汤易　金艺凤

[摘要]我国国民吸烟率长期处于较高水平且随着电子烟在青年人群中的流行，由于肺鳞状细胞癌（SQCC）与吸烟关系密切，吸烟是肺SQCC最重要的危险因素之一，故而在我国肺癌人群中肺SQCC将占据着举足轻重的地位。本文通过分析近年来PubMed及Wiley等数据库关于肺上皮细胞鳞状化生及癌变的相关异常表达的基因及分子信号通路研究，阐述了多条与肺SQCC发生相关的分子通路机制，梳理了近年来新且较为有价值的肺SQCC发生相关的分子通路实验研究及相应通路靶点药物的进展，旨在介绍当前肺SQCC发生机制及靶向治疗的一些新进展及可能的药物研究方向。

[关键词]肺鳞状细胞癌;分子通路;发病机制;靶向治疗

[中图分类号] R735.7          [文献标识码] A          [文章编号] 1674-4721（2020）6（a）-0014-05

[Abstract] The national smoking has been at a higher level for a long time and with the prevalence of electronic cigarette in the crowd of young people， due to the close relationship between lung squamous cell carcinoma （SQCC） and smoking， smoking is one of the most important risk factors for lung SQCC， therefore， lung SQCC will occupy a pivotal position among the lung cancer population in China. Through the analysis of recent studies on genes and molecular signaling pathways related to abnormal expression of lung epithelial squamous metaplasia and canceration in databases such as PubMed and Wiley， this paper elaborated a number of molecular pathway mechanisms related to the occurrence of lung SQCC， and summarized new and more valuable experimental studies on molecular pathways related to the occurrence of lung SQCC and the progress of corresponding pathway target drugs in recent years， aiming at introducing some new developments and possible drug research directions of the current lung SQCC generation mechanism and targeted therapy.

[Key words] Squamous cell carcinoma; Molecular pathway; Pathogenesis; Targeted therapy

肺癌是最常见的恶性肿瘤（11.6%）且是恶性肿瘤死亡的主要原因（占癌症总死亡人数的18.4%）。肺鳞状细胞癌（squamous cell carcinoma，SQCC）是常见的病理类型之一，多由肺支气管上皮化生所致[1]，由于部分肺腺癌（adenocarcinoma，ADC）存在表皮生长因子受体（EGFR）以及间变性淋巴瘤激酶（ALK）基因融合等突变靶点，针对肺ADC靶向治疗使得肺ADC的预后已然得到了较大改善，但肺SQCC的常用一线治疗大多数仍为化疗，故对于缺乏肺SQCC靶点的现状亟待改变。目前随着在早期诊断方面更为灵敏且较为经济方便的新一代测序技术（next generation sequencing，NGS）等技术的进步使得肺癌患者越来越多的去接受基因检测，这将为患者从肺癌驱动基因层面上提供更多个性化治疗选择，而产生的大量肺癌基因组信息将加速肺SQCC驱动基因的靶向研究[2-3]。我国国民吸烟率长期处于较高水平且随着电子烟在青年人群中的流行，由于肺SQCC与吸烟关系密切，吸烟是肺SQCC最重要的危险因素之一，故而在我国肺癌人群中肺SQCC将占据着举足轻重的地位。本文通过分析近年来PubMed及Wiley等数据库关于肺上皮细胞鳞状化生及癌变的相关异常表达的基因及分子信号通路研究，阐述了多条与肺SQCC发生相关的分子通路机制，将当前肺SQCC发生机制及靶向治疗的一些新进展及可能的药物研究方向进行综述如下。

1由PAK1激活的信号传导通路

p21活化激酶1（p21-activated kinase 1，PAK1）是丝氨酸苏氨酸激酶家族成员，涉及肿瘤发生的多个信号传导途径[4]。Aguilar-Aragon等[5]通过使用非典型蛋白激酶C（atypical protein kinase C，aPKC）和PAK1的高特异性激酶抑制剂处理上皮细胞以破坏上皮极性和形态性，肿瘤向恶性肿瘤的进展涉及上皮形态的破坏，故而PAK1對于起源上皮组织的恶性肿瘤的发生起到了一定的作用。Chung等[6]通过对肺SQCC组织微阵列分析（tissue microarray analysis，TMA）的免疫染色和Western Blot（WB）实验发现SQCC组织较之于邻近正常组织其PAK-1表达更高，表明PAK1是肺SQCC的特异性标志物。利用单变量COX比例风险回归模型与K-M曲线分析数据均表明PAK-1与肺SQCC患者存活率存在相关性，利用PAK1的小干扰RNA沉默肺SQCC细胞中PAK1表达将抑制肺SQCC细胞生长，反之促进PAK1的表达将刺激癌细胞增殖。在裸鼠致瘤模型中使用PAK1的小干扰RNA处理的实验组较与未处理的实验组肿瘤体积显著减小，通过进一步利用WB实验与免疫荧光共聚焦实验表明PAK1与cAMP应答元件结合蛋白（cAMP response element-binding protein，CREB）存在显著相关性，表明PAK1可能使3-磷酸丝氨酸磷酸酶处的CREB活化以激活蛋白激酶A，P90核糖体S6激酶和钙离子调节蛋白等的靶基因转录。目前研究的PAK1抑制剂中，海参皂苷（Frondoside A）在多项研究发现其对肺SQCC细胞具有抑制作用，其能有效地抑制肿瘤血管发生，促进存活自噬及诱导细胞凋亡从而抑制癌细胞生长、侵袭和转移。在小鼠异种移植物模型中海参皂苷联合顺铂具有明显的抗肿瘤作用[7-8]。氯己定也是一种新型潜在的PAK1变构抑制剂，在细胞试验中氯己定显示出良好的抑制PAK1的活化作用[9]。最近一项公布的研究使用PAK1抑制剂IP3-A联合PKC抑制剂金诺芬在SQCC的细胞实验及异种移植物实验均表现出良好的抗肿瘤效应，但需进一步的临床实验数据支撑[10]。希望通过进一步研究PAK1抑制剂或PAK1抑制剂联合其他靶向药物等手段为肺SQCC的靶向治疗带来除化疗及免疫治疗之外更多的治疗手段。

2 Sox2基因在肺SQCC发生中的作用

Sox2是Sry-box相关转录因子家族成员，Sox2在肺的分支形态发生和上皮细胞分化中起重要作用，其基因的复制扩增在94%的肺SQCC都会发生[11]。Kim等[12]研究发现常态下肺基底细胞能维持Sox2低表达（Sox2 Lo）及Sox9高表达（Sox9 Hi）状态促进细胞增殖并预防鳞状分化，但在发育异常的肺基底细胞中Sox2和PIK3基因将频繁共扩增使得基底细胞维持Sox2 Hi及Sox9 Lo状态，这一状态将持续激活PI3K信号通路促进鳞状损伤反应并抑制正常的黏膜纤毛分化，表明Sox2可以通过持续维持干细胞初始鳞状损伤反应促进癌细胞浸润性生长促进肺SQCC的发生。另一项研究中Mollaoglu等[13]通过建立过表达Sox2并敲除LKb1基因的肺SQCC小鼠模型发现小鼠肺SQCC组织中性粒细胞富集且甲状腺转录因子1（NKX2-1）的基因表达降低，而Moisés等[14]研究表明Nkx2-1表达蛋白在肺的发育及功能上具重要作用，Nkx2-1高表达的肺SQCC患者总生存期比低表达患者（80.8 vs. 61.2个月，P=0.035）更长。在针对Sox2的靶向药物研发上，目前已知有多种定位于Sox2上下游的靶向药物研究正在进行，其中抑制PI3K是相对可行的靶点，利用低剂量PI3K抑制剂BMKM120联合EP300D蛋白抑制剂产生了抑制肺癌细胞生长的效果[15]。Sox2转录因子的在肺鳞癌的发生及生长中起到了至关重要的调控作用，但需要进一步的研究以实现其临床应用价值。

3涉及紧密连接蛋白（claudins，CLDNs）家族相关的多个通路

CLDNs家族在上皮细胞的紧密连接（tight junction，TJ）中拥有至关重要的作用[16]。Paschoud等[17]通过将肺癌组织标本进行免疫组化及定量逆转录聚合酶链反应（quantitative reverse transcription polymerase chain reaction，qRT-PCR）分析发现CLDN-1在肺SQCC中表达较多，CLDN-1通过调节β-连环蛋白/Tcf信号通路影响细胞的发育，分化及诱导细胞鳞状化生。另一项研究中使用qRT-PCR和WB实验证实在肺SQCC病例中肺SQCC细胞与邻近正常组织中CLDN3的表达存在差异，CLDN-3参与调控Nothc信号通路并抑制Wnt/β-连环蛋白通路影响细胞侵袭迁移及肺上皮细胞的上皮间质转换（epithelial-mesenchymal transition，EMT）作用，进一步分析各期肺SQCC组织标本表明CLDN3可以作为SQCC患者早期诊断和预后的生物标志物[18]。Akizuki等[19]发现CLDN-3，-5，-7和-18在人肺SQCC组织中的表达低于正常组织，CLDN-5，-7和-18通过抑制蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/AKT）磷酸化和减少细胞周期蛋白D1显著抑制肺SQCC的增殖，CLDN-3和-4的大鼠单克隆抗体xi5A亦展现出体外抗SQCC细胞作用[20]。CLDN家族的多个成员在肺SQCC的发生中涉及激活PI3K/AKT通路，Nothc信号及Wnt/β-连环蛋白通路等多个通路，其将有希望可能作为肺SQCC的靶向治疗之一。

4跨膜葡萄糖转运蛋白-1（glucose transporter-1，GLUT-1）相关通路

GLUT-1可以促进葡萄糖转运到细胞中，通常存在于依赖葡萄糖代谢的组织中表达，GLUT-1的表达增强在大部分的癌细胞中均可发现[21]。Goodwin等[22]通过对人类非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）肿瘤样本、异种移植物、NSCLC小鼠模型、NSCLC细胞系和癌基因组图谱（the cancer genome atlas，TCGA）进行综合分析，发现肺SQCC组织相比肺ADC组织其GLUT-1表达高出约6倍，实验发现肺SQCC细胞葡萄糖摄取和糖酵解通量增加，且通过TCGA发现GLUT-1与p63、细胞角蛋白5和细胞角蛋白6A等鳞癌标志物表达存在强相关性。通过敲低GLUT-1蛋白表达的肺SQCC细胞和裸鼠致瘤模型中发现SQCC的生长被显著抑制，进一步研究发现这与GLUT-1在肺SQCC细胞中特异性地转录上调以促进质膜上葡萄糖摄取相关，通过TCGA和筛选差异表达基因（differences genetic screening，DEGS）技术发现GLUT-1表达和PI3K/AKT/mTOR信号密切相关，在肺SQCC中PI3K、AKT途径致肺细胞活化，下调了硫氧还原蛋白的作用促进细胞葡萄糖的摄取。在对人群中肺SQCC患者的5年K-M生存曲线发现，高GLUT-1的表达与预后具有强相关性，且在吸烟患者中尤为明显。Jiang等[23]小组发现利用GLUT-1 siRNA抑制GLUT-1并通过Ly294002（PI3Ks抑制剂）抑制PI3K/AKT可以协同抑制Hep-2（喉癌细胞，来源于上皮细胞）的增殖，并能与顺铂产生协同作用，这证明其在治疗SQCC的潜力，但需进一步实验比较其是否同样能够增强肺SQCC的顺铂化疗敏感性。另外双氢青蒿素可降低细胞GLUT-1水平从而抑制癌细胞的葡萄糖摄取以减弱癌细胞的糖酵解代谢及诱导细胞凋亡等作用产生抗癌作用[24]，人参皂苷化合物K也可通过抑制HIF-1α及其下游基因GLUT-1的表达介导葡萄糖代谢可抑制肺癌细胞的生长[25]。其还可通过利用癌细胞的Warburg效应使用基于葡萄糖转运蛋白合成的铂糖缀合物能使其具有更好的水溶性和在癌细胞中更高的细胞毒性[26]。由于GIUT-1抑制剂的作用主要為抑制鳞癌细胞的能量摄取使得其机制有别于作用于特定突变靶点而使其拥有抗鳞癌作用的广泛适用性，简而言之即是针对肺鳞癌的高代谢特性去抑制鳞癌细胞的能量摄取去饿死癌细胞，围绕GLUT-1相关途径上下游关键位点无需特定基因突变靶点的治疗方法对于多点突变和非典型突变拥有极高的临床价值。

5涉及Polo样激酶1（Polo-like kinase 1，PLK1）的通路

PLK1是属于CDC5/Polo亚家族的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，已发现PLK1在众多人类恶性肿瘤中过表达并促进肿瘤细胞增殖[27]。Li等[28]通过分析微阵列数据集，在肺ADC、肺SQCC和正常肺组织中采用qRT-PCR和免疫组化方法检测发现肺SQCC组织中PLK1的水平高于肺ADC组织、肺正常组织及肺SQCC邻肺组织中的水平，且PLK1蛋白的高表达与分化程度、临床分期、肿瘤大小、淋巴结转移和远处转移息息相关，数据分析显示，PLK1蛋白高表达是肺SQCC患者的不利預后生物标志物。Lee等[29]小组发现在有丝分裂期间，PLK1介导的磷酸化导致BEX4蛋白的致癌修饰将破坏有丝分裂期间的微管伸长和稳定，这致使PLK1-BEX4相互作用允许异常的非整倍体有丝分裂细胞出现而不出现凋亡性细胞死亡。Zhang等[30]发现PLK1激酶可通过磷酸化Gli1（Gli1蛋白是Hedgehog信号传导的效应物）负调节Hedgehog信号通路导致血管生成因子，细胞周期蛋白及抗细胞凋亡基因的增加和凋亡基因（Fas）的减少从而诱发癌变。近期研究发现PLK1可以调节在细胞G2/M过渡期Notch1表达，持续的DNA损伤维持PLK1表达以调控Notch1通路促进癌细胞增殖[31]。目前在8种食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准的（2017）抗PLK1的抗癌药物中brigatinib、niraparib和ribociclib对PLK1的激酶结构域显示出较好的结合亲和力，其已被FDA批准用于治疗NSCLC、卵巢/输卵管癌和乳腺癌。另外有研究者将疏水性标志物（金刚烷基）结合于PLK1抑制剂Poloxin-2上形成Poloxin-2HT，相关的细胞实验表明其抗癌作用更优[32]。最近Li等[33]通过引入非天然氨基酸残基的这一新设计使得PLK1抑制剂能在小鼠血浆中稳定存在并能特异性与PLK1结合抑制其作用，但需进一步研究该化合物作为PLK1抑制剂的作用。期待这些新的PLK1抑制剂能够为肺SQCC的治疗提供新的可行方案。

6小结与展望

肺SQCC是肺癌中仅次于肺ADC的病理分型，肺SQCC可有效利用靶向基因的找寻必然将是一个有价值的研究方向，癌症基因组图谱计划中发现肺SQCC及肺ADC的基因突变模式有很大不同，肺SQCC患者缺乏肺ADC患者常见的ALK、EGFR等常见突变靶点。随着肺ADC通过基因检测的靶向治疗在临床已然取得明显的疗效将为肺SQCC的靶向治疗提供一个可供借鉴的研究模式。另外肺SQCC基因组图谱表明超过一半的肺SQCC患者可能是分子靶向治疗的候选者，这些均鼓舞了肺SQCC的靶向研究[34]。现在大多数关于肺SQCC的靶向研究仍处于基础研究阶段，随着NGS等基因检测技术不断的普及，大量的基因检测加速了癌症的个性化治疗，利用DEGS及TMA等技术对鳞癌基因进行综合分析以找寻可能的靶标并深入研究可行的靶向治疗方法。当前很多肺SQCC靶向基因的研究已经在细胞学实验及异体移植动物实验取得了一定的进展，这些将可能成为有效的基因靶点用于临床，提高患者的生存率。肺SQCC中目前研究的靶向疗法包括PI3K、PLK1、PAK1等，针对所述靶点新疗法的临床试验已经在进行，相信不久将有更多研究去推进提高肺SQCC患者的生存率及生存期。靶向治疗的发展将为肺SQCC患者的治疗开辟了新途径，使得肺SQCC患者走向精准医学的新时代。

[参考文献]

[1]Travis WD，Brambilla E，Nicholson AG，et al.The 2015 World Health Organization Classification of lung tumors：impact of genetic，clinical and radiologic advances since the 2004 Classification[J].J Thorac Oncol，2015，10（9）：1243-1260.

[2]Ettinger DS，Aisner DL，Wood DE，et al.NCCN guidelines insights：non-small cell lung cancer，Version 5.2018[J].J Natl Compr Canc Netw，2018，16（7）：807-821.

[3]Lu YQ，Lu KH.Advancements in next-generation sequencing for diagnosis and treatment of non-small-cell lung cancer[J].Chronic Dis Transl Med，2017，3（1）：1-7.

[4]Radu M，Semenova G，Kosoff R，et al.PAK signalling during the development and progression of cancer[J].Nat Rev Cancer，2014，14（1）：13-25.

[5]Aguilar-Aragon M，Elbediwy A，Foglizzo V，et al.Pak1 kinase maintains apical membrane identity in epithelia[J].Cell Rep，2018，22（7）：1639-1646.

[6]Chung JH，Kim DH，Kim YS，et al.Upregulation of p21-activated kinase 1（PAK1）/CREB axis in squamous non-small cell lung carcinoma[J].Cell Physiol Biochem，2018，50（1）：304-316.

[7]Attoub S，Arafat K，Gelaude A，et al.Frondoside a suppressive effects on lung cancer survival，tumor growth，angiogenesis，invasion，and metastasis[J].PLoS One，2013，8（1）：e53087.

[8]Adrian TE，Collin P.The anti-cancer effects of Frondoside A[J].Mar Drugs，2018，16（2）：E64.

[9]Huang HW，Zhang XY，Song PL，et al.Old drug new tricks：Chlorhexidine acts as a potential allosteric inhibitor toward PAK1[J].Biochem Biophys Res Commun，2018，495（1）：728-732.

[10]Ito M，Codony-Servat C，Codony-Servat J，et al.Targeting PKCiota-PAK1 signaling pathways in EGFR and KRAS mutant adenocarcinoma and lung squamous cell carcinoma[J].Cell Commun Signal，2019，17（1）：137.

[11]Gontan C，De Munck A，Vermeij M，et al.Sox2 is important for two crucial processes in lung development：Branching morphogenesis and epithelial cell differentiation[J].Dev Biol，2008，317（1）：296-309.

[12]Kim BR，Van de Laar E，Cabanero M，et al.SOX2 and PI3K cooperate to induce and stabilize a squamous-committed stem cell injury state during lung squamous cell carcinoma pathogenesis[J].PLoS Biol，2016，14（11）：e1002581.

[13]Mollaoglu G，Jones A，Wait SJ，et al.The lineage-defining transcription factors SOX2 and NKX2-1 determine lung cancer cell fate and shape the tumor immune microenvironment[J].Immunity，2018，49（4）：764-779.e9.

[14]Moisés J，Navarro A，Santasusagna S，et al.NKX2-1 expression as a prognostic marker in early-stage non-small-cell lung cancer[J].BMC Pulm Med，2017，17（1）：197.

[15]Kim BR，Coyaud E，Laurent EMN，et al.Identification of the SOX2 interactome by bioID reveals EP300 as a mediator of SOX2-dependent squamous differentiation and lung squamous cell carcinoma growth[J].Mol Cell Proteomics，2017，16（10）：1864-1888.

[16]Krause G，Winkler L，Mueller SL，et al.Structure and function of claudins[J].Biochim Biophys Acta，2008，1778（3）：631-645.

[17]Paschoud S，Bongiovanni M，Pache JC，et al.Claudin-1 and claudin-5 expression patterns differentiate lung squamous cell carcinomas from adenocarcinomas[J].Mod Pathol，2007， 20（9）：947-954.

[18]Lv J，Sun B，Mai Z，et al.CLDN-1 promoted the epithelial to migration and mesenchymal transition （EMT） in human bronchial epithelial cells via Notch pathway[J].Mol Cell Biochem，2017，432（1-2）：91-98.

[19]Akizuki R，Shimobaba S，Matsunaga T，et al.Claudin-5，-7，and -18 suppress proliferation mediated by inhibition of phosphorylation of Akt in human lung squamous cell carcinoma[J].Biochim Biophys Acta Mol Cell Res，2017，1864（2）：293-302.

[20]Li X，Iida M，Tada M，et al.Development of an anti-claudin-3 and -4 bispecific monoclonal antibody for cancer diagnosis and therapy[J].J Pharmacol Exp Ther，2014，351（1）：206-213.

[21]Mueckler M，Caruso C，Baldwin SA，et al.Sequence and structure of a human glucose transporter[J].Science，1985， 229（4717）：941-945.

[22]Goodwin J，Neugent ML，Lee SY，et al.The distinct metabolic phenotype of lung squamous cell carcinoma defines selective vulnerability to glycolytic inhibition[J].Nat Commun，2017，8：15 503.

[23]Jiang T，Zhou ML，Fan J.Inhibition of GLUT-1 expression and the PI3K/Akt pathway to enhance the chemosensitivity of laryngeal carcinoma cells in vitro[J].Onco Targets Ther，2018，11：7865-7872.

[24]Mi YJ，Geng GJ，Zou ZZ，et al.Dihydroartemisinin inhibits glucose uptake and cooperates with glycolysis inhibitor to induce apoptosis in non-small cell lung carcinoma cells[J].PLoS One，2015，10（3）：e0120426.

[25]Chen HF，Wu LX，Li XF，et al.Ginsenoside compound K inhibits growth of lung cancer cells via HIF-1α-mediated glucose metabolism[J].Cell Mol Biol（Noisy-le-grand），2019，65（4）：48-52.

[26]Wang H，Yang X，Zhao C，et al.Glucose-conjugated platinum（IV） complexes as tumor-targeting agents：design，synthesis and biological evaluation[J].Bioorg Med Chem，2019，27（8）：1639-1645.

[27]Holtrich U，Wolf G，Brauninger A，et al.Induction and down-regulation of PLK，a human serine/threonine kinase expressed in proliferating cells and tumors[J].Proc Natl Acad Sci USA，1994，91（5）：1736-1740.

[28]Li H，Wang H，Sun Z，et al.The clinical and prognostic value of polo-like kinase 1 in lung squamous cell carcinoma patients：immunohistochemical analysis[J].Biosci Rep，2017，37（4）：pii：BSR20170852.

[29]Lee JK，Ha GH，Kim HS，et al.Oncogenic potential of BEX4 is conferred by Polo-like kinase 1-mediated phosphorylation[J].Exp Mol Med，2018，50（10）：1-12.

[30]Zhang T，Xin G，Jia M，et al.The Plk1 kinase negatively regulates the Hedgehog signaling pathway by phosphorylating Gli1[J].J Cell Sci，2019，132（2）：pii：jcs220384.

[31]De Blasio C，Zonfrilli A，Franchitto M，et al.PLK1 targets NOTCH1 during DNA damage and mitotic progression[J].J Biol Chem，2019，294（47）：17 941-17 950.

[32]Rubner S，Scharow A，Schubert S，et al.Selective degradation of Polo-like kinase 1 by a hydrophobically tagged inhibitor of the polo-box domain[J].Angew Chem Int Ed Engl，2018，57（52）：17 043-17 047.

[33]Li Z，Zhang Z，Sun H，et al.Identification of novel peptidomimetics targeting the polo-box domain of polo-like kinase 1[J].Bioorg Chem，2019，91：103 148.

[34]Cancer Genome Atlas Research Network.Comprehensive genomic characterization of squamous cell lung cancers[J].Nature，2012，489（7417）：519-525.

（收稿日期：2019-10-18  本文編辑：任秀兰）