香煙煙霧提取物對肺上皮影響的研究進展

李慧明(綜述)，聶宏光(審校)

(中國醫科大學代謝病分子機制與藥物研究所，沈陽 110013)

分子生物醫學

香煙煙霧提取物對肺上皮影響的研究進展

李慧明△(綜述)，聶宏光※(審校)

(中國醫科大學代謝病分子機制與藥物研究所，沈陽 110013)

由于香煙具有興奮和放松精神的作用，吸煙人群的數量越來越多，并有年輕化趨勢，吸煙的危害也日益凸顯出來。研究表明，香煙煙霧中含有亞硝胺、苯并芘等致癌物[1]，可大大增加罹患肺癌的機會。僅2009年，美國因肺癌死亡人數達16萬，位于癌癥相關病死率的首位[2]。吸煙還可能誘導其他呼吸系統疾病，如肺水腫、肺氣腫、慢性阻塞性肺疾病等，并增加早期死亡風險[3]。除此之外，吸煙還可能損害腎臟、肝臟、神經系統、心血管系統等的功能?，F主要從香煙煙霧的主要成分和其對肺臟的影響的研究進展進行綜述。

1香煙煙霧的主要成分

1.1尼古丁尼古丁是一種小分子有機生物堿，是香煙煙霧的重要組成部分，具有成癮性[4]。長期吸煙會使大腦內受體對尼古丁的敏感性降低，進而產生耐受性[5]。此外，尼古丁能減少肺泡巨噬細胞內炎性因子的釋放[6-7]。但由于其可能引起心血管疾病、高血壓、癌癥及胃腸道疾病，它在抗炎方面的作用并沒有廣泛應用于臨床。

1.2煙焦油煙焦油是烴類及其氧化物、硫化物以及氮化物的混合物，其中包括苯并芘、β-萘胺、亞硝胺和放射性同位素等多種致癌物質以及苯酚類、富馬酸等促癌物質。研究表明，亞硝基去甲煙堿可誘發吸煙者的食管癌[8]。此外，煙焦油還會作用于血管壁，加速血管硬化，增加心腦血管疾病的致病風險。

1.3丙烯醛丙烯醛具有強烈的刺激性，與尼古丁、一氧化碳并稱香煙的三大有害成分。丙烯醛具有眼毒性，是損害視網膜的主要因素。香煙煙霧化學成分的毒理學研究顯示，丙烯醛是引起呼吸系統疾病的主要因素[9-10]。Comer等[9]利用western blotting發現，丙烯醛在原發性鼻上皮細胞具有促炎性作用。Moretto 等[10]將小氣道上皮細胞用30 μmol/L丙烯醛刺激18 h后白細胞介素8的釋放量達到最大值，當濃度繼續升高時釋放量下降，可能與細胞毒性的處理有關。

1.4一氧化碳一氧化碳也是香煙煙霧中的主要有害物質。當人們主動或被動吸煙時吸入較多的一氧化碳，其與血紅蛋白結合，使氧氣與血紅蛋白的親和力大大降低，降低了血紅蛋白的攜氧量，導致組織和器官缺氧，進而使大腦、心臟等多器官受損。

除此之外，香煙煙霧中還含有自由基、氧化劑和活性氧、含氮化合物等有害物質，這些物質會引起蛋白質在肺內的氧化損傷。

2香煙煙霧提取物對肺部上皮細胞的影響

肺癌是癌癥死亡的主要原因之一，而吸煙是誘發肺癌的突出因素。香煙煙霧中的多環芳烴，如苯并芘，是香煙煙霧中的主要致癌物并對肺癌發生有重要作用[11]。苯并芘可與DNA加合導致DNA損傷進而引起基因突變，其代謝物參與氧化還原循環產生活性氧自由基，這兩種形式在引發肺部癌變中具有重要作用[12]。研究表明，上述代謝物激活的4-(N-甲基-N-亞硝氨基)-1-(3-吡啶基)-1-J酮通過形成DNA加合物誘導癌基因和腫瘤抑制基因的有害突變，從而誘發腫瘤[13]?？商鎸幨窍銦煙熿F成分尼古丁在體內的主要代謝物，研究表明，可替寧可能與肺氣腫的發生有關[14]。大量吸入丙烯醛可能引起肺炎、肺氣腫[15]、肺水腫、支氣管哮喘的發生，并能與腫瘤抑制基因p53的DNA結合形成加合物，可能誘導該基因突變，進而引發肺癌[16]。

通過膜聯蛋白Ⅴ-異硫氰酸熒光素/碘化丙啶雙染法可檢測早期細胞的凋亡。研究表明，香煙煙霧提取物在一定濃度范圍內能夠抑制細胞的生長和增殖，并誘導其凋亡，對其死亡方式的影響具有劑量依賴性[17]。細胞活性降低可能與香煙煙霧中存在多種致癌物質有關，如多環芳烴類、亞硝胺類等。它們作用于DNA雙鏈導致其斷裂，或者與DNA上的堿基結合形成加合物，使堿基脫落形成無嘌呤嘧啶，從而發生DNA雙鏈斷裂[18]。核因子I-κBα是重要的核轉錄因子，參與許多炎性細胞因子的轉錄與蛋白合成[19]。甲潑尼松龍能使香煙煙霧提取物刺激后A549細胞I-κBα蛋白表達增加，從而發揮抗炎和免疫抑制作用。

3香煙煙霧提取物對肺部影響的分子機制

3.1香煙煙霧提取物對肺泡上皮細胞鈉通道的影響肺泡上皮細胞由肺泡Ⅰ型細胞和肺泡Ⅱ型細胞構成，在維持肺泡的正常功能上起十分重要的作用[20]。肺泡Ⅱ型細胞可分泌表面活性物質，降低肺泡表面液體層的表面張力，同時，其膜上還存在不同的離子通道，它們共同完成呼吸道上皮離子的轉運過程[21]。其中，上皮細胞鈉通道是Na+重吸收的限速步驟，是肺泡液體清除的主要方式[22]。

Xu等[23]將一種肺泡癌細胞事先用不同濃度的香煙煙霧處理24 h，通過常規聚合酶鏈反應、實時定量聚合酶鏈反應和免疫印跡檢測顯示，香煙煙霧通過顯著下調啟動子232 bp序列的活性在轉錄水平上抑制上皮細胞鈉通道的α亞基，且該抑制作用具有時間依賴性和劑量依賴性。此外，232 bp序列還包含糖皮質激素響應元件，通過實時定量聚合酶鏈反應檢測顯示，地塞米松能減弱甚至完全抵消香煙煙霧對上皮細胞鈉通道α亞基表達的抑制作用，這表明地塞米松可能不僅通過調控其啟動子，還有其他非啟動子機制來增加上皮細胞鈉通道α亞基的mRNA表達水平。

3.2香煙煙霧提取物對肺內蛋白酶體的影響蛋白酶體是在真核生物和古菌中普遍存在的一種巨型蛋白質復合物。26S蛋白酶體由一個催化顆粒(20S)和兩個調節顆粒(19S)組成。從結構上看，20S核心蛋白酶體由7個相關的α亞基組成的4條交錯的環和7個不同的β亞基組成1個αββα桶狀結構[24]。在桶狀結構內部有3個催化活性亞單位——半胱天冬氨酸蛋白酶樣活性(β1)、胰蛋白酶樣活性(β2)和胰凝乳蛋白酶樣活性(β5)。

泛素-蛋白酶系統是細胞內蛋白質降解循環再利用的主要途徑[25]，因此對維持細胞正常功能具有重要作用[24]。研究顯示，用香煙煙霧提取物處理人肺泡上皮細胞可誘導細胞時間依賴性和劑量依賴性死亡、細胞內活性氧種類增多，并增加羧基化和多聚泛素化蛋白的水平[26]。van Rijt等[25]首次表明急性暴露于香煙煙霧直接損害蛋白酶體在小鼠肺部和人上皮細胞的活性，但不影響蛋白酶體的表達。此外，Somborac-Bacura 等[24]的體外研究發現，香煙煙霧的暴露可導致多聚泛素化蛋白在肺部的積累，但新生蛋白質合成量減少。

3.3香煙煙霧對人肺泡上皮細胞β-防御素多肽的影響抗菌肽是一類小分子多肽，在主氣道防御體系中扮演重要角色[27]。人體中發現的防御素屬于抗菌肽的一個大家族，包括三大類：α-防御素、β-防御素和θ-防御素。α-防御素在肺泡上皮細胞中不表達，β-防御素的表達與某些慢性肺疾病有關，如慢性阻塞性肺疾病[28-29]。

防御素2是人β-防御素家族中的一員，研究表明，香煙煙霧能直接或間接地改變細胞內防御素2的表達[30-32]，而這種多肽可能在香煙煙霧引起的病理損傷中發揮重要作用[33]。近期研究也顯示，肺腫瘤組織樣本中均有防御素2的表達，其表達水平與肺腺癌分化程度有關[34]。Pierson等[29]檢測發現，經香煙煙霧誘導后，不同的β-防御素表達具有差異性。具體結果為： 防御素3、5、9基因表達上調，防御素1、8、18和LL-37基因表達沒有明顯變化，這種表達差異性提示防御素3、5、9可能在吸煙者的肺部組織變化中具有重要作用。該研究還發現，防御素5、8、9、18可在肺泡上皮細胞A549中被白細胞介素1β誘導，表明它們可能與其調節有關并可能參與炎癥反應、細胞增殖、分化和凋亡過程。

4小結

近年來，國內外在香煙煙霧的組成、香煙煙霧提取物對各個組織器官的影響及作用機制方面進行了廣泛深入的研究，試圖從分子水平揭示香煙煙霧對人體的危害及作用機制。研究香煙煙霧對肺上皮的影響可從細胞和分子水平上揭示各種肺部疾病的發病機制，探討與吸煙相關的疾病發生和發展途徑，將為相關疾病的預防和治療開拓新的領域。

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摘要：香煙煙霧中含有多種化學成分，絕大部分有致癌作用，能增加罹患肺癌的風險。除此之外，大量的研究表明，吸煙可誘導細胞凋亡、氧化應激、促炎癥反應等，是慢性阻塞性肺疾病發病的主要影響因素，可見吸煙對肺功能有直接的影響。研究香煙煙霧對肺上皮的影響可從細胞水平或分子水平上揭示各種肺部疾病的發病機制，從而為疾病的預防和治療奠定基礎。

關鍵詞：香煙煙霧提取物；肺上皮細胞；上皮鈉通道

Impact of Cigarette Smoke Extract on Lung EpitheliumLIHui-ming,NIEHong-guang. (InstituteofMetabolicDiseaseResearchandDrugDevelopment,ChinaMedicalUniversity,Shenyang110013,China)

Abstract:Cigarette smoke contains numerous harmful compounds,most of which have carcinogenic effects and can increase the risk of lung cancer.Numbers of studies have shown that cigarette smoking can induce apoptosis,oxidative stress,pro-inflammatory reactions,and so on,which becomes the major risk factor for chronic obstructive pulmonary disease,and it can be seen that cigarette smoking has a direct impact on the lung function.Effects of cigarette smoke on lung epithelial cells can reveal the pathogenesis of a variety of lung diseases at the cellular level or molecular level,thereby lay the foundation for the prevention and treatment of the diseases.

Key words:Cigarette smoke extract; Lung epithelial cells; Epithelial sodium channel

收稿日期：2014-10-14修回日期：2014-12-18編輯：相丹峰

基金項目：國家自然科學基金(81270098)；遼寧省自然科學基金(2014021093)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.15.001

中圖分類號：R329.2

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)15-2689-03