刘思奇，张 晶，吕 飞，孙诗卓，芦小单，，丁亦男

(1.长春师范大学生命科学学院，吉林 长春 130032；2.吉林省人民医院，吉林 长春 130021)

肺癌是一种肺部支气管黏膜或腺体的恶性肿瘤。近年来，肺癌的检测方法明显增多，治疗也有了显著改善，但是肺癌仍然是全世界癌症中死亡率最高的。除了吸烟史外，与肺癌发展相关的风险因素还包括不良饮食、职业暴露和遗传易感性[1]，男性肺癌的发生率和死亡率占据第一的位置[2]。LKB1的失活体细胞突变与多种癌症的发病机制有关，包括非小细胞肺癌、胃肠道癌、胰腺癌、宫颈癌等[3]。LKB1功能丧失在肺癌中被发现，包括无义突变、杂合性丧失、插入、基因内缺失等。突变的LKB1与其他代谢调节基因协同作用促进了代谢重编程，增强了对代谢压力的适应，从而使肿瘤发展为更具侵袭性的恶性表型[4]。免疫治疗目前已经成为对抗癌症的新的方向，为癌症治疗打开了新机遇的大门，同时也重新定义了包括肺癌在内的多种肿瘤的分类[5]。

1 LKB1蛋白和功能

LKB1编码48 kDa的蛋白质在成人和胎儿组织中呈现，存在于肝、睾丸、肝脏和胰腺等器官中[6]。其包含丝氨酸-苏氨酸激酶结构域，因此LKB1在激酶结构域中的突变容易抑制激酶活性和细胞生长[7]。除了在激酶结构域中发现的突变，还有黑色素斑-胃肠多发息肉综合征(PJS)有关的变异，或在散发性癌症中LKB1的C端发现的突变。除了在激酶结构域上的突变，其他突变虽然有危害，却不会损害激酶活性，也不会抑制生长[8]。在LKB1编码C末端范围内，会有明确的翻译后的修饰位点。首先，LKB1编码C末端中，明确了四个磷酸化的位置点，即Thr185、Thr189、Thr336和Thr402[9]。其中的Thr336不会因内部的磷酸化而影响细胞定位和细胞活性，却可以影响LKB1中细胞的生长[9]。此外，有实验结果表明，Ser31、Ser325、Thr363和Ser428也是磷酸化位点[9]。Thr363在电离辐射下会被磷酸化，cAMP则会对Ser428进行磷酸化，但不影响Ser428的催化属性。由此可知，LKB1作为一种蛋白质，会调节细胞的生长，但是Ser31和Ser325的激酶迄今尚未确定。

LKB1一般在细胞核中，拥有单个核定位信号域。因为LKB1本身核输出结构域不足，所以LKB1往往要与其他蛋白质相互作用。研究表明LKB1的激活与其易位到细胞质有关，假激酶样衔接蛋白STRADα可防止LKB1的核重新定位，LKB1能够与STRADα和MO25复合并位于细胞质中，肿瘤细胞研究表明通过磷酸化作用激活蛋白激酶(AMPK)家族的AMPKα、NUAK、SIK等蛋白[10]调节代谢过程，从而控制氧化还原和能量的稳态。

LKB1突变在肺腺癌中更为普遍，但也见于肺鳞状细胞癌和大细胞腺癌[11]。这些突变通常与KRAS突变同时发生，并且它们能够产生具有转移特征的侵袭性肿瘤[11]。SHEN等[12]发现LKB1突变对白种人患者的偏好略高于亚洲患者。肺癌中检测到的突变主要包括无义突变或插入缺失的组合或一个LKB1等位基因上的大基因内缺失(导致蛋白质截断)加上另一个等位基因上的大染色体缺失[13]。在肺癌中,一些突变热点,包括Q37X、837-842delC和密码子51-53[13]处的移码插入缺失。Sanchez-Cespedes等人报道，LKB1突变肺癌细胞不正确地激活AMPK或抑制mTOR[2]。LKB1的缺失通过增加促血管生成基因的表达来促进肿瘤发生和转移[13]。LKB1的缺失会增加S-腺苷甲硫氨酸(SAM)的产生，SAM是参与DNA、RNA和组蛋白甲基化的重要辅助因子[14]。这会导致干扰素基因刺激物(STING)的下调，从而导致程序死亡配体1(PD-L1)的下调。具有LKB1的突变肺癌细胞也会表现出各种异常，例如不正确的高尔基体定位和片状伪足形态。此外，据推测，LKB1的缺乏会促进上皮间质转化(EMT)，这是一种迫使分化细胞重新获得干细胞样特性的复杂现象[15]。

2 细胞极性与能量代谢

LKB1通过激活AMPKα，介导顶端和基底外侧膜蛋白的分选、上皮连接的形成和肌动蛋白细胞骨架的重组来诱导上皮细胞极性[16]。除了激活AMPKα，LKB1也通过激活MARK亚型来调节极性，同时LKB1在微管骨架组织中发挥显著作用。LKB1调节神经元迁移和轴突生长是通过激活BRSK(或SAD)蛋白引起的，更具体地说，LKB1参与上皮形态发生过程中的中心体定位、管腔起始和刷状缘形成[17]。鉴于LKB1在细胞极性中的作用，LKB1在维持正常细胞功能和上皮组织增殖中也是极其重要的。因此，LKB1中的突变更易促进肿瘤的发生与发展。

癌细胞通过糖酵解产生ATP来维持自身的增殖和生长，LKB1抑制过量的糖酵解。同时，AMPK是LKB1代谢调节的最重要的下游靶标。在AMPK缺乏的条件下糖酵解会增加，LKB1-AMPK信号传导也受到控制。研究表明LKB1缺乏的癌细胞中脂质代谢发生了紊乱，癌细胞中过多的脂质和胆固醇储存在脂滴(LD)中，许多类型的肿瘤显示出高LD，乙酰辅酶A羧化酶(ACC)是LKB1脂质代谢的关键下游靶点[18]。LKB1-AMPK的激活使ACC磷酸化并抑制其功能，从而抑制肺癌的发展[19]。

3 LKB1调节细胞的生长

LKB1会根据各种信号途径，控制细胞的成长。LKB1/AMPK下游途径中，常见的是传递TSC/mTOR的信号。LKB1可通过活化的AMPK使TSC2磷酸化，从而对TSC1/TSC2复合物进行进一步的激活[20]，以此控制mTORC1的成长与活性(在此，mTORC1是一种复合物，由mTOR/Raptor/MLST8组成)。活化的TSC1/TSC2复合物，能够使Rheb产生负向调节，从而抑制mTORC1[21]。除了抑制TSC2/mTORC1磷酸化这种结果，还会通过AMPK磷酸化raptor，导致mTORC1的抑制[22]。缺氧条件下，mTORC1激活后，可以稳定缺氧诱导因子1α(HIF-1α)，以此刺激血管，促使肿瘤细胞的生长。同时，mTORC1的活性在ULK1/2和ATG13磷酸化作用下会抑制自噬。表明LKB1可以通过对mTOR信号的调节与传导，进一步影响细胞生长。最近实验还表明，LKB1是一种维持造血干细胞(HSC)稳态的必需物质，但只在AMPK和mTOR中呈现[23]，这表明其他分子也从不同途径影响LKB1对细胞生长的调节作用。

4 细胞凋亡

在LKB1缺失的细胞中重新导入LKB1，同样会引起细胞周期停滞[24]；如果去除LKB1，结果则触发细胞周期进一步从G1向S期发展[25]。此处需要特别指出，如果细胞中重新引入LKB1，在催化的过程中会出现缺陷突变体，导致细胞不能周期停滞，但是可以上调细胞周期，促使诱导因子(Cyclin D)表达。此外，LKB1突变的肿瘤被证明是通过抑制体内p21(p21可以和p53共同构成细胞周期G1检查站)来介导的。LKB1参与的细胞周期调节已显示是通过p53依赖性机制来调节的。还有研究表明LKB1会磷酸化p53，在介导p53时，还会诱导细胞凋亡，LKB1和p53在肿瘤发展中具有协同作用[26]。

同时LKB1作用于PTEN的上游。PTEN是一种参与PI3K/AKT生存途径的磷酸酶。LKB1诱导PTEN的表达和核输出，导致PI3K/AKT信号传导和细胞凋亡减少[27]。研究表明LKB1介导的PTEN核输出不依赖AMPK/mTOR信号传导[27]。此外Matrin F等研究应用基于CRISPR/Cas9技术的肺癌小鼠模型，在功能上解决mToR通路的关键调节因子LKB1和PTEN，发现LKB1的突变是关键驱动因素，而PTEN的缺失对腺癌的进展影响不显著[28]。在体内，LKB1的缺失与PTEN的缺失共同加速肿瘤发生[29]。用mTOR抑制剂治疗可以减少肿瘤形成，所以这种复合突变肿瘤发生至少部分是由mTOR信号介导的。

5 LKB1与肿瘤的相关研究

在20世纪70年代，二甲双胍被美国食品和药物管理局(FDA)批准用于治疗2型糖尿病(DM2)。二甲双胍在这些代谢紊乱中的疗效归因于二甲双胍具有减少肝脏糖异生和改善胰岛素敏感性的潜力[30]。二甲双胍被证明是AMPK的激活剂，AMPK是这些代谢过程的主要调节剂之一[31]。在LKB1的存在下，正常细胞会激活AMPK，导致生长受限和存活时间延长。研究表明，LKB1缺乏的肺癌无法恢复ATP水平，其对细胞的凋亡也非常敏感[32]。根据这些发现作了几项回顾性分析，表明口服双胍或二甲双胍与降低肺癌风险之间存在相关性[33]。虽然经常发生对靶向治疗的代谢适应，但LKB1靶向治疗与其他疗法的结合有可能增加治疗的整体反应。

研究证明雷帕霉素在依赖AKT信号通路进行增殖和肿瘤生长的细胞中具有重要作用，而依赖其他信号通路进行生长的细胞对雷帕霉素具有抗性[34]。促分裂原激活的细胞外激酶(MAPK/ERK)信号通路被激活时，肿瘤对雷帕霉素也会产生耐药性。雷帕霉素与其他特定途径抑制剂的组合可以解决这一问题。研究表明，雷帕霉素治疗对mTOR的抑制会诱导反馈回路，从而导致PI3K/AKT信号传导上调[35]。因此，通过将雷帕霉素与特定的PI3K抑制剂结合来阻断PI3K/AKT信号传导和mTOR信号传导，已证明比单独使用雷帕霉素更有效地抑制肿瘤生长[35]。

晚期(转移性)非小细胞肺癌的治疗目前主要基于PD-1或PD-L1抗体的免疫疗法，单独治疗或者与化疗联合使用。在局部晚期肺癌和早期切除阶段，更多地采用免疫治疗。随着对LKB1的代谢途径和其他途径的认识不断增加，免疫组织化学表达肿瘤PD-L1被认为是标准做法。根据主要改变的信号通路制定不同的治疗解决方案，以便进行有效的免疫治疗。PD-1通路是肿瘤微环境(TME)中局部免疫抑制的关键介质，还调节T细胞对肿瘤抗原和继发性淋巴结的启动[36]。通过抑制免疫细胞上的PD-1受体或免疫细胞上的PD-L1配体来阻断PD-1通路，可以抑制肿瘤生长并可能增加治愈的概率。目前，三种阻断PD-1的单克隆抗体和使用17种不同类型晚期癌症的一线治疗已被美国食品和药物管理局(FDA)批准[36]。对KRAS突变与LKB1突变同时发生的肺癌患者，已经找到基于PD-1或PD-L1抗体的免疫疗法，通过全外显子组测序与肿瘤突变负荷(TMB)的相关性突变、吸烟相关的突变特征和人类白细胞抗原状态，以便更准确地预测反应并进行后续治疗[37]。

研究发现KRAS-LKB1突变型肺癌对曲美替尼联合放疗非常敏感。在KRAS-p53或单独的KRAS突变肺癌细胞中未观察到曲美替尼和放疗的协同作用，野生型肿瘤抑制因子LKB1可以诱导对联合治疗的抗性。具体而言，在KRAS突变的肺癌中，LKB1通过激活AMPK自噬途径诱导对这种组合的抗性，从而使细胞免于衰老。在KRAS和LKB1突变的细胞中，曲美替尼和放疗的共同组合可诱导细胞衰老，但在功能丧失的p53或野生型LKB1的细胞中则没有此作用。这些有趣的发现反映了MAPK通路和肿瘤抑制通路之间复杂的相互作用。曲美替尼在与放疗一起使用时，同时影响两种肿瘤抑制途径：它通过减少MDM2-Ser166磷酸化和激活AMPK来稳定p53。众所周知，p53通路会被放射治疗激活[38]，但激活水平受到MDM2的负反馈调节。据报道，MDM2-Ser166的磷酸化增加了MDM2的泛素连接酶活性[39]。因此，曲美替尼可以在放疗后稳定p53蛋白，以增强放疗诱导的衰老效应。这种放射增敏机制需要p53信号传导，这表明具有KRAS-LKB1-p53三重突变的肿瘤可能不会被曲美替尼放射增敏。

除了肺癌外，在晚期的子宫内膜癌患者中，同时给予二甲双胍和贝伐单抗也具有积极的治疗作用。二甲双胍可以调节缺乏LKB1表达的肿瘤中的贝伐单抗活性，值得在临床前研究和临床试验中进一步验证。SAR405是最近发现的VPS34激酶活性的特异性抑制剂，可抑制晚期内体与溶酶体的融合和自噬体的形成，在肾癌细胞系中与mTOR抑制剂依维莫司发挥协同抗癌活性[10]。

6 结语

LKB1在癌症代谢中的作用近年来备受关注，LKB1基因的突变与其抑癌机制也正在被揭示。肺癌患者逐年增加，受到了肿瘤专家的关注。LKB1在细胞代谢中发挥特殊作用，抑癌基因LKB1的表达与肺癌发生发展都密切相关，可通过基因敲除来研究肺癌的发病机制，通过CRISPR/Cas9编辑LKB1基因与其他基因缺失的体内肿瘤模型并对免疫进一步探索。通过精准医疗技术发现更多的突变位点，以期为肺癌的早期诊断作出分子标志，为肺癌患者的后期靶向治疗提供一个创新性的思路。