LKB1基因突变型非小细胞肺癌的临床特点及治疗药物应用研究进展

黄维，陈利军，刘晓敏，张倩倩，王虹

兰州大学第二医院呼吸科 兰州大学第二临床医学院，兰州 730000

随着人口老龄化，人口死亡最常见的原因已由传染病转为慢性病，癌症是严重危害人群健康的慢性病［1］。在2022年中国所有恶性肿瘤新发病例及死亡病例中肺癌均是最高的［2］。研究［3］显示，非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）占肺癌的80%以上。在过去的几年里，NSCLC的死亡率已经开始下降，这主要是由于早期及时的诊断，以及新的治疗策略的发展。免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors，ICIs）的应用显著改善了NSCLC的预后［4］，但一些特殊类型的NSCLC并不能从ICIs中获益， LKB1基因突变的NSCLC便是其中之一。LKB1基因是一种重要的抑癌基因，编码肝激酶B1（LKB1），也称作丝氨酸/苏氨酸激酶11（STK11），在维持细胞能量平衡方面起重要作用［5］，其突变存在于不同的肿瘤中，但频率不同，在NSCLC尤为常见。研究［6］显示，LKB1基因突变型NSCLC具有高肿瘤突变负荷（tumor mutational burden，TMB）和免疫抑制的肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME），其中免疫抑制的TME主要由低CD3+、CD4+和CD8+肿瘤浸润淋巴细胞、高肿瘤相关中性粒细胞和低程序性死亡受体-配体1（programmed death-ligand 1，PD-L1）水平主导，这可能是该类NSCLC患者出现耐药和预后差的原因。近年来，越来越多的学者研究其临床特点及挖掘潜在的治疗靶点，以提高此类患者预后。现将LKB1基因突变型NSCLC的临床特点及治疗药物应用研究进展综述如下。

1 LKB1的生物学功能

LKB1基因位于19号染色体的短臂端粒区，其通过编码的LKB1蛋白来调节细胞代谢、细胞增殖、细胞极性和细胞迁移等过程。在生理条件下，LKB1蛋白可直接磷酸化和活化AMP活化蛋白激酶（AMPK）。AMPK是细胞代谢的一个中心，根据能量和营养变化调节糖和脂质代谢。AMPK的激活使代谢转向减少脂肪酸（FA）合成、增加糖酵解和FA氧化，以补充ATP的储存，在细胞内低ATP水平时阻止细胞生长［7］。LKB1通过对AMPK的生理激活，可抑制哺乳动物雷帕霉素靶标蛋白（mTOR）通路和增强干扰素基因刺激因子（STING）通路。mTOR是营养、能量和生长因子信号转导的中心调节因子，被抑制后导致蛋白质合成受阻，限制ATP摄入，同时缺氧诱导因子1α（HIF-1α）表达减低，对血管生成和糖酵解产生负面影响。LKB1失活会导致丝氨酸代谢紊乱，导致S-腺苷蛋氨酸（SAM）水平升高。SAM是多种表观遗传沉默酶的底物，它们直接参与STING基因启动子的甲基化，导致其下调和抑制，下调PD-L1的表达［8］。当LKB1发生突变时，可通过上述途径诱导葡萄糖、脂质、谷氨酰胺和丝氨酸的代谢紊乱来促进肿瘤的发展。

2 LKB1基因突变型NSCLC的临床特点

许多研究描述了LKB1基因突变型NSCLC的临床特点，探究其临床特点有助于临床医生对该亚型NSCLC更深层次的理解。LKB1基因突变型NSCLC具有易发生转移和侵袭性强、对免疫治疗耐药的特点，因此预后欠佳。

2.1 易发生转移和侵袭性强 LKB1基因突变不仅会促进原发肿瘤的生长，而且使得肿瘤获得较强的转移能力。LKB1基因常与Kirsten大鼠肉瘤病毒癌（KRAS）基因同时发生突变，JI等［9］人用KRAS基因突变驱动的小鼠肺癌模型评估了LKB1功能，发现LKB1基因突变强烈刺激了肿瘤的生长和转移；与未发生突变的对照组相比，实验组肿瘤生长和转移发生前的潜伏期均缩短。这是因为肿瘤参与血管生成和细胞迁移的基因表达增加，上调HIF-1α的表达，促进癌细胞生长和上皮-间质转化（epithelial-to-mesenchymal transition， EMT），EMT可以使癌细胞具有更强的迁移和转移能力，从而促进肿瘤的形成和转移［10-11］。LKB1基因突变型NSCLC易发生转移和侵袭性强已被证实，但目前研究应进一步探究其易转移部位及转移途径，尽可能预防或及时发现转移以尽早干预而改善预后。

2.2 对免疫治疗耐药 如今临床的ICIs主要包括程序性死亡受体-1（programmed death-1，PD-1）/程序性死亡受体-配体1（programmed death-ligand 1，PD-L1）抑制剂和细胞毒性T淋巴细胞相关抗原-4（cytotoxic T-lymphocyte-associated protein-4，CTLA-4）抑制剂两大类，其中PD-1/PD-L1抑制剂应用更为广泛。PD-1表达于T细胞细胞膜表面，是一种重要的免疫抑制跨膜蛋白。肿瘤细胞表面表达PD-L1，PD-1可与PD-L1结合，使T细胞受体信号分子去磷酸化，减弱下游信号的激活，从而达到免疫逃脱。抗PD-1/PD-L1抗体通过对PD-1/PD-L1的破坏，恢复机体对肿瘤细胞的免疫功能。ICIs的应用已经成为NSCLC的支柱，但LKB1基因突变型NSCLC接受ICIs治疗时出现肿瘤生长加速，这是因为LKB1基因突变可减低肿瘤细胞PD-L1的表达［12］，从而达到对免疫治疗的耐药，促进PD-L1的表达即可改善耐药［13］。这可能是LKB1基因突变型NSCLC对ICIs抵抗的机制之一，但SKOULIDIS等［14］人发现，一部分LKB1基因突变的患者肿瘤细胞仍有PD-L1的高表达，但对ICIs仍无反应，这可能与LKB1基因突变带来的免疫抑制的TME相关，但NSCLC对PD-1/PD-L1抑制剂的耐药性情况在很大程度上是未知的，没有单一因素能够准确区分应答者和无应答者。此外，LKB1基因突变导致mTOR通路增强，可呈现出对化疗的相对耐药性［15］，AMPK活化的缺乏也减弱了靶向血管内皮生长因子（VEGF）药物的作用［16］。因此，改善LKB1基因突变所带来的耐药是目前治疗的关键，可显著改善该亚型NSCLC的预后。

2.3 预后欠佳 LKB1基因突变常提示预后欠佳，出现肿瘤生长加速和临床状态恶化。在一项动物实验中，将LKB1基因突变株H157、A549细胞皮下注射，在小鼠侧翼形成异种移植瘤，接种H157细胞株的绝大多数小鼠（11只中的10只）在第7天达到了早期移除标准，不得不被安乐死；对于接种A549细胞株的小鼠，在第14天，大多数小鼠（11只中9只）符合早期移除标准，说明LKB1基因突变肿瘤生长十分迅速［17］。同时，LKB1基因突变型NSCLC免疫成分发生变化，伴随着血清中多种促炎细胞因子如白细胞介素1β（IL-1β）、白细胞介素6（IL-6）和白血病抑制因子（LIF）浓度的增加，这些细胞因子与脂肪/肌肉萎缩和厌食症相关，提示LKB1基因突变可能与恶病质的发生有一定关联［18-19］。在PUNEETH等［20］人评估的246名NSCLC患者中，有1/3在诊断时出现恶病质相关的体质量减轻，在这1/3恶病质患者中，20%的肿瘤具有LKB1基因变异，这些数据表明LKB1基因突变与恶病质的发生显著相关。最近的一项Meta分析［21］也提示，LKB1基因低表达与肺癌预后不良、组织学分化差、淋巴结早期转移存在一定关联。

3 LKB1基因突变型NSCLC的治疗药物应用研究进展

由于肺癌的早期诊断以及新的治疗策略的发展，NSCLC的死亡率在最近几年开始出现下降。ICIs单独治疗或联合化疗显著改善了肿瘤患者的预后，成为目前肿瘤治疗的研究热点。在此背景下，许多临床实验评估了免疫治疗的安全性和有效性，但由于LKB1基因突变型NSCLC对免疫治疗耐药，不能从免疫治疗中获益，故研究者们从LKB1信号通路上寻找治疗靶点和改善耐药等方面寻找突破口。在临床实践中，大批LKB1基因突变的NSCLC患者的治疗需求尚未得到满足，克服LKB1基因突变导致的耐药性引起了广泛关注。研究表明，高TMB的患者更可能从ICIs中获益，这在LKB1基因突变型NSCLC中存在矛盾，新的潜在治疗策略的开发旨在增加PD-1的表达和利用免疫系统将“冷肿瘤”转化为“热肿瘤”，最终改善NSCLC患者的预后，多药物联合治疗似乎使得该亚型NSCLC获得最大益处，无论是否存在LKB1基因突变，ICIs派姆单抗加化疗的疗效更好，mTOR抑制剂可改善对化疗的耐药，可进一步探究增加mTOR抑制剂是否能使疗效更好。重塑TME的药物与ICIs这一联合方案是目前的热点。

3.1 AMPK激动剂应用情况 AMPK是2型糖尿病和代谢综合征的理想靶点，也是癌症治疗的潜在靶点。二甲双胍是AMPK的最佳激动剂［22］，可能是NSCLC联合治疗的潜在候选药物。据报道，LKB1基因突变型NSCLC对二甲双胍高度敏感，在LKB1基因突变型NSCLC的临床前体外和体内模型中，二甲双胍也能改善对顺铂的耐药。PARIKH等［23］人的一项Ⅱ期实验证明了二甲双胍联合卡铂+培美曲塞治疗晚期NSCLC的安全性，但临床疗效并没有改变，这可能是样本量太小的原因。FLORIS等［24］人为二甲双胍在体外和体内抑制NSCLC的细胞增殖提供了理论依据，证实二甲双胍通过激活AMPK通路对肿瘤消退有积极作用。目前关于二甲双胍联合标准一线方案治疗晚期NSCLC患者的临床疗效尚存在争议，二甲双胍在LKB1基因突变型NSCLC的效果有待于大样本、高质量的随机对照试验证实。

3.2 mTOR抑制剂应用情况 抑制mTOR理论上是靶向治疗LKB1基因突变型NSCLC的方法之一，但目前的研究产生了不一致的结果。在LKB1基因突变工程小鼠模型中，雷帕霉素（mTOR抑制剂）单药能够有效抑制子宫内膜癌和输卵管瘤的生长和生存能力。但在一项使用5个肺癌细胞株（Calu-1、H460、H1299、H1792和A549）的体外研究中，敲除LKB1基因并没有增加H1299细胞对mTOR抑制剂依维莫司的敏感性，依维莫司联合磷脂酰环己六醇3-激酶（PI3K）抑制剂可增强LKB1野生型H1792细胞和LKB1突变型A549细胞的敏感性，得出在体外LKB1基因失活不会使NSCLC细胞对mTOR抑制剂敏感的结论。TAKEHITO等［17］人得到了相似的结果，单独使用雷帕霉素在LKB1野生型和突变型NSCLC细胞株之间的敏感性没有显著差异（P=0.1356），当雷帕霉素与PI3K抑制剂联合使用时，LKB1野生型和突变型细胞株的敏感性差异变得显著，突变型细胞株的生长速度比野生型慢得多（P=0.0190）。在进一步的动物实验中，将LKB1突变型和野生型的H358细胞分别皮下注射，在小鼠侧腹形成异种移植瘤，发现GSK2126458（既能抑制mTOR，又能抑制PI3K）能够显著抑制LKB1基因敲除的异种移植瘤的生长，虽该实验缺乏单独使用mTOR抑制剂的对照组，但由于mTOR是PI3K的下游效应物，仍能证明抑制mTOR能够减缓肿瘤的生长。

3.3 PARP抑制剂应用情况 对于LKB1基因突变导致的免疫抑制TME，LI等［27］发现LKB1基因突变介导的DNA损伤修复缺陷异常激活聚腺苷二磷酸核糖聚合酶［poly（ADP-ribose） polymerase1， PARP］，损害干扰素-γ（IFN-γ）信号通路，从而使肿瘤细胞逃避CD8+T细胞的转运，而PARP抑制剂奥拉帕尼可恢复LKB1基因突变细胞内IFN-γ通路。在构建的LKB1基因突变小鼠肺癌模型中，分别予以抗PD-1抗体、奥拉帕尼及抗PD-1抗体与奥拉帕尼联合治疗，结果发现3组小鼠肿瘤的生长均被抑制（奥拉帕尼组抑制不明显），奥拉帕尼组和联合治疗组PD-L1在肿瘤细胞上表达显著增加，同时联合治疗组细胞毒性淋巴细胞浸润增加，IFN-γ表达增加，诱导“冷肿瘤”转化为“热肿瘤”，提示PARP抑制剂可能通过重塑TME而改善LKB1基因突变型NSCLC对免疫治疗的耐药。ZHANG等［25］人构建小鼠肺癌模型发现，PARP抑制剂尼拉帕尼联合放疗通过STING途径部分上调PD-L1的表达，使得肿瘤对抗PD-1/PD-L1抗体免疫疗法敏感，体内药效学结果显示，尼拉帕尼、放疗、抗PD-L1抗体的三联疗法可显著抑制肿瘤的生长和延长生存时间，并且该治疗方案较安全，没有额外的骨髓抑制和肝损伤。这均为PARP抑制剂与ICIs的联用提供了理论基础，但目前尚无临床实验评估该联合方案的安全性和有效性，需要进一步论证。

3.4 CDK4/6抑制剂应用情况 机制研究［26］表明，LKB1正向调控细胞间黏附分子-1（ICAM-1）的表达，其在癌细胞上的表达与CD8+T细胞、NK细胞向肺癌组织浸润和PD-1的表达呈正相关。ICAM1表达增加可改变肿瘤的免疫谱，并使LKB1基因突变型NSCLC对抗PD-1免疫治疗敏感，周期蛋白依赖性激酶4和6（CDK4/6）抑制剂可恢复ICAM1在LKB1基因突变型NSCLC的表达。BAI等［27］研究建立了LKB1基因突变小鼠肺癌模型，结果提示CDK4/6抑制剂联合抗PD-1抗体与单药或对照相比，显著减轻了肿瘤负担，延长了生存期，LKB1基因突变型NSCLC对联合治疗的协同效应特别敏感，联合治疗组免疫细胞浸润水平高于单药治疗组。CDK4/6抑制剂通过重塑TME使肿瘤对抗PD-1治疗重新敏感，并且CDK4/6抑制剂和抗PD-1抗体在体内发挥协同效应，接下来可进一步证明该联合方案在临床中的疗效。

综上所述，LKB1基因突变型NSCLC具有易发生转移和侵袭性强、对免疫治疗耐药、预后欠佳的临床特点，除了常规治疗外，研究者们研究了如AMPK激动剂、mTOR抑制剂、PARP抑制剂等治疗药物，但仍未广泛应用于临床，截至目前，各种方案对于该亚型NSCLC治疗的疗效仍欠佳，亟需广大研究者探寻有效、安全、可行的方案提高患者的生存期。