肺癌中相关凋亡分子的新近研究进展

史新惠(综述)，王 芳(审校)

(国家临床检验重点专科 南京医科大学第一附属医院医学检验科，南京 210029)

细胞凋亡是一种由基因调控的高度保守的细胞主动死亡过程，它调控机体的生长发育，维持组织同源性。凋亡过程的紊乱,参与了包括肿瘤在内的许多疾病的发生、发展。肺癌是常见的肺部原发性恶性肿瘤之一，细胞凋亡的紊乱同样在肺癌的发生、发展过程中发挥了重要作用，为深入了解肺癌细胞凋亡过程紊乱的分子机制，该文对肺癌中几种重要的凋亡分子进行综述。

1 细胞凋亡与肿瘤

细胞凋亡是受基因控制的一种程序性的死亡过程，机体可以通过凋亡清除体内异常的细胞，维持机体内环境的稳定，防止疾病的发生。而凋亡抑制或缺失则会引起疾病，如肿瘤、自身免疫性疾病等。能引发凋亡的信号途径有多个，如死亡受体途径，线粒体途径，核介导的凋亡途径[胱天蛋白酶(caspase)2,p53]，内质网介导的凋亡途径，溶酶体介导的凋亡途径，其中死亡受体途径和线粒体途径是研究比较多的凋亡途径。参与这些途径的某些重要凋亡相关分子一旦发生缺失或者突变，将导致凋亡过程的紊乱而导致疾病的发生。

研究表明肿瘤细胞涉及凋亡通路中多种分子的改变，包括B细胞淋巴瘤(B-cell lymphoma，Bcl)-2家族促凋亡和抑凋亡基因表达失衡、抑癌基因p53突变或缺失[1]、凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis proteins，IAPs)的异常表达，死亡受体的改变及caspase活性的改变等[2]。研究证实，结肠癌和胃癌中存在Bax和Bak突变，Bax缺失加速了p53突变型小鼠模型中脑肿瘤的增长；Bid缺失小鼠更容易发生慢性单核细胞白血病[3]。Bcl-2不仅在B细胞淋巴瘤，还在其他多种肿瘤(如霍奇金淋巴瘤、肾细胞癌及乳腺癌)中过表达，且与肿瘤的侵袭性、低存活率和内分泌治疗抵抗有关[4]。此外，原发性肝癌有死亡受体分子CD95的缺失；在79%的侵袭性食管癌患者中只有不到5%的食管癌细胞中有CD95分子，且其与浸润深度和淋巴结转移具有相关性；在成人T细胞淋巴瘤中有CD95突变，在结肠癌、卵巢癌、宫颈癌、子宫内膜癌和黑色素瘤中也都存在CD95表达下调。而相应的死亡受体配体分子FasL则在很多肿瘤中过表达，如原发性肝癌、食管癌、乳腺癌、黑色素瘤、星形细胞瘤、转移性结肠癌及胃癌等[5]。研究还证明，在黑色素瘤、白血病、胶质母细胞瘤和宫颈癌等癌细胞中有凋亡蛋白酶活化因子1的下调[6]。

2 肺癌中的凋亡相关分子

肺癌是常见的肺原发性恶性肿瘤之一，每年全世界因肺癌导致的死亡患者有140万，约占所有恶性肿瘤死亡的18%[7]。同其他恶性肿瘤一样，肺癌的发生是一个长期的多因素形成的分阶段的过程，包括癌基因的激活，肿瘤抑制基因的失活，以及凋亡调节和DNA修复基因的改变等，其中细胞的增殖与凋亡之间的失衡，即细胞凋亡的紊乱性发生在肺癌发展中起到重要作用。而凋亡的发生则是受到促凋亡蛋白和抑凋亡蛋白等因素综合调控作用的结果。现就肺癌细胞中几种重要的凋亡相关分子进行具体阐述。

2.1Caspase家族 Caspase家族蛋白是凋亡过程关键的执行者之一，在细胞中以酶原的形式合成，在凋亡诱导信号的刺激下通过特异性的剪切发生活化级联反应，最终作用于细胞内一系列结构蛋白和功能蛋白，导致凋亡的发生。在死亡受体途径介导的凋亡中，死亡受体信号导致caspase-8的活化，活化的caspase-8激活效应caspase，如caspase-3、-6、-7，同时caspase-8、-10的活化可以促进线粒体途径的激活。在线粒体途径介导的凋亡中，caspase的活化是由细胞色素C的释放所启动，多种不同的凋亡刺激信号诱导线粒体细胞色素C的释放，细胞色素C与凋亡蛋白酶活化因子1结合而募集并活化caspase-9，进而活化caspase-3凋亡效应蛋白。

Sirzén等[8]利用16种肺癌细胞系研究了小细胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)和非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)中的前体caspase-2、-3、-6、-7、-9的表达，观察到SCLC和NSCLC之间没有差别，然而，前体caspase-1、-4、-10只在NSCLC细胞系表达，前体caspase-8只在NSCLC细胞系中表达(除SCLC细胞系U1285)，而前体caspase-3在SCLC和NSCLC均被检测到。因此，直接活化caspase-3介导的凋亡或许是治疗肺癌的有效策略。Putt等[9]首先发现了一种小分子，即PAC-1，可以直接活化前体caspase-3，通过诱导凋亡能显著抑制肺癌细胞的增殖。

Caspase-9是由CASP9基因编码，表达两种相互对抗的蛋白质亚型，促凋亡的caspase-9a和促生存的caspase-9b。Caspase-9b缺乏催化活性，但仍保留关键的相互作用的结构域，即caspase募集结构域和凋亡体蛋白相关因子1结构域。Caspase-9b通过竞争性结合凋亡体而抑制caspase-9a的活化，并可能通过与caspase-9a形成异二聚体,使caspase-9a不能发生自身活化。Shultz等[10]研究发现，在很多NSCLC肿瘤患者中caspase-9a/9b mRNA的比值极大降低，caspase-9a的活性显著减小，而caspase-9b在NSCLC细胞的致瘤活性和化疗敏感性上发挥重要作用，这为针对肺癌相关的caspase-9b的特异性靶向治疗提供了理论依据。

2.2Bcl-2家族蛋白 Bcl-2家族蛋白是凋亡重要的调节因子，它的抗凋亡和促凋亡成员决定着细胞的生存和死亡。Bcl-2家族蛋白在线粒体水平发挥调节凋亡的作用。Bax和Bak是促凋亡蛋白，接收到死亡信号后可以在线粒体膜上通过形成寡聚体，导致细胞色素C从线粒体释放，直接诱导凋亡，线粒体凋亡途径可以被抗凋亡的Bcl-2亚家族成员，如Bcl-2和Bcl-xL通过作用于Bax和Bak所抑制。研究表明Bcl-2在非小细胞肺癌和小细胞肺癌中过度表达[11]。Joseph等[12]研究证实，Bcl-2蛋白在SCLC(65%～90%)中的表达远远高于在NSCLC(15%～46%)中的表达，且鳞癌中的表达水平远高于在腺癌中的表达。由于Bax是促凋亡蛋白，Bcl-2/Bax的比值可作为肺癌治疗中的预测指标。与NSCLC相比，SCLC中Bax的低表达导致Bcl-2/Bax比值升高，然而这一比值与降低的凋亡指标没有确切的相关性。

研究还发现，Bcl-2转染的SCLC细胞系对于抗癌药物引起的凋亡具有明显的抵抗性，而转染了Bcl-2寡聚核苷酸反义引物的SCLC和NSCLC细胞系则表现出对药物促凋亡的敏感性[13]。这些结果表明，抑制Bcl-2蛋白可以抑制癌细胞的生存使之死亡。目前已有很多Bcl-2家族抗凋亡蛋白的小分子抑制剂，例如ABT-263(生根粉263，Navitoclax)是一种有效的Bcl-2家族蛋白的小分子抑制剂，与Bcl-2和Bcl-xL有很高的亲和性[14]。Chiappori等[15]在研究中表明，奥巴克拉(obatoclax)作为一种Bcl-2抑制剂，在与卡铂-依托泊苷联合应用时能够有效提高对SCLC肿瘤细胞的杀伤作用，可进一步应用于今后SCLC治疗的研究中。

2.3IAP家族 人类基因组编码8种不同的IAP，其中XIAP、cIAP1和cIAP2含有三个杆状病毒重复序列(baculovirus-IAP repeat，BIR)结构域，是强有力的细胞死亡抑制剂。最近研究报道，XIAP是唯一能够直接抑制caspase水解活性的IAP，cIAP1和cIAP2的抗凋亡潜力依赖于它们的E3泛素化连接酶活性[16]。

研究表明，在包括肺癌在内的几种肿瘤细胞中均可检测到过表达的IAPs，其中存活蛋白在肺癌中呈高表达[17]。在NSCLC的患者中，大部分(85.5%)肿瘤标本发现有存活蛋白基因转录，而对照组(组织病理学正常的肺癌标本)中只有12%有存活蛋白基因转录[17]。跟其他IAP蛋白一样，存活蛋白也能抑制终末效应caspase-3、caspase-7，它的缺失和肺癌良好的预后有相关性[17]。另有研究表明，凋亡抑制蛋白中的存活蛋白在NSCLC患者血清中与健康对照相比没有升高，而在化疗中发现存活蛋白表达水平降低，尤其是对化疗敏感的患者[18]。研究还表明，在手术治疗后的NSCLC存活蛋白的表达是病情恶化的预后因素[19]。抑制存活蛋白的表达能显著提高NSCLC患者的总体存活率，因此存活蛋白是肺癌治疗的重要靶点。YM 155是一种存活蛋白抑制剂，可特异性抑制存活蛋白 mRNA水平和蛋白水平的表达[20]，YM 155治疗可能与促进caspase介导的凋亡有关。另外，以XIAP为靶点的治疗也已展现出抗肺癌细胞活性的潜力[21]。

2.4p53突变 肿瘤抑制基因p53位于人第17染色体的短臂，编码在G1期阻断细胞周期的核蛋白并通过转录活化多种其他抑制生长和诱导凋亡的基因来诱导细胞凋亡，其在细胞周期检测点、凋亡及DNA修复和重组中发挥至关重要的作用[22]。p53在凋亡中的作用主要是转录活化某些促凋亡的Bcl-2家族蛋白，包括Bax、Puma和Noxa等。另外，p53在细胞质中可直接作用于Bax/Bak，从而导致线粒体透化作用[23]。p53也可以诱导很多死亡效应器的表达，并促进死亡受体(CD95、死亡受体5)和线粒体(凋亡蛋白酶活化因子1、BAX)凋亡通路的活化。因此，p53的失活可能是肿瘤(包括肺癌)最常用的防止发生凋亡的方法。

p53基因突变发生在60%～70%肺鳞癌，50%～70%肺腺癌和75%小细胞肺癌中[24]。p53基因突变在吸烟相关的肺癌中比从未吸烟的肺癌中更普遍存在，吸烟相关的肺癌以高频率的异位突变为特征，从未吸烟的肺癌则以高比例的转换突变为特征[25]。在p53突变的肺癌细胞中利用反转录病毒p53载体恢复野生型p53基因的表达，可以抑制癌细胞生长并诱导细胞凋亡。

2.5死亡受体分子 死亡受体属于肿瘤坏死因子受体超家族，它们有相似的富含半胱氨酸的胞外结构域，胞内部分都含有约80个氨基酸残基组成的死亡结构域，其家族成员包括Fas/CD95、DR5、DR4、DR3和肿瘤坏死因子受体1等。它们与相应的配体结合后聚合形成三聚体，通过一系列的信号转导过程，将凋亡信号向细胞内部传递，最终引起细胞凋亡的执行者caspase家族的活化，这些蛋白酶剪切相应的底物，使细胞发生凋亡。

死亡受体的改变在肿瘤，尤其是在导致肿瘤细胞逃避炎性反应的分子机制中有重要意义，死亡受体的减少能够保护细胞免受炎症系统的侵袭，而表达上调的死亡配体能够杀灭炎性反应的细胞。研究表明，CD95在超过90%的肺癌中表达下调[26]。CD95信号通路的缺失也可能是死亡诱导信号复合物中其他成分改变而导致的结果。研究表明，在非小细胞肺癌中有Fas死亡结构域相关蛋白突变，且磷酸化Fas死亡结构域相关蛋白与肺腺癌不良预后具有相关性[27]。关于死亡受体在肺癌中的表达及意义还需要更多深入的研究。

3 展 望

对于肺癌分子基础的不断研究已经使人们对肺癌发生、发展过程中失调的信号通路网络有了更深入的认识。进一步对肺癌中凋亡相关分子的表达进行深入地研究，有助于不断揭示细胞凋亡复杂的分子机制，有助于进一步研究肺癌发生、发展的分子基础，并且可以对肺癌的发生过程进行适当调控，这对于抗肺癌药物的研制和肺癌的预防和治疗有至关重要的作用。

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