多環(huán)芳烴的致癌性機(jī)制研究進(jìn)展

蘆靜 賈玉巧 高艷榮 紀(jì)越 趙永東

(1.包頭醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，014060；2.包鋼第三職工醫(yī)院，014060)

多環(huán)芳烴的致癌性機(jī)制研究進(jìn)展

蘆靜1賈玉巧1高艷榮1紀(jì)越2趙永東1

(1.包頭醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，014060；2.包鋼第三職工醫(yī)院，014060)

多環(huán)芳烴是一類被國際社會(huì)特別關(guān)注的持久性有機(jī)污染物，是最早被發(fā)現(xiàn)的具有“三致作用”的環(huán)境污染物之一。其廣泛存在于多種環(huán)境介質(zhì)中，雖然量少，但不斷地生成、遷移、轉(zhuǎn)化和降解，并通過呼吸道、消化道、皮膚等途徑進(jìn)入人體，極大地威脅著人類的健康。

多環(huán)芳烴；致癌性；機(jī)制

近年來，人們談“癌”色變，有研究表明，80%以上的癌癥病例極有可能是由于環(huán)境因素變化引起，在多種環(huán)境因子中，化學(xué)致癌物占大多數(shù)，其中常見的有多環(huán)芳烴(PAHs)、亞硝胺霉菌素等。在1 000多種化學(xué)致癌物中PAHs就占了1/3以上[1]。

PAHs是多種含碳有機(jī)物不完全燃燒產(chǎn)生的揮發(fā)性碳?xì)浠衔铮侵匾沫h(huán)境污染物，且有蓄積性，對(duì)人和動(dòng)物有極強(qiáng)的毒性作用。PAHs有強(qiáng)致癌性的多為四到七環(huán)的稠環(huán)化合物，其中苯并(a)芘(BaP)是多環(huán)芳烴類化合物中第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的環(huán)境化學(xué)致癌物，在環(huán)境中分布最廣，而且致癌性極強(qiáng)[2-3]，故常以苯并(a)芘作為多環(huán)芳烴的代表。近年來，已有越來越多的專家關(guān)注PAHs的致癌性這一問題，為此本文就PAHs致癌的分子毒理學(xué)機(jī)制綜述如下，以期為PAHs的防治研究提供依據(jù)。

1 PAH-DNA加合物在PAHs致癌機(jī)制中的作用

腫瘤分子遺傳學(xué)研究表明，單個(gè)細(xì)胞的DNA損傷是腫瘤發(fā)生的起因。DNA分子的損傷主要包括DNA鏈的斷裂、交聯(lián)、DNA加合物的形成，其中化學(xué)致癌物及其代謝產(chǎn)物與DNA分子堿基共價(jià)結(jié)合所形成的DNA加合物，是DNA損傷的主要形式；這種加合物一旦躲避了生物細(xì)胞的自身修復(fù)過程，就很可能成為致突變、致癌的最小因子。許多研究證據(jù)表明化學(xué)物質(zhì)致突變、致癌進(jìn)程始于DNA加合物的形成，這是化學(xué)物質(zhì)致癌和癌癥發(fā)生發(fā)展聯(lián)系的一個(gè)分子橋梁[4]。BaP是PAHs的代表，現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，其本身沒有致癌活性，在體內(nèi)經(jīng)混合功能氧化酶代謝活化后，形成二氫二醇環(huán)氧化物(BPDE)等終致癌物才呈現(xiàn)致癌作用；BPDE具有親電子性，可與DNA的親核位點(diǎn)鳥嘌呤的外環(huán)胺基端共價(jià)結(jié)合，形成BPDE-DNA加合物，誘發(fā)DNA堿基突變，細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化，發(fā)生腫瘤[5]。

近年來國內(nèi)外專家多關(guān)注PAH-DNA加合物與代謝酶(Ⅰ相、Ⅱ相)基因多態(tài)性的關(guān)系，但結(jié)果尚難統(tǒng)一，需進(jìn)一步研究，現(xiàn)做如下概述。

1.1 Ⅰ相酶(CYP450s) CYP450s酶屬于單加氧酶，可催化PAHs生成具有高度親電子活性的中間代謝產(chǎn)物，與DNA等生物大分子共價(jià)結(jié)合產(chǎn)生致癌效應(yīng)。

1.1.1 細(xì)胞色素P450氧化酶1A1(CYP 1A1) CYP 1A1是PAHs在體內(nèi)代謝活化過程中最重要的Ⅰ相酶，15號(hào)染色體是其基因位點(diǎn)，有7個(gè)外顯子、6個(gè)內(nèi)含子，具有芳烴羥化酶(arylhydrocarbon hydroxylase，AHH)活性，易被PAHs、二惡英(TCDD)等外源性化學(xué)物誘導(dǎo)。CYP 1A1主要的基因多態(tài)位點(diǎn)是MspI和Exon7。CYP 1A1基因的3'非編碼區(qū)聚腺苷酸下游250 bp處是MspI多態(tài)發(fā)生的易感區(qū)，存在堿基T→C的變異，且MspI隱性純合型(aa)的AHH活性比雜合型(Aa)和野生純合型(AA)更高；Exon7多態(tài)在第7個(gè)外顯子中存在堿基A→G的變異，導(dǎo)致氨基酸由Ile轉(zhuǎn)換為Val，其酶的催化活性Val基因型幾乎為Ile基因型的2倍[6]。因此，MspI aa型和Exon7 Val-Val型可產(chǎn)生高誘導(dǎo)活性的CYP 1A1，從而加快PAHs類化合物在體內(nèi)活化，誘導(dǎo)機(jī)體發(fā)病。研究揭示CYP 1A1 MspI多態(tài)性可修飾煉焦作業(yè)工人體內(nèi)的代謝，就工人末尿中1-羥基芘的濃度而言，基因型為aa的工人組約為Aa和AA組工人的2倍[7]。

1.1.2 細(xì)胞色素P450氧化酶1B1(CYP 1Bl) CYP 1Bl在某些PAHs的代謝過程中，可能比CYP 1A1活性更強(qiáng)。人類CYP 1B1基因定位于染色體2p21-22，有3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子，其mRNA開放閱讀框(ORF)開始于5'端外顯子2，可編碼543個(gè)氨基酸殘基的蛋白質(zhì)[8]。有研究發(fā)現(xiàn)，CYP 1B1在多種非激素相關(guān)的腫瘤(如肺癌、結(jié)腸癌等)和激素相關(guān)的腫瘤(如乳腺癌和卵巢癌)細(xì)胞中高表達(dá)，且表達(dá)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相應(yīng)的正常組織[9]，推測(cè)CYP 1B1可能與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有密切關(guān)聯(lián)。

1.2 Ⅱ相酶(GSTs) 谷胱苷肽-S-轉(zhuǎn)移酶系(GSTs)是體內(nèi)主要的Ⅱ相酶，催化外源性化學(xué)物(如PAHs)與谷胱甘肽的結(jié)合形成無毒物質(zhì)[10]，是一組重要的解毒酶。

GSTM1和GSTT1酶代謝底物廣泛，在人群中存在多態(tài)性，當(dāng)其純合子缺失時(shí)，GSTM1和GSTT1酶活性也將丟失，大大增加人體患病的風(fēng)險(xiǎn)。通常認(rèn)為在環(huán)境和職業(yè)人群中GSTM1常會(huì)影響PAH-DNA加合物的水平[11-12]。Rojas研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)GSTM1純合子缺失將導(dǎo)致PAHs暴露者體內(nèi)多環(huán)芳烴DNA加合物水平增高[13]；來自何興舟[14]對(duì)宣威肺癌病因?qū)W的研究揭露，GSTM1基因缺失者(GSTM1-)患肺癌的相對(duì)危險(xiǎn)性是GSTM1基因攜帶者(GSTM1＋)的2.3倍，且當(dāng)煙煤用量每增加100噸時(shí)，GSTM1缺失組患肺癌危險(xiǎn)性增加1.2倍，GSTM1攜帶組則增加2.4倍。但有些研究也并未發(fā)現(xiàn)GSTM1、GSTT1的多態(tài)性與PAHs長期暴露者體內(nèi)PAH-DNA加合物的水平有關(guān)[7，15]。

GSTP1編碼區(qū)的第313個(gè)核苷酸有A→G的變異，導(dǎo)致疏水結(jié)合區(qū)105個(gè)密碼子由Ile轉(zhuǎn)變?yōu)閂al，影響高催化活性[16]。GSTP1 105 Val等位基因比Ile等位基因與PAH二醇環(huán)氧化物活性相關(guān)性更高[17-18]。有研究表明，肺癌患者中，105 Val等位基因與肺組織加合物呈顯著相關(guān)[19]。但又有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)105 Val等位基因與癌癥的發(fā)生并不是全部有關(guān)[20-21]。

2 芳香烴受體在PAHs致癌機(jī)制中的作用

芳香烴受體(aryl hydrocarbon receptor，AhR)又名二惡英受體(dioxin receptor，DR)，是配體激活性轉(zhuǎn)錄因子的一種，其可與鹵代芳烴、多環(huán)芳烴等配體結(jié)合，調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)。AhR不僅參與眾多外源化學(xué)物的代謝，而且還參與調(diào)控一系列重要的生物學(xué)過程，比如細(xì)胞分化、個(gè)體發(fā)育、癌變等。在肺癌、乳腺癌、胃癌和胰腺癌等多種腫瘤細(xì)胞中AhR高表達(dá)，它可介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的周期、增殖、凋亡，以及侵襲和遷移，其所起的作用在不同的環(huán)境和不同的細(xì)胞中也有所不同。

AhR也可調(diào)控PAHs影響細(xì)胞周期的作用。在細(xì)胞水平，PAHs可影響細(xì)胞周期信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制和調(diào)節(jié)機(jī)制，其作用方式也是各種各樣，甚至經(jīng)常互相矛盾。不同的細(xì)胞系暴露于存在這些外源化合物的環(huán)境中也會(huì)發(fā)生不同的結(jié)果，如細(xì)胞增殖、凋亡或終止分化，這些均由AhR調(diào)控。對(duì)于AhR功能的分子機(jī)制研究又有新的進(jìn)展，被激活的AhR可作為細(xì)胞周期和環(huán)境傳感器的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，早期發(fā)現(xiàn)暴露于負(fù)面環(huán)境中的細(xì)胞，使其DNA的復(fù)制在啟動(dòng)前停止[22]。

3 氧化損傷效應(yīng)在PAHs致癌機(jī)制中的作用

正常生理狀況下，細(xì)胞內(nèi)氧化和抗氧化體系長期處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。當(dāng)細(xì)胞接收到氧化損傷刺激信號(hào)后，會(huì)過多地形成活性氧，破壞平衡體系，而抗氧化物質(zhì)將減少或活性降低，導(dǎo)致活性氧自由基過度地攻擊細(xì)胞體內(nèi)的生物大分子物質(zhì)包括蛋白質(zhì)、脂肪、DNA、RNA等，損傷細(xì)胞甚至產(chǎn)生致癌效應(yīng)[23]。

劉蜀坤等[24]研究揭示，芳香烴是大氣顆粒物中能刺激人支氣管上皮細(xì)胞16HBE的主要成分，其可促使細(xì)胞生成的活性氧(ROS)含量增多，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生氧化損傷效應(yīng)，主要表現(xiàn)有染色體損傷、DNA鏈斷裂。根據(jù)姜英等學(xué)者[25]的研究，在H1299細(xì)胞中也觀察到大氣顆粒物中的BaP誘導(dǎo)該細(xì)胞產(chǎn)生的氧化應(yīng)激反應(yīng)很明顯，通過彗星實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了BaP對(duì)16HBE和H1299細(xì)胞均具有較強(qiáng)的遺傳毒性和自由基毒性，總之，BaP可通過誘發(fā)細(xì)胞的氧化損傷，促使人體發(fā)生癌變。

4 結(jié)語

PAHs的人類危險(xiǎn)性得到眾多國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，并開展了大量研究工作，對(duì)其致癌機(jī)制也有相關(guān)報(bào)道，但并不完全清楚。PAHs的分子毒理方面涉及基因、代謝酶、受體等諸多因素，本文也只涉及其中的部分內(nèi)容，因而進(jìn)一步了解和深入研究PAHs的致癌性及其機(jī)制對(duì)其防治有重要意義。

[1]惠秀娟.環(huán)境毒理學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003，154-157.

[2]Huc L，Rissel M，Solhaug A，et al.Multiple apoptotic pathways induced by p53-dependent acidification in benzo[a]pyrene-exposed heparic F258 cells[J].J Cell Physiol，2006，208(3)：527-537.

[3]Kim SJ，Ko CB，ParkC，et al.p38MAP kinase regulates benzo(a)pyrene-induced apoptosis through the regulation of p53 activation[J].Arch Biochem Biophys，2005，444(2)：121-129.

[4]龍耀庭.生物大分子(DNA及蛋自質(zhì))加和物的質(zhì)譜分析鑒別[J].環(huán)境科學(xué)，1995，16(6)：79.

[5]Li D，F(xiàn)irozi PE，Wang LE，et al.Sensitivity to DNA damage induced by benzo(a)pyrene diolepoxide and risk of lung cancer：a case-control analysis[J].Cancer Research，2001，6(4)：1445-1450.

[6]Herman A.Genetic polymorphisms in human xenobiotica metabolizing enzymesassusceptibility factorsin toxic response [J].Mutat Res，2000，464(1)：65-76.

[7]Lee CY，Lee JY，Kang JW，etal.Effectsof geneticpolymorphisms of CYP1Al，CYP2E1，GSTMl，and GSTTl on the urinary levels of 1-hydroxypyrene and 2-naphthol in aircraft maintenance workers[J].Toxical Lett，2001，123(2-3)：115-124.

[8]Murray GI，Melvin WT，Greenlee WF，et al.Regulation，function，and tissue-specific expression ofcytochrome P450 CYP1B1[J].Annu Rev Pharmacol Toxicoh，2001(41)：297-316.

[9]Murray GI，TaylorMC，McFadyenMC，et al.Tumor-specific expression of cytochrome P450 CYP1B1[J].Cancer Res，1997，57(14)：3026-3031.

[10]Helzlsouer KJ，Selmin O，Huang HY，et al.Association between glutathione S-transferase M1，P1 and T1 genetic polymorphisms and development of breast cancer[J].J Natl Cancer Inst，1998，90(70)：512-518.

[11]Pavanello S，Clonfero E.Biologicalindicators ofgenotoxic risk and metabolic polymorphisms[J].Mutat Res，2000，463 (3)：285-308.

[12]Pavanello S，Gabbani G，Mastrangelo G，et al.Influence of GSTM1 genotypes on anti-BPDE-DNA adductlevels in mononuclear white blood cells of humans exposed to PAH [J].Int Arch Occup Environ Health，1999，72(4)：238-246.

[13]RojasM，Alexandrov K，CascorbiI.High benzo[a]pyrene diol-epoxide DNA adductlevelsin lung and blood cells from individuals with combined CYP1A1 MspI/Msp-GSTM1*0/*0 genotypes[J].Pharmacogenetics，1998，8(2)：109-118.

[14]何興舟.室內(nèi)燃煤空氣污染與肺癌及遺傳易感性——宣威肺癌病因?qū)W研究22年[J].實(shí)用腫瘤雜志，2001，169 (6)：369-370.

[15]Teixeira JP，GasparJ，Martinho G，etal.Aromatic DNA adduct levels in coke oven workers：correlation with polymorphismsingenesGSTP1，GSTM1，GSTT1andCYP1A1 [J].Mutat Res，2002，517(1-2)：147-155.

[16]Zimniak P，Nanduri B，Pikula S，et al.Naturally occurring human glutathione S-transferase GSTP1-1 isoforms with isoleucine and valine in position 104 differ in enzymic properties[J].Eur J Biochem，1994，224(3)：893-899.

[17]Hu X，Xia H，Srivastava SK，et al.Activity of four allelic forms of glutathione S-transferase hGSTP1-1 for diol epoxides of polycyclic aromatic hydrocarbons[J].Biochem Biophys Res Commun，1997，238(2)：397-402.

[18]Sundberg K，Johansson AS，Stenberg G，et al.Differenes in the catalytic efficiences ofallelic variants ofglutathione transferase P1-1 towards carcinogenic diol epoxides of polycyclic aromatic hydrocarbons[J].Carcinogenesis，1998，19 (3)：433-436.

[19]Ryberg D，Skaug V，HewerA，etal.Genotypes ofglutathione transferase M1 and P1 and theirsignificancefor lung DNA adduct levels and cancer risk[J].Carcinogenesis，1997，18(7)：1285-1289.

[20]Ryberg D，Skaug V，HewerA，etal.Genotypes ofglutathione transferase M1 and P1 and theirsignificancefor lung DNA adductlevelsand cancerrisk[J].Carcinogenesis，1997，18(7)：1285-1289.

[21]HarriesLW，StubbinsMJ，F(xiàn)orman D，etal.Indentification of genetic polymorphisms at the glutathione S-transferase Pi locus and association with susceptibility to bladder，testicular and prostate cancer[J].Carcinogenesis，1997，18(4)：642-644.

[22]Puga A，Marlowe J，Barnes S，et al.Role of the aryl hydrocarbon receptorin cellcycle regulation[J].Toxicology，2002，27(181-182)：171-177.

[23]Baulig A，Garlatti M，Bonvaliot V，et al.Involvement of reactive oxygen species in the metabolic pathways triggered by diesel exhaust particles in human airway epithelial cells[J]. Am J PhysiolLung CellMolPhysiol，2003，285(3)：67l-679.

[24]劉蜀坤，王玲，陳晨，等.香煙煙霧對(duì)人支氣管上皮細(xì)胞的氧化損傷研究[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，40(4)：667-671.

[25]姜英，饒凱敏，陳曦，等.p63和p73的表達(dá)與苯并(a)芘致H1299和16HBE細(xì)胞DNA損傷的關(guān)系[J].癌變·畸變·突變，2009，21(4)：271-279.

Polycyclic aromatic hydrocarbon is a persistent organic pollutant that has been specially concerned by international community，it is one of the earliest found environmental pollutants with three-inducing impact.It widely exists in various environmental media although the number is small，but with continuous generation，migration，transformation and degradation，it enters human body through the ways such as respiratory tract，digestive tract，and skin，which greatly threatens human health.

Polycyclic aromatic hydrocarbon；Carcinogenicity；Mechanism

2014-03-13)

1005-619X(2014)09-0787-03

10.13517/j.cnki.ccm.2014.09.009

內(nèi)蒙古教育廳項(xiàng)目(NJZZ12214)；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金(2012MS1108)

賈玉巧