PCSK9及其抑制剂在非小细胞肺癌中的研究进展

范清玲 柴燕玲 王绍宇

根据世界卫生组织(Word Health Organization,WHO)报告的数据[1],肺癌仍是常见的癌症死亡原因之一,2020年有180万例患者死于肺癌。肺癌患者中约80%～85%为非小细胞肺癌。以往研究表明[2],免疫检查点抑制剂能够有效改善晚期NSCLC患者的预后,特别是对于靶向驱动基因阴性的晚期NSCLC患者,抗程序性死亡受体-1(programmed cell death-1,PD-1)/程序性死亡受体-配体1(programmed cell death-ligand 1,PD-L1)抗体已经成为一线治疗的基石。然而受多种因素影响,只有约20%～40%的患者能从免疫检查点抑制剂药物中获益。前蛋白转化酶枯草杆菌蛋白酶/kexin 9型(propmtein convertase subtilisin/kexin 9,PCSK9)(最早被发现与脂质代谢相关,其抑制剂目前已被用于某些心血管疾病的预防和治疗,近年来,有研究者发现PCSK9可调节细胞表面主要组织相容性复合体1(major histocompatibility complex-1,MHC1)的含量,改变肿瘤微环境,PCSK9与乳腺癌、前列腺癌、结肠癌均相关,其抑制剂联合PD-1抗体也被用于某些恶性肿瘤的治疗,同样地,也有一些研究PCSK9与NSCLC密切相关,其在肺癌细胞的迁移、凋亡及化学耐药中均发挥调节作用。研究PCSK9及其抑制剂在NSCLC中的作用,可能将有助于寻找新的治疗靶点,也有可能对ICIs耐药的驱动基因阴性的NCSLC患者提供新的治疗思路。

一、PCSK9

1.PCSK9的特性

PCSK9是一种前蛋白转换酶,属于枯草蛋白酶亚家族,主要由肝脏分泌,在肝、肾脏、小肠、脑等组织中表达。PCSK9存在于细胞表面,由前域、催化域和结构域组成,前域与催化域间由氢键连接。其在肝、肾和肠道细胞的内质网中合成酶原之后,能够在翻译和切除残基1～3后进行自我催化作用的同时,裂解谷氨酰胺(Gln)152和丝氨酸(Ser)153之间的共价键[3]。经过上述过程后,前域能够在空间结构上阻碍底物与相应位点的结合,从而使成熟蛋白质失去催化活性,产生抑制低密度脂蛋白受体(lower density lipoprotein receptor,LDL-R)再循环的作用。PCSK9与LDLR结合,可介导其进入细胞内降解,导致细胞表面LDLR减少,最终导致血浆内富含低密度脂蛋白(lower density lipoprotein,LDL)的胆固醇含量升高,血浆LDL-C水平升高可引起高胆固醇血症,从而介导肿瘤细胞生长[4]。除了影响LDL-C的代谢,PCSK9过表达还可引起细胞周期、凋亡、炎症及应激反应等多条通路失调,与肿瘤的发生和发展密切相关[5]。2020年,Liu等人报道PCSK9与癌细胞表面的MHC1结合,并将其重定向到溶酶体降解,从而降低细胞表面MHC1水平和TSA表现。敲除PCSK9或抑制循环PCSK9可增加小鼠肿瘤内CD8+T细胞的浸润,增强CD8+T细胞的抗肿瘤活性[6]。同样地,Yuan[7]等人也发现肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)通过肿瘤细胞衍生的PCSK9下调CD8+T细胞LDLR水平和T细胞抗原受体(T cell antigen receptor,TCR)信号传导,该前蛋白转化酶与LDLR结合并阻止LDLR和TCR循环到质膜,从而抑制细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocytes,CTL)的效应。

2.PCSK9与肿瘤

越来越多的证据表明PCSK9的表达在各种类型的癌症和恶性肿瘤中不受调控。PCSK9在肝癌、胃腺癌、前列腺癌、结肠癌、乳腺细胞系等多种癌症中均有高表达,在上述癌症中,PCSK9也被认为是肿瘤细胞凋亡、转移和侵袭的潜在因素[8]。Zhang等报道PCSK9在原发性肝癌中的高表达,PCSK9可通过Bax/Bcl-2/Caspase9/3途径促进体外细胞增殖,促进体内原发性肝癌进展,与患者预后不良相关[9]。一项研究中显示PCSK9在原发性胃癌组织中的表达高于邻近正常组织,且胃癌患者可发现血清PCSK9水平升高。PSCK9通过上调HSP70促进MAPK信号通路从而促进胃癌转移和抑制凋亡,这种过表达与淋巴结转移和预后不良有关,强调了其作为GC诊断和预后生物标志物的潜力。Fang[10]等人采用药物孟德尔随机化分析评估 LDL-c 降低药物靶点的遗传代理抑制与前列腺癌风险的关联,结果表明PCSK9的遗传代理抑制与较低的总前列腺癌风险和早发性前列腺癌风险之间存在很强的关联。在一项比较Ⅲ期乳腺癌女性与癌前或良性乳腺病变女性的 PCSK9、ANGPTL3和低密度脂蛋白a循环水平的研究中,Wong[11]等人发现PCSK9水平随着乳腺疾病的严重程度而升高。PI3K/AKT通路在恶性肿瘤中发挥重要作用,关靖[12]等人发现肺癌患者中,肿瘤相关成纤维细胞外泌体通过激活PI3K/AKT通路促进肺癌细胞的增殖、迁移、侵袭,抑制肺癌细胞的凋亡。在一项关于结肠癌的研究中,Wang[13]等人发现PCSK9通过调节肿瘤细胞的肿瘤微环境和PI3K/AKT信号通路调节肿瘤的生长和迁移,靶向PCSK9表达或活性可有效控制结肠癌。为此,可推测在肺癌患者中使用PCSK9抑制剂或许可以通过影响PI3K/AKT信号通路延缓肿瘤相关成纤维细胞外泌体对肺癌细胞的作用,延缓肺癌进展。

二、PCSK9抑制剂

自2003年PCSK9被发现以来,其被证明可以靶向特定受体以降解核内体/溶酶体,包括 LDLR 和其他家族成员,从而提高循环低密度脂蛋白胆固醇 (LDLc)的水平。 因此,PCSK9的抑制剂,现在被用于世界各地的诊所,与他汀类药物和/或依折麦布联合可有效、安全地治疗高胆固醇血症患者。自2008年PCSK9 的新靶点开始被确定以来,其用途逐渐从LDL-c调节扩展到炎症、病原体感染和细胞增殖和各种癌症领域。PCSK9在脂质稳态中的重要作用使其成为许多疾病(如家族性高胆固醇血症、心血管疾病,特别是癌症)的一个有吸引力的靶点。到目前为止,研究者在大多数癌症中观察到PCSK9的高表达,这表明靶向它可以作为一种有效的抗癌策略。涉及癌症动物模型和癌细胞系的不同研究表明,PCSK9作为许多疾病的潜在治疗靶点具有很高的潜力。

1.PCSK9抑制剂的种类

目前对PCSK9的抑制主要通过2种途径[14]。一是对细胞外PCSK9蛋白水平的抑制,阻断PCSK9和LDLR间的相互作用,包括单克隆抗体、模拟肽、口服小分子抑制剂等。目前研发最为成功的就是单克隆抗体,具有靶向性强、特异性高和副作用低等特点,其中依洛尤单抗和阿利西尤单抗在全球已获批准上市并已进入我国医保。该策略使用人源化单克隆抗体,能够识别并结合PCSK9的催化结构域,从而阻断其与LDLR的特定结构域的相互作用,因此,PCSK9不能结合LDLR,从而避免LDLR降解。二是细胞内PCSK9信使核糖核酸(mRNA)水平的抑制剂,包括小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)类、反义核苷酸类等。最有希望的是siRNA药物英克西兰(Inclisiran),其在2020年12月上市,2021年12月被美国食品药品监督管理局批准用于治疗接受最高耐受剂量他汀治疗后仍存在高水平LDL-C的成人患者。

2.PCSK9抑制剂与肿瘤

PCSK9缺陷能够强烈抑制所有细胞系中的细胞增殖。在脂质代谢水平,PCSK9抑制表现为细胞内中性脂质、磷脂和多不饱和脂肪酸的增加以及脂质氢过氧化物的更高积累。Alannan[15]等人通过斑马鱼异种移植实验验证了抑制 PCSK9 可诱导代谢衰竭并增强癌细胞对铁引发的脂质过氧化的脆弱性,有效破坏致癌代谢过程。Wong[16]等人在研究KRAS 突变结直肠癌的靶向治疗时发现PCSK9 抑制剂可抑制 APC/KRAS 突变结直肠癌细胞、类器官和异种移植物的生长,在与辛伐他汀联合使用时,PCSK9 抑制剂的这种抑制作用会更强。另外,如前所述,抑制 PCSK9 可以通过促进 CD8+T 细胞的浸润和 调节性T细胞(Treg 细胞)的排斥,增强 PD-1 抑制剂在结直肠癌中的抗肿瘤作用[17]。伪黄素 A (Pseurotin A ,PsA)具有双重抑制 PCSK9 表达和与 LDLR 的蛋白质-蛋白质相互作用 (PPI) 的能力,是一种新型的一流 PCSK9 靶向先导物,其可导致抗高胆固醇作用和调节 PCSK9 轴在乳腺癌和前列腺癌进展和复发中的致癌作用。Abdelwahed[18]等人的一项研究显示每日口服 10 mg/kg PsA可抑制原位裸鼠异种移植模型中激素依赖性 BT-474 BC 细胞的进展,适用于控制激素依赖性乳腺癌的进展和复发。同样Abdelwahed[19]等人的一项研究显示Pseurotin A通过调节PCSK9-LDLR 轴抑制转移性去势抵抗性前列腺癌的复发。

三、PCSK9与非小细胞肺癌

目前关于PCSK9与肺癌的研究逐步由细胞系水平过渡到了血清学水平。Luo[20]等人通过筛选出肺腺癌及健康对照组的差别基因构建了肺癌发生及预后的风险模型,其发现PCSK9, RPL22, ENO1, SNX7和LCE5A是肺腺癌不良预后基因。Wang[21]等人同样发现内质网应激相关基因PCSK9是肺癌患者不良结果的预测因素。一项研究人肺癌肿瘤中蛋白转化酶mRNA的表达水平的研究显示,邻近未受累组织中PCSK9的表达显著降低[22]。2019年,Bonaventura等人发现高血清PCSK9水平可作为晚期NSCLC患者的预后指标[23]。以上研究逐步发现了PCSK9在肺癌中的作用,以下将具体阐述PCSK9对肺癌细胞的迁移、凋亡、化学耐药性的调节作用。

1.PCSK9介导非小细胞肺癌细胞的迁移

研究表明核刚度调节癌细胞的细胞骨架力学,从而调节其迁移和侵袭性,胆固醇代谢是癌细胞侵袭的关键机制[24]。低细胞内胆固醇水平保持细胞硬度并促进迁移[25]。细胞膜中胆固醇含量的增加可减弱细胞迁移[26]。当PCSK9结合LDLR时,LDLR的再循环和胆固醇摄入受到抑制,抑制PCSK9可导致LDL-LDLR复合物内化和受体再循环,从而提高细胞内胆固醇含量,降低细胞的迁移能力。López-Alonso等人观察到使用机械通气可通过升高A459肺腺癌小鼠及肺腺癌患者体内PCSK9水平而使肺腺癌细胞有更强的侵袭力,且这一作用很可能是通过胆固醇代谢途径进行的,使用阿尤利昔单抗阻断PCSK9与LDLR的结合可一定程度上抑制肺腺癌细胞的迁移,延缓肺腺癌患者的疾病进展[27]。

2.PCSK9与非小细胞肺癌细胞的凋亡

在人神经胶质瘤中,PCSK9小干扰(si)RNA通过激活Caspase-3和下调某些抗凋亡蛋白来促进细胞凋亡,而PCSK9过表达则阻断细胞凋亡[28]。近年来研究发现内质网应激在肺腺癌的发生发展中具有重要作用,Xu[29]等人的一项研究表明PCSK9 siRNA通过诱导肺腺癌细胞凋亡表现出抗肿瘤活性,同时PCSK9 siRNA升高Bax水平,降低Bcl-2水平,导致Bax/Bcl-2比值升高,影响线粒体膜的稳定性从而导致肺腺癌细胞凋亡。PCSK9 siRNA还通过上调GRP94、GRP78、p-PERK和p-eIF2α的水平介导内质网应激信号通路诱导细胞凋亡。

3.PCSK9与非小细胞肺癌的化学耐药

以PD-1/PD-L1抗体为代表的免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitors ,ICIs)应用于驱动基因阴性的非小细胞肺癌患者的治疗[30]。但如前文所述,NSCLC患者对ICIs可产生耐药性,只有约20%～40%的患者能从ICIs药物中获益。NSCLC患者对ICIs的耐药可分为原发性耐药及获得性耐药,Isomoto等人[31]及Attili等人[32]进一步揭示了耐药性产生的机制,耐药性产生的机制包括肿瘤内在机制和肿瘤外在机制,肿瘤内在机制与影响新抗原表达、抗原呈递或免疫共抑制信号表达的肿瘤细胞改变有关,其主要通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、PTEN缺失和随后的磷酸肌苷3激酶(PI3K)激活等途径导致抗原识别受损,T细胞募集和活性降低。其他肿瘤细胞内在机制包括共抑制信号(PD-L1等)的结构表达、抗原表达缺乏或抗原加工和递呈缺陷,包括人类白细胞抗原和主要组织相容性复合体调节。肿瘤外在机制包括宿主免疫稳态的状态和肿瘤微环境的特征,它们能够影响T细胞启动、抗原识别、免疫细胞募集、共抑制或共刺激信号的表达和相互作用。Liu[6]等人的一项研究表明肿瘤组织中分布的高水平PCSK9可能对ICIs的疗效有更直接的影响,其可降低ICIs的疗效。意大利进行的一项试点研究显示,在尼武单抗治疗的第二个周期,血清PCSK9>95 ng/mL是ICIs预处理晚期NSCLC患者OS降低的独立预测因子[33]。同时也有报道称低基线血浆PCSK9水平与晚期NSCLC中ICIs的良好临床结果相关[34]。除此之外,Gao等人回顾性研究了一组接受抗PD-1免疫治疗的晚期NSCLC患者的临床资料,结果同样显示PCSK9在NSCLC组织中的高表达与晚期NSCLC患者抗PD-1免疫治疗的疗效差相关,并且提示PCSK9高表达与淋巴细胞浸润不良相关[35]。以上临床研究均未直接探讨NSCLC患者PCSK9水平与NSCLC患者对ICIs耐药的之间关联,但如前文所述,在胃癌、结肠癌患者中,PCSK9可以通过MAPK信号通路、PI3K/AKT信号通路等途径发挥作用,同时通过介导肿瘤细胞表面MHCI降解,减少NSCLC癌组织CD8+T细胞浸润,改变肿瘤细胞微环境。PCSK9可通过肿瘤细胞内在机制和外在机制导致NSCLC对ICIs的耐药性。

四、PCSK9抑制剂与非小细胞肺癌

1.PCSK9抑制剂单用

PCSK9 siRNA通过调节凋亡相关因子Caspase-3、XIAP和survivin增加A549细胞的凋亡,且PCSK9可通过线粒体、内质网等途径诱导肺腺癌细胞凋亡[29]。López-Alonso[27]等人发现PCSK9单克隆抗体阿尤利昔单抗可以逆转机械通气所导致的高侵袭性。

2.PCSK9抑制剂与其他药物联用

目前发现在NSCLC中PCSK9与ICIs(包括抗PD-1)联用的研究,但如前文所述,Liu[6]等人发现抑制 PCSK9 通过促进 CD8+T 细胞的浸润和 Treg 细胞的排斥,增强 PD-1 抑制剂在结直肠癌中的抗肿瘤作用。结合PCSK9在调节T细胞中的作用及抗PD-1耐药性产生机制,可猜想PCSK9抑制剂可增强PD-1抑制剂在NSCLC中的治疗作用并减少其耐药性的产生。

五、展望

PCSK9是调节脂质代谢的重要物质,其在肿瘤微环境中发挥重要作用。此篇综述主要从参与肺癌的增殖迁移、细胞凋亡、化学耐药等三个机制方面介绍了PCSK9,并大致概述了PCSK9抑制剂基本种类及其在恶性肿瘤中的运用。肺癌是全球癌症相关死亡的最高者,且与PCSK9有一定关系,PCSK9可能具有作为潜在的肺癌治疗、转移和预后标志物的重要作用。但是PCSK9在肺癌中的调控作用及影响肿瘤细胞的生长、迁移、侵袭的分子机制仍未完全明确,关于PCSK9抑制剂在NSCLC的疗效仍很少,对于PCSK9的研究有助于进一步阐明肺癌的发生发展机制,并可能为肺癌的诊断及治疗方法提供新的方向。