肺癌是全球發病率和死亡率最高的惡性腫瘤之一。吸煙是肺癌最主要的危險因素，尼古丁是煙草煙霧中危害最大的成分之一。煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptors，nAChRs）在哺乳動物體細胞和癌細胞中均廣泛存在，并執行多種重要功能。α7nAChR是nAChRs家族重要成員，與尼古丁具有高親和力，在尼古丁誘導的肺癌細胞增殖、血管生成、侵襲和遠處轉移過程中起關鍵作用。目前，許多α7nAChR抑制劑已在體外和體內研究中顯示出抑制肺癌細胞增殖、侵襲和血管生成從而對抗疾病進展的良好效果，提示α7nAChR可能成為肺癌潛在治療靶點。本文對α7nAChR在肺癌進展中作用的研究進展進行綜述。
引用本文： 潘漢博, 羅清泉. α7煙堿型乙酰膽堿受體在肺癌中作用的研究進展. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2023, 30(6): 917-923. doi: 10.7507/1007-4848.202202045 復制
肺癌是全球范圍內發病率和死亡率最高的惡性腫瘤之一，已嚴重威脅人類生命健康。晚期肺癌治療手段十分有限、療效不佳，Ⅳ期肺癌患者5年總生存率低于10%[1]。肺癌是一種異質性疾病，包括兩種主要病理類型：非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）和小細胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC），其中前者占所有肺癌病例的80%～85%，后者占15%～20%[2]。NSCLC主要分為3種病理亞型：腺癌（約占所有肺癌病例的40%）、鱗狀細胞癌（鱗癌，占25%～30%）和大細胞神經內分泌癌（占10%～15%）。SCLC惡性程度很高，在疾病早期即可發生遠處轉移，對放化療迅速耐藥，患者預后極差[3]。流行病學研究[4]表明，吸煙是最重要的肺癌風險因素，大約60%的NSCLC和90%的SCLC發病與吸煙有關。與非吸煙者相比，吸煙者肺癌患病率升高20%～30%。煙草燃燒產生的煙霧中含上百種致癌物，其中尼古丁是危害最大、最易上癮的成分。尼古丁及其衍生物如4-甲基亞硝胺基-1-3-吡啶基-1-丁酮（NNK）和N-亞硝基降煙堿等可誘發DNA錯誤合成，導致Rb、K-RAS、GTPase和p53等基因發生突變，進而引起細胞惡變和腫瘤發生[5]。此外，尼古丁還可促進肺癌、乳腺癌、胃癌和結腸癌等多種惡性腫瘤細胞擴散和轉移[2]。
進入人體后，尼古丁最主要通過煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptors，nAChRs）發揮生物學效應[6]。nAChRs是由同源亞單位組成的五聚體蛋白質家族，廣泛存在于哺乳動物體細胞中，發揮重要信號轉導和細胞功能調控作用[7]。其中，α7nAChR在小膠質細胞、神經膠質細胞、內皮細胞、滑膜細胞、胸腺細胞、淋巴細胞、骨髓細胞、單核細胞和巨噬細胞等多種正常體細胞及腫瘤細胞中均表達，是nAChRs家族中對尼古丁親和力最大的成員之一[8]。大量研究[5, 9-10]表明，α7nAChR在肺癌發生和發展過程中起重要作用，是尼古丁誘導肺癌細胞增殖和侵襲、促進腫瘤血管生成和遠處轉移的關鍵受體，利用拮抗劑阻斷α7nAChR信號通路可有效對抗疾病進展。因此，α7nAChR可能作為尼古丁相關肺癌的潛在治療靶點，為肺癌治療提供新思路。
1 α7nAChR的分子結構與生理作用
nAChRs是由五個亞基組成的五聚體及其包圍形成的一個中心離子通道組成的膜蛋白。nAChRs最初在中樞神經系統神經突觸和神經-肌肉接頭處被發現，在神經信號傳導中起關鍵作用。迄今為止，在脊椎動物中已鑒定出α1～α10、β1～β4、γ、δ和ε等共17個nAChRs亞型[11]。根據復合亞單位不同，nAChRs可分為兩大主要亞型：肌肉型煙堿受體（muscle nAChRs）和神經元型煙堿受體（neuronal nAChRs），前者包括α1、β1、γ、δ和ε亞型，而后者包括α2～α10和β2～β4 12種亞型。nAChRs可接受乙酰膽堿（acetylcholine，ACh）和5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）等內源性神經遞質和尼古丁等外源性信號刺激而活化，不僅對細胞生長、增殖和功能起重要調控作用，還參與細胞惡變和腫瘤發生過程[12]。
在正常生理狀態下，nAChRs接受ACh和5-HT等生理性激活劑刺激后，蛋白構象發生改變，使中央離子通道開放，允許Na+、K+和Ca2+等陽離子內流[12]。在nAChRs家族中，不同亞型受體對Ca2+和Na+的選擇性不同，其中α7nAChR對Ca2+具有高度選擇性。當陽離子內流使細胞膜去極化后，細胞膜電壓門控Ca2+通道開放，與α7nAChR共同介導Ca2+內流，導致胞內Ca2+濃度迅速升高，進而引起細胞釋放神經遞質、生長因子、血管生成因子和神經營養因子等生物活性分子[13]。細胞內Ca2+濃度升高還可直接影響細胞增殖、遷移和凋亡相關信號通路，如細胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependent kinases，CDK）-4和CDK-2通路、細胞外信號調節激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）通路和環磷酸腺苷效應元件結合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）通路等，引起細胞增殖或凋亡[14]。此外，α7nAChR還在膽堿能系統介導的抗炎效應中起重要作用，可抑制腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α等炎癥因子釋放并調控T細胞和B細胞等免疫細胞功能[15]。
尼古丁作為外源性nAChR激動劑，可以模仿ACh的作用，直接與nAChR的α亞單位結合并誘導其異常活化，使nAChR位于細胞內側的離子通道開放，從而引起細胞內Na+、K+和Ca2+濃度異常改變[13]。當α7nAChR受尼古丁刺激活化時，可使細胞內Ca2+濃度快速升高，激活細胞增殖相關通路、抑制凋亡相關通路，直接誘導細胞惡性轉變，引起肺癌、膀胱癌和直腸癌等多種惡性腫瘤。與此同時，α7nAChR還可通過促進5-HT和多巴胺異常釋放，間接誘導SCLC和直腸癌細胞生長、刺激前列腺和乳腺癌細胞增殖[16]。以上研究表明，α7nAChR在惡性腫瘤發生過程中起重要作用，深入研究其作用機制可為包括肺癌在內的多種惡性腫瘤的治療提供新思路。
2 α7nAChR在肺癌中的作用
2.1 尼古丁誘導α7nAChR表達
現有研究表明，尼古丁是α7nAChR過表達最重要的誘導劑。David等[17]發現在吸煙患者的支氣管上皮細胞中，尼古丁刺激可短暫增加α5AChR和α6nAChR表達，但持續上調α7nAChR表達，且僅α7nAChR的表達水平與肺功能惡化密切相關。此外，吸煙患者來源肺鱗癌細胞的α7nAChR水平與其煙草攝入年限與總量密切相關，且持續尼古丁作用下人肺鱗癌細胞的α7nAChR水平顯著升高[18]。另外，持續NNK暴露也可上調肺神經內分泌細胞α7nAChR表達[19]。進一步體內研究[20]發現給予肺癌模型小鼠尼古丁刺激后腫瘤細胞α7nAChR水平明顯升高。以上結果均表明尼古丁可顯著誘導α7nAChR表達。進一步機制研究[18, 21-22]表明，尼古丁可通過激活轉錄因子Sp1/GATA2和E2F1/STAT1途徑、抑制分泌型Ly-6/uPAR相關蛋白（secreted Ly-6/uPAR-related protein，SLURP）-1途徑等分子機制上調肺癌細胞α7nAChR表達。有趣的是，性別對尼古丁誘導的α7nAChR表達有重要影響，吸煙肺癌患者中男性α7nAChR表達顯著高于女性，這可能是由于雌激素抑制α7nAChR表達，但尚待進一步研究[23]。
2.2 α7nAChR表達與肺癌發生和進展密切相關
目前，α7nAChR是nAChRs家族中最被廣泛關注和研究的成員。與正常肺泡上皮細胞相比，α7nAChR在A549、H1299、H441、H1770、H226、H23、HKULC1-4和H1819等多種人源NSCLC細胞系及GLC8、N592和H69等SCLC細胞系中的表達均顯著升高，并在肺癌患者腫瘤組織中上調，尤其以吸煙者為著[24]。肺腫瘤細胞表達α7nAChR的豐度從高至低依次如下：吸煙相關鱗癌、腺癌、非吸煙鱗癌、大細胞癌、良性腫瘤[25]。此外，α7nAChR在吸煙SCLC患者中也高表達[25]。以上研究提示α7nAChR表達與肺癌發生密切相關。與此同時，α7nAChR表達還與肺癌患者預后有關。一項包含7 880例受試者的全基因組關聯研究[26]結果表明，CHRNA7基因（位于染色體15q14，編碼nAChR α7亞基）復制和α7nAChR表達上調與肺癌風險升高和預后不良相關。α7nAChR高表達還與晚期NSCLC和SCLC患者生存率降低相關[27-28]。此外，Anna等[29]發現與高表達α3、α5和β4nAChR的患者相比，高表達α7nAChR的肺癌患者生存率更低。以上研究結果提示α7nAChR與肺癌進展也密切相關。
2.3 α7nAChR誘導肺癌發生和進展的分子機制
盡管nAChRs家族成員在多種非神經元細胞和肺癌細胞中均有表達，但研究[30]顯示α7nAChR為尼古丁相關肺癌的最關鍵受體，利用特異性拮抗劑或小干擾RNA（siRNA）阻斷α7nAChR可顯著抑制尼古丁誘導的肺癌細胞增殖和侵襲、促血管生成和遠處轉移。因此，揭示α7nAChR信號通路在肺癌發生和進展過程中的作用機制可能為尼古丁相關肺癌治療提供新靶點。
2.3.1 α7nAChR誘導肺癌細胞增殖
現有研究[31]已證明α7nAChR是介導尼古丁及其衍生物誘導肺癌細胞存活和增殖的關鍵蛋白。尼古丁處理的肺鱗癌和腺癌細胞系中，α7nAChR表達均上調，進一步分別通過激活SP1/GATA蛋白通路和抑制SLURP-1通路，加速腫瘤細胞增殖和遷移[18, 32]。α7nAChR還可通過活化絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase kinase，MAPKK，又稱MEK）/ERK通路介導尼古丁誘導的NSCLC細胞增殖[33]。此外，尼古丁刺激可以使α7nAChR與表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）和β2nAChR形成復合物，進一步誘導細胞周期蛋白D1（cyclin D1）的表達和ERK1/2活化，引起NSCLC細胞分裂和增殖[34]。尼古丁還可通過激活α7nAChR引起去甲腎上腺素（noradrenaline，NA）和γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）釋放，進一步活化ERK和CREB信號通路，誘導NSCLC細胞增殖[35]。與此同時，在SCLC細胞系中，α7nAChR可激活RAF1/MAPK通路，并活化轉錄因子c-Myc，介導NNK引起的腫瘤增殖[28, 36]。以上研究結果表明α7nAChR在尼古丁誘導的肺癌細胞存活和增殖中起重要作用，因此α7nAChR拮抗劑可能有效抑制尼古丁引起的肺癌細胞增殖[33, 36-47]（表1、圖1）。在尼古丁處理的NSCLC細胞系中，多種α7nAChR特異性拮抗劑如α-銀環蛇毒素（α-bungarotoxin，α-BTX）、α-眼鏡蛇毒素（α-cobratoxin，α-Cbt）、QND7、ASP8和青藤堿（sinomenine）等可在體內或體外有效抑制腫瘤細胞增殖或促使其凋亡[33, 39-42]。此外，α-BTX、α-芋螺毒素（α-conotoxin，α-CTX）和MG624還可阻止尼古丁和NNK誘導的SCLC細胞生長和增殖[36, 44]。
表1
可在體外和/或體內有效對抗肺癌的α7nAChR拮抗劑
2.3.2 α7nAChR促進肺癌血管生成
血管生成是惡性腫瘤的重要特征之一，是腫瘤生長和進展的必要條件。尼古丁是組織血管形成的強力刺激劑，可通過引起肺支氣管內皮細胞血管化促進肺癌血管形成，加速肺癌進程，而α7nAChR在其中起關鍵作用。Heeschen等[37]發現內皮細胞的α7nAChR受尼古丁刺激而活化后，可進一步激活磷脂酰肌醇激酶-3（phosphatidylinositide kinase-3，PI3K）/MAPK/核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）通路、促進內皮細胞合成和釋放血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF），并在體內誘導腫瘤血管生成，而該過程可被α7nAChR特異性拮抗劑α-BTX 阻斷。此外，Grozio等[48]還發現α7nAChR激活還可促進腫瘤細胞釋放VEGF。進一步，利用MG624阻斷α7nAChR可通過抑制早期生長反應因子（early growth response，EGR）-1/FGF-2通路阻止尼古丁誘導的人肺微血管內皮細胞（human microvascular endothelial cells of the lung，HMEC-Ls）增殖和SCLC腫瘤血管生成[45]。以上研究表明α7nAChR在尼古丁誘導的肺癌血管形成過程中起關鍵作用。
2.3.3 α7nAChR促進肺癌轉移
遠處轉移是惡性腫瘤治療效果差、引起患者死亡的最主要原因。轉移進程主要分為兩個階段：（1）腫瘤細胞侵入周圍組織、穿透血管；（2）腫瘤細胞遠離原發部位，向機體遠處遷移[49]。已有多項臨床研究[50-52]結果證實尼古丁暴露與肺癌遠處轉移顯著關聯。尼古丁可顯著增強肺癌細胞的增殖和侵襲能力，引起肺癌轉移，而α7nAChR信號通路在其中起關鍵作用[53]。Zhang等[54]發現α7nAChR可通過激活MEK/ERK通路介導尼古丁誘導的NSCLC細胞侵襲、轉移和內皮-間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）。此外，Courtney等[55]發現尼古丁可通過激活α7nAChR/Yes相關蛋白（Yes-associated protein，YAP）-1/E2F1通路升高下游Src和Yes蛋白水平，誘導NSCLC細胞EMT、遷移和干細胞化。另外，α7nAChR還可激活PI3K通路引起NSCLC細胞遷移[56]。與此同時，NNK也可活化α7nAChR，進而激活c-Src/PKCι/FAK通路，并通過活化ERK通路誘導接觸蛋白-1表達，增強NSCLC細胞的侵襲能力[38-57]。利用miRNA和特異性拮抗劑如α-BTX、MG624、β-隱黃嘌呤、甲基枸櫞酸甘油酯和重組雞新城疫病毒（recombinant Newcastle disease virus）rL-RVG等阻斷α7nAChR信號，可在體外和/或體內有效阻止尼古丁誘導的肺癌細胞遷移、侵襲或轉移[38, 41, 44, 46-47]。以上研究表明α7nAChR是介導尼古丁誘導的肺癌遠處轉移的關鍵受體。
3 總結與展望
α7nAChR在肺癌，尤其是尼古丁相關肺癌中的作用已受廣泛關注和研究。在尼古丁作用下，α7nAChR異常活化并可進一步通過多種分子機制促進肺癌細胞增殖、血管生成和侵襲轉移，在肺癌發生、進展和轉移過程中起重要作用，目前許多α7nAChR特異性拮抗劑作為潛在抗癌新藥已被報道，提示阻斷α7nAChR可能成為肺癌治療新策略。腫瘤微環境（tumor microenvironment，TME）主要由腫瘤細胞及其周圍免疫細胞、成纖維細胞和細胞因子等成分組成，在癌癥發生、進展和對治療抵抗中起重要作用。最新研究發現α7nAChR可通過以下4條途徑起作用：（1）通過STAT3/ NF-E2相關因子-2通路誘導人支氣管上皮細胞程序性死亡配體（programmed death-ligand-1）表達；（2）通過阻斷抗原呈遞細胞抗原加工和呈遞作用抑制CD4+ T細胞活化；（3）直接誘導初始CD4+ T細胞分化為調節性T細胞和Th1、Th2及Th17等效應T細胞，并增強其功能；（4）抑制M1型巨噬細胞活化、誘導巨噬細胞M2極化，提示α7nAChR可能對TME具有重要調節作用[58-60]。但是，由于缺乏基于肺癌細胞和動物模型的研究，α7nAChR對肺癌TME中T細胞、B細胞、巨噬細胞、自然殺傷細胞和骨髓來源抑制細胞等免疫細胞的作用及其機制尚不清楚，進一步探究可能為肺癌免疫治療提供全新靶點。此外，越來越多的證據表明神經和腫瘤細胞之間存在雙向溝通，神經信號輸入可顯著影響惡性腫瘤進展和預后[61]。其中由膽堿能受體機制介導的迷走神經系統可促進肺癌進展和轉移，并可分泌細胞因子促進腫瘤免疫逃逸[61]。作為膽堿能系統的重要信號傳導受體，α7nAChR是否參與神經-肺癌軸信號傳導從而調控肺癌進程有待進一步研究。最后，α7nAChR在人體細胞普遍存在并發揮重要神經生理功能，α7nAChR拮抗劑是否會擾亂正常神經信號傳導尚不清楚，而且目前已經報道的α7nAChR抑制劑中不乏毒性極強的化合物，對抗肺癌的研究局限于細胞和/或動物實驗。因此，α7nAChR拮抗劑療法在人體中的安全性和有效性有待考察，成為臨床一線抗肺癌藥物距離尚遠。但是，現有研究已強調α7nAChR在肺癌發生和進展過程中的重要性，隨著對其作用機制的深入了解和特異性拮抗劑的進一步研發，靶向α7nAChR可能為肺癌治療提供新希望。
利益沖突：無。
作者貢獻：潘漢博負責文獻搜集、整理和論文初稿撰寫；羅清泉負責論文審閱和修改。
圖1
α7nAChR促進肺癌細胞增殖、血管生成和侵襲轉移的分子機制
尼古丁及其衍生物可通過激活SP1/GATA2、E2F1/STAT1通路和抑制SLURP-1通路，上調α7nAChR表達；① α7nAChR促肺癌增殖：激活SP1/GATA、MEK/ERK、RAF1/MAPK/c-Myc通路，抑制SLURP-1通路，與EGFR和β2nAChR形成復合體上調cyclin D1表達和激活ERK1/2通路，促進NA、GABA合成釋放激活ERK、CREB通路；② α7nAChR促血管生成：激活PI3K/MAPK/NF-κB、EGR-1/FGF-2通路，促進VEGF、bFGF合成釋放；③ α7nAChR促肺癌轉移：激活MEK/ERK、PI3K、c-Src/PKCι/FAK通路，激活YAP/E2F1通路上調Src、Yes表達，激活ERK通路上調contactin-1表達
肺癌是全球范圍內發病率和死亡率最高的惡性腫瘤之一，已嚴重威脅人類生命健康。晚期肺癌治療手段十分有限、療效不佳，Ⅳ期肺癌患者5年總生存率低于10%[1]。肺癌是一種異質性疾病，包括兩種主要病理類型：非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）和小細胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC），其中前者占所有肺癌病例的80%～85%，后者占15%～20%[2]。NSCLC主要分為3種病理亞型：腺癌（約占所有肺癌病例的40%）、鱗狀細胞癌（鱗癌，占25%～30%）和大細胞神經內分泌癌（占10%～15%）。SCLC惡性程度很高，在疾病早期即可發生遠處轉移，對放化療迅速耐藥，患者預后極差[3]。流行病學研究[4]表明，吸煙是最重要的肺癌風險因素，大約60%的NSCLC和90%的SCLC發病與吸煙有關。與非吸煙者相比，吸煙者肺癌患病率升高20%～30%。煙草燃燒產生的煙霧中含上百種致癌物，其中尼古丁是危害最大、最易上癮的成分。尼古丁及其衍生物如4-甲基亞硝胺基-1-3-吡啶基-1-丁酮（NNK）和N-亞硝基降煙堿等可誘發DNA錯誤合成，導致Rb、K-RAS、GTPase和p53等基因發生突變，進而引起細胞惡變和腫瘤發生[5]。此外，尼古丁還可促進肺癌、乳腺癌、胃癌和結腸癌等多種惡性腫瘤細胞擴散和轉移[2]。
進入人體后，尼古丁最主要通過煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptors，nAChRs）發揮生物學效應[6]。nAChRs是由同源亞單位組成的五聚體蛋白質家族，廣泛存在于哺乳動物體細胞中，發揮重要信號轉導和細胞功能調控作用[7]。其中，α7nAChR在小膠質細胞、神經膠質細胞、內皮細胞、滑膜細胞、胸腺細胞、淋巴細胞、骨髓細胞、單核細胞和巨噬細胞等多種正常體細胞及腫瘤細胞中均表達，是nAChRs家族中對尼古丁親和力最大的成員之一[8]。大量研究[5, 9-10]表明，α7nAChR在肺癌發生和發展過程中起重要作用，是尼古丁誘導肺癌細胞增殖和侵襲、促進腫瘤血管生成和遠處轉移的關鍵受體，利用拮抗劑阻斷α7nAChR信號通路可有效對抗疾病進展。因此，α7nAChR可能作為尼古丁相關肺癌的潛在治療靶點，為肺癌治療提供新思路。
1 α7nAChR的分子結構與生理作用
nAChRs是由五個亞基組成的五聚體及其包圍形成的一個中心離子通道組成的膜蛋白。nAChRs最初在中樞神經系統神經突觸和神經-肌肉接頭處被發現，在神經信號傳導中起關鍵作用。迄今為止，在脊椎動物中已鑒定出α1～α10、β1～β4、γ、δ和ε等共17個nAChRs亞型[11]。根據復合亞單位不同，nAChRs可分為兩大主要亞型：肌肉型煙堿受體（muscle nAChRs）和神經元型煙堿受體（neuronal nAChRs），前者包括α1、β1、γ、δ和ε亞型，而后者包括α2～α10和β2～β4 12種亞型。nAChRs可接受乙酰膽堿（acetylcholine，ACh）和5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）等內源性神經遞質和尼古丁等外源性信號刺激而活化，不僅對細胞生長、增殖和功能起重要調控作用，還參與細胞惡變和腫瘤發生過程[12]。
在正常生理狀態下，nAChRs接受ACh和5-HT等生理性激活劑刺激后，蛋白構象發生改變，使中央離子通道開放，允許Na+、K+和Ca2+等陽離子內流[12]。在nAChRs家族中，不同亞型受體對Ca2+和Na+的選擇性不同，其中α7nAChR對Ca2+具有高度選擇性。當陽離子內流使細胞膜去極化后，細胞膜電壓門控Ca2+通道開放，與α7nAChR共同介導Ca2+內流，導致胞內Ca2+濃度迅速升高，進而引起細胞釋放神經遞質、生長因子、血管生成因子和神經營養因子等生物活性分子[13]。細胞內Ca2+濃度升高還可直接影響細胞增殖、遷移和凋亡相關信號通路，如細胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependent kinases，CDK）-4和CDK-2通路、細胞外信號調節激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）通路和環磷酸腺苷效應元件結合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）通路等，引起細胞增殖或凋亡[14]。此外，α7nAChR還在膽堿能系統介導的抗炎效應中起重要作用，可抑制腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α等炎癥因子釋放并調控T細胞和B細胞等免疫細胞功能[15]。
尼古丁作為外源性nAChR激動劑，可以模仿ACh的作用，直接與nAChR的α亞單位結合并誘導其異常活化，使nAChR位于細胞內側的離子通道開放，從而引起細胞內Na+、K+和Ca2+濃度異常改變[13]。當α7nAChR受尼古丁刺激活化時，可使細胞內Ca2+濃度快速升高，激活細胞增殖相關通路、抑制凋亡相關通路，直接誘導細胞惡性轉變，引起肺癌、膀胱癌和直腸癌等多種惡性腫瘤。與此同時，α7nAChR還可通過促進5-HT和多巴胺異常釋放，間接誘導SCLC和直腸癌細胞生長、刺激前列腺和乳腺癌細胞增殖[16]。以上研究表明，α7nAChR在惡性腫瘤發生過程中起重要作用，深入研究其作用機制可為包括肺癌在內的多種惡性腫瘤的治療提供新思路。
2 α7nAChR在肺癌中的作用
2.1 尼古丁誘導α7nAChR表達
現有研究表明，尼古丁是α7nAChR過表達最重要的誘導劑。David等[17]發現在吸煙患者的支氣管上皮細胞中，尼古丁刺激可短暫增加α5AChR和α6nAChR表達，但持續上調α7nAChR表達，且僅α7nAChR的表達水平與肺功能惡化密切相關。此外，吸煙患者來源肺鱗癌細胞的α7nAChR水平與其煙草攝入年限與總量密切相關，且持續尼古丁作用下人肺鱗癌細胞的α7nAChR水平顯著升高[18]。另外，持續NNK暴露也可上調肺神經內分泌細胞α7nAChR表達[19]。進一步體內研究[20]發現給予肺癌模型小鼠尼古丁刺激后腫瘤細胞α7nAChR水平明顯升高。以上結果均表明尼古丁可顯著誘導α7nAChR表達。進一步機制研究[18, 21-22]表明，尼古丁可通過激活轉錄因子Sp1/GATA2和E2F1/STAT1途徑、抑制分泌型Ly-6/uPAR相關蛋白（secreted Ly-6/uPAR-related protein，SLURP）-1途徑等分子機制上調肺癌細胞α7nAChR表達。有趣的是，性別對尼古丁誘導的α7nAChR表達有重要影響，吸煙肺癌患者中男性α7nAChR表達顯著高于女性，這可能是由于雌激素抑制α7nAChR表達，但尚待進一步研究[23]。
2.2 α7nAChR表達與肺癌發生和進展密切相關
目前，α7nAChR是nAChRs家族中最被廣泛關注和研究的成員。與正常肺泡上皮細胞相比，α7nAChR在A549、H1299、H441、H1770、H226、H23、HKULC1-4和H1819等多種人源NSCLC細胞系及GLC8、N592和H69等SCLC細胞系中的表達均顯著升高，并在肺癌患者腫瘤組織中上調，尤其以吸煙者為著[24]。肺腫瘤細胞表達α7nAChR的豐度從高至低依次如下：吸煙相關鱗癌、腺癌、非吸煙鱗癌、大細胞癌、良性腫瘤[25]。此外，α7nAChR在吸煙SCLC患者中也高表達[25]。以上研究提示α7nAChR表達與肺癌發生密切相關。與此同時，α7nAChR表達還與肺癌患者預后有關。一項包含7 880例受試者的全基因組關聯研究[26]結果表明，CHRNA7基因（位于染色體15q14，編碼nAChR α7亞基）復制和α7nAChR表達上調與肺癌風險升高和預后不良相關。α7nAChR高表達還與晚期NSCLC和SCLC患者生存率降低相關[27-28]。此外，Anna等[29]發現與高表達α3、α5和β4nAChR的患者相比，高表達α7nAChR的肺癌患者生存率更低。以上研究結果提示α7nAChR與肺癌進展也密切相關。
2.3 α7nAChR誘導肺癌發生和進展的分子機制
盡管nAChRs家族成員在多種非神經元細胞和肺癌細胞中均有表達，但研究[30]顯示α7nAChR為尼古丁相關肺癌的最關鍵受體，利用特異性拮抗劑或小干擾RNA（siRNA）阻斷α7nAChR可顯著抑制尼古丁誘導的肺癌細胞增殖和侵襲、促血管生成和遠處轉移。因此，揭示α7nAChR信號通路在肺癌發生和進展過程中的作用機制可能為尼古丁相關肺癌治療提供新靶點。
2.3.1 α7nAChR誘導肺癌細胞增殖
現有研究[31]已證明α7nAChR是介導尼古丁及其衍生物誘導肺癌細胞存活和增殖的關鍵蛋白。尼古丁處理的肺鱗癌和腺癌細胞系中，α7nAChR表達均上調，進一步分別通過激活SP1/GATA蛋白通路和抑制SLURP-1通路，加速腫瘤細胞增殖和遷移[18, 32]。α7nAChR還可通過活化絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase kinase，MAPKK，又稱MEK）/ERK通路介導尼古丁誘導的NSCLC細胞增殖[33]。此外，尼古丁刺激可以使α7nAChR與表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）和β2nAChR形成復合物，進一步誘導細胞周期蛋白D1（cyclin D1）的表達和ERK1/2活化，引起NSCLC細胞分裂和增殖[34]。尼古丁還可通過激活α7nAChR引起去甲腎上腺素（noradrenaline，NA）和γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）釋放，進一步活化ERK和CREB信號通路，誘導NSCLC細胞增殖[35]。與此同時，在SCLC細胞系中，α7nAChR可激活RAF1/MAPK通路，并活化轉錄因子c-Myc，介導NNK引起的腫瘤增殖[28, 36]。以上研究結果表明α7nAChR在尼古丁誘導的肺癌細胞存活和增殖中起重要作用，因此α7nAChR拮抗劑可能有效抑制尼古丁引起的肺癌細胞增殖[33, 36-47]（表1、圖1）。在尼古丁處理的NSCLC細胞系中，多種α7nAChR特異性拮抗劑如α-銀環蛇毒素（α-bungarotoxin，α-BTX）、α-眼鏡蛇毒素（α-cobratoxin，α-Cbt）、QND7、ASP8和青藤堿（sinomenine）等可在體內或體外有效抑制腫瘤細胞增殖或促使其凋亡[33, 39-42]。此外，α-BTX、α-芋螺毒素（α-conotoxin，α-CTX）和MG624還可阻止尼古丁和NNK誘導的SCLC細胞生長和增殖[36, 44]。
表1
可在體外和/或體內有效對抗肺癌的α7nAChR拮抗劑
2.3.2 α7nAChR促進肺癌血管生成
血管生成是惡性腫瘤的重要特征之一，是腫瘤生長和進展的必要條件。尼古丁是組織血管形成的強力刺激劑，可通過引起肺支氣管內皮細胞血管化促進肺癌血管形成，加速肺癌進程，而α7nAChR在其中起關鍵作用。Heeschen等[37]發現內皮細胞的α7nAChR受尼古丁刺激而活化后，可進一步激活磷脂酰肌醇激酶-3（phosphatidylinositide kinase-3，PI3K）/MAPK/核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）通路、促進內皮細胞合成和釋放血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF），并在體內誘導腫瘤血管生成，而該過程可被α7nAChR特異性拮抗劑α-BTX 阻斷。此外，Grozio等[48]還發現α7nAChR激活還可促進腫瘤細胞釋放VEGF。進一步，利用MG624阻斷α7nAChR可通過抑制早期生長反應因子（early growth response，EGR）-1/FGF-2通路阻止尼古丁誘導的人肺微血管內皮細胞（human microvascular endothelial cells of the lung，HMEC-Ls）增殖和SCLC腫瘤血管生成[45]。以上研究表明α7nAChR在尼古丁誘導的肺癌血管形成過程中起關鍵作用。
2.3.3 α7nAChR促進肺癌轉移
遠處轉移是惡性腫瘤治療效果差、引起患者死亡的最主要原因。轉移進程主要分為兩個階段：（1）腫瘤細胞侵入周圍組織、穿透血管；（2）腫瘤細胞遠離原發部位，向機體遠處遷移[49]。已有多項臨床研究[50-52]結果證實尼古丁暴露與肺癌遠處轉移顯著關聯。尼古丁可顯著增強肺癌細胞的增殖和侵襲能力，引起肺癌轉移，而α7nAChR信號通路在其中起關鍵作用[53]。Zhang等[54]發現α7nAChR可通過激活MEK/ERK通路介導尼古丁誘導的NSCLC細胞侵襲、轉移和內皮-間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）。此外，Courtney等[55]發現尼古丁可通過激活α7nAChR/Yes相關蛋白（Yes-associated protein，YAP）-1/E2F1通路升高下游Src和Yes蛋白水平，誘導NSCLC細胞EMT、遷移和干細胞化。另外，α7nAChR還可激活PI3K通路引起NSCLC細胞遷移[56]。與此同時，NNK也可活化α7nAChR，進而激活c-Src/PKCι/FAK通路，并通過活化ERK通路誘導接觸蛋白-1表達，增強NSCLC細胞的侵襲能力[38-57]。利用miRNA和特異性拮抗劑如α-BTX、MG624、β-隱黃嘌呤、甲基枸櫞酸甘油酯和重組雞新城疫病毒（recombinant Newcastle disease virus）rL-RVG等阻斷α7nAChR信號，可在體外和/或體內有效阻止尼古丁誘導的肺癌細胞遷移、侵襲或轉移[38, 41, 44, 46-47]。以上研究表明α7nAChR是介導尼古丁誘導的肺癌遠處轉移的關鍵受體。
3 總結與展望
α7nAChR在肺癌，尤其是尼古丁相關肺癌中的作用已受廣泛關注和研究。在尼古丁作用下，α7nAChR異常活化并可進一步通過多種分子機制促進肺癌細胞增殖、血管生成和侵襲轉移，在肺癌發生、進展和轉移過程中起重要作用，目前許多α7nAChR特異性拮抗劑作為潛在抗癌新藥已被報道，提示阻斷α7nAChR可能成為肺癌治療新策略。腫瘤微環境（tumor microenvironment，TME）主要由腫瘤細胞及其周圍免疫細胞、成纖維細胞和細胞因子等成分組成，在癌癥發生、進展和對治療抵抗中起重要作用。最新研究發現α7nAChR可通過以下4條途徑起作用：（1）通過STAT3/ NF-E2相關因子-2通路誘導人支氣管上皮細胞程序性死亡配體（programmed death-ligand-1）表達；（2）通過阻斷抗原呈遞細胞抗原加工和呈遞作用抑制CD4+ T細胞活化；（3）直接誘導初始CD4+ T細胞分化為調節性T細胞和Th1、Th2及Th17等效應T細胞，并增強其功能；（4）抑制M1型巨噬細胞活化、誘導巨噬細胞M2極化，提示α7nAChR可能對TME具有重要調節作用[58-60]。但是，由于缺乏基于肺癌細胞和動物模型的研究，α7nAChR對肺癌TME中T細胞、B細胞、巨噬細胞、自然殺傷細胞和骨髓來源抑制細胞等免疫細胞的作用及其機制尚不清楚，進一步探究可能為肺癌免疫治療提供全新靶點。此外，越來越多的證據表明神經和腫瘤細胞之間存在雙向溝通，神經信號輸入可顯著影響惡性腫瘤進展和預后[61]。其中由膽堿能受體機制介導的迷走神經系統可促進肺癌進展和轉移，并可分泌細胞因子促進腫瘤免疫逃逸[61]。作為膽堿能系統的重要信號傳導受體，α7nAChR是否參與神經-肺癌軸信號傳導從而調控肺癌進程有待進一步研究。最后，α7nAChR在人體細胞普遍存在并發揮重要神經生理功能，α7nAChR拮抗劑是否會擾亂正常神經信號傳導尚不清楚，而且目前已經報道的α7nAChR抑制劑中不乏毒性極強的化合物，對抗肺癌的研究局限于細胞和/或動物實驗。因此，α7nAChR拮抗劑療法在人體中的安全性和有效性有待考察，成為臨床一線抗肺癌藥物距離尚遠。但是，現有研究已強調α7nAChR在肺癌發生和進展過程中的重要性，隨著對其作用機制的深入了解和特異性拮抗劑的進一步研發，靶向α7nAChR可能為肺癌治療提供新希望。
利益沖突：無。
作者貢獻：潘漢博負責文獻搜集、整理和論文初稿撰寫；羅清泉負責論文審閱和修改。
圖1
α7nAChR促進肺癌細胞增殖、血管生成和侵襲轉移的分子機制
尼古丁及其衍生物可通過激活SP1/GATA2、E2F1/STAT1通路和抑制SLURP-1通路，上調α7nAChR表達；① α7nAChR促肺癌增殖：激活SP1/GATA、MEK/ERK、RAF1/MAPK/c-Myc通路，抑制SLURP-1通路，與EGFR和β2nAChR形成復合體上調cyclin D1表達和激活ERK1/2通路，促進NA、GABA合成釋放激活ERK、CREB通路；② α7nAChR促血管生成：激活PI3K/MAPK/NF-κB、EGR-1/FGF-2通路，促進VEGF、bFGF合成釋放；③ α7nAChR促肺癌轉移：激活MEK/ERK、PI3K、c-Src/PKCι/FAK通路，激活YAP/E2F1通路上調Src、Yes表達，激活ERK通路上調contactin-1表達
