mTOR信號通路在非小細胞肺癌骨轉移中的作用研究進展

趙雪強，林 云

（桂林醫學院第二附屬醫院呼吸與危重癥醫學科 廣西 桂林 541199）

隨著手術、化療、分子靶向治療及放療等綜合治療后患者的中位生存期較前明顯延長，但肺癌骨轉移的發生率亦隨之增高，為30%～40%，骨轉移發生后，患者將出現骨痛、病理性骨折、高鈣血癥等骨轉移有關事件，嚴重影響患者的生活質量和總生存率[1]。在肺癌骨轉移過程中，肺癌細胞首先要經過脫離病灶和向外侵襲、趨化和遷移以及黏附等過程，到達骨組織后，癌細胞和骨基質細胞相互作用，從而導致了骨轉移灶的形成。肺癌骨轉移中，大部分是溶骨性改變，成骨性骨轉移和混合型骨轉移相對少見。研究其骨轉移機制有利于開拓新的治療方向。雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，對于蛋白質翻譯、腫瘤細胞生長增殖、凋亡和自噬等具有重要的調控作用[2]。本文將對mTOR通路在非小細胞肺癌骨轉移的影響進行綜述，為非小細胞肺癌骨轉移的預防和治療提供新的方向。

1.mTOR概述

mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，其羧基末端結構域與磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositide 3-kinases,PI3K）的催化區域相似，并且屬于PI3K相關激酶（PIKK）脂質激酶超家族，290 kDa的蛋白。mTOR是一種環境傳感器，包括mTORC1、mTORC2，整合了來自生長因子，能量狀態，氧氣和氨基酸的信號，以控制幾種重要的細胞功能，調節帽依賴性翻譯，從G1期到S期的細胞周期進程，DNA修復，端粒長度，生物發生和細胞死亡。mTORC1的下游效應器主要有3個：4EBP1、S6K1和ULK1。激活的mTORC1通過通過使真核翻譯起始因子4E（eukaryotic translation initiation factor4e, eIF-4E）結合蛋白（translation factor eIF4E-binding protein 1, 4E-BP1）失活，促進eIF4E誘導的翻譯過程的進行；激活核糖體蛋白S6激酶1（ribosomal protein S6Kinase 1, S6K1）,促進蛋白質合成[3]；通過自噬相關蛋白（unc-51-like kinase 1,ULK1）調控細胞自噬過程[4]。

mTORC2的研究起步較晚，mTORC2通過激活PKCα和Rho GTPase調節細胞-骨骼代謝和節細胞存活和脂質代謝[5]。

2.mTOR與非小細胞肺癌細胞生長轉移的關系

2.1 肺癌細胞從原發灶脫落和轉移

肺癌細胞從腫瘤灶脫落，突破細胞外基質和基底膜構成的屏障是癌細胞轉移的必要條件。基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase, MMP）和黏附分子在癌細胞脫落與聚集、黏附與去黏附過程中發揮重要作用。研究發現瘦素通過mTOR信號通路促進肺癌細胞遷移[6]。詹曉峰等[7]研究發現，雷帕霉素通過mTOR-p70S6K信號通路抑制A549細胞球的細胞增殖、成球能力及上皮-間質轉化（epithelial-mesenchymal transition, EMT）。丁志丹等[8]利用細胞侵襲實驗和劃痕實驗觀察到貝母素乙抑制A549細胞的侵襲和遷移能力，貝母素乙可使A549細胞PI3K/Akt/mTOR通路激活受阻，同時也發現貝母素乙抑制A549細胞的MMP-9、MMP-2、N-cadherin和vimentin的表達，下調A549細胞的FN蛋白表達，并呈時間和濃度依賴性，貝母素乙通過調控PI3K/Akt/mTOR通路活性減緩A549細胞EMT進程的作用。

2.2 肺癌細胞進入血液中

當肺癌細胞進入人外周血液中后，受到了人免疫細胞的攻擊、外周血液流體剪切力學的影響以及失去細胞外基質的支持作用，最終導致循環腫瘤細胞（circulating tumor cells, CTCs）大量凋亡，這種現象稱為失巢凋亡，是一種特殊類型的程序性死亡，在腫瘤的生長、侵襲和轉移過程中起主要作用。在抗腫瘤免疫應答中，細胞程序性死亡配體1（programmed cell death 1 ligand 1, PD-L1）在腫瘤細胞的表達從而讓T淋巴細胞不能有效誘導CTC死亡而發生免疫逃逸[9]。有研究發現，mTOR通路可影響腫瘤微環境內免疫細胞的活性和PD-L1表達，參與免疫抑制微環境的形成，阻斷mTOR通路，恢復患者機體的免疫應答，增強抗腫瘤固有的免疫效應[10]。腫瘤細胞表達PD-L1、活化T淋巴細胞的共刺激分子（CD80和CD86等）的低表達或不表達，導致T細胞活化的第二信號提供受阻，腫瘤細胞因此發生免疫耐受。另外，腫瘤患者血循環中不同的細胞成分在促進CTC的免疫逃逸方面也起著不同的作用。

2.3 肺癌細胞在骨內定植

肺癌細胞歸巢并骨髓中定植，到達骨組織前，首先腫瘤細胞要突破外周血管的屏障。骨髓基質中的趨化因子CXCL12和定位在腫瘤細胞膜上的特異性受體CXCR4和CXCR7結合，產生相互作用，促使肺癌細胞突破血管屏障，進入骨髓中。CXCL12不僅是促進內皮細胞趨化作用的重要配體，還是驅動血循環中的造血祖細胞募集到骨髓的調節因子。骨轉移病灶中的腫瘤細胞可通過提高CXCR4和CXCR7的表達模仿造血祖細胞歸巢至骨的過程，使腫瘤細胞的CXCL12濃度在骨髓中高表達[11]。

3.mTOR與骨代謝

在生理狀態下，穩定的骨代謝受到精密的控制，肺癌細胞發生骨轉移后，黏附在骨髓基質的肺癌細胞會打破代謝平衡，建立起促進癌細胞生長、加速骨質破壞的不良循環。巨噬細胞集落刺激因子（macrophage colony stimulating factor, MCSF）、核因子κB受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor-κB ligand, RANKL）和腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）等破骨細胞分化相關因子通過mTORC1/S6K通路誘導破骨細胞的分化、阻止破骨細胞凋亡[12]。破骨細胞的生成和成熟是溶骨性改變的關鍵。通過建立肺癌細胞與破骨細胞前體細胞培養模型，藥物干預后發現淫羊藿素通過腺苷酸激活蛋白激酶（adenosine 5‘-monophosphate(AMP)-activated protein kinase,AMPK）/mTOR通路抑制肺腺癌細胞誘導破骨細胞分化[13]。腫瘤細胞和成骨細胞形成異型黏附連接，從而改善mTOR活性并引導骨定植。當腫瘤細胞來源的血管細胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1, VCAM-1）與破骨細胞祖細胞結合，誘導破骨細胞分化，這種細胞間的相互影響不但代表了骨轉移微環境而且也代表了臨床上的骨轉移關鍵步驟。分布在骨髓中的腫瘤細胞在骨髓中建立了第一個立足點，與造血干細胞競爭以占領轉移前的生態位。成骨細胞與腫瘤細胞之間的相互作用導致腫瘤細胞中mTOR的活化。因此，mTOR的過度激活導致骨骼吸收增加，但也導致了從轉移前腫瘤小環境轉化為微轉移，然后發生骨轉移[14]。

4.展望

綜上所述，目前，我們對mTOR信號通路在非小細胞肺癌骨轉移發生機制還有待完善，需要肺癌的臨床和基礎等學科的相互合作研究，進一步探索。相信隨著對mTOR信號通路在非小細胞肺癌發生骨轉移作用的研究深入，將會對治療和預防肺癌骨轉移提供更多的理論和實踐依據。