综述：肺癌化学预防现状和前景

2015-2-28 13:37| 发布者: 大江| 查看: 21| 评论: 0

摘要: 1976年，MichaelSporn首次推出了癌症化学预防这个概念，它的定义是通过饮食或药物干预措施延缓或逆转癌前病变进展为浸润癌。在这篇具有里程碑意义的文章中，Sporn提供了证据证实类视黄酸在预防肺癌中的潜在功效，随 ...

1976年，Michael Sporn首次推出了癌症化学预防这个概念，它的定义是通过饮食或药物干预措施延缓或逆转癌前病变进展为浸润癌。在这篇具有里程碑意义的文章中，Sporn提供了证据证实类视黄酸在预防肺癌中的潜在功效，随后的临床试验证实这种假设无效或对患者有害。为了在癌症化学预防中取得成功，需要明确高风险人群且获得有效而耐受性良好的药物。针对肺癌的预防，高危人群可以根据简单的临床特征识别，然而目前尚没有发现药物或饮食干预能够降低肺癌的风险。戒烟是目钱唯一已知的有效干预措施。

肺癌是全球首要的癌症死亡原因，2011年估计有1387400人死于肺癌，因此肺癌是一个极有吸引力的化学预防目标。在美国，2012年肺癌的诊断超过20万例，而患者的5年生存率只有16％。虽然已经逐步改善了患者的生存，其进展却远不及其他常见的恶性肿瘤，如乳腺癌、前列腺癌和结肠癌。部分是因为肺癌患者通常表现为晚期疾病，不再可行治愈性手术。早期诊断对于改善疾病的转归至关重要，普通CT扫描筛查能有效地降低20％的肺癌死亡率。

这是预防肺癌死亡的一大进步，但即使广泛开展CT筛查，肺癌总体生存率仍然很低，患者的5年生存率小于20％。肺癌高危人群年发病率高达2％，但根据吸烟史，既往烟草诱发癌症史，肺功能，和家族史等信息很容易识别。更复杂的风险评估模型已经被开发出来，包括DNA修复能力等内容，但以前的风险模型没有涵盖这些内容。预测乳腺癌的年发病率为0.3％，提示可以使用化学预防。所以肺癌化学预防的潜在人群数目非常大。

美国绝大多数肺癌的诊断与烟草暴露相关（85%-90％）。因此，戒烟显然是最有效的干预措施，能有效减少肺癌的负担。停止吸烟已被证实能够降低肺癌的发生并延长生存。这一点在最近一项英国百万妇女研究中得到证实，40岁以后仍继续吸烟的妇女至少减少了10年的寿命。

与其他吸烟相关疾病不同，以前有严重吸烟史的患戒烟多年后仍有患肺癌的风险。目前，美国超过50％的肺癌发生在有吸烟史的人群中。研究表明化学预防药在当前吸烟和有吸烟史的人群中存在差异，后者的效果似乎更好。因此，将化学预防干预临床试验限于有吸烟史的人群或分析两者的差异是合理的方法。

本综述概述了既往评估肺癌预防的临床试验的结果。我们也将讨论如何确定肺癌预防的新药物的方法，包括选择中间终点生物标记物，临床前模型分析和观察性研究。最后，我们将总结新方法以取得该领域的进展。

肺癌的一般情况

目前肺癌根据组织学可分为小细胞非癌和非小细胞癌以外的腺癌、鳞状细胞癌和大细胞未分化癌。腺癌和鳞状细胞占肺癌的绝大多数，并且是唯一具有癌前组织学特征的亚型。所有的肺癌亚型多步骤癌变过程都涉及肺上皮细胞遗传和表观遗传学改变。然而尚无法完全明确肺癌形成的序贯性事件。

鳞状细胞肺癌进展可表现为一系列的组织学变化，可以通过支气管镜检查发现。世界卫生组织将这些组织学改变分为储备细胞增生、鳞状上皮化生、轻度、中度和重度不典型增生以及原位癌（图一）。图片7.png

图一化学预防干预模型中烟草烟雾引起的致癌过程。鳞状细胞肺癌中支气管上皮细胞发展为原位癌的病理分期标志。戒烟和化学预防药物可以促进修复和阻断进展。

病变虽然可以梯度分类，但由于研究过程很复杂，很难确定每个病灶进展为浸润性鳞状细胞癌的风险。一些研究表明，评估基因的积累性改变，如荧光原位杂交（FISH），显示杂合性损失的PCR，相对基因杂交或基因序列分析可能提示重要的疾病预后。组织学水平之外基因异型增生，如3q26染色体编码的基因扩增，包括SOX2、PIK3CA和TP63等，已经确定为鳞状细胞癌发展的早期事件。SOX2扩增往往发生在其他遗传改变之前。

研究腺癌的癌前生物学行为比鳞状细胞癌复杂得多，因为病变只能通过手术切除或穿刺活检获得。腺瘤似乎发生在癌前病变（非典型腺瘤样增生）和浸润前病变（原位腺癌）之前，它能够进展为浸润性腺癌。某些病例中，发展为鳞状细胞癌或腺癌之前可能存在特异性的EGFR或KRAS 突变。

1953年，Slaughter 等引入术语“区域癌变”用于描述吸烟者口腔癌频繁发生的广泛癌前病理改变和早期肿瘤。现在人们普遍认为区域癌变也发生在下呼吸道癌变过程中，鳞状细胞癌和腺癌癌前病变的上皮细胞中分别携带TP53与EGFR突变。据报道，EGFR或P53 过表达见于癌前异型增生，且在更晚期的病变（即，重度不典型增生及原位癌）中最明显。

化学预防

肿瘤发生是一个复杂的过程，涉及致癌物质暴露和激活，DNA复合物的形成，炎症，氧化应激，基因突变和表观遗传的改变。癌症具有鲜明的生物学特征，包括：持续的增生信号、生长抑制逃逸、细胞死亡抵抗、永生细胞扩增、血管生成、侵袭或转移、能量代谢重组以及免疫逃逸。所有这些特点导致基因的不稳定性。化学预防应针对所有的致癌过程和癌症的这些固有特征（图1）。腺癌和鳞状细胞癌的基因都很复杂，且呈异源性，因此针对特定基因突变的化学预防药物不可能广泛起效，除非是靶蛋白突变明确的癌前病变类型。

鳞癌和腺癌最常见的突变可能是p53抑癌基因功能的缺失，但修复p53功能尚没有转变为治疗手段。我们推测，最有效的癌症预防方法针对癌症的一般特点，如抑制炎症，干扰自分泌或旁分泌生长刺激，修复上皮细胞分化和极性，增强细胞凋亡，提高免疫力监控和抑制肿瘤浸润或血管生成。

化学预防的III期临床试验

化学预防工作分为三个不同的阶段：一级预防，二级预防和三级预防。一级预防针对癌症风险增加，但无肿瘤病史的患者。二级化学预防研究招募的是癌症风险极高且有明显癌前病变的患者。对于肺癌患者，这些癌前病变通常是指痰细胞学异型性和/或支气管发育不良。最近的研究也比较关注CT扫描呈毛玻璃状提示原位腺癌或腺瘤性异型增生的患者。三级化学预防试验的研究终点是在有烟草诱发的肿瘤病史的患者中发现第二原发肿瘤。过去二十年报道了一些包括一级预防，二级预防和三级预防的III期化学预防试验（表1）。

表1 III期化学预防试验

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不幸的是，肺癌化学预防III期临床试验结果可以简洁地概括为：阿司匹林、视黄基棕榈酸酯、顺式-视黄酸、维生素E、多种维生素和矿物质补充剂和selenium都是无效的；β胡萝卜素似乎对于当前吸烟患者甚至是有害的。

由于越来越多的肺癌化学预防III期临床试验的结果令人失望，研究者和资助机构都开始采取越来越严格的标准用于评估III期临床试验的治疗效果。虽然每一个特定的药物都采用同一评估标准，支持化学预防干预措施有效的证据应该来自多方面，包括机制研究、临床前实验、具有中间或替代终点的观察研究和II期临床试验研究。此外，理想的化学预防药物耐受性良好，价格低廉，或许还可以用于治疗高危人群的合并症（如慢性阻塞性肺病[COPD]、糖尿病、肺动脉高压、或动脉粥样硬化）。目前，除戒烟外还没有其他干预措施已被证实可以降低患肺癌的风险，因此，我们认为，尝试研究降低肺癌风险药物时，药效应该优先于这些辅助特性。

早期临床试验

虽然III期临床试验能够使用明确的方法评价化学预防药物在降低癌症发病率和死亡率方面的有效性，II期癌症预防试验主要依靠能够预测这些转归的中间终点。“替代终点”和“中位终点”不是同义词。替代终点获得时间较早，有创性较小，而且成本比真正的研究终点低，是真正转归的替代指标。中位终点参与疾病过程（癌变），正常人和有相关疾病风险受试者之间表现也存在差异。

由于缺乏有效的肺癌化学预药物（表1），根据Prentice 标准，没有中位终点生物标记物被证实能够作为替代终点，为II期化学预防试验的中位终点主要在根据生物合理性进行选择。组织学癌前病变是最被广泛接受的中位终点，但存在几个缺陷。WHO分类主要侧重于支气管镜活检发现的鳞状细胞癌前病变。目前还不知道这些鳞状上皮癌前病变是否会转变为腺癌癌前病变。由于支气道复杂的解剖结构和次级支气道的小口径，不可能对整个上皮表面做支气管镜检查。

活检发现的不典型增生癌前病变后来发展成浸润性鳞状细胞癌非常罕见，因此很少有研究能够准确预测癌前病变（除了可能为原位癌之外）的进展且存在很多争议。虽然支气管内膜组织学与肺癌风险增加的相关性较差，联合基因异常的生物标志物结果（包括FISH检测的染色体异位，PCR法检测到的杂合子的缺失和相对基因组杂交或单核苷酸多态性芯片检测的基因拷贝数的变化）是比较有前景的。

最常见的Ki-67免疫测定增殖指数是比较合理的生物标志物，但未能验证可以作为中位研究终点。一些新的生物标记物可能被验证并用于作为II期化学预防试验的中位研究终点。这些生物标志物包括支气管或鼻刷细胞的转录特征、活检蛋白质组学、血清蛋白质组学和呼气中的挥发性有机化合物的分析。

一些II期的化学预防试验已经完成（表2）

表2 早期化学预防试验的中位研究终点

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但很少能够到达主要研究终点。已经报道的两项使用组织学改变作为研究终点的13- 顺式 - 视黄酸II期试验结果为阴性，与先前诊断为肺癌患者的阴性13- 顺式 - 视黄酸III期临床试验结果一致。这种一致性至少表明，II期临床试验可能有助于识别潜在的不应该开展III期临床试验研究的化学药物。

迄今为止，唯一已经达到了主要终点的试验是伊洛前列素（一种治疗有病理进展的肺动脉高压的药物）和塞来昔布（两项临床试验证实能够减少Ki-67的水平）。在伊洛前列素试验中，Ki-67的水平是次要终点，且伊洛前列素治疗并没有降低Ki-67的水平。然而，塞来昔布和伊洛前列素试验之间有相当大的差异。

塞来昔布试验中不典型增生非常罕见，而伊洛前列素试验评估人群存在约70％的不典型增生发病率。塞来昔布的临床试验中主要评估正常支气管上皮Ki-67的表达，而伊洛前列素试验主要是在更晚期的病变中进行评估。由于尚没有中位终点被证实可以预测化学预防的疗效，目前尚不清楚组织学改变或Ki-67指数是否具有评估价值。

虽然大多数的II期临床试验评估中央气道组织病变或增生作为中间终点，三个临床试验评估了吸入可的松后CT发现肺结节数目。其中两项试验并没有将CT发现结节作为主要研究终点，而是探索性分析吸入糖皮质激素后的疗效。第三项临床试验将结节做为主要研究终点，吸入糖皮质激素并没有减少结节的数目，结果为阴性。

这种潜在的令人兴奋的新终点可能提示表现为胸部CT扫描毛玻璃样阴影的不典型腺瘤样增生或原位癌。但是，此终点缺乏特异性，其他肺部疾病如感染，组织性肺炎，过敏性肺炎，和脱屑性间质性肺炎，也可引起毛玻璃征。手术切除半固体肺结节毛玻璃阴影区组织进行评估的短期试验可能有助于解决这个缺乏特异性问题，但据我们了解，目前并没有任何这样的试验正在进行或计划进行当中。

评估肌醇的I期临床试验没有设对照组，但与过去对比有了可喜的成果。有趣的是，支气管刷细胞的PI3K基因过表达与肺癌或不典型增生病变有关。肌醇抑制PI3K的表达，两例PI3K信号升高患者证实对肌醇有效。这些数据表明，正如靶向药物治疗肺癌一样，化学预防个体化是可能的。正在进行的一项随机对照II期肌醇临床试验的结果将引起极大的兴趣。

临床前研究

像其他常见的癌症一样，非小细胞肺癌的动物模型已被广泛用于研究肺癌发生和化学预防药物的临床前研究。目前制作鼠腺癌模型的方法有很多种，包括试验肿瘤形成的起始-增强子、诱导KRAS或EGFR突变和采用完全致癌物。烟草烟雾是小鼠肺癌的致癌物质，且可以重复地诱导肺腺癌形成，但是这种方法处理频度较密集且很昂贵。

最近有关于化学诱导的鳞状细胞肺癌模型的报道，此模型中连续的肺组织病理切片分析发现一系列肺部病变，包括鳞状细胞癌、原位癌和支气管异型增生癌前病变。免疫组织化学研究水平表明，人类和小鼠腺癌表型类似。还有研究发现小鼠和人类肺腺癌基因表达相似。鳞状细胞瘤模型中尚未做这类比较。

类花生酸代表参与自分泌和旁分泌信号途径的一类生物活性脂质分子家族，和癌症的发生，发展和转移密切相关（图2）图片3.png

图二花生四烯酸通过环氧合酶路径向前列腺素转化的示意性途径。脂肪酸花生四烯酸以几种活性磷脂酶A2的形式从膜磷脂上释放。游离的花生四烯酸通过PGHS-1或PGHS-2顺序激活COX和HOX转化成环状内过氧化物前列腺素G2和前列腺素H2。前列腺素H 2通过组织特异性异构酶被转换成一系列的前列腺素。阿司匹林通过抑制PGHS-1或PGHS-2的COX活性抑制游离的花生四烯酸转化为前列腺素G2。因此，抑制该途径防止（或减少）激活下游前列腺素超家族G-蛋白偶联受体。

。前列腺素I2（PGI2，前列环素）是类花生酸家族的成员，具有抗炎，抗增殖，抗转移，和有效的化学预防作用。PGI2或其类似物伊洛前列素的化学预防作用不是通过典型的细胞表面受体（前列腺环素受体），而是通过激活核受体过氧化物酶体增殖物激活的激活受体γ（PPARγ）。PPARγ配体在体外和异种移植模型中均能抑制肺癌细胞的生长，从而导致增殖减少，细胞凋亡增加，并促进分化。

此外，多个动物模型癌症形成的机制研究表明，PPARγ配体治疗抑制肺肿瘤的发展并诱导凋亡。最明显的肿瘤抑制发生在突变TP53模型中，这与人类肺癌中最常见的基因异常相似。与单药相比，PPARγ配体吡格列酮联合吸入性类固醇布地奈德进一步提高了肿瘤抑制的疗效，在暴露于香烟致癌物质苯并来鞍的动物致癌模型中降低90%的肿瘤负荷。接触到致癌物以后，肺特异性PPARγ过表达的小鼠模型比对照野生型小鼠减少了70%的肿瘤形成。

化学预防干预措施在多个临床前小鼠模型中进行了评估。如吸入和全身性糖皮质激素给药、肌醇、过表达PGI2、膳食给药、过表达PPARγ、吡格列酮和血管内皮生长因子抑制剂凡德他尼膳食给药以及抗雌激素氟维司群都被证明在小鼠模型中有效。COX抑制剂对肺癌的预防效果也已经在小鼠模型中进行了评估。COX抑制剂消炎痛被认为有效，但COX-2选择性抑制剂塞来考昔无效。此外，能够激活核视黄醇X受体的rexinoids和triterpenoids已经证实无论单药还是联合使用都能以防止鼠腺癌形成。