2，3，7，8-四氯二苯并對(duì)二噁英在不同組織器官中的作用機(jī)制

高麗云，黃 娟，李 瀟，谷莉莉，李 娜，王 曉，曹 佳，吳衛(wèi)東

(1.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院毒理學(xué)教研室，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.鄭州人民醫(yī)院口腔科，河南 鄭州 451000)

二噁英類化合物毒性效應(yīng)的發(fā)揮依賴芳香烴受體(aromatic hydrocarbon receptor，AHR)信號(hào)途徑的激活和AHR反應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)[1-3]。2，3，7，8-四氯二苯并對(duì)二噁英(2，3，7，8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin，TCDD)為研究二噁英毒性效應(yīng)的代表性受試物，TCDD高度脂溶性的特點(diǎn)使其極易透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)作為配體與轉(zhuǎn)錄因子AHR結(jié)合，引起AHR蛋白構(gòu)象發(fā)生改變，暴露出AHR核定位信號(hào)，TCDD-AHR復(fù)合體進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，識(shí)別AHR反應(yīng)基因上游部位的特異DNA序列，并與之結(jié)合后可啟動(dòng)AHR反應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，產(chǎn)生不同毒性效應(yīng)，同時(shí)未與配體結(jié)合的AHR位于細(xì)胞質(zhì)上[4]。目前，TCDD長(zhǎng)期低劑量暴露對(duì)人類健康的危害越來(lái)越受到關(guān)注，但TCDD通過(guò)AHR信號(hào)通路在不同組織器官中的作用機(jī)制很少系統(tǒng)地報(bào)道，因此，本文對(duì)TCDD在人體不同組織器官中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 TCDD對(duì)人表皮、毛囊和皮脂腺的作用

研究發(fā)現(xiàn)，AHR蛋白在人面部表皮、毛囊和皮脂腺及體外培養(yǎng)的HaCaT和SZ95人皮脂腺細(xì)胞中均有表達(dá)，但其表達(dá)具有組織特異性，如AHR蛋白在表皮棘層和顆粒層的表達(dá)均強(qiáng)于基底細(xì)胞層，而在皮脂腺小葉外周和中央的表達(dá)強(qiáng)于皮脂腺小葉中間，同時(shí)在毛囊外毛根鞘和近毛小皮細(xì)胞上的表達(dá)也強(qiáng)于內(nèi)毛根鞘細(xì)胞。另外，AHR蛋白在HaCaT及SZ95細(xì)胞的細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中均呈高表達(dá)[5-6]。然而在TCDD作用下，AHR蛋白在HaCaT和SZ95細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)明顯下降，并且AHR通路被激活[5，7-8]。體外和動(dòng)物研究均證實(shí)，TCDD具有加速角質(zhì)形成細(xì)胞終末分化，誘導(dǎo)皮脂腺和毛囊喪失其分化，從而使其向表皮加速分化的特點(diǎn)[9-10]，但AHR是否介導(dǎo)了TCDD對(duì)皮膚的毒性作用及其誘導(dǎo)表皮、毛囊和皮脂腺出現(xiàn)異常分化的具體機(jī)制仍有待研究。在TCDD的作用下，AHR蛋白在人表皮、毛囊及皮脂腺上均呈高表達(dá)，并在HaCaT和SZ95細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中均有表達(dá)，且表達(dá)水平均顯著下調(diào)，這些提示AHR在配體TCDD的作用下影響了人表皮、毛囊及皮脂腺的異常分化[11]。

TCDD-AHR復(fù)合體作為轉(zhuǎn)錄刺激因子調(diào)控多種細(xì)胞生長(zhǎng)的基因表達(dá)。研究表明，在TCDD作用HaCaT細(xì)胞時(shí)，AHR表達(dá)下調(diào)，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-α(transforming growth factor-α，TGF-α)表達(dá)上調(diào)，且兩基因表達(dá)量之間呈負(fù)相關(guān)[5，12]，由此可初步推測(cè)，AHR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑可能直接或間接調(diào)控TGF-α的基因表達(dá)，進(jìn)而引起細(xì)胞增殖等改變，但具體調(diào)控途徑尚不清楚，有待進(jìn)一步深入研究探討。

2 TCDD對(duì)胃的作用

胃癌是世界上發(fā)病率和致死率高的惡性腫瘤，其發(fā)生、發(fā)展是生活環(huán)境等多種因素相互作用的結(jié)果，如環(huán)境中的有害化學(xué)物質(zhì)TCDD的污染。TCDD主要作用于胃組織的AHR，通過(guò)AHR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與其他信號(hào)通路交叉發(fā)揮致癌作用[13]。研究發(fā)現(xiàn)，AHR不僅在胃癌上皮細(xì)胞中有表達(dá)[14]，在基質(zhì)細(xì)胞中也有表達(dá)[15]。在胃癌的發(fā)生過(guò)程中，高水平表達(dá)的AHR可能被外源性配體TCDD激活或處于持續(xù)激活狀態(tài)，AHR由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，從而調(diào)控相關(guān)靶基因的表達(dá)，促進(jìn)胃癌的發(fā)展。也有研究者發(fā)現(xiàn)，AHR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑可能通過(guò)c-Jun介導(dǎo)調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-9的表達(dá)促進(jìn)胃癌的侵襲和轉(zhuǎn)移[16]。MMP可降解胃基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)中的結(jié)構(gòu)蛋白。MMP是一類高度保守的依賴于鋅離子的蛋白內(nèi)切水解酶家族，MMP-9是MMP的重要成員，其表達(dá)與胃癌的生長(zhǎng)、血管形成、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移及預(yù)后密切相關(guān)。c-Jun是激活蛋白-1家族中重要的核轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，可使多種靶基因失調(diào)引起細(xì)胞惡化，也可與MMP-9的啟動(dòng)子區(qū)的結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，誘導(dǎo)MMP-9的表達(dá)并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移。AHR不僅可參與一系列外源代謝酶基因表達(dá)的調(diào)控，還可調(diào)控許多與外源化合物代謝無(wú)關(guān)的基因，如核轉(zhuǎn)錄基因c-Jun、多種細(xì)胞因子以及參與基質(zhì)重塑的基因等[17]，從而參與機(jī)體的正常發(fā)育和胃癌的發(fā)生、發(fā)展。

3 TCDD對(duì)肝臟的作用

有研究用TCDD染毒具有相同AHR表型的BALA/c、CBA/J和C3H/He3系小鼠，并用cDNA微陣列法分析肝臟基因表達(dá)的差異；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AHR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中不同基因的表達(dá)發(fā)生了變化；在肝臟中，I相反應(yīng)通過(guò)引入或脫去功能基團(tuán)使化合物極性升高，由微陣列分析發(fā)現(xiàn)，在TCDD染毒情況下，參與I相反應(yīng)的細(xì)胞色素P450超家族(cytochrome P450 proteins，CYP)的酶類以及一些結(jié)合蛋白在3系小鼠中均被顯著誘導(dǎo)[18]，提示這些CYP基因的調(diào)節(jié)可能均依賴于化學(xué)物對(duì)AHR的親和性。不但I(xiàn)相反應(yīng)的代謝產(chǎn)物可形成致癌物質(zhì)，而且機(jī)體的Ⅱ相反應(yīng)也可通過(guò)內(nèi)源性物質(zhì)與I相反應(yīng)產(chǎn)物形成的新功能基團(tuán)結(jié)合[19]。由此可知，TCDD誘導(dǎo)的毒性反應(yīng)不僅與AHR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、機(jī)體I相反應(yīng)有關(guān)，還與機(jī)體Ⅱ相反應(yīng)有關(guān)。如TCDD染毒BALA/c、C3H/He和CBA/J小鼠后，AHR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與Ⅱ相反應(yīng)的酶谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(glutathione s-transferase，GST)在BALA/c小鼠中的表達(dá)顯著提高，可能提示BALA/c小鼠對(duì)TCDD的毒性反應(yīng)抗性較C3H/He和CBA/J小鼠更高，GST可能作為T(mén)CDD抗性的生物標(biāo)志的候補(bǔ)基因[20-21]。

4 TCDD對(duì)肺的作用

TCDD是一類毒性極強(qiáng)的化合物，其致癌機(jī)制尚未闡明，AHR是TCDD毒性作用的靶點(diǎn)，AHR被激活后可誘導(dǎo)一系列基因的表達(dá)，在肺癌的發(fā)生過(guò)程中發(fā)揮重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，TCDD染毒成功制備了Sprague Dawley大鼠肺癌模型，并發(fā)現(xiàn)大鼠肺癌發(fā)生、發(fā)展過(guò)程為：正常支氣管上皮組織增生異常時(shí)可導(dǎo)致異型增生；異型增生是導(dǎo)致上皮組織形態(tài)和機(jī)能上呈異型性表現(xiàn)的增生性病變，可導(dǎo)致原位癌發(fā)生，原位癌如不治療，又可發(fā)展成浸潤(rùn)性癌，且在肺組織癌變過(guò)程中，AHR和CYPIA1的表達(dá)逐漸升高，同時(shí)也證明了TCDD既是致癌劑又是促癌劑的事實(shí)[22-23]。

5 TCDD對(duì)腎臟的作用

研究發(fā)現(xiàn)，TCDD激活A(yù)HR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可顯著改善腎缺血再灌注損傷(ischemia reperfusion injury，IRI)小鼠的腎功能，其機(jī)制可能與TCDD選擇性誘導(dǎo)腎調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory cells，Treg)亞群的擴(kuò)增有關(guān)[24]。而TCDD激活A(yù)HR誘導(dǎo)Treg細(xì)胞擴(kuò)增涉及多種機(jī)制，AHR可通過(guò)結(jié)合不同的配體，向不同方向調(diào)節(jié)Treg細(xì)胞/輔助性T細(xì)胞(helper T，Th)17的平衡，其中TGF-β的作用極其重要，有證據(jù)顯示，Treg細(xì)胞TGF-β受體突變可導(dǎo)致TCDD的作用喪失[25]。Th1和Th17型CD4+細(xì)胞對(duì)多個(gè)器官均有致病能力，而Treg細(xì)胞具有強(qiáng)大的負(fù)免疫調(diào)節(jié)能力，可與Th1和Th17等細(xì)胞的致病作用相拮抗，因此，擴(kuò)增Treg細(xì)胞有望成為治療腎IRI的重要途徑之一[26]。由此可見(jiàn)，TCDD可以抑制腎IRI，減輕其病變損傷程度，其作用機(jī)制是TCDD通過(guò)與AHR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路結(jié)合，擴(kuò)增模型動(dòng)物外周血和脾Treg細(xì)胞亞群，對(duì)抗致病性免疫因素，從而對(duì)IRI器官發(fā)揮保護(hù)作用，但其詳細(xì)的作用機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

6 TCDD對(duì)卵巢的作用

AHR可介導(dǎo)多種生理功能，在卵巢的正常發(fā)育、異常增生甚至癌變等方面起重要作用，可被外源性和內(nèi)源性配體激活。外源性配體TCDD可使AHR在人類卵巢癌中高表達(dá)并可刺激卵巢癌細(xì)胞系CAOV-3的增殖。有研究表明，AHR信號(hào)通路參與卵巢癌細(xì)胞生長(zhǎng)的調(diào)控，在缺少外源性配體時(shí)可通過(guò)抑制TGF-β的產(chǎn)生來(lái)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)；長(zhǎng)期暴露在TCDD下可激活A(yù)HR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路并抑制細(xì)胞生長(zhǎng)，其途徑可能是通過(guò)影響TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)或是誘導(dǎo)p27等，也可能是活化的AHR與視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤抑制蛋白結(jié)合后，置換轉(zhuǎn)錄因子E2F啟動(dòng)子上的p300，從而抑制細(xì)胞生長(zhǎng)[27-28]。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，AHR被外源性配體如TCDD激活后，一方面活化的AHR與雌激素受體(estrogen receptor，ER)相互交叉發(fā)揮作用，另一方面活化的AHR將ER和雄激素受體(androgen receptor，AR)募集到CUL4B蛋白與AHR復(fù)合物中或自身的靶基因上，前者可起泛素E3連接酶的作用，促進(jìn)ER的降解；后者可使ER和AR對(duì)雌激素的應(yīng)答減弱，進(jìn)而抑制雌激素誘導(dǎo)的c-fos的轉(zhuǎn)錄以及p27、乳腺癌患者腫瘤易感基因1(breast and orarian cancer susceptibility gene l,BRCA1)等相關(guān)基因的下調(diào)，造成卵巢功能障礙[29-31]

7 TCDD對(duì)子宮內(nèi)膜的作用

子宮內(nèi)膜異位癥(endometriosis，EMT)是指有活性的內(nèi)膜細(xì)胞種植在子宮內(nèi)膜以外的位置而形成的一種女性常見(jiàn)婦科疾病，其發(fā)病機(jī)制至今仍不甚清楚。但近年來(lái)，越來(lái)越多學(xué)者發(fā)現(xiàn)，EMT發(fā)病率的增高與環(huán)境污染物二噁英類化合物升高有關(guān)。EMT是一類雌激素依賴性疾病，而二噁英是典型的內(nèi)分泌干擾物和免疫毒素，可通過(guò)AHR與甾體激素受體的相互作用，以種屬和組織器官特異性的方式改變雌激素的合成或代謝過(guò)程。有研究表明，TCDD的內(nèi)分泌毒性和免疫毒性是AHR依賴性介導(dǎo)的，推測(cè)TCDD可通過(guò)AHR信號(hào)途徑的激活影響異生物素代謝酶基因的表達(dá)，改變雌激素合成或代謝過(guò)程，誘導(dǎo)前炎性因子或細(xì)胞因子的異常表達(dá)等多個(gè)環(huán)節(jié)參與EMT的致病[32-33]。如果妊娠期暴露于TCDD，TCDD可能在孕體組織器官蓄積，并通過(guò)AHR抑制子宮內(nèi)膜上ER-Q蛋白的表達(dá)，也可通過(guò)ER信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路影響雌激素的合成和代謝，改變雌激素調(diào)控的基因表達(dá)[34-35]。TCDD還可抑制黃體酮受體(progesterone receptor，PR)的表達(dá)，影響孕激素在分泌期對(duì)子宮內(nèi)膜的分化作用[36]。此外，TCDD可能通過(guò)AHR直接或間接改變PR的表達(dá)，降低子宮內(nèi)膜組織對(duì)孕激素的反應(yīng)性和對(duì)MMP的調(diào)控作用，從而增加子宮內(nèi)膜在異位的種植和侵襲力，促進(jìn)異位灶的形成[37-38]。

綜上所述，TCDD具有皮膚毒性、生殖毒性、胎盤(pán)毒性，甚至對(duì)各種組織器官有致癌作用，而作為T(mén)CDD的配體，AHR可介導(dǎo)外源性化學(xué)物或物理因素的刺激并影響細(xì)胞內(nèi)相關(guān)基因及相關(guān)信號(hào)通路基因的表達(dá)，從而影響免疫系統(tǒng)、干擾內(nèi)分泌和誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生等。TCDD主要通過(guò)誘導(dǎo)AHR基因表達(dá)，改變蛋白質(zhì)功能及酶活性來(lái)發(fā)揮作用。然而，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同種屬、不同品系的動(dòng)物對(duì)TCDD毒性的易感性有著質(zhì)和量的差異，且TCDD作用于不同組織、器官時(shí)，AHR的作用機(jī)制也不完全相同。因而，在研究TCDD的作用機(jī)制時(shí)，大多數(shù)研究集中于AHR的結(jié)構(gòu)、功能和化學(xué)物對(duì)AHR的親和性?，F(xiàn)實(shí)生活中，人類由于各種原因長(zhǎng)期低劑量暴露于TCDD的環(huán)境中，由于TCDD具有親脂性和持久性的特征，可通過(guò)食物鏈在動(dòng)物和人體各組織器官中蓄積，對(duì)人類的生長(zhǎng)、發(fā)育及疾病的產(chǎn)生造成較大的影響。本文總結(jié)了TCDD通過(guò)AHR作用于不同組織器官的機(jī)制，但其具體機(jī)制仍不甚明確，有待進(jìn)一步深入研究。