張瑤，劉學軍

(1 山西醫(yī)科大學第一臨床醫(yī)學院,太原 030001 ;2山西醫(yī)科大學第一醫(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COPD合并肺癌患者出現(xiàn)新癥狀時，人們常常認為新癥狀由COPD導致，因此，就診時患者往往已發(fā)展至肺癌晚期，預后較差。COPD合并肺癌病死率高，治療難度大，需在兩種疾病基礎上綜合考慮治療方案，但發(fā)病機制尚未完全清楚，因此探討其發(fā)病機制有助于為進一步治療提供新思路。本文從遺傳因素與環(huán)境因素兩個方面對COPD合并肺癌的發(fā)病機制進行闡述。

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對肺癌發(fā)病風險的試驗中，排除煙草煙霧暴露和COPD影響后，對1 856例肺癌患者進行研究，發(fā)現(xiàn)A1AT缺乏者中有70%～100%的風險患肺癌。然而，Mouronte-Roibás 等[5]對比單純COPD和COPD合并肺癌患者的血清學標志物，發(fā)現(xiàn)COPD合并肺癌患者血清A1AT上升，目前對于A1AT上升的機制尚不清楚，而A1AT作為血清學標志物需要進一步探討。

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]一項前瞻性研究對單純肺癌和COPD合并肺癌2組患者進行檢測，發(fā)現(xiàn)相對于單純肺癌患者，合并COPD的患者miR-21(microRNA-21)、miR-200b(microRNA-200b)、miR-210(microRNA-210)和miR-let7c(microRNA-let7c)的表達和DNA甲基化程度更高，而下游標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)、人成纖維細胞生長因子受體樣蛋白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的表達下調(diào)，并且這些生物標志物與腫瘤的生成、發(fā)展有關，說明COPD與肺癌之間存在潛在聯(lián)系，COPD患肺癌的風險更大。

Tessema等[7]通過對單純肺癌和COPD合并肺癌的冷凍肺腫瘤組織進行檢測，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)生率進一步增加，并且與COPD相關的CCDC37和MAP1B表達降低可能使這些基因容易發(fā)生甲基化，進而導致肺癌。Sundar等[8]在實驗中發(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的修復反應，進而影響基因的表達，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)病機制中的作用仍存在爭議，進一步研究該機制可能對預防COPD向肺癌發(fā)展有所幫助。

1.3 全基因組關聯(lián)分析

全基因組關聯(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823個COPD病例組和810個吸煙對照組進行全基因組關聯(lián)分析，并評估國際COPD遺傳學中排名前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)位點的兩種單核苷酸多態(tài)性(rs8034191和rs1051730)與COPD發(fā)病的相關性，還觀察到刺猬因子相互作用蛋白(recombinant hedgehog interacting protein，HHIP)基因座雖沒有達到全基因組的顯著性水平，但第4號染色體上的兩個SNP(rs1828591和rs13118928)可能與COPD的發(fā)病有關。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患病風險有關，還發(fā)現(xiàn)CHRNA 3/5也與肺癌發(fā)生有關，且CHRNA 3/5上與肺癌風險有關的同一基因座，也與煙草消耗及尼古丁依賴有關。Yang等[10]將華南和華東人群分為COPD組、肺癌組和對照組，對位于CHRNA3基因中的兩個SNP(rs6495309和rs1051730)進行基因分型，發(fā)現(xiàn)rs6495309CC和rs6495309CT/CC變異基因型分別與COPD和肺癌風險增加相關,且rs6495309CC基因型與COPD晚期階段有關，rs6495309CT/CC基因型則賦予肺癌較低生存率。由此可見，CHRNA3基因和HHIP基因座對于COPD和肺癌發(fā)病相關，可能在COPD合并肺癌的發(fā)病機制中有潛在作用。

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，對肺泡毛細血管屏障通透性產(chǎn)生影響進而使肺組織產(chǎn)生炎癥。眾所周知，肺泡毛細血管屏障是氧氣和二氧化碳的交換場所。Petecchia等[11]通過研究CS冷凝液對緊密連接的影響，發(fā)現(xiàn)反復的CS通過誘導表皮生長因子-細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2信號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致上皮細胞和內(nèi)皮細胞的損害進一步產(chǎn)生炎癥。Orosz等[12]和Lu等[13]通過小鼠CS暴露實驗，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)、白細胞介素-6(interleukin-6，IL-6)、白細胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)增加，進而通過還原型輔酶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)皮細胞，代謝活躍的肺內(nèi)皮細胞是調(diào)節(jié)炎癥的關鍵。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照者的臨床資料，以吸煙狀況和種族為基礎，計算既往肺部疾病和肺癌之間關聯(lián)的比值比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)COPD可能會增加肺癌的發(fā)生風險，在吸煙者中這種相關性尤其明顯。此外，增加的通透性和融入血液的毒物將會造成肺后續(xù)損傷，這表示肺屏障紊亂是CS對肺部損害的初步環(huán)節(jié)[15]，反復CS暴露及反復炎癥是COPD合并肺癌的危險因素。CS本身作為一種有毒氣溶膠與COPD合并肺癌發(fā)病相關，同時也可通過誘導肺部炎癥引起COPD合并肺癌的發(fā)生。

2.2 炎癥

2.3 氧化應激

氧化應激過程中可產(chǎn)生大量活性氧(reactive nitrogen species，ROS)和活性氮(reactive oxygen species，RNS)，ROS和RNS通過直接損傷細胞和誘導基因表達異常致癌。在COPD和肺癌中，炎癥細胞的活化使ROS和RNS激活，激活的RNS和ROS造成細胞破壞及DNA不可逆損傷，這將導致錯誤的復制、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，導致細胞凋亡和衰老，衰老的細胞可以激活衰老相關的分泌表型(senescence-associated secretory phenotype，SASP)，SASP則會進一步促進促炎癥細胞因子產(chǎn)生，使炎癥細胞活化，形成一個正反饋[21，22]，從而產(chǎn)生更多氧化分子，導致組織損傷加重。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代謝的蛋白表達有所差異，這種差異在對照組和其他疾病組尤其明顯，可見氧化應激在COPD合并肺癌中起著重要作用。ROS會加快細胞凋亡進程，使肺上皮細胞凋亡和肺氣腫增加，氧化應激和炎癥環(huán)環(huán)相扣，二者對COPD合并肺癌的發(fā)病互相促進。

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)通常表示上皮細胞通過特定程序轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型細胞的生物學過程，是上皮細胞失去細胞與細胞之間連接、獲得轉(zhuǎn)移和侵襲的間充質(zhì)特性產(chǎn)生細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)成分的生理過程。轉(zhuǎn)化而來的間質(zhì)細胞可能會不受約束的增殖，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，典型的間葉細胞標志物α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin， α-SMA)、波形蛋白和膠原蛋白Ⅰ的信使RNA(messenger RNA，mRNA)表達顯著上調(diào)，而上皮細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EMT釋放和自分泌 TGF-β，同時提高氧化應激[24]。EMT的特征性結(jié)構(gòu)是網(wǎng)狀基底膜(reticular basement membrane，Rbm)，Sohal等[25]一項隨機對照實驗發(fā)現(xiàn)，吸入皮質(zhì)類固醇氟替卡松丙酸酯6個月以上，Rbm片段化、表皮生長因子受體(epithelial growth factor receptor，EGFR)、基底上皮細胞S100A4表達以及Rbm細胞S100A4和MMP-9表達明顯減少，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)皮細胞失去標志物如血管內(nèi)皮粘連蛋白(VE-cadherin)，可以表達成纖維細胞相關標志物如波形蛋白、Ⅰ型膠原蛋白和α-SMA[26]，是一種病理性纖維化的可能機制。EndMT與EMT都可激活巨噬細胞等炎癥細胞分泌TGF-β，促進內(nèi)皮細胞向纖維細胞轉(zhuǎn)化。Li等[27]采用免疫磁法分離小鼠肺內(nèi)皮細胞，在誘導內(nèi)皮細胞發(fā)生EndMT過程中，證明了TGF-β1啟動的下游信號通路可導致轉(zhuǎn)錄抑制因子Snail1強烈上調(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制。纖維母細胞不僅可以合成大量基質(zhì)成分，還可合成不同的生長因子和炎癥調(diào)控因子。被激活的纖維母細胞稱為腫瘤相關的纖維母細胞(cancer associated fibroblasts，CAFs)，可抑制免疫反應并釋放腫瘤生長因子[29]。EndMT不僅可以直接導致腫瘤的發(fā)生，還可通過產(chǎn)生CAFs促進腫瘤的生長。

3.3 細胞外基質(zhì)

ECM的重要作用是調(diào)節(jié)細胞活性和維持組織功能。Berg 等[30]試驗發(fā)現(xiàn)，相對于單純肺癌患者，COPD合并肺癌患者趨化因子配體16、內(nèi)皮抑素和C反應蛋白(C-reactive protein，CRP)水平顯著升高，表明內(nèi)皮激活和細胞外基質(zhì)重塑在COPD合并肺癌患者中活躍。ECM動態(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胞對細胞外基質(zhì)的黏附，并釋放細胞外基質(zhì)分子的生物活性片段，提供信號給細胞，使它們對刺激做出反應，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的潛在標志。MMPs和TIMPs之間失衡，導致ECM降解，進一步激活纖維母細胞，釋放多種炎癥因子、腫瘤生長因子等，促進炎癥和腫瘤的發(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血管受阻導致組織缺氧，De la Garza等[34]小鼠實驗發(fā)現(xiàn)，缺氧會導致缺氧誘導因子1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)激活，他們將表達HIF-1活性的蛋白破壞，發(fā)現(xiàn)血管生成和肺腫瘤細胞明顯減少。血管內(nèi)皮生長因子(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)作患者血清學中，全身炎癥標志物(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)也許會延緩COPD向肺癌的發(fā)展進程，因此，通過對抑制血管生成進行治療也是一個行之有效的方法。

4 總 結(jié)

COPD合并肺癌的發(fā)病機制復雜，與遺傳易感性、環(huán)境因素及EMT、EndMT、ECM等有關，但目前所知機制尚未完全明確。COPD患者罹患肺癌的風險很高，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、早治療的機會，因此患者就診時往往已發(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，卻在篩查新型冠狀病毒時檢測出早期肺癌(沒有任何肺部癥狀)。COPD合并肺癌的作用機制復雜且尚未完全明確，仍需大量試驗，以進一步深入研究其作用機制，從而為早期預防、診斷及治療提供參考。