尼古丁與肺癌的關系研究進展

李鐵威，馬 潔，趙鵬飛

（內蒙古大學 生命科學學院，內蒙古 呼和浩特 010021）

1 引言

吸煙是可預見癌癥發生的的重要原因之一，大約有30%癌癥患者死于吸食煙草[1]。在香煙煙霧中研究發現大約有7000種化合物，現已發現其中至少有60種已知的化合物具有致癌性。盡管大量的文獻曾報道煙草具有致癌作用，但是卻較少有研究報告指出煙草在對癌癥治療效果的影響[2]。一些研究證實煙草可以降低人們的生活質量，影響傷口愈合，增加疾病復發率和降低與煙草相關癌癥患者的生存率。此外與煙草無關的一些癌癥，吸煙使得在癌癥更加低齡化，且可以降低常規治療的效果、影響生活質量、增加治療毒性、增加二次原位腫瘤發生和手術的風險性和復發率，以及增加癌癥患者和非癌癥患者的死亡風險。更重要的是吸煙會增加心血管疾病病死率的風險進而導致一些與煙草無關癌癥的死亡率上升[3，4]。

由于吸煙對健康的不利影響，戒煙的建議被美國臨床腫瘤學協會、美國癌癥研究學會、國家綜合保健網絡等許多國家的組織所倡導。瓦倫尼克林（伐侖克林）、丁氨苯丙酮（安非他酮）是最常用的并得到廣泛支持的幾種用于戒煙的藥物[5]。尼古丁作為一種藥劑在機體內具有多種生物學效應，可以通過與煙酰胺乙酰膽堿受體（nAChRs）偶聯并激活該受體，該受體在人正常組織和癌組織中均有表達，曾經認為該受體主要參與神經信號相關通路，但是近年來研究發現nAChRs越來越多的參與到癌癥的發病機理和進程中[6]。本文在此將介紹尼古丁在細胞中的生理活性以及如何參與到肺癌的發生、發展和抗肺癌治療的作用機理中。

2 尼古丁化學性質及其代謝物

煙草中的尼古丁成分可以通過幾種途徑進行化學轉化和代謝產生，在煙草加工和吸煙時尼古丁可以通過亞硝化作用轉化為4－甲基亞硝胺－1（3－吡啶基）－1－丁酮、4－甲基亞硝胺－1（3－吡啶基）－1－丁醇（NNK）和N－亞硝基去甲基尼古丁（NNN）。尼古丁進入機體后迅速的被吸收并分布到整個機體。大約75%的尼古丁首先通過細胞色素P450（CYP）、2A6、CYP2B6和醛氧化酶的作用代謝生成可替寧，可替寧進一步通過羥基化作用生成3－OH可替寧，以及通過葡萄糖醛酸化作用以尿液的形式排出體外。尼古丁代謝掉生成的

3－OH可替寧大約50%～60%被排出體外，剩下的尼古丁則被轉化成其他代謝產物如N－氧代煙酰胺、葡糖醛酸化的尼古丁和其他類代謝物同樣被排出體外[7，8]。

3 致瘤性

一直以來普遍認為在癌病變過程中，尼古丁是癌癥促進因子，并不是初始誘發癌癥物質。但是，現在研究認為NNK是起始致癌物并能誘導腫瘤的發展。激活β腎上腺素受體會增強NNK的致癌作用，抑制β腎上腺素受體則會減弱其致癌作用[9]。不僅如此，現在發現抑制5－脂肪氧合酶或環氧化酶（COX－2）活性可以降低NNK的致癌性。NNK通過激活煙酰胺乙酰膽堿受體（nAChRs）和β腎上腺素受體（β－AdrRs）進而促進細胞增殖、推動腫瘤的發展。NNK和NNN都可以增強無限增殖化細胞的轉化，NNK通過激活尼古丁α7受體（α7nAChR）促進無限增殖化細胞的轉化；NNN則通過調節α3受體（α3nAChR）來實現其轉化[10]。研究發現抑制nAChRs可以降低機體內腫瘤生長速度，后期研究同樣發現，抑制尼古丁α7受體（α7nAChR）會引起異種移植腫瘤的細胞凋亡并抑制血管的生成[11]。

最近研究表明在某種程度上，尼古丁是通過調控p53表達促進腫瘤發生。在無p53基因功能的細胞中，尼古丁顯著保護用細胞毒素處理過的細胞或是血清饑餓的細胞免受死亡的威脅[12]。低劑量的尼古丁會引起在無p53功能細胞的核因子NFκB轉位到細胞核內，促進腫瘤生長。實驗發現用細胞毒素誘導DNA損傷后，尼古丁會減少停滯在G1期間的細胞數，從而促進細胞轉化和腫瘤形成，在無p53功能細胞中，尼古丁改變了細胞周期的檢驗點使細胞喪失對增殖、DNA修復和細胞凋亡的有效調節從而促進腫瘤發生。但是，除去燃燒產物中尼古丁成分并沒有降低DNA損傷情況，并且在對臨床病人用尼古丁替代品治療中發現尼古丁不能顯著影響肺癌的發展[13]。

4 細胞增殖

尼古丁和激活的nAChRs對于細胞增殖具有重要作用。將Lewis肺癌細胞注入C57BL／6J小鼠體內，煙草煙霧會提高小鼠體內可替寧水平并增加腫瘤大小、重量、毛細管密度以及促進血清中內皮生長因子（VEGF）的表達，用四甲雙環庚胺抑制nAChRs會在一定程度上減弱香煙煙霧對腫瘤生長和VEGF水平的影響，進一步研究發現nAChRs在腫瘤細胞增殖中發揮重要作用[14]。在對小細胞肺癌（SCLC）細胞研究中發現乙酰膽堿能夠促進細胞增殖與以及SCLC細胞中大量nAChR亞基表達。煙堿激動劑（尼古丁或是金雀花堿）可以通過激活nAChRs促進H69和SCLC細胞增殖，但是抑制毒蕈鹼的AChRs并不會減弱尼古丁促進細胞增殖的效應[15]。抑制α7nAChR會在一定程度上減弱尼古丁對細胞增殖的促進作用，但高劑量尼古丁喪失了促進細胞增殖的作用。在這個實驗中發現尼古丁似乎在非惡性細胞中不具有增強細胞增殖的能力，尼古丁和其代謝物的增殖效應與細胞種類相關，用NNK或NNN刺激BEP2D支氣管上皮細胞發現有大量nAChR表達，細胞的增殖作用加強。尼古丁或NKK能夠用促進神經內分泌細胞的增殖，但尼古丁或NKK不能促進II型肺泡細胞增殖[16]。

NNK和NNN也是細胞增殖和腫瘤誘發的激活因子，然而NNK優先調節α7nAChRs，NNN則優先通過α3nAChRs調節細胞的增殖。在非小肺癌細胞和小肺癌細胞中，尼古丁或NNK激活nAChRs and Akt促進細胞周期蛋白D1的表達和細胞的增殖作用。此外，NNK在一個相對尼古丁較低劑量的情況下既可以誘導細胞增殖作用，NNK誘導的人胰腺癌細胞的增殖需要依賴于β－AdrRs、腺苷酸環化酶（AC）、ERK和EGFR－TK。在小肺癌細胞中，NNK誘導的細胞增殖作用需要激活α7nAChRs、MEK、蛋白激酶C（PKC）和 原癌基因（c－myc）。通過nAChR或β－AdrR激活后常見的下游信號通路發現絲裂原活化蛋白激酶（MAPK），甲基乙基酮（MEK）和細胞外信號調節激酶1／2（ERK 1／2）的激活在尼古丁及其代謝物誘導的增殖過程中具有重要作用[17]。

5 遷移、入侵和上皮細胞間質樣轉化

然而其中最致命的的影響是肺癌其本身所固有的的入侵和轉移能力。尼古丁和nAChRs的激活會促進細胞的入侵、遷移和上皮細胞間質樣轉化（EMT），反復用尼古丁刺激的小細胞肺癌會促進膠原蛋白的表達和往復促進腫瘤生長、血管再生和對化療的抗性。尼古丁通過激活α7nAChR，c－Src，和PKCiota促進肺癌細胞的轉移和入侵能力，α7nAChR在尼古丁誘導的入侵和遷移現象同樣也發現存在于其他腫瘤細胞。最近研究表明抗粘蛋白4（MUC4）和分化抑制因子1（ID1）在尼古丁誘導的血管再生中扮演著重要角色[18]。NNK同樣可以通過與α7nAChR激活MEK和其下游的鈣蛋白酶促進肺癌細胞的遷移和入侵。然而在免疫細胞研究發現尼古丁的作用相反，在體內尼古丁可以降低白細胞的遷移率和降低外周血單核細胞的趨化[19]。

6 血管再生

許多研究表明，在肢體缺血的腫瘤細胞模型和內皮細胞模型中，尼古丁能促進血管再生。在內皮細胞中尼古丁能增強細胞的增殖能力和降低低氧誘導的細胞凋亡，進一步研究表明，在接種于小鼠的路易斯肺癌細胞中，尼古丁會增加腫瘤生長相關因子VEGF的分泌。在內皮細胞中煙堿乙酰膽堿受體廣泛表達，尼古丁或缺氧能夠誘導α7煙堿乙酰膽堿受體高表達[20]。在后面研究中發現，煙堿乙酰膽堿受體抑制劑能阻止內皮網絡的形成，但尼古丁α7受體（α7nAChR）的激動劑能增加血管網絡的形成并且伴隨著VEGF的生成。MAPK，MEK，PI3K，或者NFκB的抑制會抑制尼古丁或者煙堿乙酰膽堿受體的激動劑的效果，尤其在敲除α7nAChR的小鼠中研究發現血管生成減少，非特異性的抑制nAChRs會使得血管直徑變小但不會改變血管的數量。其他研究同樣發現在小鼠中抑制α7nAChR的功能會使得尼古丁所誘導的血管生成受阻，數據研究表明抑制環氧合酶2（COX－2）同樣會阻滯血管的生成。NNK可以促進血管生成和血管內皮生長因子（VEGF）產生[21]。

7 細胞死亡和凋亡

除了簡單地促進細胞增殖作用之外，尼古丁也可以降低腫瘤治療的效果，大量研究證實尼古丁可以通過減少細胞的凋亡從而降低化療的療效。尼古丁在許多經化療藥物處理的細胞中具有抗凋亡作用，尼古丁通過活化PI3K引起XIAP、存活素（生存蛋白）和轉錄因子E2F1表達進而保護細胞免受死亡的威脅。尼古丁通過蛋白磷酸酶2失活和伯靈頓磷酸化作用可以減少肺癌細胞的凋亡以及降低細胞色素C的釋放。研究表明通過活化PI3K，Akt，和 NFκB尼古丁可以保護腫瘤細胞免受化療的殺傷作用[22，23]。尼古丁同樣還可以通過抑制細胞的凋亡降低其他腫瘤治療方法對細胞的毒性作用（強的松、紫外線、伽馬射線），而不是通過改變基因修復機制或者加和物的形成而起作用。有趣的是急性尼古丁或NNK可以在順鉑藥物的治療下降低細胞的凋亡率，但是NKK的作用更加強一些。盡管長期的尼古丁或NNK會持續使細胞對順鉑產生抗性，但是長期的NNK卻不會對細胞凋亡起到明顯的作用[24]。

尼古丁及其代謝物可以通過活化β－AdrRs對細胞起到先前的保護作用，在肺癌A549細胞中，NNK通過激活β－AdrRs，Src，PKCiota和雙水楊酸雙酚a酯的磷酸化增加放化療后的細胞生存率[22]。抑制β－AdrR的作用可以使尼古丁誘導的細胞凋亡蛋白的磷酸化和順鉑誘導細胞的凋亡的作用受阻。這些明顯的相互矛盾的結果可以在某種程度解釋為細胞中受體表達的差異性，受體通過激活β－AdrRs或nAChRs偶聯其下游類似信號通路[25]。

在體內，尼古丁可以通過激活PI3K增加放化療后H460和A549肺癌細胞的生存率，同樣也會降低放化療對肺癌細胞異種移植的效果，然而尼古丁處理的具體時間是放療或化療（RT／CRT）治療反應療效的關鍵性決定因素，其他實驗研究證實尼古丁可以通過PI3K依賴的途徑增加缺氧誘導因子1α的表達（HIF－1α）且尼古丁可以在不改變缺氧病理指標情況下在一個的特定形式下誘導表達HIF－1α。這些結果都表明尼古丁可以通過在特定的腫瘤細胞改變其蛋白表達水平在治療期間降低治療的療效[26]。

8 結語

研究表明尼古丁在促進肺癌細胞的活性中具有廣譜的作用。尼古丁及其代謝產物可以促進細胞增殖，遷移、入侵、間質轉化以及血管生成同樣伴隨可以降低細胞對放化療的敏感性。尼古丁通過活化nAChRs andβ－AdrRs進而激活下游Src、Ras－Raf－MAPK－MEK－ERK和PI3K－Akt信號通路，進一步推動幾個平行的致瘤通路。此外尼古丁和其代謝產物還可以通過調節在癌變和非癌變組織的信號促進腫瘤的進展。現在研究雖然顯示尼古丁在癌癥進展和治療過程是一個非良性物質，但是尼古丁如何影響癌癥病人的臨床結果需要進一步地大量研究工作進行明確驗證。

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