慢性阻塞性肺疾病合并肺癌发病机制的研究进展

张瑶，刘学军

(1 山西医科大学第一临床医学院,太原 030001 ;2山西医科大学第一医院老年病科,太原 030001)

目前，慢性阻塞性肺疾病(chronic obstruction pulmonary disease，COPD)合并肺癌的发病率不断上升，但临床上COPD合并肺癌的患者却常常被漏诊。Cunningham等[1]研究指出，当COPD合并肺癌患者出现新症状时，人们常常认为新症状由COPD导致，因此，就诊时患者往往已发展至肺癌晚期，预后较差。COPD合并肺癌病死率高，治疗难度大，需在两种疾病基础上综合考虑治疗方案，但发病机制尚未完全清楚，因此探讨其发病机制有助于为进一步治疗提供新思路。本文从遗传因素与环境因素两个方面对COPD合并肺癌的发病机制进行阐述。

1 遗传易感性

1.1 α1-抗胰蛋白酶缺乏

COPD和肺癌的发病均涉及遗传因素。研究发现明确的遗传病因之一是α1-抗胰蛋白酶(α1-antitrypsin，A1AT)和胰蛋白酶失衡[2]，A1AT是弹性蛋白酶的生理抑制剂，可抑制蛋白酶降解弹性纤维蛋白。二者失衡使肺组织结构被破坏，产生肺气肿，而肺气肿是COPD合并肺癌的高危因素[3]。Yang等[4]在研究A1AT缺乏、烟草烟雾、COPD对肺癌发病风险的试验中，排除烟草烟雾暴露和COPD影响后，对1 856例肺癌患者进行研究，发现A1AT缺乏者中有70%～100%的风险患肺癌。然而，Mouronte-Roibás 等[5]对比单纯COPD和COPD合并肺癌患者的血清学标志物，发现COPD合并肺癌患者血清A1AT上升，目前对于A1AT上升的机制尚不清楚，而A1AT作为血清学标志物需要进一步探讨。

1.2 表观遗传变异

表观遗传变异中DNA甲基化和组蛋白修饰在COPD合并肺癌中具有重要作用。Mateu-Jimenez等[6]一项前瞻性研究对单纯肺癌和COPD合并肺癌2组患者进行检测，发现相对于单纯肺癌患者，合并COPD的患者miR-21(microRNA-21)、miR-200b(microRNA-200b)、miR-210(microRNA-210)和miR-let7c(microRNA-let7c)的表达和DNA甲基化程度更高，而下游标志物磷酸酯酶与张力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog，PTEN)、富含肉豆蔻酰基化丙氨酸的C激酶底物(myristoylated alanine rich protein kinase C substrate，MARCKs )、原肌球蛋白1(tropomyosins-1，TPM-1)、程序性细胞死亡因子4(programmed cell death 4，PDCD4)、侧支发芽因子同源物2(sprouty-2，SPRY-2)、E26转录因子1(E26-tansformation-specific-1，ETS-1)、E盒结合锌指蛋白2(zinc finger E-box binding homeobox-2，ZEB-2)、人成纤维细胞生长因子受体样蛋白1(fibroblast growth factor receptor like-1，FGFRL-1)、肝配蛋白A3(hephrin-A3，EFNA-3)、柯尔斯顿鼠肉瘤病毒致癌基因同源染色体(kirsten rat sarcoma viral oncoenge homolog，k-RAS)和抑癌基因P53的表达下调，并且这些生物标志物与肿瘤的生成、发展有关，说明COPD与肺癌之间存在潜在联系，COPD患肺癌的风险更大。

Tessema等[7]通过对单纯肺癌和COPD合并肺癌的冷冻肺肿瘤组织进行检测，发现单纯肺癌病例，从正常肺到肿瘤，异常甲基化发生率显著增加，而在COPD合并肺癌病例中，肿瘤的异常甲基化发生率进一步增加，并且与COPD相关的CCDC37和MAP1B表达降低可能使这些基因容易发生甲基化，进而导致肺癌。Sundar等[8]在实验中发现小鼠肺中香烟烟雾暴露可引起组蛋白H3和H4乙酰化和二甲基化，这些组蛋白修饰可能影响DNA的修复反应，进而影响基因的表达，在COPD和肺癌发病中起重要作用。DNA甲基化和组蛋白修饰在COPD合并肺癌的发病机制中的作用仍存在争议，进一步研究该机制可能对预防COPD向肺癌发展有所帮助。

1.3 全基因组关联分析

全基因组关联分析(genome-wide association study，GWAS)在COPD合并肺癌发病中起重要作用。Pillai等[9]对823个COPD病例组和810个吸烟对照组进行全基因组关联分析，并评估国际COPD遗传学中排名前100位的单核苷酸多态性(single polymorphism，SNP)，此研究确定了α-烟碱型乙酰胆碱受体(CHRNA 3/5)位点的两种单核苷酸多态性(rs8034191和rs1051730)与COPD发病的相关性，还观察到刺猬因子相互作用蛋白(recombinant hedgehog interacting protein，HHIP)基因座虽没有达到全基因组的显著性水平，但第4号染色体上的两个SNP(rs1828591和rs13118928)可能与COPD的发病有关。该研究不仅发现α-烟碱型乙酰胆碱受体(CHRNA 3/5)、刺猬因子相互作用蛋白与COPD患病风险有关，还发现CHRNA 3/5也与肺癌发生有关，且CHRNA 3/5上与肺癌风险有关的同一基因座，也与烟草消耗及尼古丁依赖有关。Yang等[10]将华南和华东人群分为COPD组、肺癌组和对照组，对位于CHRNA3基因中的两个SNP(rs6495309和rs1051730)进行基因分型，发现rs6495309CC和rs6495309CT/CC变异基因型分别与COPD和肺癌风险增加相关,且rs6495309CC基因型与COPD晚期阶段有关，rs6495309CT/CC基因型则赋予肺癌较低生存率。由此可见，CHRNA3基因和HHIP基因座对于COPD和肺癌发病相关，可能在COPD合并肺癌的发病机制中有潜在作用。

2 环境因素

2.1 香烟烟雾

香烟烟雾(cigarette smoke，CS)包含尼古丁、一氧化氮、氧化剂等4 500种成分，对肺泡毛细血管屏障通透性产生影响进而使肺组织产生炎症。众所周知，肺泡毛细血管屏障是氧气和二氧化碳的交换场所。Petecchia等[11]通过研究CS冷凝液对紧密连接的影响，发现反复的CS通过诱导表皮生长因子-细胞外信号调节激酶1/2信号通路直接损害黏着连接和紧密连接从而改变肺上皮通透性，而肺上皮通透性的改变可能导致上皮细胞和内皮细胞的损害进一步产生炎症。Orosz等[12]和Lu等[13]通过小鼠CS暴露实验，发现CS暴露使趋化因子如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白细胞介素-6(interleukin-6，IL-6)、白细胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)增加，进而通过还原型辅酶Ⅱ(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)氧化酶依赖的核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)转录激活内皮细胞，代谢活跃的肺内皮细胞是调节炎症的关键。Wang等[14]通过收集1 069例新诊断肺癌患者和1 132例年龄相匹配无癌对照者的临床资料，以吸烟状况和种族为基础，计算既往肺部疾病和肺癌之间关联的比值比，结果发现COPD可能会增加肺癌的发生风险，在吸烟者中这种相关性尤其明显。此外，增加的通透性和融入血液的毒物将会造成肺后续损伤，这表示肺屏障紊乱是CS对肺部损害的初步环节[15]，反复CS暴露及反复炎症是COPD合并肺癌的危险因素。CS本身作为一种有毒气溶胶与COPD合并肺癌发病相关，同时也可通过诱导肺部炎症引起COPD合并肺癌的发生。

2.2 炎症

2.3 氧化应激

氧化应激过程中可产生大量活性氧(reactive nitrogen species，ROS)和活性氮(reactive oxygen species，RNS)，ROS和RNS通过直接损伤细胞和诱导基因表达异常致癌。在COPD和肺癌中，炎症细胞的活化使ROS和RNS激活，激活的RNS和ROS造成细胞破坏及DNA不可逆损伤，这将导致错误的复制、不必要的转录和基因组的不稳定，而这些都是肺癌发生和转移的原因[20]。ROS和RNS使DNA双链断裂，导致细胞凋亡和衰老，衰老的细胞可以激活衰老相关的分泌表型(senescence-associated secretory phenotype，SASP)，SASP则会进一步促进促炎症细胞因子产生，使炎症细胞活化，形成一个正反馈[21，22]，从而产生更多氧化分子，导致组织损伤加重。Pastor等[23]通过研究单纯COPD或单纯肺癌、COPD合并肺癌及对照组的支气管肺泡灌洗液中蛋白质含量，发现15种参与ROS代谢的蛋白表达有所差异，这种差异在对照组和其他疾病组尤其明显，可见氧化应激在COPD合并肺癌中起着重要作用。ROS会加快细胞凋亡进程，使肺上皮细胞凋亡和肺气肿增加，氧化应激和炎症环环相扣，二者对COPD合并肺癌的发病互相促进。

3 其他因素

3.1 上皮间充质转化

经典的上皮间充质转化(epithelial mesenchymal transformation，EMT)通常表示上皮细胞通过特定程序转化为具有间质表型细胞的生物学过程，是上皮细胞失去细胞与细胞之间连接、获得转移和侵袭的间充质特性产生细胞外基质(extracellular matrix，ECM)成分的生理过程。转化而来的间质细胞可能会不受约束的增殖，为肿瘤的发生、发展和转移提供了潜在的可能性。Ward等[15]发现暴露于CS的COPD患者中，典型的间叶细胞标志物α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin， α-SMA)、波形蛋白和胶原蛋白Ⅰ的信使RNA(messenger RNA，mRNA)表达显著上调，而上皮细胞钙黏蛋白在吸烟者和COPD患者中下调，这一结果说明EMT是COPD发展的重要部分。CS诱导EMT释放和自分泌 TGF-β，同时提高氧化应激[24]。EMT的特征性结构是网状基底膜(reticular basement membrane，Rbm)，Sohal等[25]一项随机对照实验发现，吸入皮质类固醇氟替卡松丙酸酯6个月以上，Rbm片段化、表皮生长因子受体(epithelial growth factor receptor，EGFR)、基底上皮细胞S100A4表达以及Rbm细胞S100A4和MMP-9表达明显减少，即EMT的变化被抑制，这在一定程度上体现了吸入性糖皮质激素可以抑制EMT。

3.2 内皮间充质转化

内皮间充质转化(endothelial mesenchymal transformation，EndMT)是内皮细胞失去标志物如血管内皮粘连蛋白(VE-cadherin)，可以表达成纤维细胞相关标志物如波形蛋白、Ⅰ型胶原蛋白和α-SMA[26]，是一种病理性纤维化的可能机制。EndMT与EMT都可激活巨噬细胞等炎症细胞分泌TGF-β，促进内皮细胞向纤维细胞转化。Li等[27]采用免疫磁法分离小鼠肺内皮细胞，在诱导内皮细胞发生EndMT过程中，证明了TGF-β1启动的下游信号通路可导致转录抑制因子Snail1强烈上调，Snail1可有效抑制上皮钙黏蛋白基因转录[28]，并在EMT过程中发挥重要作用，这表明EndoMT和EMT可能共享类似的分子机制。纤维母细胞不仅可以合成大量基质成分，还可合成不同的生长因子和炎症调控因子。被激活的纤维母细胞称为肿瘤相关的纤维母细胞(cancer associated fibroblasts，CAFs)，可抑制免疫反应并释放肿瘤生长因子[29]。EndMT不仅可以直接导致肿瘤的发生，还可通过产生CAFs促进肿瘤的生长。

3.3 细胞外基质

ECM的重要作用是调节细胞活性和维持组织功能。Berg 等[30]试验发现，相对于单纯肺癌患者，COPD合并肺癌患者趋化因子配体16、内皮抑素和C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)水平显著升高，表明内皮激活和细胞外基质重塑在COPD合并肺癌患者中活跃。ECM动态平衡是由金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)和特异性组织金属酶抑制剂(tissue inhibitor of matrix metalloproteinase，TIMPs)调控[31]。Gilles 等[32]研究发现，MMPs蛋白水解活性影响细胞对细胞外基质的黏附，并释放细胞外基质分子的生物活性片段，提供信号给细胞，使它们对刺激做出反应，从而产生炎症。同样Brzóska等[33]通过比较单纯COPD和COPD合并肺癌患者编码MMPs和TIMPs的基因，发现MMP3rs3025058和MMP3rs678815在2组之间存在显著差异，COPD组中观察到的杂合子多，纯合子少，COPD 合并肺癌组中观察到的血清TIMP1水平显著高于COPD组。表明MMP3rs3025058和rs678815多态性的纯合性是COPD患者患肺癌易感性增强的潜在标志。MMPs和TIMPs之间失衡，导致ECM降解，进一步激活纤维母细胞，释放多种炎症因子、肿瘤生长因子等，促进炎症和肿瘤的发生发展。

3.4 血管生成

众所周知，在肿瘤的发生、发展过程中，血管生成起着重要作用。在COPD中，小气道阻塞和肺泡毛细血管受阻导致组织缺氧，De la Garza等[34]小鼠实验发现，缺氧会导致缺氧诱导因子1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)激活，他们将表达HIF-1活性的蛋白破坏，发现血管生成和肺肿瘤细胞明显减少。血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是血管生成的重要因子。Valipour等[35]发现COPD急性发作患者血清学中，全身炎症标志物(如CRP、IL-6和纤维蛋白原)与循环VEGF水平之间存在显著相关性。而急性发作的COPD相比稳定期COPD及正常人在外周血中有更高水平的VEGF，那么控制COPD的急性发作次数也许会延缓COPD向肺癌的发展进程，因此，通过对抑制血管生成进行治疗也是一个行之有效的方法。

4 总 结

COPD合并肺癌的发病机制复杂，与遗传易感性、环境因素及EMT、EndMT、ECM等有关，但目前所知机制尚未完全明确。COPD患者罹患肺癌的风险很高，但临床上很多症状并不能有效判断COPD患者是否患上肺癌，而仅仅通过初期临床症状往往让患者失去早诊断、早治疗的机会，因此患者就诊时往往已发展为肺癌晚期。此次新型冠状病毒疫情期间，有患者或家属因其他疾病住院时，却在筛查新型冠状病毒时检测出早期肺癌(没有任何肺部症状)。COPD合并肺癌的作用机制复杂且尚未完全明确，仍需大量试验，以进一步深入研究其作用机制，从而为早期预防、诊断及治疗提供参考。