任善發(fā), 崔夢奇, 暴嘉麗, 王 明, 肖 婷, 周紅剛

(南開大學(xué)藥物化學(xué)生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 天津 300381)

特發(fā)性肺纖維化 (Idiopathic pulmonary fibrosis,IPF) 是一種病因不明的慢性進(jìn)行性纖維化間質(zhì)性肺炎,其發(fā)病率和死亡率隨著年齡的增長而增加,并且多發(fā)于中老年人(55～75歲)[1]。肺纖維化主要表現(xiàn)為肌成纖維細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)沉積,促進(jìn)肺部重塑及纖維化的斑片狀區(qū)域的進(jìn)展。肺纖維化患者診斷后3～5年的存活率為20～30%,中位生存期為2～5年。在肺纖維化患者中肺部其他疾病的發(fā)生率比正常人群顯著提高,最為經(jīng)典的就是肺癌(lung cancer,LC)。目前有調(diào)查顯示肺纖維化患者中肺癌發(fā)病率為2.7%至48%,較普通人患肺癌的發(fā)病率(2.0%～6.4%)明顯升高。肺纖維化合并肺癌給患者的生活質(zhì)量帶來嚴(yán)重威脅,并且提高了患者的死亡率。肺纖維化中位生存時間為38個月,肺癌中位生存期為26個月,肺纖維化合并肺癌的中位生存時間僅為13.1個月。近年來,不斷有研究發(fā)現(xiàn)肺纖維化和肺癌在發(fā)病機(jī)制以及信號通路上存在很多相似性。鑒于此,深入研究肺纖維化與肺癌疾病共同的調(diào)控機(jī)制,開發(fā)靶向二者共同關(guān)鍵調(diào)控環(huán)節(jié)的新型干預(yù)策略,有望成為控制肺纖維化合并肺癌疾病的重要研究方向。

1 肺纖維化與肺癌共同的細(xì)胞過程

1.1上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-Mesenchymal Transition,EMT):上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-Mesenchymal Transition,EMT)是指上皮細(xì)胞通過特定程序失去細(xì)胞極性和細(xì)胞間黏附,并獲得遷移和侵襲特性成為間充質(zhì)細(xì)胞的生物學(xué)過程。EMT是一種廣泛參與機(jī)體生理性調(diào)節(jié)和病理性改變的重要機(jī)制,在生理學(xué)方面,EMT可引起胚胎形成、傷口愈合和組織再生。在病理學(xué)方面,能引起組織纖維化、腫瘤發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移及耐藥性的形成。肺的最遠(yuǎn)端區(qū)域是復(fù)雜的肺泡系統(tǒng),肺泡上皮細(xì)胞分為Ⅰ型和Ⅱ型,Ⅰ型提供薄壁氣體交換表面,Ⅱ型充當(dāng)干細(xì)胞,有助于肺泡的更新和修復(fù)。肺纖維化的特點(diǎn)是大量的肌成纖維細(xì)胞在肺組織中持續(xù)激活,并且分泌大量的細(xì)胞外基質(zhì)成分比如I型膠原蛋白。一種現(xiàn)代理論認(rèn)為,組織損傷會伴隨著轉(zhuǎn)化生長因子(TGF-β)的產(chǎn)生,TGF-β會誘導(dǎo)上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化(EMT)即成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞,繼而促進(jìn)纖維增殖。許多研究已經(jīng)表明Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞能夠在TGF-β的刺激下,分化成為纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞并產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)[2]。最后,有幾種新興理論認(rèn)為肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞、胸膜間皮細(xì)胞或肺周細(xì)胞是肺纖維化中肌成纖維細(xì)胞的重要來源[3]。癌癥的轉(zhuǎn)移與侵襲是癌癥難以治愈的關(guān)鍵原因,而EMT在此過程中發(fā)揮著重要作用。癌細(xì)胞在多種因素和細(xì)胞因子的誘導(dǎo)下發(fā)生EMT過程。在肺癌中,EMT信號的激活主要有TGF-β,IL-6,Ras,EGFR和AKT等。這些不同的生長因子激活不同的信號通路,從而激活轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子來直接或者間接的增加EMT-TFs的表達(dá)進(jìn)而誘發(fā)EMT。EMT-TFs的過表達(dá)會有助于肺癌惡性腫瘤特性如侵襲性,轉(zhuǎn)移性和干性的發(fā)生[4]。此外,大量實(shí)驗(yàn)顯示,肺癌的耐藥性與EMT也存在關(guān)聯(lián),這種抗性依賴于MCL1介導(dǎo)的抗凋亡途徑[5]。

1.2細(xì)胞增殖:有非常多的證據(jù)表明在肺纖維化和肺癌患者中都觀察到了增殖信號通路的持續(xù)激活。事實(shí)上,肌成纖維細(xì)胞通過自分泌TGFβ1維持其自身的生長,并部分喪失產(chǎn)生抗纖維化前列腺素E2(PGE2)的能力[6]。此外,它們對PGE2的抑制活性和其他抗增殖信號缺乏反應(yīng)。此外,血小板衍生生長因子(PDGF)、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)也與肺成纖維細(xì)胞的持續(xù)增殖信號傳導(dǎo)有關(guān)。癌細(xì)胞的異常增殖和持續(xù)的增殖信號可以說是癌細(xì)胞最基本的特征。

1.3細(xì)胞間通訊異常:細(xì)胞間通道由連接蛋白(Cxs)家族的蛋白質(zhì)組成,為細(xì)胞的代謝和電耦合提供條件。Cxs是細(xì)胞增殖和組織修復(fù)所必需的蛋白家族。其中,Cx43在成纖維細(xì)胞膜上含量最多,參與組織修復(fù)和傷口愈合。在傷口部位,Cx43的降低促進(jìn)受損皮膚組織的修復(fù),增加細(xì)胞增殖和角質(zhì)形成細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的遷移。因此,Cx43的下調(diào)與TGF-β表達(dá)水平的增加和膠原蛋白的產(chǎn)生與肌成纖維細(xì)胞分化的加速有關(guān),三者共同促進(jìn)組織修復(fù)與傷口愈合[7]。在IPF成纖維細(xì)胞中,Cx43表達(dá)強(qiáng)烈下調(diào),導(dǎo)致成纖維細(xì)胞增殖失去控制,從而造成傷口的異常修復(fù),形成肺纖維化病灶。同樣,小鼠和人肺癌的癌細(xì)胞系的Cx43表達(dá)水平同樣下降,這導(dǎo)致細(xì)胞間通訊減少,細(xì)胞從接觸抑制中得到釋放,進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞不受控制的增殖[8]。

1.4組織損傷與凝血級聯(lián):肺泡結(jié)構(gòu)的損傷會導(dǎo)致血管通透性增加,在傷口愈合的早期階段,內(nèi)皮和上皮損傷會激活凝血級聯(lián)反應(yīng),然后通過內(nèi)皮細(xì)胞和內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPC)的增殖形成新血管。凝血蛋白酶對傷口愈合具有多種細(xì)胞作用。特別是,組織因子依賴性途徑是肺纖維化發(fā)病機(jī)制的核心,并促進(jìn)促凝狀態(tài),同時纖溶酶原激活、活性纖溶和蛋白C的抑制劑水平增加。通過一系列的凝血級聯(lián)反應(yīng),促凝/纖溶失衡,蛋白酶激活受體家族收到活化后誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞分化為肌成纖維細(xì)胞,導(dǎo)致肺纖維化的發(fā)生[9]。

肺癌和血栓形成之間的關(guān)聯(lián)自1865年就已得到認(rèn)可。它被認(rèn)為是雙向關(guān)聯(lián)；癌癥與靜脈血栓栓塞(VTE)的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān),而凝血級聯(lián)反應(yīng)的激活會增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的增殖、血管生成和轉(zhuǎn)移。尤其是蛋白酶激活受體(PARs)家族在癌癥領(lǐng)域的研究已經(jīng)有很多,實(shí)驗(yàn)表明在肺癌患者的肺組織中PARs的表達(dá)量比正常組織高很多[10]。因此針對PARs靶點(diǎn)也開發(fā)了很多抗凝策略來治療肺癌與肺纖維化。

1.5炎癥反應(yīng):炎癥是一種免疫反應(yīng),用于修復(fù)由感染因子、環(huán)境刺激和內(nèi)源性刺激物引起的組織損傷。無法解決的急性炎癥會導(dǎo)致慢性炎癥,其特征是炎癥組織微環(huán)境中巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的持續(xù)激活以及促炎細(xì)胞因子IL-1β、IL-6、IL-17和TNF-α水平升高。在肺纖維化和肺癌發(fā)生發(fā)展過程中都伴隨著慢性炎癥的癥狀。研究發(fā)現(xiàn)[11],肺纖維化中最主要的炎癥細(xì)胞為M2表型巨噬細(xì)胞,它會產(chǎn)生有助于炎癥反應(yīng)的細(xì)胞因子,導(dǎo)致組織微環(huán)境中上皮細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞和免疫細(xì)胞之間穩(wěn)態(tài)相互作用的崩潰,從而導(dǎo)致成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變進(jìn)而導(dǎo)致肺纖維化,造成細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)成分沉積。在肺癌中也發(fā)現(xiàn)了M2表型巨噬細(xì)胞,并促進(jìn)血管生成、激活間充質(zhì)細(xì)胞、重塑基質(zhì)和抑制效應(yīng)T細(xì)胞反應(yīng)的能力來支持腫瘤生長。另一方面,浸潤性T淋巴細(xì)胞在腫瘤進(jìn)展和抑制中起著至關(guān)重要的作用。盡管它們在肺纖維化中的作用仍不清楚,但是在肺纖維化的初始階段觀察到T淋巴細(xì)胞數(shù)量和功能缺失[12]。

2 肺纖維化與肺癌共同的信號通路

研究發(fā)現(xiàn),肺纖維化與肺癌存在許多共同信號通路的異常激活,主要包括Wnt/β-catenin通路、Sonic Hedgehog(Shh)通路、Notch通路、PI3K/AKT/mTOR通路、TGF-β/smad通路等。

2.1Wnt/β-catenin 通路:Wnt/β-catenin 通路在肺纖維化和肺癌患者的肺組織中均存在過度表達(dá)。該通路調(diào)節(jié)參與組織侵襲的分子的表達(dá),如基質(zhì)溶解素、層粘連蛋白和細(xì)胞周期蛋白-D1,從而誘導(dǎo)EMT過程。在肺纖維化中,氣管損傷誘導(dǎo)的Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞中的經(jīng)典通路就是Wnt/β-catenin信號激活促進(jìn)間質(zhì)成纖維細(xì)胞的激活,而持續(xù)性刺激,最終導(dǎo)致肺纖維化。經(jīng)典Wnt/β-catenin信號的激活會促進(jìn)血管周圍的成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變,這也導(dǎo)致ECM積累和肺纖維化形成[13]。Wnt信號通路在肺癌中被激活后,通路相關(guān)蛋白TCF/LEF在肺癌模型中表達(dá)顯著增加,從而激活Sox-2、c-myc、cyclin D1等下游靶基因的轉(zhuǎn)錄。其中關(guān)鍵分子Wnt1、β-catenin、cyclin D1 及Sox-2在肺癌組織中的表達(dá)量均有不同程度的升高[14]。

2.2Sonic Hedgehog (Shh)通路:Shh通路也在肺纖維化中異常激活。Shh通路的過度表達(dá)促進(jìn)了上皮細(xì)胞對凋亡的易感性增加和成纖維細(xì)胞對凋亡的抵抗力增加[15]。該通路也在腫瘤發(fā)生的早期被癌癥干細(xì)胞重新激活,并通過旁分泌作用影響其他腫瘤細(xì)胞,導(dǎo)致腫瘤生長、腫瘤擴(kuò)散和EMT[16]。在肺癌中,shh通路的重新激活參與了對肺癌的所有主要治療的抗性的發(fā)展。

2.3Notch通路:Notch通路也在成纖維細(xì)胞中重新激活,并誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞中的α-SMA表達(dá),并介導(dǎo)成纖維細(xì)胞的EMT[17]。同樣,Notch信號通路的異常表達(dá)是NSCLC患者中相對常見的事件。Notch信號可促進(jìn)NSCLC細(xì)胞的增殖或抑制NSCLC細(xì)胞的凋亡。已經(jīng)證明,Notch信號通路的成員可能是預(yù)測NSCLC患者進(jìn)展和預(yù)后的潛在生物標(biāo)志物。

2.4PI3K/AKT/mTOR通路:PI3K/AKT/mTOR通路在肺纖維化等纖維增殖性疾病中也表現(xiàn)出失調(diào)。具體而言,TGF-β可能激活細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶1和2(ERK1/2),該通路的靶基因激活其他信號通路,包括調(diào)節(jié)增殖的磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/Akt通路和細(xì)胞凋亡。在用TGF-β刺激后,PI3K在增殖和分化為肌成纖維細(xì)胞中的作用已得到證實(shí)[18]?？诜I3K通路抑制劑可顯著預(yù)防博萊霉素誘導(dǎo)的大鼠肺纖維化。PI3K/AKT/mTOR通路的失調(diào)也涉及NSCLC,并且與癌癥轉(zhuǎn)移和侵襲有關(guān)。此外,該通路的異常在鱗狀細(xì)胞肺癌(SQC)中比在肺腺癌(ADC)中更常見[19]。目前已經(jīng)使用PI3K通路作為靶點(diǎn)開發(fā)了治療性抑制劑,并且正在許多癌癥中評估它們對腫瘤生長和存活的影響。

2.5TGF-β/Smad通路:研究表明,TGF-β表達(dá)水平在肺纖維化病變的區(qū)域大大提高。TGF-β通過促進(jìn)胞外基質(zhì)受體的轉(zhuǎn)錄、翻譯和蛋白形成,從而促進(jìn)ECM的沉積或者通過選擇性抑制膠原酶的合成、誘導(dǎo)膠原酶抑制物的產(chǎn)生或抑制蛋白酶抑制劑表達(dá)與激活,最終使膠原降解減少,有效的促進(jìn)了ECM介導(dǎo)肺纖維化生成。此外,在肺纖維化中,TGF-β1調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞向肺損傷部位的募集,能夠抑制表面活性物質(zhì)形成并增加上皮細(xì)胞的凋亡,刺激成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化。

在肺癌發(fā)生的早期,TGF-β通過誘導(dǎo)正常和惡變前細(xì)胞的細(xì)胞停滯和細(xì)胞凋亡而起到腫瘤抑制作用。但是,當(dāng)癌細(xì)胞獲得致癌突變或失去腫瘤抑制基因功能時,TGF-β通過刺激腫瘤細(xì)胞的EMT而起到腫瘤促進(jìn)劑的作用。TGF-β是EMT的強(qiáng)啟動子,通過Smad或非Smad信號通路的TGF-β可以誘導(dǎo)幾種EMT-TF的表達(dá),例如Snail1,Snail2,Zeb1/2和Twist。遷移性和侵入性間充質(zhì)樣腫瘤細(xì)胞從原發(fā)性病變部位滲入血管或淋巴管,然后轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)處,從而形成轉(zhuǎn)移性腫瘤。

綜上所述,肺纖維化和肺癌都是嚴(yán)重的肺部疾病,并且肺纖維化患者有很大幾率會演化進(jìn)展為肺癌。本文綜述了肺纖維化與肺癌共同存在的細(xì)胞過程和信號通路,對尋找肺纖維化與肺癌共同靶點(diǎn)具有重要啟示意義。因此,對于肺纖維化合并肺癌患者,一方面需要研究抗癌藥物是否可能發(fā)揮有效的抗纖維化作用,另一方面,非常需要前瞻性地將目前已批準(zhǔn)的抗纖維化藥物(或正在研究的藥物)作為肺纖維化合并肺癌患者臨床試驗(yàn)治療的藥物。