褪黑素在預防和治療肺癌中的輔助作用

劉苗苗 岳紅梅,2 許金回 李雅亭 武興東 朱浩斌

肺癌是最常見的惡性腫瘤,也是癌癥相關死亡的重要原因。據估計,2020年約有220萬新發病例和180萬肺癌相關死亡病例,約占全球癌癥病例總數的11.4%和癌癥相關死亡病例總數的18%[1]。非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)是肺癌的主要病理類型,手術切除和全身治療是目前常用的治療策略。但臨床上很多肺癌患者在發現時已是晚期,手術機會渺茫,且全身治療的局限性及副作用大,需要我們尋找與其他藥物聯合使用的新型有效抗癌療法。近年來,很多研究聚焦于褪黑素(melatonin,MLT)在癌癥中的作用。

MLT是一種吲哚胺類神經激素,在動物中,其合成始于色氨酸,在色氨酸羥化酶及芳香族氨基酸脫羧酶的作用下生成5-羥色胺(即血清素),而后生成N-乙酰-5-羥色胺,最后在羥基吲哚-O-甲基轉移酶或乙酰-5-羥色胺-甲基轉移酶作用下生成MLT[2]。MLT是一種親脂性分子,很容易擴散到腦脊液及血液中,在血液中主要與白蛋白結合,小部分以游離形式存在,在肝臟中代謝為6-羥基褪黑素,隨后通過尿液排泄[3]。在脊椎動物中,MLT可以直接或通過膜受體起作用,常見的膜受體有MT1、MT2和MT3。最近的研究發現MT1和MT2在NSCLC中的表達水平高于正常人,和腺癌相比鱗癌的表達水平更高,而且在NSCLC患者中MT2的高表達可能預示著預后較好[4]。研究表明MLT具有抗癌作用,但目前相關研究多在動物細胞試驗水平上,臨床研究較少(表1)。本文將從MLT對肺癌發生的影響、對癌細胞的抑制及與標準治療方案的協同作用等方面說明MLT在肺癌,特別是在NSCLC中的輔助作用。

表1 褪黑素在癌癥研究中的臨床試驗注冊資料

一、MLT對肺癌發生的影響

肺癌的發病率逐年升高,吸煙是肺癌重要的致病因素之一。一方面,香煙煙霧含有多種成分,包括直接致癌物、毒素(如一氧化碳和尼古丁)以及氧化劑(如超氧化物和氮氧化物)等,這些物質可以造成肺組織損傷、肺部炎癥以及氧化應激,進而引起癌變。另一方面,上述病變可以進一步引起基因突變和慢性阻塞性肺疾病,而這均是肺癌的重要危險因素[8]。此外,主動吸煙會降低人血液中的MLT水平[9],而MLT對肺癌的發生有一定預防作用,其機制可能有以下三種:(1)MLT有助于減少吸煙相關毒素對肺組織造成的損傷[10];(2)MLT可以減輕吸煙引起的肺部炎癥[11];(3)MLT能夠降低活性氧和過氧化脂質的產生,使谷胱甘肽和超氧化物歧化酶的活性增加,減少活性氧引起的DNA損傷,從而減少肺癌的發生[12]。亦有研究表明,晝夜節律紊亂導致MLT分泌受損的人患肺癌的風險增加[13],以上均表明體內MLT水平降低可能會增加肺癌發生的風險,MLT在預防肺癌發生的過程中發揮重要作用。

二、MLT對肺癌的抑癌作用

腫瘤的標志性特征這一概念最早在2000年由Hanahan和Weinberg提出并總結了6個核心特征。后隨著對腫瘤的深入研究,在2022年第三版的Hallmarks of Cancer中,腫瘤的標志性特征已擴展為14個,即:持續增殖、逃避生長抑制、能夠無限復制、抵抗細胞死亡、誘導血管生成、侵襲和遠處轉移、能量代謝改變、免疫逃逸、基因組不穩定和突變、炎癥促發腫瘤、解鎖表型可塑性、多態性的微生物組、衰老細胞、非突變表觀遺傳重編程[14]。

研究表明MLT作為輔助參與癌癥的治療有一定前景,可能涉及多種機制,如抑制腫瘤細胞增殖、誘導細胞凋亡、改變代謝等[15],在肺癌中發揮作用的具體機制可能有以下幾點:

1. 調節細胞周期,延遲腫瘤細胞進入有絲分裂

有絲分裂是真核細胞重要的增殖方式,而細胞持續增殖能力與癌癥的發生和發展直接相關,所以調節細胞周期對于抑制腫瘤進展有重要作用。國內的一項研究表明大劑量MLT可能通過延遲腫瘤細胞進入有絲分裂(具體能夠阻止細胞從G0/G1期進入到S期) 來抑制小細胞肺癌NCIH446細胞[16]。還有學者發現MLT聯合順鉑可能通過調節細胞周期,促進順鉑誘導的人低分化肺腺癌細胞(SK-LU-1)凋亡來發揮抑癌作用[17]。

2. 逆轉Warburg效應

在有氧條件下,腫瘤細胞優先選擇糖酵解途徑供能,而不是葡萄糖氧化磷酸化途徑(即Warburg效應),這是許多癌細胞的特征[14],因此逆轉Warburg效應對于抑制癌細胞的生長至關重要。一項研究探討了MLT影響肺癌細胞生長的能力和線粒體功能與肺癌進展之間的關系。結果發現MLT可能通過刺激Sirt3增強丙酮酸脫氫酶(PDH)活性來提高線粒體膜電位和電子傳遞鏈中復合物Ⅰ和Ⅳ的活性,伴隨著從胞質有氧糖酵解到氧化磷酸化的轉變,這些變化使ATP產生增多,乳酸產生減少,進而逆轉了Warburg效應[18],以抑制癌細胞的生長。

3. 抑制HDACs表達

組蛋白去乙?；?histone deacetylase, HDACs)是從組蛋白和其他蛋白質中去除乙?；拿?可調節靶基因的表達。HDACs不僅參與染色質蛋白的脫乙酰作用,從而調控基因轉錄,還參與細胞凋亡、細胞周期進程和分化以及非組蛋白的脫乙?；倪^程[19]。Bcl-2以及Bcl-2家族成員Bax是細胞凋亡中作用于線粒體的關鍵調控分子,Bcl-2可以保護細胞膜通透性,抑制細胞凋亡,而Bax的作用與Bcl-2作用相反,通過調節細胞線粒體膜的通透性,促進細胞色素C的釋放,激活級聯反應,導致細胞凋亡[20]。有研究表明MLT可以通過抑制HDAC1信號通路,下調Bcl-2和GSH表達水平從而誘導細胞凋亡[21]。HDAC9低表達可以誘導細胞凋亡,顯著抑制了癌細胞的生長,預后較好。Ma等[22]發現給予MLT治療可以降低NSCLC的HDAC9水平,進而抑制增殖、轉移和侵襲,促進細胞凋亡。

4. 增強Caspase活性

半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteine aspartic acid-specific protease , Caspase)家族是細胞凋亡過程中最主要的終末剪切酶。Caspase-3是其家族重要成員之一,是Caspase級聯反應下游的關鍵凋亡執行者,Caspase-3的激活依賴于細胞色素C的釋放,最終促進細胞凋亡。Caspase 9參與細胞凋亡的過程,可以促進多種癌細胞的凋亡[23]。有學者發現MLT可以增強Caspase-3活性并顯著上調腺癌細胞中Bax、p53及凋亡調節因子和活性氧的表達,促進其凋亡。近年來有研究發現黃連素在治療肺癌有一定價值,可以抑制肺癌細胞增殖、促進凋亡。然而有文獻報道MLT聯合黃連素治療肺癌可以有效增強肺癌細胞對黃連素的敏感性。而且MLT還可以通過促進Caspase 9和多聚ADP-核糖聚合酶(PARP)的切割,增強Bcl-2的抑制作用,并觸發細胞色素C的釋放進而顯著增加由黃連素誘導的細胞凋亡[24]。

上述為MLT抑制肺癌細胞生長、促進凋亡的相關機制,還有許多潛在的機制需要我們不斷探索。越來越多的研究發現MLT在肺癌中還通過以下機制發揮抗轉移作用:(1)抗血管生成。目前關于MLT抗腫瘤血管生成的研究較少,具體機制尚不清楚,可能與減少VEGF分泌相關。Lissoni等[25]發現晚期癌癥患者口服MLT至少2個月后可以使VEGF分泌減少。Dai等[26]也證明了高濃度MLT抑制A549細胞內源性VEGF表達,從而發揮抗血管生成作用。(2)上調occludin 蛋白,增強肺泡細胞間緊密連接。Occludin 蛋白是第一個被發現的定位于緊密連接的跨膜蛋白, Zhou等[27]人報道褪黑素抑制A549細胞的遷移可能與OPN、MLCK、MLC下調以JNK磷酸化減少、細胞表面occludin表達和定位增強進而增強細胞之間緊密連接有關。(3)抑制上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)。EMT是一個復雜的過程,參與的轉錄因子包括Snail家族(Snail1、Snail2/Slug和Snail3)、Twist、β-catenin、鋅指結合蛋白(ZEB1和ZEB2)和TCF3/E47/E12等。Chao等[28]研究發現MLT抑制EMT可能是因MLT可以通過 Wnt/β-catenin信號通路、PLC和p38/ERK通路進而抑制Twist/Twist1的表達。此外,也有研究表明在A549 細胞中,MLT可調節MMP-9和MMP-2活性,從而影響肺癌細胞基質的沉積,發揮抗肺癌細胞轉移的作用[29]。綜上所述,MLT可以抑制肺癌的生長、轉移,有望為肺癌治療提供新的機遇。

三、MLT對肺癌免疫調節的影響

免疫系統與癌癥的相關性是一個動態而復雜的過程,涉及到它們之間相互調節。腫瘤微環境中包括各種免疫細胞和非免疫細胞,它們的活性和增殖在調節腫瘤對抗癌藥物的反應中起著中心作用[30]?？梢宰R別惡性細胞,誘導惡性細胞凋亡或壞死的抗腫瘤免疫細胞有NK細胞、CD8+T淋巴細胞、CD4+Th1細胞和M1巨噬細胞。MLT可促進單核細胞和Th1細胞釋放IL-2、IFN-γ、IL-6、IL-12、IL-15和IL-27,然后刺激NK細胞增殖從而發揮抗腫瘤能力[31, 32]。

然而,MLT可能通過調節免疫發揮抗NSCLC的作用,有望作為NSCLC免疫治療的輔助手段。據報道攜帶KRAS突變的NSCLC患者化療療效通常較差,且容易對免疫治療產生耐藥性,所以預后往往較差[33],因此需要探索新的治療方法。Chao等[34]揭示了MLT可以下調KRAS突變型NSCLC中程序性死亡配體1(PD-L1)表達并調節腫瘤免疫,提出了MLT治療KRAS突變型NSCLC的優勢。在這項研究中,MLT顯著降低了KRAS突變型NSCLC細胞系(包括A549,H460和LLC1細胞)的細胞活力,同時誘導癌細胞凋亡。其機制可能為攜帶KRAS突變的肺癌細胞表現出更高水平的PD-L1,但MLT治療顯著下調了PD-L1表達。另一方面,KRAS突變肺癌細胞表達較高的Yes相關蛋白(YAP)和具有PDZ結合基序(TAZ)水平的轉錄共激活因子,而PD-L1表達與肺癌細胞中的YAP和TAZ呈正相關。MLT處理有效抑制YAP和TAZ,伴有YAP/TAZ下游基因表達的下調。MLT和YAP/TAZ抑制劑的組合強烈降低了YAP和PD-L1的表達,進而減少肺癌細胞表面的PD-L1受體與T細胞表面的PD-1結合,減少免疫逃逸。綜上,MLT可能對KRAS突變型NSCLC的治療有一定作用,且有望作為輔助與抗PD-1等免疫療法相結合,提高肺癌治療療效,為肺癌治療設想了一種新的方法。

四、MLT和肺癌標準治療的協同作用

隨著包括胸部計算機斷層掃描(computer tomography, CT)篩查在內的醫療技術的快速發展,早期肺癌的發現率較過去大大提高。早期肺癌通常與肺磨玻璃結節(ground-glass nodules, GGN)有關[35]。有相關研究報道對于具有多個GGN的早期肺癌,建議治療方案如下:如果主結節直徑為≥8 mm,建議切除主要病變并密切觀察其他病變。如果主結節直徑為<8 mm,建議隨訪[36]。雖然手術是早期肺癌的常用治療方法,但對于具有多個GGN的早期肺癌,手術切除往往伴有其他結節惡化的問題。通常,患有多個GGN的患者面臨多輪手術,這可能導致嚴重的肺功能損傷。也有指南推薦單獨使用射頻消融術(radiofrequency ablation, RFA)治療早期肺癌,這可以有效地去除局部腫瘤組織,對肺的損傷小,但此方法治療后,早期肺癌的復發率仍然較高[37]。最近,也有報道建議通過局部治療與全身治療(如靶向治療、化療和免疫治療)相結合,可以減少復發[38]。然而,這些治療具有明顯的副作用,使得全身療法不適合用于具有多個GGN的早期肺癌。為了解決上述問題,有學者進行了相關研究,發現與目前的一線手術治療相比,局部RFA聯合MLT治療具有多個GGN的早期肺癌不僅可以有效地抑制未消融的GGN發展,還可以解決單獨使用MLT時對腫瘤負荷較大的患者療效有限的問題;其機制可能是由于MLT通過MAPK、NF-κB、Wnt、Hedgehog途徑和p53途徑抑制腫瘤生長,RFA和MLT聯合治療增強了NK細胞的活性和氧化磷酸化[5]。而且根據他們的隨訪數據發現,與手術組相比,RFA + MLT治療后腫瘤進展的風險顯著降低。

表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑(epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitor, EGFR -TKIs)已成為晚期NSCLC的標準治療方法,EGFR突變陽性的NSCLC患者服用EGFR -TKIs類藥物可以獲得很好的治療效果,但也有很多患者因產生了耐藥性,治療效果往往不理想。所以很多學者一直在努力尋找其他治療方法,如尋找可以克服EGFR -TKIs耐藥的藥物,或將EGFR-TKIs和其他藥物聯用。奧希替尼是第一種為克服耐藥性而開發的EGFR -TKIs,其可以克服因EGFR T790M突變引起的耐藥[39]。有研究報道提高EGFR突變NSCLC患者療效的另一種策略是將EGFR-TKIs與抗VEGF藥物聯合使用[40]。然而令人激動的是常被用來調節睡眠、與其他抗VEGF藥物相比毒性較小即使長期服用也僅會帶來輕微副作用。MLT有望成為一種抗VEGF藥物與EGFR-TKIs聯合治療NSCLC的藥物,其機制有以下幾點:(1)MLT可防止HIF-1α易位到細胞核中,從而阻礙VEGF表達,并防止HIF-1α、磷酸化-STAT3和CBP / p300復合物的形成,進而引起血管生成相關基因的表達。(2)MLT的血管抑制特性也可能是由于其抑制VEGFR2活化和表達的能力[15]。因此,MLT在肺癌治療中的輔助作用不容忽視。

五、總結與展望

肺癌發病率居我國惡性腫瘤首位,給社會和患者帶來巨大的經濟負擔。在過去幾年中隨著分子靶向藥物和免疫檢查點抑制劑的應用,治療上雖取得了許多進展,但是腫瘤耐藥、易復發以及全身治療不良反應重的難題仍沒有解決,需要我們不斷探索有效、安全的治療藥物。MLT是一種常用于治療睡眠障礙的多效性激素,毒性最小,具有抗癌作用。本文說明了MLT促進肺癌癌細胞凋亡、抑制其生長和轉移的具體機制,并探討了MLT與RFA、免疫檢查點抑制劑和EGFR -TKIs聯合抗癌的可能性,為肺癌治療提供了一個新的方向。然而,目前的研究有限,仍需要更多的動物細胞試驗探索MLT發揮抗癌作用的分子機制及更多的臨床研究來證實MLT在肺癌治療中的價值。