肝激酶 B 1在肺癌中的研究进展

牛甫 综述，刘风玲审校

河北医科大学第四医院化疗科，石家庄0500000

肺癌是临床中常见的恶性肿瘤，且是导致恶性肿瘤患者病死的主要原因。据统计，2012年全球新增肺癌患者约180万例，死亡约160万例[1]。绝大多数肺癌患者在确诊时已进入晚期阶段，化疗是其主要的治疗手段。近年来，基因靶向治疗及免疫治疗改变了肺癌的管理模式，临床医学仍在继续探索，并试图寻找使患者更获益的治疗方法[2]。肝激酶 B1（serine/threonine kinase 11，STK11，也称LKB1），也称为丝氨酸/苏氨酸激酶11，在Peutz-Jeghers综合征患者中首次被发现。LKB1与恶性肿瘤的发展具有密切关系，通常被认为是肿瘤抑制因子。LKB1可抑制恶性肿瘤细胞的生长，促进细胞凋亡，抑制肿瘤的转移和血管生成，LKB1的体细胞突变常发生于肺癌。据报道，肺癌中LKB1的突变率高达30%[3]。本文对LKB1与肺癌发生、预后、抗药性及治疗的关系作一综述。

1 LKB 1与肺癌发生

LKB1是一种必需的丝氨酸/苏氨酸激酶，可以调节细胞的各种生物学过程，如细胞代谢、细胞极性及细胞增殖和迁移。LKB1基因位于人类染色体19p13.3上，基因跨度为23 kb，含有9个外显子和11个内含子，转录方向从端粒到着丝点。人体中几乎所有的组织中均有LKB1mRNA的表达，并且在上皮、睾丸生精小管和肝脏等组织中的表达水平较高。胎儿组织中LKB1mRNA的表达水平高于成人组织，肿瘤组织中LKB1mRNA的表达水平高于正常组织[4]。

LKB1失活在肺腺癌中约占30%，目前有关LKB1在肺癌发生中的作用机制有多种[5]。研究较为成熟的机制是LKB1可以通过磷酸化包括AMP活化的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）在内的多种底物调控非小细胞肺癌的发生和转移[6]。Li等[7]研究发现，微小 RNA-93（mircoRNA-93，miRNA-93）与LKB1的表达有关，该研究采用miRNA-93过表达质粒和miRNA-93沉默质粒分别转染肺癌细胞以产生稳定的miRNA-93过表达和miRNA-93敲除的细胞，然后分析miRNA-93对细胞增殖、迁移和侵袭的影响，结果提示miRNA-93上调会促进细胞增殖、迁移和侵袭，而miRNA-93下调会抑制上述过程。蛋白质印迹（Western blot）分析结果表明，miRNA-93通过抑制LKB1、磷酸酶张力蛋白同源物（phosphatase and tensin homology，PTEN）和p21的表达，并激活磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB，又称AKT）信号通路实现这一过程。Song等[8]研究发现，LKB1可通过抑制声波刺猬信号分子（sonic hedgehog signaling molecule，SHH）信号通路，抑制肺癌细胞增殖并诱导其凋亡。SHH信号通路由配体SHH与受体patched（PTCH）相互结合而启动。在正常情况下，PTCH可抑制smoothened（SMO）的活性；当PTCH与SHH结合时，PTCH对SMO的抑制作用被解除，Smo通过转录因子胶质瘤相关癌基因（glioma-associated oncogene，GLI）将信号转导至细胞核，调控SHH信号通路。SHH信号通路可以调控细胞增殖、迁移和分化等多种细胞生物学过程，SHH信号通路调控失常可能会导致恶性肿瘤的发生和发展。应用Western blot法检测LKB1对SHH信号通路关键分子的影响，结果发现，沉默LKB1表达后，SHH、PTCH、SMO、GLI1的表达水平均升高，表明LKB1沉默可以激活SHH信号通路。同时，LKB1过表达后SHH、PTCH、SMO和GLI1的表达水平均降低，说明LKB1过表达可以抑制SHH信号通路。

2 LKB 1与肺癌预后

虽然关于LKB1生物学作用的证据正在积累，但其对晚期非小细胞肺癌患者预后的意义尚未清楚。Xiao等[9]一项纳入14项研究共1915例实体瘤患者的Meta分析结果显示，在亚洲地区，LKB1表达下调与总生存期（overall survival，OS）短密切相关，尤其在肺癌中最为明显。该研究还表明，LKB1表达下调与肿瘤大小、淋巴结转移和TNM分期有关。这些结果表明实体瘤患者的LKB1表达下调可能与预后不良有关，并可作为预后不良的潜在预测指标。

3 LKB 1与肺癌抗药性

Jin等[10]研究发现，谷氨酸脱氢酶1（glutamate dehydrogenase 1，GDH1）在LKB1缺乏的肺癌中具有抗凋亡和促转移的作用。GDH1的产物α酮戊二酸（α-ketoglutaric acid，α-KG）通过增强其与底物AMPK的结合，促进对凋亡的抵抗。AMPK的激活主要依赖于钙/钙调蛋白依赖的蛋白激酶激酶2（calcium/calmodulin dependent protein kinase kinase 2，CamKK2）。Yao 等[11]研究发现耐辐射细胞株A549R和H1299R均具有间充质干细胞特征，且具有较强的侵袭和迁移能力。A549R和H1299R细胞减弱了LKB1-盐诱导激酶1（salt inducible kinase 1，SIK1）信号，导致锌指E盒结合同源框1（zinc finger E-box binding homeobox 1，ZEB1）[一种驱动上皮细胞-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）的转录因子]的表达上调。LKB1在A549R细胞中的重新表达逆转了EMT表型，而在H1299R细胞中，LKB1的敲低促进了EMT表型。此外，LKB1在A549细胞中的再表达增加了放射敏感性，而H1299细胞中LKB1的敲低降低了放射敏感性。该研究结果表明，减弱LKB1-SIK1信号可促进非小细胞肺癌细胞的EMT，并降低放射敏感性。Bonanno等[12]回顾性分析了98例非小细胞肺癌患者组织样本中LKB1的表达情况，结果发现，负/弱LKB1表达的患者在化疗中加入贝伐珠单抗并无明显获益，而中/强LKB1表达的患者接受贝伐珠单抗化疗后死亡风险明显降低。Zhang等[13]研究分析了LKB1突变是否会改变非小细胞肺癌对丝裂原活化的细胞外信号调节激酶（mitogenactivated extracellular signal-regulated kinase，MEK）抑制剂司美替尼的敏感性，结果发现LKB1失活会导致MEK/胞外信号调节激酶（extracellular signalregulated kinase，ERK）/促分裂原活化的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路受到抑制，从而降低了对司美替尼的敏感性。

4 LKB 1与肺癌治疗

4.1 激活AMPK通路

研究显示，二甲双胍可通过激活AMPK显著抑制非小细胞肺癌细胞的增殖，诱导细胞凋亡，并阻断细胞周期[14]。目前较多的临床前数据支持二甲双胍在肺癌治疗中的辅助作用，例如联合化疗或靶向药物治疗。Moro等[15]研究发现，二甲双胍在KRAS/LKB1共突变肿瘤中与顺铂具有协同作用，且可以延缓对顺铂的耐药。一项多中心、开放研究分析了二甲双胍联合厄洛替尼对Ⅳ期非小细胞肺癌患者的治疗效果，结果表明，二甲双胍与厄洛替尼联合使用时，推荐二甲双胍剂量的Ⅱ期临床参考用药为1500 mg/d，与150 mg厄洛替尼联合使用[16]。基于二甲双胍具有良好的安全性，且成本较低，Parikh等[17]进行了一项单臂Ⅱ期临床试验，评估二甲双胍与标准铂类双重化疗联合治疗非糖尿病、晚期、非鳞状非小细胞肺癌，结果发现，二甲双胍用于晚期非小细胞肺癌的化疗是安全的，但并未显著改善临床治疗效果，该研究结果可能受样本量较小的限制，需要加大样本量进一步研究。

4.2 抑制氨基甲酸酯合成酶 1

Çeliktas等[18]研究了45个肺腺癌细胞系的蛋白质组图谱，结果发现，氨基甲酸酯合成酶1（carbamoyl-phosphate synthase 1，CPS1）在LKB1失活的肺腺癌细胞系中明显过表达。CPS1是一种多域线粒体酶蛋白，可催化尿素循环的第一步，用于氨的解毒和处理。Kaufman等[19]对与LKB1丢失相关的基因的表达特征进行了分析，证明包含CPS1在内的16个基因能够准确预测LKB1的失活状态。Skoulidis等[20]对KRAS突变型肺腺癌的基因组、转录组和蛋白质组学进行了综合分析，结果显示，CPS1是在KRAS和LKB1突变的肺腺癌中过表达的基因之一。Liu等[21]研究指出，LKB1突变型肺癌患者在核苷酸生物合成途径中是脆弱的，对脱氧胸苷酸激酶抑制剂较为敏感。因此，靶向CPS1联合脱氧胸苷酸激酶抑制剂在LKB1灭活中可能具有很好的治疗潜力，逆转录聚合酶链反应（reverse transcriptase-polymerase chain reaction，RT-PCR）结果提示，CPS1敲除可能会抑制JAK/信号转导及转录激活因子（signal transduction and activator of transcription，STAT）通路。由于白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）/JAK/STAT信号轴在细胞增殖、存活、侵袭、化学抗性、免疫抑制等方面发挥重要作用，靶向CPS1可能改变肿瘤微环境，提高免疫治疗的效果。该研究的潜在局限性是缺乏CPS1抑制剂，目前尚不能应用于临床。

4.3 抑制细胞周期检查点激酶 1

LKB1突变的肺癌患者具有更高的DNA损伤率，导致对细胞周期检查点激酶1（checkpoint kinase 1，CHK1）功能的依赖性增加。CHK1是一种重要的细胞周期检查点激酶，可以在DNA损伤时停止细胞周期运行，为DNA损伤的修复提供时间，如果DNA损伤无法修复，细胞就开始凋亡。基于此，许多研究者主张使用CHK1抑制剂结合诱导DNA损伤（通过辐照或抗代谢）作为一种潜在的抗肿瘤治疗方法。Liu等[22]研究采用CHK1抑制剂AZD7762联合DNA合成抑制剂吉西他滨（低剂量）治疗LKB1缺乏的肺癌患者，结果显示患者的肿瘤体积缩小。与传统化疗方法不同的是，这项研究还证明了AZD7762与吉西他滨联合使用时，吉西他滨的使用剂量较低，但该研究结果需要更多的临床试验证实。

4.4 抑制极光激酶 A

研究显示，极光激酶A（aurora kinase A，AURKA）可以直接与LKB1相互作用，进而阻断LKB1/假激酶样衔接蛋白（STE20 related adaptor alpha，STRAD）/脚手架蛋白MO25复合物的组合，以及LKB1与AMPK的相互作用，从而阻滞LKB1/AMPK信号通路，减弱LKB1的肿瘤抑制作用[23]。AURKA作为一种与细胞周期有关的丝氨酸/苏氨酸激酶，在各种恶性肿瘤中均有表达，尤其是在乳腺癌和前列腺癌中。AURKA的生物学功能与有丝分裂期的中心体成熟和分离有关，可以调节纺锤体的形成和稳定性，形成非整倍体，这是许多肿瘤的特征。此外，AURKA在肿瘤发生的过程中还具有许多其他的生物学功能，如通过直接磷酸化雌激素受体使他莫昔芬产生耐药性，通过调控组蛋白修饰促进EMT表型转化等[24]。近年来，越来越多的AURKA抑制剂的研发处于临床前阶段或临床阶段，MLN8237是第二代AURKA抑制剂，最近已进入第Ⅰ/Ⅱ期临床试验。在弥漫性大B细胞淋巴瘤中，MLN8237与利妥昔单抗（一种CD20单克隆抗体）结合可显著降低肿瘤负荷，提示与靶向药物具有协同作用，AURKA抑制剂也可能激活非小细胞肺癌中LKB1/AMPK肿瘤抑制轴，与表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）或MEK抑制剂具有协同作用。

4.5 抑制Na-K-ATP酶的活性

Kim等[25]研究了LKB1突变肺癌细胞对多种药物的反应，该研究使用了从NCI60肿瘤细胞系数据中公开的高通量药物筛选数据。结果发现，LKB1缺乏的细胞对地高辛敏感，地高辛可通过抑制Na-K-ATP酶的活性抑制肿瘤细胞增殖，但由于缺乏生物标志物，无法识别最有可能受益于地高辛治疗的患者，因此尚未于临床应用。

4.6 免疫

许多致癌基因促进了免疫逃逸，削弱了免疫治疗的有效性。研究发现，LKB1缺失可对KRAS驱动的非小细胞肺癌小鼠模型的免疫微环境造成一定的影响，LKB1基因缺失导致中性粒细胞积累，同时增加了T淋巴细胞衰竭标志物和促肿瘤细胞因子的表达[26]。在LKB1缺乏的小鼠和人类肿瘤中，浸润淋巴细胞的数量较少。LKB1灭活突变与小鼠和肺癌患者肿瘤以及肿瘤来源细胞系中程序性死亡受体配体 1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也称PD-L1）的表达减少有关。PD-1靶向抗体对LKB1缺乏的肿瘤无效。相比之下，采用一种IL-6中和抗体或一种中性粒细胞减少抗体治疗LKB1缺乏的小鼠，其治疗效果较好。

5 小结

LKB1作为一种肿瘤抑制因子，目前受到广泛关注。肺癌的发生涉及多种基因的异常表达，近年来多种靶向药物应用于临床，给肺癌患者带来生存获益。LKB1基因是继TP53和KRAS之后肺腺癌中第3个最常见的突变基因，虽然目前关于其功能及与肺癌发生、转移、预后、治疗的作用有了更多的认识，但其详细的作用机制仍未完全明确，还需要更多的临床数据。LKB1基因突变相关的靶向治疗及免疫治疗将会进一步促进肺癌的精准化治疗，为肺癌患者带来更大获益。