阻塞性睡眠呼吸暫停合并肺癌的研究進展

阻塞性睡眠呼吸暫停合并肺癌的研究進展阻塞性睡眠呼吸暫停（obstructivesleepapnea,OSA）的特點是間歇性上氣道阻塞導致全身間歇性缺氧?；颊吲R床表現(xiàn)為打鼾、夜間有窒息感或憋醒、睡眠紊亂、白天嗜睡、記憶力下降，嚴重者出現(xiàn)認知功能下降、行為異常等。OSA在成人中發(fā)病率越來越高，大約30%的男性和15%的女性受到其影響［1］。目前普遍認為OSA是一種全身性疾病，是腦血管疾病、心血管疾病、糖尿病和認知功能障礙等疾病的危險因素。本文總結了OSA合并肺癌的細胞及動物模型，并對OSA影響肺癌的機制進行綜述。

1OSA與肺癌相關性的流行病學研究近年來，有研究發(fā)現(xiàn)OSA能夠增加癌癥的發(fā)病率和病死率［2-3］。美國威斯康辛大型睡眠隊列研究進行了22年的隨訪，結果表明輕度、中度和重度OSA患者的癌癥病死率分別是未患癌癥組的1.1倍、2.0倍和4.8倍。其中重度OSA患者的癌癥病死率達到7.27%，且夜間血氧飽和度低于90%占比越高，OSA合并腫瘤患者病死率亦越高［4］。西班牙的一項隊列研究發(fā)現(xiàn)低氧血癥的嚴重程度與癌癥發(fā)病率之間存在劑量依賴關系，9.2%的OSA患者患有肺癌［5］。一項肺癌篩查計劃中OSA患病率的前瞻性研究顯示，肺癌患者中重度OSA占41.1%，夜間低氧血癥使陽性篩查的風險增加一倍以上［6］。另一項前瞻性研究表明，80%的肺癌患者有OSA，大約50%的肺癌患者有中度至重度的OSA，睡眠呼吸暫停和夜間低氧血癥在肺癌患者中非常普遍［7］。一項納入8261例OSA患者的睡眠隊列研究中，輕度、中度和重度OSA組3年腫瘤相關死亡率分別為25%、50%和80%［8］，非重度OSA的Ⅲ～Ⅳ期肺癌患者的總生存率和無進展生存率均明顯高于重度OSA患者，結果表明嚴重的OSA與Ⅲ～Ⅳ期肺癌患者癌癥死亡的風險增加有關。這些調查證實OSA人群的腫瘤發(fā)病率和病死率都高于正常人群，其中肺癌的病死率最高，且與OSA的低氧程度及持續(xù)時間密切相關。當前已發(fā)表的研究中涉及單個癌癥亞型的研究較少，因此需要更多研究來闡明OSA與肺癌之間的關系。除隊列研究外，間歇性缺氧的細胞和動物模型也能夠為相關研究提供生物學基礎。2OSA合并肺癌的細胞模型大多數(shù)與OSA相關的間歇性缺氧細胞研究中氧飽和度下降的模式并不能像OSA患者那樣快速而明顯。一些細胞模型中的氧波動比OSA慢，如6次/h［9］，這可能是由于靜態(tài)組織培養(yǎng)中快速改變氧水平操作難度較大。傳統(tǒng)的間歇性缺氧模式為改變培養(yǎng)基上面氣體氧濃度。氣相和介質之間達到氧平衡需要很長時間，因此無法在細胞水平上實現(xiàn)如OSA患者中看到的快速循環(huán)氧氣變化的能力。很少有OSA的間歇性快速缺氧模型能夠真正達到0.5%～1.5%氧氣水平。許多基于OSA細胞的研究使用5%～18%氧氣波動水平。在這些濃度下某些蛋白表達水平很低，不能準確反映健康或患病的生理狀況。最近的幾項研究在建立細胞培養(yǎng)模型方面取得了一些進展，可以實現(xiàn)氧氣水平的快速變化。有模型在細胞培養(yǎng)皿底部用超薄材料制成透氧膜［10］，細胞附著在膜上，細胞和細胞周圍的介質可以通過膜直接接觸到氧氣。另一種模型使用兩個平行的氣體透過性膜，兩層膜之間可培養(yǎng)細胞［11］，該模型可以實現(xiàn)非常低的氧水平。一些利用OSA模型的研究已經(jīng)闡明了間歇性缺氧在促進腫瘤生長和轉移方面的作用。將人肺癌細胞系A549和HCl-H522進行間歇性缺氧循環(huán)(1%氧氣，缺氧5min，復氧10min，共循環(huán)16h)，ALKBH5在肺腺癌細胞升高，這與細胞N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine,m6A）水平的降低有關，ALKBH5通過下調FOXM1mRNA上m6A的合成和促進FOXM1的表達來影響間歇性缺氧條件下肺腺癌細胞的增殖和侵襲［12］。在肺腺癌細胞中，間歇性低氧(1%氧氣，低氧2h，復氧2h，3個循環(huán))增加了尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶1（nicotinamideadeninedinucleotidephosphateoxidase1,NOX1）誘導的活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）水平。ROS上調核因子紅系2相關因子2(nuclearfactorerythroid2-relatedfactor2,NRF2)和抗氧化酶硫氧還蛋白(thioredoxin1,TRX1)，從而導致了缺氧誘導因子-1α（hypoxia-induciblefactor-1α,HIF-1α）的積累［13］。Liu等［14］將人肺癌細胞系A549和NCl-H446放入0.1%氧氣的低氧室中培養(yǎng)24h，然后在常氧條件下培養(yǎng)72h，20次循環(huán)，結果表明間歇性缺氧可促進肺癌細胞增殖擴散，縮短倍增時間，增加其侵襲性。3OSA合并肺癌的動物模型OSA小鼠模型通常被用來模擬OSA在患者體內對腫瘤發(fā)展的影響，有幾種主要的小鼠模型包括氣管切開術、氣管內的充氣氣囊或鼻罩可用于間歇性阻塞氣道［15-17］。這幾種方法均為有創(chuàng)操作，實施起來較困難。目前大多數(shù)與癌癥相關的OSA試驗采用的方法是將小鼠或大鼠暴露在密封箱中并控制吸入氧氣的水平［18-19］。小鼠或大鼠夜間暴露在周期性低氧混合氣和空氣中數(shù)周。該模型模擬了OSA動脈血氧飽和度短暫和周期性變化。在過去幾年發(fā)表的文獻中，主要是關于肺癌和黑色素瘤的模型［18-22］。這些結果證實了間歇性缺氧在腫瘤生長和轉移中的重要作用。Almendros等［18］首次表明間歇性缺氧促進了OSA小鼠模型的腫瘤生長，模擬OSA的間歇性缺氧小鼠模型顯示腫瘤生長、浸潤和轉移增強［18-20，22］。該模型導致動脈血中反復出現(xiàn)的氧飽和度降低，與中重度OSA患者的多導睡眠圖（polysomnography,PSG）中觀察到的情況非常相似，血氧飽和度值波動范圍從正常值降低到約70%。在接受相同間歇性缺氧方案的小鼠中使用鼠肺上皮腫瘤細胞，觀察到腫瘤生長有類似的顯著增加［19］。另一項研究將Lewis肺癌細胞成瘤小鼠分為常氧組和間歇性缺氧組，間歇性缺氧組暴露于約（7±0.5）%氧氣中，20次/h，8h/d，共2周。檢測HIF-1α、血管內皮生長因子（vascularendothelialgrowthfactor,VEGF）和轉移相關基質金屬蛋白酶（matrixmetalloproteinase,MMP）的表達。結果顯示間歇性缺氧組腫瘤數(shù)目和體積均明顯增加，基質金屬蛋白酶-2（matrixmetalloproteinase-2,MMP-2）活性增強，VEGF水平明顯升高。表明間歇性缺氧增強了肺癌小鼠模型中腫瘤的增殖和遷移特性［23］。VEGF在促進血管生成中起著主導作用，血管的供應及新血管的生成對于機體起著至關重要的穩(wěn)態(tài)作用［24］。將注射人肺腺癌A549細胞的小鼠暴露在間歇性缺氧中，維持最低的氧濃度為5%，交替周期為2min，6h/d，連續(xù)28d，ALKBH5在小鼠皮下腫瘤中升高［12］。模擬嚴重OSA［最低7.5%氧氣，缺氧40s，常氧80s，30次/h，SpO2最低值為（55.5±4.8）%］的間歇性缺氧可顯著增加小鼠肺的自發(fā)成瘤率［21］。Campillo等［25］的研究結果顯示，在間歇性缺氧條件下(5%氧氣，缺氧20s，復氧40s，6h/d，連續(xù)1周)，OSA小鼠肺癌模型的腫瘤生長和侵襲增加。為探討內皮抑素（endostatin,ED）在間歇性缺氧條件下的抗腫瘤效果，將小鼠隨機分為4組：對照（control,CTL）組、CTL+ED組、間歇性缺氧組和間歇性缺氧+ED組。間歇性缺氧組和間歇性缺氧+ED組給予間歇性缺氧8h/d，共5周。間歇性缺氧周期為氮氣50s，靜息10s，氧氣10s，壓縮空氣50s。在間歇性缺氧暴露1周后，給每只小鼠注射Lewis肺癌細胞，之后腹腔注射ED。ED治療可降低血清和組織VEGF水平。該研究表明間歇性缺氧條件下，ED的抗腫瘤作用優(yōu)于常氧條件下的抗腫瘤作用［26］。4

OSA影響肺癌的機制4.1缺氧誘導因子（hypoxia-induciblefactor,HIF）家族HIF作為細胞對缺氧反應的關鍵介質，很可能是間歇性缺氧中改變腫瘤行為的關鍵驅動因素［26］。HIF調節(jié)失調也可能與間歇性缺氧，特別是與OSA有關。在腫瘤中，HIF活性通過常見的腫瘤抑制基因或功能獲得突變而增加。這條途徑增加了HIF-1α蛋白的合成，即使常氧條件下也能形成HIF-1α［27］。在A549細胞中，急性缺氧時，HIF-1α和缺氧誘導因子-2α(hypoxia-induciblefactor-2α,HIF-2α)均被強烈誘導，但在長時間缺氧過程中，HIF-1α水平下降，而HIF-2α水平保持穩(wěn)定。HIF-1α水平的逐漸降低歸因于一個負反饋環(huán)，其中HIF-1α的失穩(wěn)是由HIF-1α特異性反義RNA介導的，該反義RNA的表達被HIF-1α和HIF-2αRNA蛋白轉錄激活［28］。對高表達煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamideadeninedinucleotidephosphate,NADPH)氧化酶亞基NOX1的A549細胞間歇性缺氧中HIF-1α和NRF2的調控和干擾進行研究，發(fā)現(xiàn)持續(xù)性缺氧僅誘導產生HIF-1α，而間歇性缺氧則誘導HIF-1α和NRF2產生［13］。HIF-1α和HIF-2α均能促進腫瘤生長、進展和轉移。不同的HIF-1α敲除傾向于減少腫瘤生長，減少轉移和降低腫瘤發(fā)病率［26］。

4.2程序性死亡受體1(programmedcelldeathprotein1,PD-1)/程序性死亡配體1（programmeddeath-ligand1,PD-L1）在OSA患者中，間歇性缺氧通過上調PD-1及PD-L1影響免疫監(jiān)視。為了檢測間歇性缺氧條件下腫瘤PD-L1的表達，將小鼠隨機分為常氧組和間歇性缺氧組。間歇性缺氧周期為氮氣50s，維持10s，氧氣10s，壓縮空氣50s，最低氧濃度為（6±1）%，持續(xù)5周。在間歇性缺氧暴露1周后每只小鼠注射肺癌細胞，結果顯示與常氧組相比，間歇性缺氧組小鼠PD-L1表達增強。間歇性缺氧組腫瘤重量、體積和HIF-1α水平與PD-L1表達密切相關。間歇性缺氧可增強擬OSA小鼠腫瘤PD-L1的表達［29］。在一項多中心觀察研究中納入360例皮膚黑色素瘤患者，檢測了血清可溶性程序性死亡配體1(solubleprogrammeddeathligand1,sPD-L1)水平，結果顯示重度OSA患者sPD-L1水平高于非重度OSA患者及非OSA患者。sPD-L1可能成為預測皮膚黑色素瘤侵襲性的潛在生物標志物［30］。理論上PD-L1表達越高，腫瘤細胞免疫抑制越強，因此PD-L1也被多數(shù)試驗首選為治療效果的評估指標。多個針對非小細胞肺癌（non-smallcelllungcancer,NSCLC）的PD-1/PD-L1抑制劑Ⅱ/Ⅲ期研究都發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞PD-L1高表達患者在無進展生存期（progression-freesurvival,PFS）、總生存期（overallsurvival,OS）或客觀緩解率（objectiveresponserate,ORR）等方面較低表達患者有優(yōu)勢［31-33］。PD-1/PD-L1抑制劑可有效延緩腫瘤生長，延長生存期限。由于PD-1/PD-L1抑制劑能夠阻斷腫瘤細胞與T細胞的結合，使T細胞持續(xù)識別并清除腫瘤細胞，間歇性缺氧會促進腫瘤細胞PD-L1的表達，所以推測PD-1/PD-L1抑制劑對間歇性缺氧下肺癌的治療可能會有明顯效應。4.3腫瘤微環(huán)境目前的研究已經(jīng)確定免疫系統(tǒng)，特別是腫瘤相關巨噬細胞（tumor-associatedmacrophages,TAMs），參與多種癌癥發(fā)生發(fā)展過程。一項小鼠肺上皮細胞1腫瘤模型和細胞培養(yǎng)的研究證實，TAMs的存在不僅與增殖和侵襲的增加有關，而且還表明與間歇性缺氧相關的TAMs極性的改變在體內腫瘤發(fā)生中起著重要作用［19］。暴露于間歇性缺氧的小鼠腫瘤中的TAMs顯示出從M1抗腫瘤表型向M2b促腫瘤表型的極性轉變。在間歇性缺氧條件下，OSA小鼠肺癌模型的腫瘤生長和侵襲增加部分是由環(huán)氧化酶-2（cyclooxygenase-2,COX-2）的激活導致TAMs向親腫瘤M2表型轉變［25］。塞來昔布通過抑制間歇性缺氧誘導的TAMs向M2極化來預防間歇性缺氧誘導的不良腫瘤結局。與暴露于常氧的小鼠的腫瘤相比，來自暴露于間歇性缺氧的小鼠的TAMs在增加癌細胞遷移和外滲方面能夠顯示出更大的效果。4.4氧化應激氧化應激驅動在OSA患者發(fā)生惡性腫瘤的過程中發(fā)揮重要作用。在OSA患者中發(fā)現(xiàn)了DNA氧化和損傷的標志物增加［34］。此外，在睡眠呼吸暫停的炎癥背景下可能增加誘導DNA氧化之后的突變概率［35］，從而增加細胞惡性轉化的可能性。間歇性缺氧暴露的小鼠增加了血循環(huán)中循環(huán)DNA(circulatingDNA,circDNA)的脫落，這種循環(huán)攜帶表觀遺傳修飾。這些修飾可能是腫瘤內細胞群的特征，也是腫瘤侵襲行為增加的基礎［36］。有研究表明氧化應激可導致ROS生成增多，而增多的ROS通過激活蛋白激酶B進而促進腫瘤細胞的轉移［37］。在氧化應激對肺癌細胞凋亡的影響中發(fā)現(xiàn)，氧化應激能夠促進細胞的凋亡、增高細胞內Ca2+濃度，從而啟動肺癌細胞的凋亡信號通路，參與肺癌發(fā)生與發(fā)展的全過程［38］。氧化應激是肺癌的重要致病因素，但關于氧化