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气道中非神经元胆碱能系统与肺癌易感性的关系|AME《肺癌》连载012

Published at: 2015年第1卷第S1期

关键词:

Author: Laura Saracino 1 , Michele Zorzetto 1 , Simona Inghilleri 1 , Ernesto Pozzi 2 , Giulia Maria Stella 1

1 Laboratory of Biochemistry & Genetics, Division of Pneumology, University and Fondazione IRCCS Policlinico San Matteo, Pavia 27100, Italy

2 Policlinico di Monza, University of Pavia, Monza 20025, Italy

简介

乙酰胆碱(ACh)是一种气道功能的主要调控因子和已知最强的支气管收缩药和分泌物刺激因子之一。然而它还参与少量的急性机制,如发生于病理情况下的气道重构和对免疫调节的应答(1)。因此,胆碱能信号的药理学作用-主要是抑制剂,是常见肺疾病如慢性阻塞性肺疾病(COPD)和哮喘治疗的一个重要选择。另一方面,现有研究表明各种非神经元细胞可合成和释放乙酰胆碱(如角质细胞、淋巴细胞、胎盘滋养细胞和内皮细胞),非神经元乙酰胆碱也可存在于气道上皮细胞中,并认为在该处调节细胞增殖(2)(见表1)。

在气道表面上,能够鉴别出至少12种类型的上皮细胞,然而在气道腺体中能够发现另外5种类型,其中它们也能鉴别出分化或过度成分。呼吸道上皮最重要的功能是由纤毛细胞介导的,其对黏膜纤毛清除提供一种驱动力。即将吸入的微粒通过黏液层运输到喉部而使气道表面干净。气管上皮细胞的32%至55%都由纤毛细胞构成(3)。它们在气管和大支气管呈柱状(大约20 µm长,7 µm宽),而在小支气管和细支气管则细胞高度降低。其顶部表面有微绒毛突入到支气管腔内,微绒毛表面内有囊性纤维化跨膜传导调节因子(CFTR)蛋白,当相应的编码基因发生点突变而导致结构改变时,则与囊性纤维化发病具有因果联系。分泌富含碳水化合物的糖蛋白(黏液)和黏膜层脂类的黏膜下腺体被称为“非纤毛细胞”。经典的杯状细胞占气道上皮细胞的9%,远端细支气管几乎不存在(3)。较小气道中细胞顶部突起含有少数微绒毛,丰富的滑面或粗面内质网和比杯状细胞内还小的分泌颗粒:在远端气道经鉴定为Clara细胞。基底细胞大约占的气道上皮细胞的30%,且仅见于大气道。有一些非常少见的特化性上皮细胞,它们能分泌大量乙酰胆碱;这些细胞中,有些是神经内分泌细胞,起源于不同于其他上皮细胞的前体。它们常孤立地分布于气道上皮,或集中成簇为神经上皮体(NEBs)而常见于支气管分支(4)。神经内分泌细胞位于上皮基底部,含有主要由生物活性胺类和神经肽组成的致密核心颗粒。神经上皮体多见于胚胎及新生儿期,充当氧传感器而与肺成熟密切相关(5)。然而,氧传感器功能还没有完全建立,近来研究表明NEBs是有髓向心迷走神经,属于有髓机械力敏感的呼吸道迷走神经感受器的亚群(6)。孤立性肺神经内分泌细胞的作用仍然部分不明,可能它们参与胎儿和新生儿肺发育包括支气管形态发生的调控、细胞生长和成熟。有研究证实在成年小鼠中,它们与近端和远端气道肺干细胞壁龛有关,有人推测它们能保护干细胞免于环境因素损害,这样可促使干细胞更新(7)。最后是一种同样少见的细胞类型是所谓的刷细胞(其特征是细胞顶部微绒毛刷)(8)。气管支气管刷细胞表达味觉-信号级联成分,因此被认为是化学感应细胞。也有人推测它们可感知细菌克隆,对启动防御机制有利(9)。

乙酰胆碱的合成和再循环

胆碱能神经纤维

乙酰胆碱是由细胞外的胆碱和线粒体产生的乙酰辅酶A(acetyl-CoA)在胆碱乙酰转移酶(ChAT)催化下于轴浆内合成的。这种摄取在神经元乙酰胆碱合成中是一种限速步骤,是通过高亲和力胆碱转运体(CHT1)而实现的(10)。一旦在轴浆合成,乙酰胆碱储存于突触小泡中。该过程由囊泡乙酰胆碱转运体(VAChT)介导,其含有12个跨膜区的蛋白,充当H/乙酰胆碱的交换体。在每个囊泡里有近10000个乙酰胆碱分子在丰富的基质内与蛋白聚糖SV2结合。神经末梢的去极化触发胞吐,将乙酰胆碱从囊泡释放入细胞外间隙,一旦发生,乙酰胆碱能与两类胆碱受体相互作用:(Ⅰ)促代谢性毒蕈碱型受体(MR)-含有七个跨膜区G蛋白偶联受体,具有5个不同的亚型(M1-M5)。(Ⅱ)离子型烟酰乙酰胆碱受体(烟碱受体)为阳离子通道型受体,有两个乙酰胆碱结合位点,其结构为非均质或均质的同源五聚体(11,12)。乙酰胆碱的作用由于通过乙酰胆碱脂酶(AChE)有限的空间上分解为醋酸和胆碱而迅速终止。这种高效的酶由胆碱能神经元自身合成并确保乙酰胆碱的产生和降解之间的平衡。胆碱因此在神经末梢通过胆碱转运体再次被吸收,新一周期的乙酰胆碱合成和释放开始(1)。

非神经元型细胞

非神经元型乙酰胆碱合成系统中认为是一个philogenetically过程,在细菌和植物中也可以检测到(1,13)。确实一些胆碱能神经元酶和转运蛋白相对最近进化,在非神经细胞胆碱能系统中不能被发现。每个细胞包括一个胆碱的吸收机制,代表着细胞膜脂类的合成必需元素,特别是卵磷脂。虽然有许多细胞膜胆碱转运蛋白,但只有少数胆碱能非神经细胞能够表达高亲和力胆碱转运体CHT1。乙酰胆碱合成另一种方式是通过肉碱乙酰转移酶(CarAT)提供的,虽然原理上比胆碱乙酰转移酶(CHAT)的效率低,但在骨骼肌纤维乙酰胆碱的合成中却起着重要作用(14)。目前我们尚不清楚非神经元型胆碱能细胞中囊泡乙酰胆碱转运体和囊泡存储乙酰胆碱的机制,但我们普遍认为它们并不意味着胞吐作用。事实上,有证据表明乙酰胆碱的释放通过细胞膜与多专一性有机阳离子载体结合实现(OCTs)(15)。这些电源性转运蛋白是双向的,其驱动力是由底物浓度和膜电位表示。蛋白脂质称为“mediatophore”,或者直接从细胞质或者通过在突触囊泡和质膜间形成融合小孔也参与了乙酰胆碱的释放。它是空泡H+转运ATP酶(V-ATPase,V 0 subunit c)的一部分,主要靶点为溶酶体、内涵体和分泌囊泡等酸性细胞器(16,17)。V-ATPase复合物位于人肺微血管内皮细胞的细胞膜上,以致于'mediatophore'能够介导乙酰胆碱从这些细胞释放(18)。一旦被释放,乙酰胆碱能由非特异性酯酶裂解;其中最重要的是丁酰胆碱酯酶(BChE)(19)。

气道上皮中胆碱转运蛋白

目前已经证实胆碱吸收和转运的几个系统能够被检出,具有细胞特异性分布的特点。例如,抑制的来自于神经系统的高亲和力胆碱转运蛋白CHT1,只分布于大鼠气管纤毛细胞细胞膜顶端(20)。该发现由损伤气管上皮的原位杂交和蛋白印迹,以及通过激光显微切割技术获得的气管上皮的RT-PCR等所验证,且导致鉴定出一种分子,该分子具有与CHT1相同的生化分子特性和免疫表型。总之这些数据证实了高亲和力胆碱转运蛋白的存在,它们从衬覆黏液的气道通过转运系统进入到纤毛细胞,而这种变化开始认为是神经细胞所特异的;然而目前仍不清楚其他缺乏CHT1的上皮胆碱能细胞是如何能够进行乙酰胆碱合成。事实上,气道上皮细胞存在其他胆碱转运系统,可在特定的细胞中可单独发挥作用或与CHT1共同起作用。例如,A549细胞(人肺腺癌细胞)除表达CHT1外,还共表达钠非依赖性胆碱转运系统,后者依靠跨膜的H+离子梯度并对阿米洛利敏感(21)。

除CHT1外,胆碱转运蛋白可分为两大类:胆碱特异性转运蛋白样蛋白(CTL家族)和多特异性有机阳离子转运蛋白(OCT家族);两个家族的成员均在肺部表达。CTL1,CTL家庭中最相关的成员,通过蛋白印迹可在人类肺抽提物检测到,在A549细胞中表达并主要参与该细胞系的胆碱摄取(22)。在多特异性OCT家族成员中,OCT1和OCT2(非OCT3)运输胆碱:OCT1在小鼠、大鼠和人类支气管上皮细胞中表达,免疫组织化学染色显示其主要分布在纤毛细胞顶端的细胞膜(23)。OCT1在气道上皮细胞中为细胞特异性表达:对大鼠的研究证实OCT1免疫活性在纤毛细胞中呈选择性表达,但是在分泌细胞,刷细胞和基细胞不存在(23)。

另一方面,OCT2在人支气管上皮中表达,但在大鼠的支气管上皮不表达。 人支气管中,OCT2免疫活性主要是分布在纤毛细胞腔侧的细胞膜,罕见于基底细胞的细胞膜,不存在于杯状细胞中(23)。在OCT1/OCT2双基因敲除小鼠中,气管上皮细胞乙酰胆碱含量相当高,而不是如预期中减少;因此,尽管OCT1和OCT2能够跨膜进行胆碱易位,但他们为上皮细胞乙酰胆碱的合成提供关胆碱并不是关键的(23)。总之,气道上皮细胞中存在多种胆碱摄取系统并呈细胞特异性分布,和存在明显的顶端和基底侧极向分布。

气道上皮细胞中乙酰胆碱的合成

尽管存在胆碱乙酰基转移酶(ChAT-负责乙酰胆碱的产生且已被证实),但在个体气道上皮细胞类型中乙酰胆碱合成酶的真实身份到目前还不完全清楚。首先,重要的是要强调虽然胆碱乙酰基转移酶都是由相同的基因编码,但其变异体之间有很大的差异。这些差异非常明显以至于各种胆碱乙酰基转移酶变异体可与不同抗血清反应。哺乳动物的胆碱乙酰基转移酶基因含有三个非编码外显子(在小鼠和大鼠模型中称为R -外显子,M-外显子和N-外显子)和15-16个编码外显子,后者数量取决于物种。编码VAChT的序列在两个非转导的外显子R-和N-之间插入。这种编码ChAT和VAChT的特异基因结构称为“胆碱基因位点”(24)。多个转录子来自于选择性剪接过程;许多这些变异体能够见于小鼠和大鼠模型中,其中至少6个在人类中已知。在中枢神经系统中,所有变异体主要表达M型的ChAT-mRNA;而在支气管上皮细胞中已确定这些变异体表达非编码外显子的M-(在大鼠中),N-和S-(在猴中)。不同的ChAT蛋白变异也可能因其编码区的选择性剪接而致。例如在中枢神经系统中,除了69 kDa(cChAT)外,还鉴定出因6-9个编码外显子去除的蛋白:这种形式蛋白在外周自主神经元(pChAT)中比较常见;而在大鼠气管上皮细胞中仅发现完整形式的酶。免疫组化研究已证实了这些发现,即cChAT存在于气管所有上皮细胞类型中;而在较远端的气道中,纤毛细胞和分泌细胞的cChAT免疫表达普遍低于气管,而内分泌细胞和刷细胞cChAT免疫表达特别强烈(25,26)。在气管纤毛细胞中,cChAT在细胞质顶部区域呈较强表达,这些证据表明乙酰胆碱的早期合成在气管进行,然后是支气管远端。在这些细胞中,cChAT紧邻于CHT1-高亲和性胆碱摄取系统。后者允许整个乙酰胆碱合成所需的细胞器浓度位于纤毛细胞顶部,从而表明乙酰胆碱的释放是在管腔。这些数据综合在一起提示每种ChAT变异体(从M型ChAT m- RNA翻译)在多种气道上皮细胞类型中呈非常一致性表达。然而,蛋白水平的几个数据显示为一个更复杂的情况。特别地,有文献报道在支气管上皮提取物中,采用识别54和41 kDa蛋白的抗体可标记出人支气管上皮细胞ChAT(27)。这些有争议的发现不能完全通过密切相关甚至不相关的蛋白的可能的交叉反应来证实,但是,这方面的详细研究仍在进行中。

气道上皮细胞中乙酰胆碱释放的机制

在神经元中,VAChT与Ach一起从轴浆进入到突触囊泡。这种特异的胆碱基因位点在负责ChAT和VAChT的协调表达中起着重要的作用,从而导致乙酰胆碱的产生和释放的平衡。在气道上皮细胞中,免疫组织化学证实VAChT存在于气管和支气管的神经上皮细胞和分泌细胞。来源于气道神经内分泌细胞的人类小细胞肺癌细胞株中,ChAT和VAChT共表达,从这些细胞释放的乙酰胆碱对vesamicol(一种VAChT抑制剂)敏感(28)。但是,纤毛细胞似乎利用了一种非囊泡乙酰胆碱释放机制。OCT1和OCT2分布于气道上皮细胞纤毛细胞膜的顶部,而OCT3集中在几种细胞的基底侧膜中。这种分布允许做出乙酰胆碱的状态(释放或摄取)是由浓度梯度和膜电位决定的假设。OCT1和OCT2在气道纤毛细胞顶部定位表明乙酰胆碱合成一个完整循环,胆碱在纤毛细胞和衬覆黏液的气道之间进行释放和再摄取。

另一方面,OCT3的作用还不太清楚,作为乙酰胆碱转运体,OCT3可能需要其它的蛋白表达(23)。这些多特异性转运蛋白是许多药物的靶点,药物可与其它阳离子转运蛋白竞争或本身不被转运而阻断运输。对气道药理学非常重要的是烟碱和糖皮质激素(皮质酮,氟替卡松和布地奈德)在体外通过OCT1和OCT2能够阻断乙酰胆碱释放。因而,非神经元型Ach释放的抑制是糖皮质激素的非基因组作用,它们可清楚区分气道中非神经元型胆碱能与神经元型胆碱能系统(29)机制。关于“mediatophore”,其在气道上皮细胞的发生和分布尚未深入研究。总之,目前获得的资料表明在呼吸道上皮细胞乙酰胆碱释放可能通过:(Ⅰ)被神经内分泌细胞和可能的刷细胞囊泡基部释放;(Ⅱ)被分泌细胞囊泡管腔释放或(III)顶部浓度和膜电位驱动的从纤毛细胞细胞质的跨膜释放。

气道上皮细胞中乙酰胆碱降解的机制

如上所述,由于Ach在AchE作用下分解为乙酸和胆碱,所以神经系统中乙酰胆碱信号从Ach释放点的很短距离内很快结束。一些其他酯酶,其中丁酰胆碱酯酶还与之共存。乙酰胆碱酯酶作用的高效产生了一些疑问。首先应指出气道内产生的乙酰胆碱的数量远低于神经系统和主要通过跨膜机制而不是由胞外分泌导致的腔内释放的水平,结果对分布于气道内的非神经元型胆碱能系统释放的Ach的细胞外作用产生了一些疑问。此外,可以确定的是Ach能够发挥细胞内作用,主要由胞质内受体介导。另一方面,气道内Ach降解能力低于神经系统,其原因是气道内乙酰胆碱的降解主要是由丁酰胆碱酯酶介导的。这些资料与Ach对上皮细胞潜在的旁/自分泌回路是一致的(1,30)。的确,免疫组化研究证实Ach活性主要见于平滑肌中的神经纤维中,而丁酰胆碱酯酶直接在平滑肌细胞中检出。因此,虽然乙酰胆碱在气道中的降解机制尚未完全阐明,但初步资料可以推测,在此情况下,低浓度的Ach释放可能通过一个反响环路作用于细胞本身。

非神经元型胆碱系统功能和靶点

Ach通过非神经系统释放的影响可根据释放本身的位点而分为管腔或基底,从而对靶细胞发挥特异性作用。

管腔侧

当Ach在管腔侧释放时,其能达到细胞数目是有限的-其中包括上皮细胞,巨噬细胞和免疫系统的许多因子。上皮细胞和巨噬细胞均有毒蕈碱和烟碱受体存在,可与释放的Ach相互作用。特别是上皮细胞表达M1和M3受体和烟碱乙酰胆碱受体的a和b亚基(31)。通过与这些受体结合,Ach调节上皮细胞的增殖,粘液分泌,GM-CSF和IL-8的释放,以刺激纤毛运动。巨噬细胞表达毒蕈碱受体3亚型的和烟碱受体的几个亚基,其中有a9/a10单位(32)。M3受体的激活体外可诱导前炎症介质的释放,而烟碱乙酰胆碱受体的刺激,抑制巨噬细胞的激活,具有更加广泛的抗炎作用。应当指出,由于它们的局限性,巨噬细胞不能到达神经元型胆碱能系统产生的Ach处,这样确定一种来自于非神经元型系统和从上皮细胞管腔侧释放的Ach的特异性靶点。

基底侧旁

在细胞基底侧明确区分神经元和非神经元来源的Ach的确很难。小鼠模型中,气道中的上皮细胞在在5-羟色胺的刺激下可以释放Ach,从而直接诱导支气管收缩;这种作用是易受毒蕈碱受体的抑制剂-阿托品的影响(33)。目前关于非神经元型Ach对平滑肌细胞影响的资料很少。可以确认的是Ach能到达邻近上皮的结构,或能被上皮细胞本身捕获。位于上皮下的成纤维细胞代表着一种选择性的和特异性Ach靶点(34)。在基底层下可见一些免疫系统和神经细胞。敏感和迷走神经元可表达几种烟碱型乙酰胆碱受体亚基,其结合上皮细胞并对吸入的烟碱敏感(35)。它们的刺激诱导局部神经肽的释放,通过激活自身的防御反应,导致局部刺激引发咳嗽反射。

非神经元型胆碱能系统在气道疾病发病机理和治疗中的作用

毒蕈碱受体的降解在哮喘和慢性阻塞性肺病等气道疾病很常见,毒蕈碱受体拮抗剂的使用仍是慢性阻塞性肺病药物治疗的重要方法。非神经元型胆碱在病理机制中的作用目前尚不完全清楚。然而,一些资料表明上皮性Ach可在气道炎症性急性中增加,从而有利于免疫细胞的激活和支气管收缩。相反,囊性纤维化患者气道总Ach含量减少,非神经元型Ach合成和释放细胞器的表达在急性过敏性气道炎症中下调。 Ach对上皮细胞增殖的刺激作用,气道上皮细胞中的烟碱型乙酰胆碱受体的存在和抽烟与肺癌之间的关系清楚地表明内在的上皮胆碱能系统与肺癌的发展可能有一定的关系。小细胞肺癌细胞(源自上皮源性神经内分泌细胞)和鳞癌细胞合成和释放Ach,作为一种自分泌生长因子,通过毒蕈碱M3受体和烟碱型乙酰胆碱受体发挥作用。最近研究证实含有烟碱型乙酰胆碱受体基因,负责编码a3、a5、b4亚基的15q25.1区变异与肺癌风险增加呈密切相关。烟酸对细胞增殖的影响概括于图1。总之,非神经元型Ach释放参与了正在发病的慢性炎症性呼吸道疾病中气道的可塑性变化和免疫应答的激活。此外,越来越多的证据表明该系统的紊乱通过刺激有丝分裂活动而直接导致肺癌的发生。鉴于上述证据,将气道非神经细胞胆碱能系统作为炎症和增殖性肺疾病的一个潜在治疗靶向是合理的。

图1 烟碱:细胞增殖的激活。静止细胞中b-膜联蛋白,src和烟碱型乙酰胆碱受体之间缺乏关联。 Rb去磷酸化与转录因子E2F结合,导致细胞增殖不能激活。烟碱与其受体nAcR结合的诱导在b-膜联蛋白,src和烟碱型乙酰胆碱受体间形成的一个holigomeric复合物。后者刺激蛋白激酶活化,与BRAF和RB-E2F复合物结合。尚未确定的有丝分裂的刺激(例如,细胞周期蛋白),可以促使E2F转录因子作为基因启动子,并导致细胞周期进入细胞S期。细胞内钙水平的增加,随即烟碱与nAchR受体结合,促进ERK信号激活,因此EKK1激活转录因子NFkB以维持细胞增殖。

胆碱能系统与肺癌

在西方世界,肺癌是实体瘤的头号死亡原因;在绝大多数情况下,其发生和吸烟习惯相关。虽然吸烟诱发癌变的主要机制与烟气的致癌物有关,但最近研究表明烟碱和亚硝胺与肺癌细胞的烟碱乙酰胆碱受体(nACHR)结合可刺激肿瘤生长和抑制凋亡进程。肺癌中的胆碱能信号激活机制见图2。这些实验结果说明胆碱能系统不仅分布于神经系统,而且正如上文所述,其还广泛和特异性分布于气道上皮细胞和肺癌细胞中。因此,乙酰胆碱对上皮细胞增殖的刺激作用,气道上皮细胞烟碱乙酰胆碱受体的存在以及香烟烟雾的暴露为更深入探讨非神经元型胆碱能系统和肺癌发生的易感性之间的可能联系提供了一个强有力的理由。例如,众所周知起源于神经嵴的小细胞肺癌(SCLC)(36)和鳞状细胞癌(SCC)可合成和产生乙酰胆碱,通过与M3和乙酰胆碱受体结合(37)反过来作为自分泌生长因子。烟碱型乙酰胆碱受体a3b2亚基通过P21、Bcl- 2、NF-kB e STAT-1信号通路的激活介导与吸烟相关的毒性作用,烟碱型乙酰胆碱受体7a亚基通过激活MAP和JAK/STAT信号通路,参与了口腔角质形成细胞的损伤(38)。基因表达谱分析评估烟草和烟碱如何影响受体的表达:在这两种情况下,可发现烟碱型乙酰胆碱受体7a亚基介导细胞生长因子和增殖的过调控。

图2 肺癌中胆碱能信号的激活。吸烟吸入的烟碱与其受体烟碱型乙酰胆碱受体结合,-诱导促进细胞增殖((MAPK e Akt)细胞内转导体的激活。内源性乙酰胆碱过表达,通过对烟碱和毒蕈碱型受体作用激活相同的介质。因此毒蕈碱受体抑制剂维持细胞增殖的抑制作用与外源性烟碱暴露和内源性乙酰胆碱相关。

应该了解到绝大多数的基因存在一些等位基因变异(人类基因组的80%左右)。基因多态性定义为超过1%的人群中发生基因变异,而基因突变定义为小于0.1%的人群发生。人体存在几种类型的多态性:较常见的是单核苷酸多态性(SNPs),其可根据SNP在基因中的位置而分为:(I)cSNP,分布于编篆外显子,从而能诱导蛋白氨基酸序列的变异;(Ⅱ)pSNP或外周多态性,影响调节区(如启动子,增强子),内含子(剪接区),能干扰蛋白表达水平和结构;(III)rSNPs或随机多态性,可在基因间区段(占整个基因组的98.5%)检测到。对基因表达没有直接影响,但根据连锁不平衡现象,可能有相关的诊断价值。事实上,单核苷酸多态性分析在预测肿瘤上正变成一个重要方法,可根据某些特性SNPs存在,基于癌症发生的风险而对患者分层。

从这个角度,近期关于肺癌易感性的研究促使研究者更多的注意编码nAChR基因的SNPs。有趣的是,全基因组测序分析提供了非小细胞肺癌风险、吸烟行为和15q21位点多态性之间存在显著关联性的证据,而15q21位点含有编码nAChR亚基3、5(CHRNA5、CHRNA3基因)和4(CHRNB4基因)(39-41)。特别是编码该受体的一个高度保守区域(M2区域)的非同义替换(D398N,天冬酰胺在398位取代天冬氨酸)为疾病风险的最有力的标记之一。单体型在欧洲人和北美国人中已被鉴定,而在亚洲和非洲人口中很罕见(数据来自人类基因组单体型图数据库,网站www.hapmap.ncbi.nlm.nih.gov)。15q21基因高SNP频率(在50%的欧洲人群中可检测到rs8034191 e rs1051730单核苷酸多态性)使得该位点基因的研究在公共卫生角度也非常与肺癌相关,并鉴定CHRNA3 e CHRNA5基因也成为一个非常有前途的作用靶点。也有研究发现该基因区的SNP与尼古丁依赖有关,因此肺癌发病与吸烟习惯的相互关系也进行了研究。正如所料,吸烟者比不吸烟者嵌入疾病的危险要高,然而与肿瘤组织学类型之间的相关性没有发现。可以想象的是15q21多态性虽然在诱导肿瘤发生过程中没有发挥因果作用(不是直接致病的因素),但其可能与吸烟习惯诱导相关,反过来其又是肺癌最相关的危险因素。因此,15号染色体长臂的遗传变异与烟碱依赖性直接相关,从而暴露于吸烟烟雾中相关疾病的风险,其中最重要的是肺癌(39)。

总之这些结果显示遗传个体变异在复杂或多基因疾病的发病中如何发挥重要作用的,其中癌症通过调节各受试者对外界刺激的反应的机制(如烟碱暴露通过调节配体-受体亲和力)和通过影响给予环境刺激的倾向(如持续的吸烟习惯,尽管知道后果)。从这一角度,nAChR正变成肺癌筛查和特定分子治疗的有兴趣靶点。有结果证实鳞状细胞癌中胆碱能信号上调,在这种情况下,烟碱可以激活不同的致癌途径,它们可促进肿瘤扩散和肿瘤血管生成。因此药物抑制烟碱和毒蕈碱胆碱能受体可能作为一种限制基底和烟碱刺激肿瘤的生长有前途的工具。

肺癌中胆碱能信号的分子机制

根据先前所述,肺癌发病及烟碱之间的相关性有两种不同的机制:(I)个体间的遗传变异(位点15q21的多态性)是肺癌发生的最高易感因素,主要由于烟碱依赖性增加而致;(Ⅱ)对肿瘤细胞的增殖和抗凋亡效应是由烟碱通过胆碱能受体的激活而直接作用。历史上第一项研究显示尼古丁效应不同于神经信号的是Schuller和Colld等的研究(42)。他们证实在一系列肺癌细胞系中,由尼古丁介导的增殖效应是通过增加生长因子(VEGF,HGF,TGF - ,PDGF,TGF -)及其受体(VEGFR,EGFR,MET)的释放。具体来说,烟碱通过上调细胞内钙的水平而诱导EGFR反式激活,而细胞内钙水平与EGFR下游几个激酶受体的激活有关。有研究表明烟碱可通过激活COX-2诱导胃癌EVGFR过表达,后者诱导肿瘤血管新生和侵袭能力增加,它们涉及到细胞外基质的某些成分-如基质金属蛋白酶(MMP2和MMP-9)和纤溶酶原级联激活酶。在肺腺癌细胞系A549中,给予烟碱后可促进蛋白磷酸酶1(PP1)磷酸化的抑制,反过来诱导p27 Kip1蛋白的功能异常。Kip1可对决定细胞周期进程的细胞周期蛋白依赖性激酶1发挥抑制作用。此外,烟碱可通过纤维连接蛋白和51-整合素的表达和ERK和PI3K-mTOR信号的活化而促进非小细胞肺癌细胞增殖。最近研究证实nAChR是转化细胞的烟碱增殖作用的主要介导因子。因此,7亚基被确定为非小细胞肺癌治疗方案中一种新型可用药的靶点。越来越多的证据证实ChR7亚基在小细胞肺癌和间皮瘤中具有相同的作用。烟碱受体的激活导致MEKK-1,ERK1/2 e p90RSKERK激酶介导的细胞增殖和存活增加,特别是A549细胞中MPAKs的烟碱诱导的激活是以nAChR7亚基方式发生的(43)。此外,烟碱对转化细胞的生物学效应涉及到其他介质和转录因子,如NF-B、Src、AKT、HIF-1和脂(肪)氧合酶级联等(44)。烟碱通过诱导一些刺激(例如、放疗、化疗药物、氧化应激)介导的凋亡回避,从而提高癌症(非小细胞肺癌,小细胞肺癌、乳腺癌和卵巢癌)细胞存活。除了烟碱能促进肿瘤进展和播散外,由于它能诱导血管形成和动脉血管新生;这些组织缺氧和缺血本身可诱导内皮细胞对nAChR7亚基过表达和敏感(45)。因此nAChR7亚基在通过血管新生控制的肿瘤进展中复杂的分子网络中有着至关重要的作用。

最近有报道在肺肿瘤样本中(鳞状细胞癌)中高水平的 a5 e b3 nAChRmRNA,与乙酰胆碱高表达,乙酰胆碱酯酶的低表达导致胆碱乙酰转移酶随即增加有关。这些发现表明肺癌中胆碱能信号异常激活,受体水平上调和其抑制剂水平降低。类似的结果见于体外研究中通过烟碱暴露于肺癌细胞系(H520)和通过测量受体活性水平。这些结果证实非小细胞肺癌表达乙酰胆碱信号,而乙酰胆碱和烟碱可激活信号级联从而促使肿瘤的生长。在这样的背景下,暴露于吸烟的细胞一方面代表着促进肿瘤细胞增殖的相关刺激因素,另一方面也是一种新型可行的靶点。从这个角度来看,已有研究显示采用达非那新阻断M3毒蕈碱受体体外能够抑制毒蕈碱和烟碱受体的激活诱导的MAPs介导的细胞增殖(46)。MAPKs的激活是信号级联的关键点,由两种受体家族激活;M3受体的抑制在肺癌治疗中可能代表着理想的新的、有潜力的靶标。

致谢

声明:作者宣称没有利益冲突。

译者|范昊宁

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doi:

10.3978/kysj.2014.1.1361
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