芳香烴及其受體在頭頸部腫瘤中的研究進展△

酈遠東 滕堯樹 單金蘭 李勇

(1.浙江中醫(yī)藥大學第四臨床醫(yī)學院 杭州 310053；2.浙江省杭州市第一人民醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科 杭州 310006；3.浙江大學醫(yī)學院附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院外科 杭州 310006)

頭頸部腫瘤在人類惡性腫瘤中約占4%，主要發(fā)生在口腔、鼻咽、口咽、喉咽、喉部、鼻腔鼻竇以及頭頸部腺體中。大部分頭頸部腫瘤通常采用臨床綜合治療，主要包括手術(shù)、放化療和免疫治療[1]。由于頭頸部解剖結(jié)構(gòu)復雜，且功能調(diào)節(jié)精細，故僅有少部分頭頸部腫瘤患者能夠完全恢復其原有的功能，這使得對其發(fā)病機制研究成為目前的一項熱點[2]。多環(huán)芳香烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是一類常見且廣泛存在的環(huán)境致癌物質(zhì)，而芳香烴受體(aryl hydrocarbon receptor, AHR)被認為是其致癌機制中的一個重要環(huán)節(jié)。近年來，越來越多研究表明，PAHs、AHR及其相關(guān)信號通路在腫瘤細胞增殖、分化和侵襲等方面發(fā)揮重要作用[3-5]。本文就PAHs及其受體在頭頸部腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用做一綜述，以期為頭頸部腫瘤的發(fā)病機制研究及臨床診治提供理論指導。

1 芳香烴及其受體的生物學作用

PAHs是植被、化石燃料以及石油產(chǎn)品等有機物不完全燃燒時所帶來的環(huán)境污染物，其化學組成主要包括2個或2個以上的稠環(huán)芳香烴。PAHs是最早被認識的化學致癌物質(zhì)之一，其接觸途徑主要有食物、煙草、職業(yè)暴露以及空氣污染，其中煙草被認為是主要來源。PAHs可轉(zhuǎn)化為二醇環(huán)氧物，與DNA分子的結(jié)合以及所引起的相應(yīng)效應(yīng)被認為是PAHs誘導致癌過程的主要機制，而其中PAHs介導的AHR激活在癌癥發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用[6]。

AHR又稱二口惡英受體，是一種配體激活的轉(zhuǎn)錄因子，屬于堿性螺旋-環(huán)-螺旋超家族中的PAS(period[Per]-aryl hydrocarbon[Ah]receptor nuclear translocator[ARNT]- single minded[Sim])家族成員，參與介導PAHs等環(huán)境污染物的毒性反應(yīng)以及許多重要的生物學過程。AHR可被許多內(nèi)源性或外源性配體所激活，其中內(nèi)源性配體包括花生四烯酸、血紅蛋白和色氨酸等，外源性配體包括PAHs、多氯聯(lián)苯和鹵代二英等[7]。靜息狀態(tài)下，AHR與熱休克蛋白90等結(jié)合形成多蛋白復合體，而在內(nèi)/外源性配體的激活下，AHR進入細胞核與核內(nèi)核轉(zhuǎn)運蛋白形成二聚體，引起一系列生物學效應(yīng)[8-9]。

大量動物研究已證實，AHR與腫瘤的發(fā)病密切相關(guān)。AHR被激活后，其下游的一系列酶促反應(yīng)相應(yīng)啟動，如細胞色素代謝酶(CYP1A1、CYP1A2和CYP1B1)、Ⅱ相代謝酶(葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶) 等。酶促反應(yīng)將增加污染物的毒性，并引起DNA的突變，從而誘導癌變過程[3,10]。此外，在AHR配體的刺激下，AHR抑制了p53、BRCA1等抑癌基因在體內(nèi)的表達[11-12]。近年來有文獻報道認為，AHR亦參與了腫瘤干細胞特性的維持，其可通過直接作用于干性基因(如ABCG2基因)的啟動子區(qū)域來保持腫瘤細胞的干性和促進腫瘤的轉(zhuǎn)移[13]。

動物及人類研究發(fā)現(xiàn)，AHR參與許多細胞信號通路表達的調(diào)控。AHR激活能引起原有細胞周期紊亂，其中包括細胞凋亡通路的抑制，從而促進腫瘤生長[14]。另有報道稱，AHR 可作為一種免疫抑制因子，協(xié)助某些腫瘤細胞逃避機體免疫細胞的識別過程，從而促進腫瘤的生長[15]。AHR的激活也可降低細胞間的相互聯(lián)系，以及改變細胞內(nèi)外基質(zhì)代謝及交互作用，進而使得細胞增殖、分化以及活動能力破壞，這正是腫瘤病理生理中重要的一環(huán)[16-17]。此外，AHR亦參與了腫瘤細胞的血管生成以及炎癥反應(yīng)。AHR基因敲除可以明顯抑制小鼠血管生成，進而減弱腫瘤細胞的侵襲性[18]。亦有文獻報道，在肝臟以及盲腸模型中，AHR敲除小鼠可促進炎癥反應(yīng)以及腫瘤細胞的生長[19-20]。由此可見，AHR在不同腫瘤細胞中所起作用不盡相同，其介導的抑癌或是促癌效應(yīng)可能是內(nèi)源及外源性因素共同影響的結(jié)果，故在評判其生物學效應(yīng)時需考慮到AHR參與信號通路的復雜性以及多樣性。

2 芳香烴及其受體在頭頸部腫瘤發(fā)病機制中的地位

PAHs是目前公認的環(huán)境中存在的人類致癌物。PAHs暴露的致癌性已在大量文獻中有所報道，其中主要包括肺癌、膀胱癌、乳腺癌、胰腺癌以及前列腺癌，而在頭頸部腫瘤中鮮有報道[21]。

AHR參與許多細胞信號通路表達的調(diào)控，其激活在腫瘤生長中起到重要作用。在頭頸部鱗狀細胞癌發(fā)生、發(fā)展過程中，白細胞介素-6(interleukin-6，IL-6)的表達可增加腫瘤細胞的侵襲性和復發(fā)率，從而影響患者預后[22]。配體激活的AHR在腫瘤細胞中參與并誘導IL-6的表達，而抑制AHR的表達，可降低IL-1β調(diào)控的IL-6轉(zhuǎn)錄及分泌，進而降低頭頸部腫瘤細胞中IL-6介導的促生長以及抗凋亡效應(yīng)[5]。除了IL-6等炎癥因子外，生長因子、雙調(diào)蛋白 (AREG)、上皮調(diào)節(jié)蛋白 (EREG) 以及血小板源性生長因子A(PDGFA)同樣在頭頸部腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移性上起到重要作用，AHR的激活將引起這類生長因子的異常表達，從而增加頭頸部腫瘤的侵襲能力[23]。另有研究[24]發(fā)現(xiàn)，AHR拮抗劑可降低頭頸部腫瘤細胞侵襲及轉(zhuǎn)移能力，并可抑制苯并芘誘導的化療抑制蛋白(ABCG2蛋白)的生成。由此可見，AHR拮抗劑有望成為一種耐受性強，且優(yōu)于現(xiàn)有化療方案的新型治療藥物。

2.1 PAHs、AHR與鼻咽部腫瘤 環(huán)境污染物以及吸煙在鼻咽部腫瘤發(fā)生、發(fā)展中起關(guān)鍵作用，而PAHs作為這兩者的主要成分之一，有關(guān)其與鼻咽部腫瘤關(guān)系的研究相對較少。大量的研究已報道了多種代表性PAHs，如苯并(a)芘(BaP) 和1-硝基芘(1-NP) 在眾多細胞中起到致癌及誘變效應(yīng)[25]。

鼻咽部惡性腫瘤中以鼻咽癌較為常見，其常見的原因包括病毒感染、環(huán)境以及遺傳等。一些環(huán)境污染物的職業(yè)暴露將導致鼻咽部的慢性炎癥，進而促進鼻咽癌的發(fā)生。這些污染物包括甲醛、木材灰、煙霧以及化學物[26]。吸煙同樣被認為是鼻咽癌的一項危險因素，尤其是分化良好的鼻咽癌，對未分化或是未角化鼻咽癌的作用仍存在一定爭議[27]。人體在接觸環(huán)境污染物或煙草后，PAHs可促進大量AHR配體激活，如苯并芘及2,3,7,8-四氯二苯并二口惡英(TCCD)等。而AHR亦參與許多細胞信號通路表達的調(diào)控，并在腫瘤生長中起到重要作用[28]。有研究[24,28]證實AHR表達可促進頭頸部鱗狀細胞癌的形成并增加其侵襲能力。鼻咽癌中大多組織類型為鱗狀細胞癌，但目前為止，AHR參與鼻咽部腫瘤發(fā)病的研究尚未見報道。未來將更多研究PAHs與鼻咽部腫瘤的關(guān)系。

2.2 PAHs、AHR與喉腫瘤 一項大樣本研究顯示，目前在吸煙的男性人群中，發(fā)生喉癌的風險比(ralative risk,RR)是非吸煙人群的4.65倍，因喉癌死亡的RR是非吸煙人群的4.5倍[29]。盡管在這類研究中并未證實煙草中的PAHs與喉癌發(fā)生有關(guān)；但近來有研究通過回顧性的問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，PAHs亦是喉癌的主要危險因素之一。PAHs暴露的致癌性在經(jīng)另外2項危險因素吸煙和飲酒對比后得到證實，并且隨著暴露劑量的增加危險程度相應(yīng)增加[4]。

隨后有研究為了明確AHR以及AHR相關(guān)基因(AHR,AHRR,CYP1A1,CYP1A2,CYP1B1,NQO1,GSTA1,ALDH3A1 和UGT1A)在喉癌細胞株中的表達情況，將萘黃酮分別作用于人肝癌細胞株以及13種人喉鱗狀細胞癌細胞株，并激活AHR及AHR相關(guān)基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AHR及相關(guān)基因表達在不同個體之間存在較大的差異性。此外，AHR配體誘導的相關(guān)基因CYP1A1可明顯增加DNA甲基化，進而證實AHR在人喉鱗狀細胞癌發(fā)生、發(fā)展中的重要作用[30]。如上文所述，AHR介導的致癌性正是通過激活毒物代謝酶導致細胞DNA損傷所引起。未來的研究將更多關(guān)注PAHs以及AHR在喉癌發(fā)生中的其他機制。

2.3 PAHs、AHR與甲狀腺腫瘤 目前PAHs與甲狀腺腫瘤的關(guān)系仍不明確。有趣的是，既往大量文獻證實吸煙可降低甲狀腺腫瘤的發(fā)生率[31]。同樣，亦有文獻報道，在煤礦產(chǎn)業(yè)等環(huán)境污染較為嚴重的環(huán)境中工作，可大大提高甲狀腺癌的發(fā)生以及死亡率[32]。吸煙或是職業(yè)暴露導致甲狀腺腫瘤發(fā)生率的改變的具體機制仍不明確，其中是否有PAHs的參與亦不明確。

近來有研究發(fā)現(xiàn)，在肢端肥大患者中，BRAF基因變異以及AHR過度表達的患者易并發(fā)分化型甲狀腺癌[33]。該研究通過對113例肢端肥大患者檢查發(fā)現(xiàn)，12例罹患分化型甲狀腺癌。而GH/IGF-1水平與伴或不伴分化型甲狀腺癌無關(guān)，亦無RAS突變被發(fā)現(xiàn)，但在分化型甲狀腺癌患者中AHR表達及BRAF基因變異情況則明顯較高，這提醒相關(guān)研究者在未來研究中應(yīng)更多地關(guān)注AHR表達及BRAF基因的重要性。

2.4 PAHs、AHR與口腔頜面部腫瘤 吸煙是口腔癌最主要的致病因素。其中煙草中的PAHs以及煙草特異性亞硝胺被認為是誘導口腔癌形成的主要危險因素[34]。DB[a,l]P 是環(huán)境中一類具有強致癌效應(yīng)的PAHs同類物。盡管其在環(huán)境污染物以及煙草中含量較低，但在動物模型中有著較強的致癌性[35]。近來有研究證實DB[a,l]P可誘導口腔鱗狀細胞癌的形成，其潛在機制與p53過度表達以及基因突變導致的二醇環(huán)氧化物形成有關(guān)[36]。未來更多的研究將集中于PAHs誘導口腔癌的發(fā)生機制。

AHR參與了細胞增殖周期的調(diào)控，機制包括降低Rb蛋白的磷酸化。有文獻[37]發(fā)現(xiàn)，AHR受體激動劑黃苓素可使口腔癌細胞內(nèi)AHR激活和細胞周期蛋白D1降解，降低Rb蛋白磷酸化，進而抑制細胞周期G1期，以發(fā)揮抗口腔癌的作用。此外，AHR轉(zhuǎn)錄因子ARNT2在腫瘤生長中亦起著重要的作用，ARNT2高表達往往提示癌癥患者具有較好的預后及較長的生存時間。在口腔鱗狀細胞癌中，ARNT2過度表達可降低缺氧誘導因子(HIF1-α)的表達，使葡萄糖載體1失活，從而抑制口腔癌細胞的生長[38]。而隨后文獻通過不同AHR模型，如AHR原型、環(huán)境或是病毒性AHR配體、AHR抑制劑，對2種口腔鱗狀細胞癌處理，發(fā)現(xiàn)與正常組織相比，口腔鱗狀細胞癌中AHR的核表達水平相對較高。外源性配體(如PAHs)誘導的AHR激活可導致細胞遷移加速，而AHR抑制或是基因敲除可抑制細胞遷移、腫瘤生長以及化療抵抗[28]。

在腮腺腫瘤中，關(guān)于AHR的研究較少。有研究發(fā)現(xiàn)，AHR在人類多形性腺瘤間葉細胞中表達程度較高，且與正常腮腺組織相比，多形性腺瘤內(nèi)AHR、ARNT、AHR抑制子(AHRR)以及AHR控制基因在mRNA表達水平上均有顯著升高。體外實驗發(fā)現(xiàn)，人腮腺癌細胞株AHRR有較高的表達水平，其在四氯二苯并二口惡英的刺激下，細胞內(nèi)AHRR表達水平顯著減低。這說明不管在體內(nèi)或是體外實驗中，AHR及其通路在腮腺腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起到重要的作用[39]。

3 總結(jié)及展望

PAHs是環(huán)境中廣泛存在的致癌物之一，而AHR是其關(guān)鍵的作用靶點，參與了機體內(nèi)眾多的生理、病理活動，其中包括頭頸部腫瘤的形成。盡管目前關(guān)于PAHs及其受體AHR在頭頸部腫瘤發(fā)生、發(fā)展方面的研究相對較少，但其致癌作用及其調(diào)控機制正日益受到關(guān)注，尤其是在環(huán)境污染不斷加重的今天。隨著近年來分子生物學技術(shù)的不斷發(fā)展，如蛋白組學技術(shù)、表觀遺傳學技術(shù)等，將更有助于深入認識PAHs及其受體AHR在頭頸部腫瘤發(fā)病中的作用及其分子機制，也將為頭頸部腫瘤的預防及基因治療提供新的思路。