張瑤，劉學(xué)軍

(1 山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院,太原 030001 ;2山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院老年病科,太原 030001)

目前，慢性阻塞性肺疾病(chronic obstruction pulmonary disease，COPD)合并肺癌的發(fā)病率不斷上升，但臨床上COPD合并肺癌的患者卻常常被漏診。Cunningham等[1]研究指出，當(dāng)COPD合并肺癌患者出現(xiàn)新癥狀時(shí)，人們常常認(rèn)為新癥狀由COPD導(dǎo)致，因此，就診時(shí)患者往往已發(fā)展至肺癌晚期，預(yù)后較差。COPD合并肺癌病死率高，治療難度大，需在兩種疾病基礎(chǔ)上綜合考慮治療方案，但發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚，因此探討其發(fā)病機(jī)制有助于為進(jìn)一步治療提供新思路。本文從遺傳因素與環(huán)境因素兩個(gè)方面對(duì)COPD合并肺癌的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行闡述。

1 遺傳易感性

1.1 α1-抗胰蛋白酶缺乏

COPD和肺癌的發(fā)病均涉及遺傳因素。研究發(fā)現(xiàn)明確的遺傳病因之一是α1-抗胰蛋白酶(α1-antitrypsin，A1AT)和胰蛋白酶失衡[2]，A1AT是彈性蛋白酶的生理抑制劑，可抑制蛋白酶降解彈性纖維蛋白。二者失衡使肺組織結(jié)構(gòu)被破壞，產(chǎn)生肺氣腫，而肺氣腫是COPD合并肺癌的高危因素[3]。Yang等[4]在研究A1AT缺乏、煙草煙霧、COPD對(duì)肺癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的試驗(yàn)中，排除煙草煙霧暴露和COPD影響后，對(duì)1 856例肺癌患者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)A1AT缺乏者中有70%～100%的風(fēng)險(xiǎn)患肺癌。然而，Mouronte-Roibás 等[5]對(duì)比單純COPD和COPD合并肺癌患者的血清學(xué)標(biāo)志物，發(fā)現(xiàn)COPD合并肺癌患者血清A1AT上升，目前對(duì)于A1AT上升的機(jī)制尚不清楚，而A1AT作為血清學(xué)標(biāo)志物需要進(jìn)一步探討。

1.2 表觀遺傳變異

表觀遺傳變異中DNA甲基化和組蛋白修飾在COPD合并肺癌中具有重要作用。Mateu-Jimenez等[6]一項(xiàng)前瞻性研究對(duì)單純肺癌和COPD合并肺癌2組患者進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于單純肺癌患者，合并COPD的患者miR-21(microRNA-21)、miR-200b(microRNA-200b)、miR-210(microRNA-210)和miR-let7c(microRNA-let7c)的表達(dá)和DNA甲基化程度更高，而下游標(biāo)志物磷酸酯酶與張力蛋白同源物(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)、程序性細(xì)胞死亡因子4(programmed cell death 4，PDCD4)、側(cè)支發(fā)芽因子同源物2(sprouty-2，SPRY-2)、E26轉(zhuǎn)錄因子1(E26-tansformation-specific-1，ETS-1)、E盒結(jié)合鋅指蛋白2(zinc finger E-box binding homeobox-2，ZEB-2)、人成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體樣蛋白1(fibroblast growth factor receptor like-1，F(xiàn)GFRL-1)、肝配蛋白A3(hephrin-A3，EFNA-3)、柯爾斯頓鼠肉瘤病毒致癌基因同源染色體(kirsten rat sarcoma viral oncoenge homolog，k-RAS)和抑癌基因P53的表達(dá)下調(diào)，并且這些生物標(biāo)志物與腫瘤的生成、發(fā)展有關(guān)，說明COPD與肺癌之間存在潛在聯(lián)系，COPD患肺癌的風(fēng)險(xiǎn)更大。

Tessema等[7]通過對(duì)單純肺癌和COPD合并肺癌的冷凍肺腫瘤組織進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)單純肺癌病例，從正常肺到腫瘤，異常甲基化發(fā)生率顯著增加，而在COPD合并肺癌病例中，腫瘤的異常甲基化發(fā)生率進(jìn)一步增加，并且與COPD相關(guān)的CCDC37和MAP1B表達(dá)降低可能使這些基因容易發(fā)生甲基化，進(jìn)而導(dǎo)致肺癌。Sundar等[8]在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)小鼠肺中香煙煙霧暴露可引起組蛋白H3和H4乙?；投谆?，這些組蛋白修飾可能影響DNA的修復(fù)反應(yīng)，進(jìn)而影響基因的表達(dá)，在COPD和肺癌發(fā)病中起重要作用。DNA甲基化和組蛋白修飾在COPD合并肺癌的發(fā)病機(jī)制中的作用仍存在爭(zhēng)議，進(jìn)一步研究該機(jī)制可能對(duì)預(yù)防COPD向肺癌發(fā)展有所幫助。

1.3 全基因組關(guān)聯(lián)分析

全基因組關(guān)聯(lián)分析(genome-wide association study，GWAS)在COPD合并肺癌發(fā)病中起重要作用。Pillai等[9]對(duì)823個(gè)COPD病例組和810個(gè)吸煙對(duì)照組進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析，并評(píng)估國(guó)際COPD遺傳學(xué)中排名前100位的單核苷酸多態(tài)性(single polymorphism，SNP)，此研究確定了α-煙堿型乙酰膽堿受體(CHRNA 3/5)位點(diǎn)的兩種單核苷酸多態(tài)性(rs8034191和rs1051730)與COPD發(fā)病的相關(guān)性，還觀察到刺猬因子相互作用蛋白(recombinant hedgehog interacting protein，HHIP)基因座雖沒有達(dá)到全基因組的顯著性水平，但第4號(hào)染色體上的兩個(gè)SNP(rs1828591和rs13118928)可能與COPD的發(fā)病有關(guān)。該研究不僅發(fā)現(xiàn)α-煙堿型乙酰膽堿受體(CHRNA 3/5)、刺猬因子相互作用蛋白與COPD患病風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，還發(fā)現(xiàn)CHRNA 3/5也與肺癌發(fā)生有關(guān)，且CHRNA 3/5上與肺癌風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)的同一基因座，也與煙草消耗及尼古丁依賴有關(guān)。Yang等[10]將華南和華東人群分為COPD組、肺癌組和對(duì)照組，對(duì)位于CHRNA3基因中的兩個(gè)SNP(rs6495309和rs1051730)進(jìn)行基因分型，發(fā)現(xiàn)rs6495309CC和rs6495309CT/CC變異基因型分別與COPD和肺癌風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān),且rs6495309CC基因型與COPD晚期階段有關(guān)，rs6495309CT/CC基因型則賦予肺癌較低生存率。由此可見，CHRNA3基因和HHIP基因座對(duì)于COPD和肺癌發(fā)病相關(guān)，可能在COPD合并肺癌的發(fā)病機(jī)制中有潛在作用。

2 環(huán)境因素

2.1 香煙煙霧

香煙煙霧(cigarette smoke，CS)包含尼古丁、一氧化氮、氧化劑等4 500種成分，對(duì)肺泡毛細(xì)血管屏障通透性產(chǎn)生影響進(jìn)而使肺組織產(chǎn)生炎癥。眾所周知，肺泡毛細(xì)血管屏障是氧氣和二氧化碳的交換場(chǎng)所。Petecchia等[11]通過研究CS冷凝液對(duì)緊密連接的影響，發(fā)現(xiàn)反復(fù)的CS通過誘導(dǎo)表皮生長(zhǎng)因子-細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2信號(hào)通路直接損害黏著連接和緊密連接從而改變肺上皮通透性，而肺上皮通透性的改變可能導(dǎo)致上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的損害進(jìn)一步產(chǎn)生炎癥。Orosz等[12]和Lu等[13]通過小鼠CS暴露實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)CS暴露使趨化因子如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細(xì)胞介素-6(interleukin-6，IL-6)、白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)增加，進(jìn)而通過還原型輔酶Ⅱ(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)氧化酶依賴的核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)轉(zhuǎn)錄激活內(nèi)皮細(xì)胞，代謝活躍的肺內(nèi)皮細(xì)胞是調(diào)節(jié)炎癥的關(guān)鍵。Wang等[14]通過收集1 069例新診斷肺癌患者和1 132例年齡相匹配無癌對(duì)照者的臨床資料，以吸煙狀況和種族為基礎(chǔ)，計(jì)算既往肺部疾病和肺癌之間關(guān)聯(lián)的比值比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)COPD可能會(huì)增加肺癌的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，在吸煙者中這種相關(guān)性尤其明顯。此外，增加的通透性和融入血液的毒物將會(huì)造成肺后續(xù)損傷，這表示肺屏障紊亂是CS對(duì)肺部損害的初步環(huán)節(jié)[15]，反復(fù)CS暴露及反復(fù)炎癥是COPD合并肺癌的危險(xiǎn)因素。CS本身作為一種有毒氣溶膠與COPD合并肺癌發(fā)病相關(guān)，同時(shí)也可通過誘導(dǎo)肺部炎癥引起COPD合并肺癌的發(fā)生。

2.2 炎癥

2.3 氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激過程中可產(chǎn)生大量活性氧(reactive nitrogen species，ROS)和活性氮(reactive oxygen species，RNS)，ROS和RNS通過直接損傷細(xì)胞和誘導(dǎo)基因表達(dá)異常致癌。在COPD和肺癌中，炎癥細(xì)胞的活化使ROS和RNS激活，激活的RNS和ROS造成細(xì)胞破壞及DNA不可逆損傷，這將導(dǎo)致錯(cuò)誤的復(fù)制、不必要的轉(zhuǎn)錄和基因組的不穩(wěn)定，而這些都是肺癌發(fā)生和轉(zhuǎn)移的原因[20]。ROS和RNS使DNA雙鏈斷裂，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡和衰老，衰老的細(xì)胞可以激活衰老相關(guān)的分泌表型(senescence-associated secretory phenotype，SASP)，SASP則會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)促炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生，使炎癥細(xì)胞活化，形成一個(gè)正反饋[21，22]，從而產(chǎn)生更多氧化分子，導(dǎo)致組織損傷加重。Pastor等[23]通過研究單純COPD或單純肺癌、COPD合并肺癌及對(duì)照組的支氣管肺泡灌洗液中蛋白質(zhì)含量，發(fā)現(xiàn)15種參與ROS代謝的蛋白表達(dá)有所差異，這種差異在對(duì)照組和其他疾病組尤其明顯，可見氧化應(yīng)激在COPD合并肺癌中起著重要作用。ROS會(huì)加快細(xì)胞凋亡進(jìn)程，使肺上皮細(xì)胞凋亡和肺氣腫增加，氧化應(yīng)激和炎癥環(huán)環(huán)相扣，二者對(duì)COPD合并肺癌的發(fā)病互相促進(jìn)。

3 其他因素

3.1 上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化

經(jīng)典的上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial mesenchymal transformation，EMT)通常表示上皮細(xì)胞通過特定程序轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型細(xì)胞的生物學(xué)過程，是上皮細(xì)胞失去細(xì)胞與細(xì)胞之間連接、獲得轉(zhuǎn)移和侵襲的間充質(zhì)特性產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)成分的生理過程。轉(zhuǎn)化而來的間質(zhì)細(xì)胞可能會(huì)不受約束的增殖，為腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移提供了潛在的可能性。Ward等[15]發(fā)現(xiàn)暴露于CS的COPD患者中，典型的間葉細(xì)胞標(biāo)志物α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin， α-SMA)、波形蛋白和膠原蛋白Ⅰ的信使RNA(messenger RNA，mRNA)表達(dá)顯著上調(diào)，而上皮細(xì)胞鈣黏蛋白在吸煙者和COPD患者中下調(diào)，這一結(jié)果說明EMT是COPD發(fā)展的重要部分。CS誘導(dǎo)EMT釋放和自分泌 TGF-β，同時(shí)提高氧化應(yīng)激[24]。EMT的特征性結(jié)構(gòu)是網(wǎng)狀基底膜(reticular basement membrane，Rbm)，Sohal等[25]一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，吸入皮質(zhì)類固醇氟替卡松丙酸酯6個(gè)月以上，Rbm片段化、表皮生長(zhǎng)因子受體(epithelial growth factor receptor，EGFR)、基底上皮細(xì)胞S100A4表達(dá)以及Rbm細(xì)胞S100A4和MMP-9表達(dá)明顯減少，即EMT的變化被抑制，這在一定程度上體現(xiàn)了吸入性糖皮質(zhì)激素可以抑制EMT。

3.2 內(nèi)皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化

內(nèi)皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(endothelial mesenchymal transformation，EndMT)是內(nèi)皮細(xì)胞失去標(biāo)志物如血管內(nèi)皮粘連蛋白(VE-cadherin)，可以表達(dá)成纖維細(xì)胞相關(guān)標(biāo)志物如波形蛋白、Ⅰ型膠原蛋白和α-SMA[26]，是一種病理性纖維化的可能機(jī)制。EndMT與EMT都可激活巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞分泌TGF-β，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞向纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化。Li等[27]采用免疫磁法分離小鼠肺內(nèi)皮細(xì)胞，在誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生EndMT過程中，證明了TGF-β1啟動(dòng)的下游信號(hào)通路可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄抑制因子Snail1強(qiáng)烈上調(diào)，Snail1可有效抑制上皮鈣黏蛋白基因轉(zhuǎn)錄[28]，并在EMT過程中發(fā)揮重要作用，這表明EndoMT和EMT可能共享類似的分子機(jī)制。纖維母細(xì)胞不僅可以合成大量基質(zhì)成分，還可合成不同的生長(zhǎng)因子和炎癥調(diào)控因子。被激活的纖維母細(xì)胞稱為腫瘤相關(guān)的纖維母細(xì)胞(cancer associated fibroblasts，CAFs)，可抑制免疫反應(yīng)并釋放腫瘤生長(zhǎng)因子[29]。EndMT不僅可以直接導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，還可通過產(chǎn)生CAFs促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)。

3.3 細(xì)胞外基質(zhì)

ECM的重要作用是調(diào)節(jié)細(xì)胞活性和維持組織功能。Berg 等[30]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于單純肺癌患者，COPD合并肺癌患者趨化因子配體16、內(nèi)皮抑素和C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein，CRP)水平顯著升高，表明內(nèi)皮激活和細(xì)胞外基質(zhì)重塑在COPD合并肺癌患者中活躍。ECM動(dòng)態(tài)平衡是由金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)和特異性組織金屬酶抑制劑(tissue inhibitor of matrix metalloproteinase，TIMPs)調(diào)控[31]。Gilles 等[32]研究發(fā)現(xiàn)，MMPs蛋白水解活性影響細(xì)胞對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)的黏附，并釋放細(xì)胞外基質(zhì)分子的生物活性片段，提供信號(hào)給細(xì)胞，使它們對(duì)刺激做出反應(yīng)，從而產(chǎn)生炎癥。同樣Brzóska等[33]通過比較單純COPD和COPD合并肺癌患者編碼MMPs和TIMPs的基因，發(fā)現(xiàn)MMP3rs3025058和MMP3rs678815在2組之間存在顯著差異，COPD組中觀察到的雜合子多，純合子少，COPD 合并肺癌組中觀察到的血清TIMP1水平顯著高于COPD組。表明MMP3rs3025058和rs678815多態(tài)性的純合性是COPD患者患肺癌易感性增強(qiáng)的潛在標(biāo)志。MMPs和TIMPs之間失衡，導(dǎo)致ECM降解，進(jìn)一步激活纖維母細(xì)胞，釋放多種炎癥因子、腫瘤生長(zhǎng)因子等，促進(jìn)炎癥和腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

3.4 血管生成

眾所周知，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中，血管生成起著重要作用。在COPD中，小氣道阻塞和肺泡毛細(xì)血管受阻導(dǎo)致組織缺氧，De la Garza等[34]小鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，缺氧會(huì)導(dǎo)致缺氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)激活，他們將表達(dá)HIF-1活性的蛋白破壞，發(fā)現(xiàn)血管生成和肺腫瘤細(xì)胞明顯減少。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是血管生成的重要因子。Valipour等[35]發(fā)現(xiàn)COPD急性發(fā)作患者血清學(xué)中，全身炎癥標(biāo)志物(如CRP、IL-6和纖維蛋白原)與循環(huán)VEGF水平之間存在顯著相關(guān)性。而急性發(fā)作的COPD相比穩(wěn)定期COPD及正常人在外周血中有更高水平的VEGF，那么控制COPD的急性發(fā)作次數(shù)也許會(huì)延緩COPD向肺癌的發(fā)展進(jìn)程，因此，通過對(duì)抑制血管生成進(jìn)行治療也是一個(gè)行之有效的方法。

4 總 結(jié)

COPD合并肺癌的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，與遺傳易感性、環(huán)境因素及EMT、EndMT、ECM等有關(guān)，但目前所知機(jī)制尚未完全明確。COPD患者罹患肺癌的風(fēng)險(xiǎn)很高，但臨床上很多癥狀并不能有效判斷COPD患者是否患上肺癌，而僅僅通過初期臨床癥狀往往讓患者失去早診斷、早治療的機(jī)會(huì)，因此患者就診時(shí)往往已發(fā)展為肺癌晚期。此次新型冠狀病毒疫情期間，有患者或家屬因其他疾病住院時(shí)，卻在篩查新型冠狀病毒時(shí)檢測(cè)出早期肺癌(沒有任何肺部癥狀)。COPD合并肺癌的作用機(jī)制復(fù)雜且尚未完全明確，仍需大量試驗(yàn)，以進(jìn)一步深入研究其作用機(jī)制，從而為早期預(yù)防、診斷及治療提供參考。