α7-烟碱型乙酰胆碱受体在肺炎和肺癌中的研究进展*

张倩 张玉洁 陈晓玮 综述 马晓丽 审校

乙酰胆碱（acetylcholine，ACh）是一种典型的神经递质，在炎症、脓毒症、肿瘤中发挥重要的调节作用。在肺部，ACh在气道中大量表达，诱导平滑肌收缩，参与炎症反应，是气道发挥作用的主要调节因子［1］。研究表明，胆碱能受体在多种肿瘤细胞中表达，其作用机制是肿瘤学研究领域的热点之一［2］。研究胆碱能受体信号转导机制在肺癌信号通路中的作用，对肺癌治疗策略的发展具有重要意义。

1 ACh 和烟碱型乙酰胆碱受体（nicotinic acetylcholine receptors，nAChRs）

ACh 由胆碱和乙酰辅酶A 通过胆碱乙酰转移酶（choline acetyltransferase，ChAT）合成。ACh通过结合毒蕈碱乙酰胆碱受体（muscarinic acetylcholine recep⁃tors，mAChRs）或nAChRs 发挥不同效应。nAChRs 是由5 个亚基围绕中心离子孔排列组成的同源或异源五聚体，属于配体门控离子通道家族，对Na+、K+、Ca2+等阳离子具有通透性［3］。ACh 和尼古丁等外源配体通过nAChRs 信号转导通路参与肿瘤细胞生长和发育，引起细胞功能失调并诱发肿瘤［4］。

nAChRs具有17个亚基，可以组成多种具有不同功能的受体，分别在上皮细胞、内皮细胞、间充质细胞、免疫细胞和癌细胞等不同细胞及组织中表达［4］。研究表明，ACh及其相关化合物可以激活多种nAChRs亚型，在肿瘤发展过程中发挥重要调节作用［5］。在生理条件下，尼古丁与α4β2-nAChR的亲和力高于α7-nAChR。然而，在异常情况下（如长期暴露在尼古丁中），尼古丁与α4β2-nAChR的高亲和力导致这一受体的长期失活，而α7-nAChR的敏感性保持不变［6］。因此，长期吸烟会导致细胞内nAChRs的选择性激活，α7-nAChR可能是肺癌发展的关键分子之一。

2 α7-nAChR与肺炎调节

炎症反应在肿瘤发生发展、侵袭和转移等过程中发挥重要作用［7］，支气管炎等慢性肺炎、慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）或哮喘与肺癌的发生密切相关［8-9］。慢性炎症是引起肺癌的原因之一，肺组织的炎症反应通过产生活性氧（reactive oxygen species，ROS）、活性氮（reactive ni⁃trogen species，RNS）等致癌因子以及自由基导致DNA 损伤和突变［10］。因此，研究炎性微环境的产生机制及制定抗炎策略对提高肿瘤治疗的疗效具有重要意义。

2.1 肺部胆碱能抗炎通路（cholinergic anti-inflamma⁃tory pathway，CIP）

CIP 通路以迷走神经、ACh 及特异性nAChRs 为基础，在调控炎症方面具有迅速、直接、高效的特点［11］。在肺部，迷走神经传出的神经冲动刺激网状内皮组织中的巨噬细胞释放ACh，与炎细胞上的α7-nAChR 相互作用，抑制促炎细胞因子释放及炎症反应，防止组织损伤［12-13］。α7-nAChR 是最主要的发挥抗炎作用的nAChRs之一，因此，靶向α7-nAChR可以抑制肺癌等炎症相关性肿瘤的发展［14］。

2.2 α7-nAChR信号通路在肺炎中的调控作用

α7-nAChR 信号转导在治疗炎症相关肿瘤方面具有重要作用。Galle-Treger 等［15］研究证实α7-nAChR 相关信号通路在炎症过程中的抗炎作用。尼古丁或胆碱等高亲和力激动剂可以通过激活α7-nAChR，启动细胞内信号转导及转录激活因子3（sig⁃nal transducer and activator of transcription 3，STAT3）信号转导通路来抑制NF-κB的核转位（图1）［16］。NFκB是急、慢性炎症的关键调节因子，尼古丁通过α7-nAChR抑制NF-κB信号通路，参与抗炎作用。因此，NF-κB是一个有前景的肿瘤治疗靶点。

图1 α7-nAChR抗炎及引发肺癌的信号通路［16］

α7-nAChR还可以通过CIP通路在炎症及肿瘤治疗发挥重要作用。迷走神经切断术后会导致Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）扩增，使细胞因子增多并提高患癌风险。有研究表明，尼古丁通过CIP产生抗炎和抗癌作用［17］。迷走神经介导ACh和α7-nAChR通路的抗炎作用，与非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者的预后密切相关［8］。有研究观察NSCLC患者神经活动与临床预后的关系，由心率变异性（heart rate variability，HRV）评估的高级迷走神经活动可改善肿瘤患者的预后［18］。因此，迷走神经活动和α7-nAChR信号通路激活在降低肿瘤标志物分子表达和提高肿瘤患者生存率中具有重要作用，监测HRV对肺癌的预后具有重要意义。

3 α7-nAChR与肺癌

肺癌是预后最差的恶性肿瘤之一，大多数国家和地区的整体5年相对生存率约为20%［19］。亟需研究肺癌的发生机制以及新的治疗方法，以降低肺癌死亡率。

α7-nAChR 是由5 个相同的亚基组成的同源nAChRs［20］，通过激活信号转导途径或调节生长因子参与肿瘤发展过程［21］。α7-nAChR激动剂与α7-nAChR结合后，蛋白质的构象发生改变，使钙离子进入细胞，激活下游信号转导通路（图1），在肿瘤发生发展中发挥重要作用。肺癌细胞高表达α7-nAChR，是参与肺癌发生的主要nAChRs亚型之一，靶向α7-nAChR药物的研发，可能为肺癌患者的治疗提供策略［22］。

3.1 α7-nAChR激动剂尼古丁参与肺癌进展

世界卫生组织的最新数据显示，全球每年吸烟相关死亡人数达到720万例，至2030年，每年的死亡人数可能超过800万例［23］。香烟烟雾包含7 000多种化学物质，至少60多种物质是致癌物［24］。尼古丁是烟草的主要成分和α7-nAChR的激动剂，是一种高亲脂性的致癌物。尼古丁衍生的代谢物亚硝胺，如4-（甲基-亚硝基氨基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）和N-亚硝基降烟碱（NNN），可以与α7-nAChR结合，参与肺癌进展［23］。NNK是一种高亲和性的α7-nAChR激动剂，与α7-nAChR结合的能力是尼古丁的1 300倍。

研究表明，长期暴露在激动剂中的细胞受体表达下调，但nAChRs 长期暴露在尼古丁中表达上调［6］。吸烟和非吸烟肺癌患者的肺癌细胞中nAChRs的表达水平不同，吸烟者的血浆中存在一定浓度的尼古丁，可以诱导小细胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）细胞中α7-nAChR表达增加，从而促进尼古丁的致癌作用［25］。因此，靶向α7-nAChR对治疗吸烟相关性肺癌具有重要意义。

3.2 肺癌中α7-nAChR介导的信号通路

α7-nAChR启动多种信号通路参与肿瘤进展，包括细胞增殖、凋亡、血管生成及上皮间质转化（epithe⁃lial-mesenchymal transition，EMT）。α7-nAChR 除分布在细胞质膜上外，在线粒体等细胞器膜上也存在表达。线粒体外膜上的α7-nAChR调控细胞质中Bax转位和细胞色素C 释放，从而促进细胞凋亡［4］。α7-nAChR与细胞内的AKT、细胞外调节蛋白激酶（extra⁃cellular regulated protein kinases，ERK）、磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）等调节蛋白以及mTOR等信号通路（图1）相互作用参与肿瘤的发生发展［26］。尼古丁或NNK通过激活蛋白激酶C（pro⁃tein kinase C，PKC）、RAF1、ERK1/2 和其他转录因子促进肺神经内分泌细胞和SCLC细胞的增殖；尼古丁还可以通过激活α7-nAChR 促进NSCLC 细胞有丝分裂［27］。

在A549 细胞系中，α7-nAChR 通过激活AKT 和MEK-ERK信号通路，调节尼古丁诱导的细胞增殖［4］，α7-nAChR表达下调后可以抑制尼古丁诱导的NSCLC生长［28］。尼古丁通过激活α7-nAChR促进支气管上皮细胞释放表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF），与（epidermal growth factor receptors，EGFR）结合并激活RAS-RAF-ERK信号通路，促进细胞增殖。机体释放的5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）或NNK与α7-nAChR结合均能激活RAF1-MAPK信号通路，促进SCLC和胰腺神经内分泌癌（pancreatic neuroendocrine carci⁃noma，PNEC）细胞的c-Myc磷酸化。研究表明，尼古丁可促进肺肿瘤干细胞（cancer stem cells，CSCs）某些亚群的自我更新，参与肺癌的发生、侵袭和耐药性；也可以激活α7-nAChR来促进胚胎干细胞转录因子Sox2的表达，进一步增强CSCs的自我更新能力［29］。

α7-nAChR使癌细胞释放外源性血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和基础成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）等血管生成因子，促进内皮细胞血管生成［30］。肺癌的不良预后主要与肿瘤细胞侵袭和转移过程有关，因此，研究肺癌转移机制以及尼古丁对肺癌细胞迁移活动的影响具有重要意义。siRNA或α7-nAChR抑制剂通过MEKERK信号通路抑制NSCLC细胞侵袭和EMT标记物的表达［31］。NNK通过α7-nAChR调控m-钙蛋白酶和μ-钙蛋白酶依赖的pERK1/2，促进SCLC细胞的迁移［32］。

α7-nAChR 参与调节细胞凋亡。NNK 通过α7-nAChR 促进Bcl-2 和c-Myc 之间的相互作用加快肺癌进展过程，抑制SCLC 细胞凋亡［33］。尼古丁及其代谢产物能使Rb、KRAS、p53 等抑癌基因突变，最终导致肿瘤形成［25］。乙酰胆碱酯酶（acetylcholine ester⁃ase，AChE）的活性与肿瘤有关，其活性增强可能有助于改善肿瘤患者的预后。尼古丁可以中和化疗诱导的细胞凋亡并干扰化疗的疗效。因此，靶向α7-nAChR 的研究或可以为提高肺癌化疗疗效提供参考依据。

拮抗α7-nAChR 信号通路是吸烟相关肿瘤的新治疗策略。人体分泌型Ly6/uPAR 相关蛋白-1（se⁃creted Ly6/uPAR- related protein- 1，SLURP- 1）和SLURP-2，分别是α7-nAChR 和其他nAChRs 的内源性肽拮抗剂，可以抑制肿瘤细胞增殖和生长［34］。SLURP-1 和SLURP-2 可以降低亚硝胺的致癌活性，SLURP-1 与α7-nAChR 相互作用可以发挥抗增殖活性［35］。狂犬病病毒糖蛋白（rabies virus glycoprotein，RVG）是α7-nAChR 的拮抗剂，可以促进肺癌细胞凋亡并抑制A549 细胞的迁移［36］。APS8 是一种多聚化合物，可以抑制α7-nAChR 的表达并促进NSCLC 细胞凋亡［37］。α7-nAChR 及其调节因子的研究在肺癌防治中具有重要的意义［38］。

4 结语

α7-nAChR介导免疫细胞的神经调节，在胆碱能系统的抗炎作用中发挥关键作用［12］。研究表明，ACh和尼古丁通过α7-nAChR 激活CIP 可以使吸烟者炎症相关性疾病的发生率降低。炎症反应与肿瘤进展密切相关，ACh和尼古丁通过激活α7-nAChR抑制先天免疫系统，调节肿瘤细胞的防御功能，并影响肿瘤细胞的生长和分泌功能。

肺癌是受多种因素影响的恶性肿瘤。nAChRs在肺癌等肿瘤细胞中普遍表达并发挥多种调控功能，其相关信号通路异常可能导致恶性肿瘤的发生。其中α7-nAChR 信号通路在吸烟相关性肿瘤的发生发展中起着重要作用。内源性ACh 与α7-nAChR 结合可以促进肿瘤进展。研究表明，靶向α7-nAChR的药物及其拮抗剂可以抑制肺癌细胞的生长［14，39］。α7-nAChR 参与调节机体的多种病理生理过程，其相关信号通路对维持稳态和肺组织的正常功能具有重要意义。进一步研究α7-nAChR基因多态性及microR⁃NA 调控α7-nAChR 在肺癌发生发展中的作用，具有重要的临床应用价值［40-41］。

吸烟是肺癌的主要危险因素之一。由于烟草中的尼古丁含量及作用机制的不同，其存在两种不同的生理作用，既可以介导α7-nAChR通过CIP产生抗炎、抗癌作用，也可以通过α7-nAChR 激活肿瘤相关信号通路发挥致癌作用。因此，进一步研究α7-nAChR 在肺炎和肺癌发生中的作用及机制，具有潜在的临床应用前景。