肺癌与COX-2

肺癌与COX-2

李灿1李小飞2

李灿1李小飞2

（1解放军42医院普胸外科四川乐山614100;2第四军医大学唐都医院胸外科710038）

【中图分类号】R734.2【文献标识码】A【文章编号】1672-5085(2011)14-0195-03

【摘要】肺癌是人类因肿瘤致死的主要疾病之一。近年来，大家的注意力都集中于环氧化酶（cyclooxygenase，COX)及其在肿瘤起源中的重要作用。越来越多的证据表明COX-2在肺癌发生过程中起关键作用，并有可能作为判断肺癌预后的指标。而COX-2抑制剂无论与其他药物联合治疗或单独作为化学预防使用，均因其对肺癌的血管生成的抑制而具有治疗作用。因此，COX-2成为肺癌未来诊断与治疗研究的新热点。

【关键词】环氧化酶-2肺癌细胞调亡血管生成

【Abstract】Lungcanceristheleadingcauseofcancer-relateddeath.Recentlyattentionhasbeendrawntotheroleofthecyclooxygenase(COX)enzymeanditsinvolvementintumorigenesis.MoreandmoreevidenceindicatesCOX-2playsakeyroleinlungcancer,andcanserveasapotentialmarkerofprognosisinthisdisease.COX-2inhibitor,eitherincombinationtherapywithotheragents,orforchemoprevention,maybeeffectiveviasuppressionofangiogenesisinthisfataldisease.COX-2enzymemaybeanattractivetargetfortreatmentanddiagnosisoflungcancerpatients.

【Keywords】COX-2lungcancerAngiogenesisApoptosis

肺癌的发生与COX-2的关系研究越来越深入，目前的研究发现COX有两个不同的基因编码的亚型，即COX-1与COX-2。虽然两种酶均参与花生四烯酸盐（arachidonate）向前列腺素（prostaglandins）的转变过程，但其表达及机理却完全不同。COX-1是一种持续表达的同工酶，对维持正常的细胞功能非常重要，特别是在维持肾脏、胃肠道的正常功能中发挥着其独有的重要作用。相反，COX-2是一种早期应答基因，它被一些细胞因子、生长因子以及肿瘤促进因子所诱导，并在应急状态下促进前列腺素的产生。本文综述了COX-2在肺癌产生与发展进程中以及COX-2抑制剂在预防及治疗肺癌研究中的新热点。

1COX-2与肺癌

COX-2在肿瘤的发生过程中具有重要的作用，特别是其在胃肠道肿瘤中的作用目前已广为认可。将COX-2转染入人结肠癌细胞，结果显示COX-2参与了肿瘤进展中类如

细胞调亡、肿瘤侵袭、血管发生及肿瘤转移等过程[1]，COX-2表现出对肿瘤进展进程中多种基因表达的调节作用。COX-2在多种实体瘤如肺癌、乳腺癌、前列腺癌、膀胱癌中均有较高表达。目前，至少有三方面证据有力的支持COX-2在肺癌疾病发展过程中的作用：1、COX-2在许多肺癌组织中有过高表达；2、几种特异性或非特异性COX-2抑制剂在肺癌实验动物模型上对该疾病的阻碍效应具有剂量效应关系；3、流行病学研究提示，规律地应用非甾体类抗炎药（nonsteroidalantiinflammatorydrugs，NSAIDs）能减少肺癌的发病率。

近期研究发现COX-2在癌前组织、肺癌组织中均有表达。通过免疫组织化学方法发现在21例腺癌中有19例COX-2表达阳性，在11例鳞癌中全部阳性表达[2]。COX-2免疫活性增强也常能在肺癌侵袭组织或淋巴结中见到。Achiwa[3]及Khuri[4]分别通过实验发现：COX-2表达水平与患者的生存时间成反比，且具有统计学意义，由此说明COX-2的增强表达对手术后病人的预后判定也有重要临床意义。所有这些都提示：COX-2表达的增加与肺癌疾病进展可能有重要关系。

选择性或非选择性COX-2抑制剂能阻止肺癌的发展。阿司匹林（Aspirin）、舒林酸（sulindac）以及NS398(一种选择性COX-2抑制剂)能降低暴露于亚硝胺（nitrosamine烟草中特有）中的小鼠的肺癌发病率且具剂量-效应关系。美国全国健康调查及其相关研究的数据表明，服用阿司匹林的人群肺癌发病率明显降低，与对照组相比具统计学意义[5]。纽约大学妇女健康学会进行的一项大样本对照研究表明，规律服用阿司匹林可降低妇女患肺癌，特别是非小细胞肺癌的发病率。

以上研究表明COX-2在肿瘤发生与转移过程中都发挥了重要作用，COX-2的高表达可能是预后欠佳的标志。

2COX-2参与肿瘤疾病进展的可能机制

COX-2促进肿瘤发生和转移的可能机制有：抑制细胞调亡、促进血管生成、提高肿瘤侵袭力。

2.1抑制细胞调亡

COX-2对细胞调亡具有抑制作用，COX-2抑制剂能减轻这种抑制从而促进细胞调亡，使其表现出抗肿瘤作用。体外实验显示：COX-2的活性调节导致细胞调亡趋势的改变。尼美舒利（Nimesulide，一种COX-2抑制剂）在体外实验中能抑制非小细胞肺癌的增殖，其部分原因就是它能诱导细胞调亡[6]。在小鼠实验动物模型中，COX-2的表达减少了细胞调亡，此现象能被舒林酸逆转[7]。Bcl-2（B-cellleukemiaproto-oncogene2，B细胞白血球过多症原癌基因）是一种重要的细胞调亡调节蛋白。在结肠癌模型中，BCL-2的表达能抑制体内的细胞调亡。初步的体外实验数据显示BCL-2的表达是由COX-2所诱导[8]。另有研究发现，COX-2通过调节MCL-1（BCL-2家族成员）的水平而提高细胞逃逸细胞调亡的能力。

体内及体外实验均显示：选择性COX-2抑制剂能加强COX-2阳性细胞的放疗敏感性，但COX-2缺失的肿瘤无此效应[9]，这种效应有助于将来在临床中用于肿瘤放疗增敏辅助治疗。

细胞调亡机制在肿瘤发生过程中是一个重要因素。许多NSAIDs，包括选择性或非选择性COX-2抑制剂，可诱导多种细胞发生调亡。这些研究结果说明COX-2高表达能阻止细胞调亡。但有人证明NSAIDs诱导细胞调亡的细胞系并不表达COX-2。无COX-2抑制作用的舒林酸及其代谢产物却具有诱导细胞调亡的能力[10]。因此，NSAIDs能通过COX-2依赖或非依赖的方式刺激并引起细胞调亡。这些推测的机制包括IKK-β（IkappaBkinase-betasubunit，）的抑制从而防止NK-κ-β（transcriptionfactornuclearfactor-kappa-β）的激化；BEL-2表达的抑制；非酯化花生四烯酸（unesterifiedarachidonicacid）的积聚；鞘磷脂（sphingomyelin）向神经酰胺（ceramide）的转化（一个已知的细胞调亡的中间反应）；对COX活性受体的抑制。不同的COX-2抑制剂介导的细胞调亡其机制也不尽相同，COX-2抑制剂在其引起的细胞调亡效应中是否必不可少尚无答案，但有一项研究对Celecoxib（一种COX-2抑制剂）其本身产生细胞调亡的活性与该药物的结构改变从而引起的COX-2抑制效应进行了区分，这也说明COX-2抑制剂Celecoxib对细胞调亡的抑制效应并不仅仅依赖于其本身对COX-2活性的抑制。

2.2血管生成

在肠道肿瘤中，COX-2转染肠道肿瘤细胞系能产生前列腺素及血管生成因子，该因子是刺激血管生成的重要物质。阿司匹林、NS398及血管内皮生长因子（VEGF，vascularendothelialgrowthfactor）抗体均能抑制该过程，同时，转染COX-2的细胞能表达VEGF[11]。另一项研究中，在前列腺素（PG，Prostaglandins）介导的肿瘤生长及转移实验动物模型中的肿瘤或转移细胞中以及在成纤维细胞生长因子诱导的角膜血管生成实验中的角膜细胞中均可以获得COX-2。Celecoxib在体内环境中具有抗肿瘤效应从而推论其具有抗血管生成活性。在COX-2途径的产物中，PGE1及PGE2能促进血管生成；相反，15-脱氧-前列腺素-J2（15-deoxy-prostaglandin-J2,一种前列腺素D2的产物）能抑制血管生成[12]。所以，可能不是COX蛋白质本身而是COX的代谢产物与血管生成有密切关联。在这些代谢产物当中，血栓烷A2（Thromboxane-A2）是COX依赖的血管生成或对内皮细胞移动调节的一个重要的中间物质。

2.3浸润与转移

E-钙粘着素（E-cadherin，一种上皮黏附分子）对于维持细胞极性与分化起着决定性作用。有报道E-钙粘着素在许多实体瘤中发生下调并与肿瘤的浸润有着紧密的联系[13]。E-钙粘着素下降的肿瘤细胞比上升的肿瘤细胞更易于细胞团的分离。这也说明了为什么细胞间黏附功能的缺陷能导致肿瘤细胞的播散。COX-2能导致E-钙粘着素表达的降低。COX-2在人结肠癌细胞中的转染增加了其转移能力。

转移能力的增加与MMP-2（matrixmetalloproteinase-2，间质金属蛋白酶-2）的活性及MMP-1的mRNA表达增加有密切关联。MMP是降解酶家族的一员并与肿瘤细胞的恶性程度相关。他们的表达与肿瘤对基底膜、间质及血管的侵袭及由此引起的肿瘤转移密切相关。多项研究显示MMPs的产生、分泌均与COX-2有密切关系，但其生物机制并不完全清楚。Pan及其同事[14]研究了NS398对人肺癌细胞系中MMPs的表达与酶活性的影响。他们的研究结果显示：NSAIDs通过抑制基因转录从而抑制MMP-2的表达，并由此推论：NS398对MMP-2的抑制效应并不完全依赖于对COX-2活性的抑制。

肿瘤潜在的转移能力间接地是由于COX-2对机体抗肿瘤免疫的抑制，部分地也由于IL-10、IL-12的调节。IL-10由肿瘤细胞及基质环境中细胞（包括淋巴细胞和巨噬细胞）产生，是机体抗肿瘤免疫的有力抑制剂；而IL-12是细胞介导的抗肿瘤免疫的细胞因子。由肿瘤细胞产生的COX-2被证明能增加IL-10并减少IL-12的水平，其结果导致免疫应答降低。COX-2抑制剂能减少肿瘤组织中前列腺素E2及IL-10的产生[14]。此外，有研究发现以COX-2为基础的肿瘤侵袭性生长由细胞外基质受体CD44所介导。

3COX-2抑制剂抗肿瘤作用

越来越多的证据显示：减少COX-2的表达是阻止肿瘤进展的非常重要的防治策略，因为COX能催化前列腺素的产生并由此形成多种致癌效应。阿司匹林（Aspirin）及其同类非甾体类抗炎药（aspirin-likenonsteroidalantiinflammatorydrugs(NSAIDs)）能阻碍肠道肿瘤的发生[15]。

选择性或非选择性COX-2抑制剂能阻止肺癌的发展。阿司匹林（Aspirin）、舒林酸（sulindac）以及NS398(一种选择性COX-2抑制剂)对暴露于亚硝胺（nitrosamine烟草中特有）中小鼠的肺癌发病率的减低效应具剂量-效应关系[16]。消炎痛（Indomethacin）能抑制通过静脉注射进入小鼠体内积聚或转移后的生长过程[17]。乙酰水扬酸（acetylsalicylicacid）与NS398的化学预防效应在于对COX-2表达的抑制及其对细胞调亡的诱导。Celecoxib（一种选择性COX-2抑制剂）对原发瘤生长的抑制与Lewis肺癌和结肠癌细胞肺转移灶的细胞数和肿瘤大小具有剂量-效应关系[18]。美洛昔康（Meloxicam，一种选择性COX-2抑制剂）能抑制离体非小细胞肺癌细胞系的繁殖[19]。COX-2抑制剂对肺癌的防治作用间接的说明COX-2在肺癌疾病进展过程中发挥了重要作用。

NSAIDs非特异性地抑制COX-1及COX-2的活性，会产生治疗效应与不利效应两方面作用。其对COX-2抑制效应可以解释抗炎药物对肿瘤的治疗作用，对COX-1的抑制可以解释由此类药物引起的胃肠道损伤。众多的流行病学、实验及临床研究显示：NSAIDs是抗肿瘤新药的新的发展方向。但是药物作用机制、最佳药物剂量、药物摄入方式及疗效不确切等问题尚未解决。

综上所述,诸多的研究表明COX-2与肺癌发生、发展密切相关。深入探讨COX-2与肺癌的关系不仅是为了进一步揭示肿瘤发生的分子机制,而更重要的意义在于应用COX-2抑制剂防治肺癌。对于COX-２及其选择性抑制剂的深入研究有望为肿瘤预防和治疗开辟新的途径。

参考文献

[1]M.TsujiiandR.N.DuBois,Alterationsincellularadhesionandapoptosisinepithelialcellsoverexpressingprostaglandinendoperoxidesynthase2.Cell83(1995),pp.493-501.

[2]H.Wolff,K.Saukkonen,S.Anttilaetal.,Expressionofcyclooxygenase-2inhumanlungcarcinoma.CancerRes58(1998),pp.4997-5001.

[3]H.Achiwa,Y.Yatabe,T.Hidaetal.,Prognosticsignificanceofelevatedcyclooxygenase2expressioninprimary,resectedlungadenocarcinomas.ClinCancerRes5(1999),pp.1001-1005.

[4]F.R.Khuri,H.Wu,J.J.Leeetal.,Cyclooxygenase-2overexpressionisamarkerofpoorprognosisinstageInon-smallcelllungcancer.ClinCancerRes7(2001),pp.861-867.

[5]D.M.SchreinemachersandR.B.Everson,Aspirinuseandlung,colon,andbreastcancerincidenceinaprospectivestudy.Epidemiology5(1994),pp.138-146.

[6]T.Hida,K.Kozaki,H.Muramatsuetal.,Cyclooxygenase-2inhibitorinducesapoptosis,andenhancescytotoxicityofvariousanticanceragentsinnon-smallcelllungcancercelllines.ClinCancerRes6(2000),pp.20062011.

[7]S.K.Boolbol,A.J.Dannenberg,A.Chadburnetal.,Cyclooxygenase-2overexpressionandtumorformationareblockedbysulindacinamurinemodeloffamilialadenomatouspolyposis.CancerRes56(1996),pp.2556-2560.

[8]M.TsujiiandR.N.DuBois,Alterationsincellularadhesionandapoptosisinepithelialcellsoverexpressingprostaglandinendoperoxidesynthase2.Cell83(1995),pp.493-501.

[9]F.A.Attiga,P.M.Fernandez,A.T.Weeraratnaetal.Inhibitorsofprostaglandinsynthesisinhibithumanprostatetumorcellinvasivenessandreducethereleaseofmatrixmetalloproteinases.CancerRes60(2000),pp.46294637.

[10]J.T.Lim,G.A.Piazza,E.K.Hanetal.,Sulindacderivativesinhibitgrowthandinduceapoptosisinhumanprostatecancercelllines.BiochemPharmacol58(1999),pp.1097-1107.

[11]M.Tsujii,S.KawanoandR.N.DuBois,Cyclooxygenase-2expressioninhumancoloncancercellsincreasesmetastaticpotential.ProcNatlAcadSciUSA94(1997),pp.3336-3340.

[12]D.NieandK.V.Honn,Cyclooxygenase,lipoxygenaseandtumorangiogenesis.CellMolLifeSci59(2002),pp.799-807.

[13]D.Nie,M.Lamberti,A.Zachareketal.,ThromboxaneA(2)regulationofendothelialcellmigration,angiogenesis,andtumormetastasis.BiochemBiophysResCommun267(2000),pp.245-251.

[14]M.R.Pan,L.Y.ChuangandW.C.Hung,Non-steroidalanti-inflammatorydrugsinhibitmatrixmetalloproteinase-2expressionviarepressionoftranscriptioninlungcancercells.FEBSLetters508(2001),pp.365-368.

[15]InternationalAgencyforResearchonCancer(IARC).InIARC,ed.IARChandbooksofcancerprevention,non-steroidalanti-inflammatorydrugs.WashingtonDC:IARCPress,1997:43-102.

[16]C.DuperronandA.Castonguay,ChemopreventiveefficaciesofaspirinandsulindacagainstlungtumorigenesisinA/Jmice.Carcinogenesis18(1997),pp.1001-1006.

[17]G.Levin,N.Kariv,E.Khomiaketal.Indomethacininhibitstheaccumulationoftumorcellsinmouselungsandsubsequentgrowthoflungmetastases.Chemotherapy46(2000),pp.429-437.

[18]J.L.Masferrer,K.M.Leahy,A.T.Kokietal.,Antiangiogenicandantitumoractivitiesofcyclooxygenase-2inhibitors.CancerRes60(2000),pp.1306-1311.

[19]T.Hida,K.Kozaki,H.Muramatsuetal.Cyclooxygenase-2inhibitorinducesapoptosis,andenhancescytotoxicityofvariousanticanceragentsinnon-smallcelllungcancercelllines.ClinCancerRes6(2000),pp.20062011.