LKB1信號通路在非小細胞肺癌相關靶向治療中的研究進展

王競 韓瑞麗 鐘殿勝

肺癌的發病率和死亡率在全球惡性腫瘤中位于首位，其中，非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC）占80%-85%。絕大多數NSCLC臨床確診時處于復發或轉移性的晚期階段，化療是主要的治療手段。但是，作為標準一線治療的含鉑類藥聯合化療方案已進入平臺期，近些年來，分子靶向治療研究使人們看到了跨越這一平臺的希望，是現在肺癌治療的熱點和趨勢。

腫瘤可以認為是一種基因疾病，其發生、發展過程中最為關鍵的環節之一就是癌基因的激活和抑癌基因的失活。近年來，一個新的抑癌基因LKB1，又名STK11，在腫瘤中的作用引起了很多的關注。在NSCLC中，LKB1的突變率可高達15%-35%[1]。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）信號通路是目前腫瘤信號傳導通路研究的熱點之一。研究[1]顯示，LKB1通過磷酸化磷酸腺苷激活的蛋白激酶（AMP activated protein kinase, AMPK），從而激活AMPK，實現對mTOR活性的負向調控，進而通過缺氧誘導因子1（hypoxia inducible factor 1, HIF1）負向調控其下游的賴氨酰氧化酶（lysyl oxidase, LOX）及LOX下游的局部粘著斑激酶（focal adhesion kinase, FAK）；此外，LKB1能夠抑制癌促活化因子3抗體（polymoma virus enhancer-3, PEA3）的表達，并最終導致環氧化酶-2（cyclooxygenase-2, COX-2）mRNA和蛋白表達的減少（圖1）。由于LKB1是一個抑癌基因，所以其本身并不是一個理想的藥物靶點，但其信號通路的下游蛋白已成為治療的潛在靶點，本文將概述近年來的研究進展。

1 針對AMP激活的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）的靶向治療

AMPK介導了從LKB1到mTOR-HIF1α的信號通路，研究[2]顯示LKB1基因缺失的細胞一般會失去其下游AMPK靶點對AMPK激動劑的反應性，因此能夠不依賴于LKB1而激活AMPK的化合物，諸如二甲雙胍、苯乙雙胍以及間苯二甲酸（PIA）可能都對肺癌治療有著比較好的效果[3,4]。這類藥物可以不依賴體內的LKB1而激活AMPK，這一作用主要是通過CaMkkβ介導的，因此能夠應用于LKB1突變的腫瘤患者的治療[2]。這類藥物廣泛的生物學效應主要體現在能夠獨立的影響AMPK、AKT和P38α的激活，由此揭示了它們作為抗腫瘤藥物的潛力。多項研究[5-9]報道了二甲雙胍對乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌以及結直腸癌均有明顯的抑制作用。武寧等[10]也發現，二甲雙胍對于人類肺腺癌A549細胞具有較強的生長抑制作用。

圖 1 LKB1及其下游相關靶點信號通路示意結構圖Fig 1 Schematic illustration of LKB1 signaling pathway and related downstream targets for cancer therapy

2 針對mTOR的靶向治療

mTOR是一種絲/蘇氨酸蛋白激酶，廣泛存在于酵母和哺乳動物中，進化十分保守。mTOR是1991年Heitman等在分析不同啤酒酵母突變體對雷帕霉素抵抗作用差別時發現的。mTOR對生長因子、胰島素、營養物質、氨基酸、葡萄糖等刺激產生應答，在調節細胞生長、增殖、調控細胞周期等多個方面扮演著重要角色[1]。研究表明，mTOR抑制劑通過阻斷細胞周期[11]、促進腫瘤細胞發生凋亡和自噬并抑制腫瘤血管的生成[12]，從而達到抑制腫瘤生長和進展的作用。

由于LKB1-AMPK信號通路下游的mTOR在LKB1缺失的腫瘤細胞中異常活躍，因此mTOR抑制劑被認為在肺癌的治療中有明顯的優勢。目前，已有4種mTOR抑制劑被有效地應用于臨床，分別是雷帕霉素和3種雷帕霉素的衍生物：CCI-779、RD001和AP23573。雷帕霉素是一種mTOR抑制劑，最初用于抗真菌治療，后來又作為免疫抑制劑。Markus等[13]在動物實驗中發現，雷帕霉素不僅在免疫抑制效果上比環孢素A強10倍以上，而且作為一種非細胞毒性藥物，對腫瘤有抑制作用。Mahoney研究[14]表明，LKB1/KRAS聯合突變的肺癌患者表現出了對MEK抑制劑CI-1040的敏感性，同時也表現出了對雷帕霉素的敏感性，但是單獨突變的患者對雷帕霉素不敏感，因此，mTOR抑制劑可作為LKB1/KRAS聯合突變肺癌患者的靶向治療。 研究[15]表明，mTOR抑制劑無論是單獨用藥還是和其它化療藥聯合用藥，均有很好的抗腫瘤活性。此外，mTOR抑制劑聯合磷酸肌醇3激酶（phosphatidylinositol-3-kinase, PI3K）或MEK1/2抑制劑，也顯示出其對LKB1缺失的原發和轉移肺癌有著很好的協同治療效果[16]。

雷帕霉素的抗腫瘤活性雖強，但它有兩個嚴重的缺點：穩定性差及溶解性差，即使在生理pH條件下也會發生水解作用導致活性下降，而雷帕霉素的三個衍生物能很好的彌補其不足[17]。RAD001是Novartis公司研發的半合成衍生物，其水溶性比雷帕霉素好，具有免疫抑制及抗腫瘤作用，在體內免疫活性與雷帕霉素相當。臨床前期研究表明，其與細胞毒藥物聯合應用時具有相加或協同作用。目前，該藥在腫瘤的治療中已處于I期-III期臨床研究階段。CCI-779是水溶性更好的丙酸酯類衍生物，幾乎無免疫抑制活性，是一種延遲腫瘤增殖的非細胞毒藥物。AP23573是由計算機輔助設計出來的半合成藥物，在各種有機溶劑、水溶液及全血中都比較穩定，無免疫抑制活性，但具有較強的抗腫瘤作用。這三個雷帕霉素衍生物在靜脈給藥途徑中均有更好的藥物動力學效應，其中CCI-779和AP23573可口服和靜脈給藥，RD001可口服給藥。

3 針對賴氨酰氧化酶（lysyl oxidase, LOX）的靶向治療

LOX能夠氧化膠原蛋白中的賴氨酸，導致細胞外基質結構的穩定和共價交聯[18]。LOX的表達或是酶活性的異常與很多疾病相關，包括肺癌。研究[19]顯示，肺癌患者中LOX血清活性升高，可作為肺癌預后的生物標志物。

研究[19]顯示，LOX是LKB1-mTOR-HIFα信號通路下游的一個靶點。β-胺基丙腈（β-aminopropionitrile,BAPN）是LOX的抑制劑，Gao等[19]研究發現，BAPN能夠有效地抑制LKB1基因缺失組小鼠的腫瘤大小和數量，但對LKB1野生型組小鼠不明顯；此外，BAPN對LKB1基因缺失組小鼠的大型腫瘤作用比對小型腫瘤作用明顯。上述結果提示，LOX抑制劑對LKB1基因缺失的肺癌有抑制腫瘤增殖和促進腫瘤細胞凋亡的作用。另外，該研究還發現，將敲除了LOX基因的A549細胞種植到裸鼠體內，其生成的腫瘤的數量和體積要明顯小于對照組，能夠明顯減緩LKB1基因缺失肺癌細胞的惡性程度和侵襲性。這些研究結果提示，LOX可能是一個重要的潛在的肺癌治療靶點，并有希望成為預測肺癌預后的生物學標志物。

4 針對局部粘著斑途經（focal adhesion pathway, FA pathway）的靶向治療

LKB1缺失可以增加局部粘著斑動力學中的蛋白激酶活性，進而促進細胞的運動性和侵襲力。粘著斑是動態的亞細胞結構，能夠調節細胞連接到細胞外基質，它由超過50種蛋白組成，包括局部粘著斑激酶（focal adhesion kinase, FAK）、樁蛋白（Paxillin，是迄今為止發現的惟一能與癌基因結合的含酪氨酸的粘附調節蛋白，主要定位于粘著斑，與多種腫瘤的形成有關）和src基因編碼產物（SRC）。SRC和FAK活化通過下調RhoA導致了局部粘著斑的拆卸，進而導致了細胞運動性的增加，即加快了轉移進程中的細胞運動性和侵襲力，LKB1下調能夠導致局部粘著斑組分的活化，特別是SRC和FAK[20]。轉移是一個多步驟的過程，包括細胞與細胞外基質交互作用、細胞的遷移以及腫瘤的侵襲，這些過程都可以調節SRC和FAK的活性以及被它們調節。Carretero等[16]報道，使用SRC家族激酶抑制劑達沙替尼（dasatinib）和FAK抑制劑PF573228干預LKB1缺失和正常表達的細胞，發現用達沙替尼和PF573228處理LKB1敲除的H358細胞，細胞粘附和劑量相關性與非LKB1敲除細胞相比更明顯，對于用這兩種藥處理的兩組細胞的細胞遷移能力的檢測也發現了類似的結果。這些結果表明，LKB1表達減少可活化SRC和FAK，促進細胞遷移和粘附到細胞外基質。

達沙替尼是一種ATP競爭性的酪氨酸激酶抑制劑，是SRC家族激酶抑制劑。Carretero研究[16]顯示，單獨應用達沙替尼或BEZ235（一種PI3K-mTOR的抑制劑）/AZD2644（一種MEK1/2的抑制劑）不能對Kras/LKB1聯合缺失的肺癌腫瘤起作用，而聯合應用達沙替尼與BEZ235和AZD2644，經核磁和病理學證實可以對其產生明顯的抑制作用；另外，三種藥聯合還可同時抑制SRC、TGF-β以及MEK、AKT、EMT和ES的信號傳導，減少80%的Kras無突變/LKB1缺失的哺乳動物肺癌模型的腫瘤體積。盡管達沙替尼單獨使用在Kras/LKB1聯合突變的肺癌細胞中不能證明對生存有益，但它仍能阻斷轉移。研究結果[21]已經證實，達沙替尼在肺癌和前列腺癌中有抗惡性細胞增生和防止惡性細胞擴散的作用。一項NSCLC的II期臨床研究結果[22]顯示，NSCLC人群中存在潛在的對達沙替尼敏感的亞組。

5 作用于環氧化酶-2（cyclooxygenase-2, COX-2）的靶向治療

COX-2是LKB1信號通路下游的重要中介者，很多惡性腫瘤，包括肺癌中的COX-2表達非常高。大樣本研究表明，NSCLC細胞表面的COX-2陽性率較高，其中以腺癌陽性率最高，鱗癌次之。Achiwa[23]報道，COX-2表達水平與I期肺癌患者的生存率下降相關，COX-2表達高可能對預知早期癌癥患者臨床外科手術預后有意義。對于COX-2的靶向治療已經被用于臨床前期的動物模型中，實驗證據顯示，COX-2在腫瘤進展過程中起作用，如過表達的COX-2可抑制細胞凋亡，增強了鼠上皮細胞潛在的致瘤性；COX-2在癌細胞侵襲性和血管內皮細胞化療反應性等體外實驗中扮演了重要的角色。但臨床上關于COX-2的作用尚需更大樣本的群體性研究。目前認為，COX-2參與腫瘤的發生、發展、轉移和預后的機制可能有四個方面：抑制凋亡、抑制機體的抗腫瘤免疫、促進腫瘤新生血管生成、增加侵襲力。

COX-2特異性抑制劑（塞來昔布，羅非昔布）已被報道有抗腫瘤的活性，其在NSCLC中可考慮與化療和放療聯合應用[24]。塞來昔布是研究最多的一種COX-2特異性抑制劑，常常與放化療聯合用于NSCLC的治療，目前已進入II期臨床實驗[25]。在2003年第10屆國際肺癌會議上有研究者提出，EGFR酪氨酸激酶抑制劑可以聯合COX-2抑制劑治療NSCLC。O’Byme[26]公布了一項進行中的聯合吉非替尼（gefitinib）和羅非昔布（rofecoxib）治療曾接受鉑類藥物治療的NSCLC，有效率為9.7%，無3級毒性作用的出現。

6 其它

有研究發現，LKB1缺失會改變癌細胞的新陳代謝，缺少LKB1的細胞不能對能量壓力做出反應進而導致了細胞死亡，提示那些影響細胞新陳代謝的藥物可能有利于腫瘤的治療。據Inge[27]報道，LKB1缺失的NSCLC患者比野生型LKB1的患者對2-脫氧葡萄糖（2-DG）的治療更加敏感，2-DG是一種糖代謝抑制劑，上述結果證實了誘導能量壓力的葡萄糖類化合物可能對那些LKB1缺失的肺癌患者有治療益處。

綜上所述，各種針對LKB1信號通路的靶向治療都有不同程度的抑制NSCLC腫瘤的作用，這為發展新的NSCLC臨床治療策略指出了方向。