Ⅳ期肺癌患者癌癥死亡的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。這些調(diào)查證實(shí)OSA人群的腫瘤發(fā)病率和病死率都高于正常人群，其中肺癌的病死率最高，且與OSA的低氧程度及持續(xù)時(shí)間密切相關(guān)。當(dāng)前已發(fā)表的研究中涉及單個(gè)癌癥亞型的研究較少，因此需要更多研究來(lái)闡明OSA與肺癌之間的關(guān)系。除隊(duì)列研究外，間歇性缺氧的細(xì)胞和動(dòng)物模型也能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究提供生物學(xué)基礎(chǔ)。

2 OSA合并肺癌的細(xì)胞模型

大多數(shù)與OSA相關(guān)的間歇性缺氧細(xì)胞研究中氧飽和度下降的模式并不能像OSA患者那樣快速而明顯。一些細(xì)胞模型中的氧波動(dòng)比OSA慢，如6次/h，這可能是由于靜態(tài)組織培養(yǎng)中快速改變氧水平操作難度較大。傳統(tǒng)的間歇性缺氧模式為改變培養(yǎng)基上面氣體氧濃度。氣相和介質(zhì)之間達(dá)到氧平衡需要很長(zhǎng)時(shí)間，因此無(wú)法在細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)如OSA患者中看到的快速循環(huán)氧氣變化的能力。很少有OSA的間歇性快速缺氧模型能夠真正達(dá)到0.5%～1.5%氧氣水平。許多基于OSA細(xì)胞的研究使用5%～18%氧氣波動(dòng)水平。在這些濃度下某些蛋白表達(dá)水平很低，不能準(zhǔn)確反映健康或患病的生理狀況。最近的幾項(xiàng)研究在建立細(xì)胞培養(yǎng)模型方面取得了一些進(jìn)展，可以實(shí)現(xiàn)氧氣水平的快速變化。有模型在細(xì)胞培養(yǎng)皿底部用超薄材料制成透氧膜，細(xì)胞附著在膜上，細(xì)胞和細(xì)胞周?chē)慕橘|(zhì)可以通過(guò)膜直接接觸到氧氣。另一種模型使用兩個(gè)平行的氣體透過(guò)性膜，兩層膜之間可培養(yǎng)細(xì)胞，該模型可以實(shí)現(xiàn)非常低的氧水平。一些利用OSA模型的研究已經(jīng)闡明了間歇性缺氧在促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移方面的作用。將人肺癌細(xì)胞系A(chǔ)549和HCl-H522進(jìn)行間歇性缺氧循環(huán)(1%氧氣，缺氧5 min，復(fù)氧10 min，共循環(huán)16 h)，ALKBH5在肺腺癌細(xì)胞升高，這與細(xì)胞N6-甲基腺苷(N6-methyladeno sine,mA)水平的降低有關(guān)，ALKBH5通過(guò)下調(diào)FOXM1 mRNA上mA的合成和促進(jìn)FOXM1的表達(dá)來(lái)影響間歇性缺氧條件下肺腺癌細(xì)胞的增殖和侵襲。在肺腺癌細(xì)胞中，間歇性低氧(1%氧氣，低氧2 h，復(fù)氧2 h，3個(gè)循環(huán))增加了尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶1(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 1,NOX1)誘導(dǎo)的活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平。ROS上調(diào)核因子紅系2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,NRF2)和抗氧化酶硫氧還蛋白(thioredoxin 1,TRX1)，從而導(dǎo)致了缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α)的積累。Liu等將人肺癌細(xì)胞系A(chǔ)549和NCl-H446放入0.1%氧氣的低氧室中培養(yǎng)24 h，然后在常氧條件下培養(yǎng)72 h，20次循環(huán)，結(jié)果表明間歇性缺氧可促進(jìn)肺癌細(xì)胞增殖擴(kuò)散，縮短倍增時(shí)間，增加其侵襲性。

3 OSA合并肺癌的動(dòng)物模型

OSA小鼠模型通常被用來(lái)模擬OSA在患者體內(nèi)對(duì)腫瘤發(fā)展的影響，有幾種主要的小鼠模型包括氣管切開(kāi)術(shù)、氣管內(nèi)的充氣氣囊或鼻罩可用于間歇性阻塞氣道。這幾種方法均為有創(chuàng)操作，實(shí)施起來(lái)較困難。目前大多數(shù)與癌癥相關(guān)的OSA試驗(yàn)采用的方法是將小鼠或大鼠暴露在密封箱中并控制吸入氧氣的水平。小鼠或大鼠夜間暴露在周期性低氧混合氣和空氣中數(shù)周。該模型模擬了OSA動(dòng)脈血氧飽和度短暫和周期性變化。在過(guò)去幾年發(fā)表的文獻(xiàn)中，主要是關(guān)于肺癌和黑色素瘤的模型。這些結(jié)果證實(shí)了間歇性缺氧在腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移中的重要作用。Almendros等首次表明間歇性缺氧促進(jìn)了OSA小鼠模型的腫瘤生長(zhǎng)，模擬OSA的間歇性缺氧小鼠模型顯示腫瘤生長(zhǎng)、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移增強(qiáng)。該模型導(dǎo)致動(dòng)脈血中反復(fù)出現(xiàn)的氧飽和度降低，與中重度OSA患者的多導(dǎo)睡眠圖(polysomnography,PSG)中觀察到的情況非常相似，血氧飽和度值波動(dòng)范圍從正常值降低到約70%。在接受相同間歇性缺氧方案的小鼠中使用鼠肺上皮腫瘤細(xì)胞，觀察到腫瘤生長(zhǎng)有類(lèi)似的顯著增加。另一項(xiàng)研究將Lewis肺癌細(xì)胞成瘤小鼠分為常氧組和間歇性缺氧組，間歇性缺氧組暴露于約(7±0.5)%氧氣中，20次/h，8 h/d，共2周。檢測(cè)HIF-1α、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和轉(zhuǎn)移相關(guān)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)的表達(dá)。結(jié)果顯示間歇性缺氧組腫瘤數(shù)目和體積均明顯增加，基質(zhì)金屬蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2)活性增強(qiáng)，VEGF水平明顯升高。表明間歇性缺氧增強(qiáng)了肺癌小鼠模型中腫瘤的增殖和遷移特性。VEGF在促進(jìn)血管生成中起著主導(dǎo)作用，血管的供應(yīng)及新血管的生成對(duì)于機(jī)體起著至關(guān)重要的穩(wěn)態(tài)作用。將注射人肺腺癌A549細(xì)胞的小鼠暴露在間歇性缺氧中，維持最低的氧濃度為5%，交替周期為2 min，6 h/d，連續(xù)28 d ，ALKBH5在小鼠皮下腫瘤中升高。模擬嚴(yán)重OSA[最低7.5%氧氣，缺氧40 s，常氧80 s，30次/h，SpO最低值為(55.5±4.8)%]的間歇性缺氧可顯著增加小鼠肺的自發(fā)成瘤率。Campillo等的研究結(jié)果顯示，在間歇性缺氧條件下(5%氧氣，缺氧20 s，復(fù)氧40 s，6 h/d，連續(xù)1周)，OSA小鼠肺癌模型的腫瘤生長(zhǎng)和侵襲增加。為探討內(nèi)皮抑素(endostatin,ED)在間歇性缺氧條件下的抗腫瘤效果，將小鼠隨機(jī)分為4組：對(duì)照(control,CTL)組、CTL+ED組、間歇性缺氧組和間歇性缺氧+ED組。間歇性缺氧組和間歇性缺氧+ED組給予間歇性缺氧8 h/d，共5周。間歇性缺氧周期為氮?dú)?0 s，靜息10 s，氧氣10 s，壓縮空氣50 s。在間歇性缺氧暴露1周后，給每只小鼠注射Lewis肺癌細(xì)胞，之后腹腔注射ED。ED治療可降低血清和組織VEGF水平。該研究表明間歇性缺氧條件下，ED的抗腫瘤作用優(yōu)于常氧條件下的抗腫瘤作用。

4 OSA影響肺癌的機(jī)制

4

.

1

缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor,HIF)家族 HIF作為細(xì)胞對(duì)缺氧反應(yīng)的關(guān)鍵介質(zhì)，很可能是間歇性缺氧中改變腫瘤行為的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。HIF調(diào)節(jié)失調(diào)也可能與間歇性缺氧，特別是與OSA有關(guān)。在腫瘤中，HIF活性通過(guò)常見(jiàn)的腫瘤抑制基因或功能獲得突變而增加。這條途徑增加了HIF-1α蛋白的合成，即使常氧條件下也能形成HIF-1α。在A549細(xì)胞中，急性缺氧時(shí)，HIF-1α和缺氧誘導(dǎo)因子-2α(hypoxia-inducible factor-2α,HIF-2α)均被強(qiáng)烈誘導(dǎo)，但在長(zhǎng)時(shí)間缺氧過(guò)程中，HIF-1α水平下降，而HIF-2α水平保持穩(wěn)定。HIF-1α水平的逐漸降低歸因于一個(gè)負(fù)反饋環(huán)，其中HIF-1α的失穩(wěn)是由HIF-1α特異性反義RNA介導(dǎo)的，該反義RNA的表達(dá)被HIF-1α和HIF-2α RNA蛋白轉(zhuǎn)錄激活。對(duì)高表達(dá)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶亞基NOX1的A549細(xì)胞間歇性缺氧中HIF-1α和NRF2的調(diào)控和干擾進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)持續(xù)性缺氧僅誘導(dǎo)產(chǎn)生HIF-1α，而間歇性缺氧則誘導(dǎo)HIF-1α和NRF2產(chǎn)生。HIF-1α和HIF-2α均能促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移。不同的HIF-1α敲除傾向于減少腫瘤生長(zhǎng)，減少轉(zhuǎn)移和降低腫瘤發(fā)病率。

4

.

2

程序性死亡受體1(programmed cell death protein 1,PD-1)/程序性死亡配體 1(programmed death-ligand 1,PD-L1) 在OSA患者中，間歇性缺氧通過(guò)上調(diào)PD-1及PD-L1影響免疫監(jiān)視。為了檢測(cè)間歇性缺氧條件下腫瘤PD-L1的表達(dá)，將小鼠隨機(jī)分為常氧組和間歇性缺氧組。間歇性缺氧周期為氮?dú)?0 s，維持10 s，氧氣10 s，壓縮空氣50 s，最低氧濃度為(6±1)%，持續(xù)5周。在間歇性缺氧暴露1周后每只小鼠注射肺癌細(xì)胞，結(jié)果顯示與常氧組相比，間歇性缺氧組小鼠PD-L1表達(dá)增強(qiáng)。間歇性缺氧組腫瘤重量、體積和HIF-1α水平與PD-L1表達(dá)密切相關(guān)。間歇性缺氧可增強(qiáng)擬OSA小鼠腫瘤PD-L1的表達(dá)。在一項(xiàng)多中心觀察研究中納入360例皮膚黑色素瘤患者，檢測(cè)了血清可溶性程序性死亡配體 1(soluble programmed death ligand 1,sPD-L1)水平，結(jié)果顯示重度OSA患者sPD-L1水平高于非重度OSA患者及非OSA患者。sPD-L1可能成為預(yù)測(cè)皮膚黑色素瘤侵襲性的潛在生物標(biāo)志物。理論上PD-L1表達(dá)越高，腫瘤細(xì)胞免疫抑制越強(qiáng)，因此PD-L1也被多數(shù)試驗(yàn)首選為治療效果的評(píng)估指標(biāo)。多個(gè)針對(duì)非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)的PD-1/PD-L1抑制劑Ⅱ/Ⅲ期研究都發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞PD-L1高表達(dá)患者在無(wú)進(jìn)展生存期(progression-free survival,PFS)、總生存期(overall survival,OS)或客觀緩解率(objective response rate,ORR)等方面較低表達(dá)患者有優(yōu)勢(shì)。PD-1/PD-L1抑制劑可有效延緩腫瘤生長(zhǎng)，延長(zhǎng)生存期限。由于PD-1/PD-L1抑制劑能夠阻斷腫瘤細(xì)胞與T細(xì)胞的結(jié)合，使T細(xì)胞持續(xù)識(shí)別并清除腫瘤細(xì)胞，間歇性缺氧會(huì)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞PD-L1的表達(dá)，所以推測(cè)PD-1/PD-L1抑制劑對(duì)間歇性缺氧下肺癌的治療可能會(huì)有明顯效應(yīng)。

4

.

3

腫瘤微環(huán)境 目前的研究已經(jīng)確定免疫系統(tǒng)，特別是腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages,TAMs)，參與多種癌癥發(fā)生發(fā)展過(guò)程。一項(xiàng)小鼠肺上皮細(xì)胞1腫瘤模型和細(xì)胞培養(yǎng)的研究證實(shí)，TAMs的存在不僅與增殖和侵襲的增加有關(guān)，而且還表明與間歇性缺氧相關(guān)的TAMs極性的改變?cè)隗w內(nèi)腫瘤發(fā)生中起著重要作用。暴露于間歇性缺氧的小鼠腫瘤中的TAMs顯示出從M1抗腫瘤表型向M2b促腫瘤表型的極性轉(zhuǎn)變。在間歇性缺氧條件下，OSA小鼠肺癌模型的腫瘤生長(zhǎng)和侵襲增加部分是由環(huán)氧化酶-2( cyclooxygenase-2,COX-2)的激活導(dǎo)致TAMs向親腫瘤M2表型轉(zhuǎn)變。塞來(lái)昔布通過(guò)抑制間歇性缺氧誘導(dǎo)的TAMs向M2極化來(lái)預(yù)防間歇性缺氧誘導(dǎo)的不良腫瘤結(jié)局。與暴露于常氧的小鼠的腫瘤相比，來(lái)自暴露于間歇性缺氧的小鼠的TAMs在增加癌細(xì)胞遷移和外滲方面能夠顯示出更大的效果。

4

.

4

氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激驅(qū)動(dòng)在OSA患者發(fā)生惡性腫瘤的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。在OSA患者中發(fā)現(xiàn)了DNA氧化和損傷的標(biāo)志物增加。此外，在睡眠呼吸暫停的炎癥背景下可能增加誘導(dǎo)DNA氧化之后的突變概率，從而增加細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的可能性。間歇性缺氧暴露的小鼠增加了血循環(huán)中循環(huán)DNA(circulating DNA,circDNA)的脫落，這種循環(huán)攜帶表觀遺傳修飾。這些修飾可能是腫瘤內(nèi)細(xì)胞群的特征，也是腫瘤侵襲行為增加的基礎(chǔ)。有研究表明氧化應(yīng)激可導(dǎo)致ROS生成增多，而增多的ROS通過(guò)激活蛋白激酶 B進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。在氧化應(yīng)激對(duì)肺癌細(xì)胞凋亡的影響中發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激能夠促進(jìn)細(xì)胞的凋亡、增高細(xì)胞內(nèi)Ca濃度，從而啟動(dòng)肺癌細(xì)胞的凋亡信號(hào)通路，參與肺癌發(fā)生與發(fā)展的全過(guò)程。氧化應(yīng)激是肺癌的重要致病因素，但關(guān)于氧化應(yīng)激的不同水平對(duì)肺癌嚴(yán)重程度的影響仍有待進(jìn)一步的研究。

5 結(jié)語(yǔ)

目前文獻(xiàn)中關(guān)于間歇性缺氧如何影響動(dòng)物和細(xì)胞模型中癌癥進(jìn)展的大部分?jǐn)?shù)據(jù)集中在模擬腫瘤生長(zhǎng)過(guò)程中氧的變化，鑒于間歇性缺氧引發(fā)的一些分子機(jī)制可能取決于暴露于間歇性缺氧的頻率，需要建立模擬真實(shí)OSA患者的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。間歇性缺氧下HIF、PD-1/PD-L1、腫瘤微環(huán)境及氧化應(yīng)激等因素會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)肺癌的惡性病變。然而PD-1/PD-L1抑制劑對(duì)OSA合并肺癌患者的治療效果尚不清楚，需要進(jìn)行細(xì)胞、動(dòng)物及患者三個(gè)水平進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探索。積極針對(duì)間歇性缺氧相關(guān)機(jī)制的治療方案對(duì)降低肺癌發(fā)病率和病死率，改善預(yù)后，提高肺癌患者生活質(zhì)量具有重要意義。