肺癌的分子基础与临床

  过去十余年中分了生物学研究虽已发现一些特殊光型的基因突变可作为人肺癌不同组织学亚型的特征，并证实其与吸烟或接触特殊致癌因素（如氡）的关系。如何种用这些信息来改变这种致命性疾疾的结局，仍需在预防DNA损伤、加强DNA修复和操纵基因表达能力等方面有所突破。在过渡期间，确定和预防环境中的致癌因素仍是公共卫生的首要问题。

  11.肺癌中的甲基化改变：DNA甲基化涉及在DNA的CpG核苷酸内胞嘧啶 残基第五碳原子的共偶像修饰，它们倾向聚集在许多管家基因（housekeeping genes）的5`端周围（“CpG岛”）。野生型等位基因的过度甲基化灭活是抑癌基因失活的另一种机制。例如，Rb和VHL基因的5`区过程甲基化与转录的沉默有关。在NSCLC中，过度甲基化使CDKN2及p15基因失活；而在SCLC中，染色体3p局部呈过度甲基化。在肺癌中还发生IGF2及H19基因的启动子区因甲基化不足而丧失基因组印记（genomic imprinting）。最近，Sata等在肺癌中发现染色体16q24.1-24.2上有一H-钙粘附蛋白（CDH13）等位基因的缺失和另一等位基因的过度甲基化，使该基因失活，其生物学意义尚待研究。

  微卫星不稳定性（MSI）在肺癌中并不多见（

  10.端粒酶活性的表达：端粒限制性片段的长度在不同类型的肿瘤包括肺癌中是有改变的，90％以上的肺癌表达高水平的端粒酶活性，导致癌细胞的无限增殖能力（永生化），这代表着肺癌治疗的一个新靶子。所有SCLC表达极高水平的端粒酶活性，而大约80％NSCLC表达比较不同的水闰。在染色体3p上的缺失处可能存在着端粒酶的活性的阻抑基因。

  9.基因组不稳定性：在肺癌中发现的一般性基因组不稳定性：如许多染色体的变化及等位基因不平衡的位点，其中有些特歹的抑癌基因的定位，但有些则随机发生，大多肺癌存在非整位体等。

  8.其他细胞遗传学变化：除上述基因变化外，细胞遗传学研究还发现许多其他染色体上的缺失，提示尚有其他抑癌基因参与肺癌的发生，包括：1p、1q、2q、5q、6p、6q、8p、8q、10q、11p（11p13、11p15）、11q、14q、17q、18q、22q、及X/Y等。此外，用新的比较基因组杂交技术（CGH）曾检出10q26、16p11.2、22q12.1-13.的缺失，和1q24、3q、5p、17q及Xq26的扩增。

  7.由erb-B1编码的EGFR在NSCLC（特别是鳞癌）中较在SCLC中更常发生过度表达，并可能与肿瘤的分期及分化有关。由erb-B2（HER2/neu）编码的另一种受体p185，在1/3以上NSCLC中高度表达，尤其是在腺癌，并与NSCLC中一种内源性多药耐药性相关。

  6.myc基因家族的成员中，c-myc常SCLC及NSCLC活化，而N-及L-myc的扩增则仅在SCLC中发现。myc基因在SCLC中通过基因扩增而活化，它与不良预后要关。而在NSCLC中，myc通过转录失调而致其蛋白过度表达，在缺乏某些生长因子时myc的过度表达会反常地导致细胞凋亡。由于癌细胞的凋亡在决定化疗疗效中起作用，它代表设计未来治疗中的一个关键性靶子。

  5.ras基因家族（K-ras,N-ras及H-ras）可被密码子12，13，或61上的点突变所激活，并在20％-30％的NSCLC（特别是腺癌）中突变，但未在SCLC中发现突变。在肺腺癌中以K-ras突变为主（占90％），其中85％累及第12密码子，70％的K-ras突变为G-T颠换，由半胱氨酸（TGT）或缬氨酸（GTT）替换正常的甘氨酸（GGT），这可能是由吸烟中的多环碳氢化合物和亚硝胺引起的DNA加合物损伤DNA所致。K-ras突变还是NSCLC各期的一个重要的负性预后因素。

  4.p16INK4是一处周期素依赖性激酶（CDK）的抑制物，它通过阻止CDK4/CDK6与周期素D1复合而抑制其活性。p16的编码基因是位于染色体9p21的CDKN2基因，它通过抑制CDK4/周期素D1复合物的激酶活性而调节Rb的活性。CDKN2在肺癌及其他几种癌中的异常现象：它在30％-40％的NSCLC中失活，但在SCLC中去很少失活。失活的机制包括缺失（纯合性或伴点突变），以及因甲基化过度而下调其表达。因此，肺癌的特征是大多数SCLC有Rb突变，而大多数NSCLC有周期素D1/CDKN2失活。另一种CDK抑制物p15的基因位于靠近CDKN2处，常与CDKN2-齐在NSCLC中缺失。

  3.Rb基因，编码一核磷蛋白，调节细胞周期G1/S交界处的控制点。它原为儿童视同膜母细胞瘤的一种抑癌基因，以后被证明在肺癌等其他癌中也有Rb突变，并伴有其野生型等位基因的缺失。在90％以上的SCLC和20％-30％的NSCLC中发现缺少Rb蛋白质的合成或其结构的氨基常。Rb介导的生长调节途径在NSCLC中可通过周期素D1过度有达而失活，因周期素D1藉刺激Rb被CDK4磷酸化而调节其活性。在NSCLC中功能性Rb水平正常而周期素D1过度表达，而在SCLC中功有性Rb水平降低而周期素D1减少。此后，Rb介导的生长调节途径还可通过一种CDK抑制p16INK4而灭活（参见下一节）。

  2.p53基因突变在各种类型肺癌中起关键作用，将近90％SCLC细胞株和原发性肿瘤的有突变型或缺乏p53，而约有50％NSCLC可检出p53异常。异常的p53表达与生存率低在统计学上呈显著性要关。在肺癌中，p53的突变可发生在整个编码区，但以进化上保守的外显子5-8区最常见。突变的种类包括：错义突变、无义突变、剪接异常及较大的缺失等，而以与吸烟致癌物有关的G-T碱基颠换（transversion）最常见，表明吸烟可能引起p53突变。在铀矿工人中与氡有关的肺癌中地以密码子259AGG-ATG碱基颠换多见；而在原子弹爆炸生存者发生的肺癌则以G-A碱基颠换占优势。p53的错义突变使P53蛋白质的半寿期延长达数小时导致其增加积聚，达到能被免疫组化检出的水平，免疫组化检测了现突变的p53在正常支气管黏膜为0，鳞状化生为8.3％，轻度异型增生为37.5％，中度为12.5％，重度为93.8％，原位癌为53％，提示p53突变可在支气管上皮的癌前主变中检出，发生在肺癌发生早期的显微浸润之前，可作为早期诊断的标志，这与p53突变在结肠癌、卵巢癌及甲状腺癌等发生中属晚期事件不同。最近Konishi等在染色体17p13.3于p53基因（位于17p13.1）的远侧发现一个抑癌基因在肺癌的中也缺失。

  1.染色体3p上极可能有肺癌相关的抑癌基因，因几乎100％SCLC和70％-80％NSCLC发现染色体3p的缺失，甚至在癌前病变中已存在。最近在染色体3p14.2区的脆性位点（fragile silte）FRA3B，鉴定出一个抑癌基因FHIT（脆性组酸三合一基因），其在80％肺癌中有突变，这可能是寻致肺癌的基因变化中的最初环节。这项发现有可能解释吸烟与肺癌之间的关系：为何有的人吸烟会生肺癌，而且的人却不生，可能与该基因的易感性有关。最近有人用RT-PCR分析59例肺癌的FHITmRNA,出现80％SCLC及40％NSCLC有FHIT的RNA转录物氨基常，76％的肿瘤呈现FHIT等位基因缺失。另有人在32个肺癌细胞株中出现高频率的3p14.2等位基因（即FHIT基因座）缺失（包括100％的SCLC和88％的NSCLC），在108例原发性NSCLC肿瘤中45％有FHIT缺失，并在NSCLC患者的癌前病变中也有类似发现，但在肺腺癌中较少见。此上，在88％目前吸烟者和45％以往吸烟者组织学正常或轻度改变的支气管上皮中也发现染色体3p14的LOH。利用分子分析FHIT基因和FRA3B内的微卫星体改变发现，80％吸烟者的肺癌中有FHIT基因的LOH，而在非吸烟者的肺癌中仅22％有LOH（P-0.0001）。这些资料提示，FHIT基因在吸烟引起肺癌的发生中起关键作用，可能是烟草中所含致癌物作用的分子革，其等位基因的缺失可能是最早的分子变化，随的才有9p(CDKN2),17p(p53)及ras等基因的变化，故3p被看作肺癌发病过程的“守门员”（gatekeeper）。

  近年来，分子生物学研究已发现，发展成浸润性肺癌需多种基因改变，可能过十种偿还，这些改变在两大类肺癌中有些相似，有些则不同。

特  征 SCIC NSCIC 临床：所占百分比 20％-25％ 75％左右       行为表现 早期播散 局部延伸       主要治疗 非外科（化疗） 外科切除 生物学：在细胞培养中生长 大团非粘附的细胞 粘附的单层细恩情         神经内分泌标志 90％ 10％         其他神经肽类 偶尔 罕见      （铃蟾肽/胃泌素释放肽等） 　 　 遗传学：染色体3p缺失 100％ 70％-80％         p53突变/化化 90％ 50％         Rb失活 90％ 15％         p16INK4失活 10％ 70％         突变型ras 0 15％-30％         myc表达增加 15％-40％ 很底         EGFR水平增加 少见 40％（特别是鳞癌）

*  神经内分泌标志：包括神经内分泌颗粒、L-DOPA脱羧酶、神经元特异烯醇人酶、肌酸激酶（脑同工酶）、嗜铬粒蛋白等

表13-2  肺癌的主要临床、生物学及遗传学特征

组织学类型 男  性 女  性 吸烟者 非吸烟者 吸烟者 非吸烟者 鳞癌 38％ 10％ 22％ 9％ 腺癌 21％ 56％ 35％ 68％ 大细胞癌 17％ 23％ 13％ 10％ 细支气管肺泡癌 1％ 5％ 3％ 11％ 小细胞 23％ 6％ 27％ 2％

  关于两大类肺癌的主要临床、生物学及遗传学特征和区别列于表13-2

表13-1  肺癌的组织学类型（吸烟者与非吸烟者的百分比）

  由表13-1可见，吸烟与小细胞肺癌及鳞癌的关系较密切，而肺腺癌却在非吸烟者中多见，尤以女性为多。

  肺癌的可主要分成两大类：小细胞肺癌（SCLC）及非小细胞肺癌（NSCLC），后者包括鳞癌、腺癌、细支气管肺泡癌、大细胞癌和未分化癌。此外还有少数神经内分泌肿瘤（典型和非黄型类癌，及大细经内分泌细胞癌）。吸烟者与非吸烟者所患肺癌的组织学类型不同（表13-1）。

二、肺癌的分子生物学变化

  氡是一种化学惰性气体，它衰变后释放出放射活性α粒子与呼吸道上皮相互作用。除地下矿工因接触氡衰变产物而增加肺癌发生的危险外，某些家庭中氡高水平也与肺癌的危剑增加有关。美国最近报道每年约有21800例肺癌死亡与家庭中氡气有关，这已构成一重要的公共卫生问题。氡引起肺癌的顾险还可与吸烟引起的危险叠加，受害者大多为吸烟者。

  吸烟者比非吸烟者发生肺癌的危险增加15倍，而且此危险随每天吸烟的数量和吸烟持续的时间而增加。吸烟者的呼吸道黏膜观察到的组织学变化有：假复层纤毛柱状上皮失去纤毛，细胞异型和出现增生性反应，黏膜中的神经内分泌细胞和神经上皮小体的数目也增多，这些神经内分泌细胞产生和分泌分胺类和肽类激素，包括：5-羟色胺、降钙素、胃泌素释放肽（gastrin-relasing peptide,也称人的铃蟾肽Bombesin）等。应用免疫组化和放射免疫等测定方法，在胎儿肺和新生儿肺，以及肺癌和肺癌细胞株中可检测出铃蟾肽样（bombesin-like）免疫活性。这种生长因子可通过其受体在肺的正常发育和呼吸道上皮对损伤反应以及在肿瘤发生中起作用，在正常组织中通过旁分泌机制，而在肿瘤组织中通过自分汔机制起作用。此外，发现神经介肽B(nruromedinB)、EGF、TGFα、IGF-Ⅰ、精氨酸血管加压素及阿片类活性肽及它们的受体在肺癌和肺癌细胞株中表达并起生长调节作用。曾设计用它们的单克隆抗体在物模型和人肺癌中进行治疗性干预试验。有意义的是，阿片类活性肽能抑制肺癌细胞的生长，并引起细胞凋亡。虽然尼古丁本身并不刺激大部分肺癌细胞的生长，但它可对抗阿片类肽的凋亡效一色，因此通过吸烟摄入的尼古丁，可藉抑制凋亡而在肺癌的发病中直接起作用。最近，Barsky等对吸烟者支气管上皮的多种癌症中间终点标志（或替代终点标志），包括Ki-67、EGFR、p53、erb-B2、球状肌动蛋白及DNA倍体分析进行观察，发现吸烟者呈现更多分子异常，表明吸烟引起“场癌变效应”（Field Cancerization Effect）,增加今后发生肺癌的危险。Wistuba等用31种多态性微卫星体标志测定肺癌多阶段发病过程中顺序性分子异常变化，发现在31％组织学正常的上皮和42％轻度异常（增生/化生）的上皮中已有LOH的细胞克隆；随着异型性的加重，LOH的频率增加，最常见和最早LOH的细胞出现在3p21、3p22-24、3p25和9p21区。p53的LOH出现在异型的增生和原位癌病变中。而且在小细胞肺癌（SCLC）中p53和Rb的缺失比非小细胞肺癌（NSCLC）出现得理早和理广泛，肺腺癌中出现最晚。说明不同组织类型的肿瘤涉及不同的分子机制。

一、对呼吸损伤的反应

   肺癌是一种独特的人类恶性实体瘤，85％-90％的肺癌由吸烟引起；此外，环境中接触氡也能增加肺癌的危险。过去十余年的分子生物学研已发现一些吸烟及接触氡引起的分子变化，并已开始确定一些基因的突变作为人肺癌不同组织学类型的特征。