NF-κB在空氣污染肺癌中的研究進(jìn)展

沈俊廷 雷玉潔

昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院胸外一科，云南昆明 650000

肺癌是導(dǎo)致全球男性癌癥患者死亡的主要原因，女性癌癥患者死亡的第二大原因。據(jù)國(guó)際癌癥研究中心（International Agency for Research on Cancer，IARC）的數(shù)據(jù)報(bào)告，2018年全球新增肺癌病例209.4 萬(wàn)，死亡176.1 萬(wàn)，其發(fā)病率及死亡率分別占全部癌癥的11.6%和18.4%[1]。人類的健康與生活環(huán)境息息相關(guān)，各種自然或人為活動(dòng)產(chǎn)生的致癌物釋放到環(huán)境中，均可能對(duì)人類的健康造成有害影響?？諝庵谐Ｒ?jiàn)的致癌物，如：細(xì)微顆粒物（particulate matter，PM）、二氧化硅（SiO2）、氮氧化合物（NOx）和多環(huán)芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）等，均可對(duì)呼吸系統(tǒng)造成不同程度的損害。機(jī)體長(zhǎng)期處于污染環(huán)境下，可引起慢性炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞氧化損傷[2]。核轉(zhuǎn)錄因子（nuclear factor-kappa B，NF-κB）是一種控制DNA 轉(zhuǎn)錄的蛋白復(fù)合體，其在炎癥反應(yīng)、免疫調(diào)節(jié)、基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化及腫瘤增殖等生物學(xué)活動(dòng)中都具有至關(guān)重要作用[3]。本文將對(duì)NF-κB在空氣污染相關(guān)肺癌中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 空氣致癌物與肺癌

人類活動(dòng)是造成環(huán)境污染的主要原因之一，工業(yè)生產(chǎn)及交通運(yùn)輸?shù)壬鐣?huì)行為通常伴隨著大量有害物質(zhì)的產(chǎn)生及排放，如：PM、石棉（主要成分為納米級(jí)SiO2）、NOx、PAHs、二氧化硫（SO2）、甲醛（CH2O）等。流行病學(xué)研究指出，空氣污染可對(duì)人類呼吸及心血管系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響[4]。

根據(jù)2002年世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）估計(jì)，空氣污染中的PM 每年可導(dǎo)致大約80 萬(wàn)人死亡。相關(guān)研究表明[5]，10 μg/m3的PM2.5相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)比（relative risks，RR）為1.14～3.40，而相同濃度的SO2及NOx 的RR 分別為1.00～4.20、1.11～2.70。另一項(xiàng)研究結(jié)果顯示[6]，2010年7%的氣管、支氣管惡性腫瘤是由于PM2.5所致。因此，室外空氣污染也被IARC 列為Ⅰ類致癌物。

吸煙是公認(rèn)的肺癌致病因素之一，但亞洲非吸煙女性的肺癌發(fā)病率卻正在逐年增加。在我國(guó)云南省的宣威地區(qū)，當(dāng)?shù)嘏詭缀醪晃鼰?，但女性肺癌的發(fā)病率及死亡率卻始終高于全國(guó)平均水平。其原因是當(dāng)?shù)厝巳荷钪衅毡槭褂萌济哼M(jìn)行烹飪、取暖及照明等，釋放出高濃度的致癌物質(zhì)造成室內(nèi)外空氣污染。已有研究證實(shí)，宣威地區(qū)女性肺癌高發(fā)與室內(nèi)煤燃燒產(chǎn)生的多環(huán)芳烴等污染物有關(guān)[7]，因此，宣威地區(qū)肺癌是研究室內(nèi)外空氣污染與肺癌發(fā)生發(fā)展的理想模型。然而，由于空氣中致癌物種類繁多、作用機(jī)制復(fù)雜等多種原因，空氣污染物的致癌機(jī)制尚未完全清楚。因此，探討空氣污染導(dǎo)致肺癌發(fā)生發(fā)發(fā)展的分子機(jī)制非常重要。

2 NF-κB

1986年Sen 等發(fā)現(xiàn)了一種能與活化的B 細(xì)胞中Kappa 輕鏈基因增強(qiáng)子結(jié)合的蛋白質(zhì)，并將其命名為NF-κB。NF-κB 幾乎在所有細(xì)胞中均有表達(dá)，且在調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能中起至關(guān)重要的作用。NF-κB 轉(zhuǎn)錄因子共有五個(gè)家族成員：NF-κB1、NF-κB2、RelA、RelB、c-Rel[8]。其中，NF-κB1 包括p50 及其前體p105，NFκB2 包括p52 及其前體p100。由于這兩個(gè)蛋白不包含反式激活結(jié)構(gòu)域（transactivation domains，TADs），因此其可以在與DNA 結(jié)合時(shí)抑制轉(zhuǎn)錄。Rel A、Rel B 和c-Rel 均具有成熟的TADs，其中RelA 可調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答，并與肺癌在內(nèi)的多種癌癥的發(fā)生有關(guān)[9]。上述五種蛋白可形成多種二聚體，不同的NF-κB 二聚體對(duì)DNA 序列具有不同的調(diào)節(jié)作用，增加了轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)的復(fù)雜性及多樣性。

NF-κB 大多時(shí)間且存在于細(xì)胞質(zhì)中并處于非活化狀態(tài)，需遷移到細(xì)胞核并與DNA 結(jié)合才能發(fā)揮其作用。目前研究發(fā)現(xiàn)，有經(jīng)典途徑和替代途徑兩種方式可激活NF-κB 信號(hào)通路。在經(jīng)典途徑中，IKKα、IKKβ 和IKKγ 亞基可形成三聚體IκB 激酶（IκB kinase，IKK），IκB 激酶特異性磷酸化IκB 蛋白，并導(dǎo)致其降解[10]。該通路的激活可導(dǎo)致NF-κB 二聚體在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)間轉(zhuǎn)運(yùn)，使其進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)誘導(dǎo)基因表達(dá)。而替代途徑則通過(guò)IKKα 的二聚體磷酸化p100，進(jìn)而導(dǎo)致蛋白酶對(duì)p52 的修飾，新生成的p52 與RelB 則存在于胞質(zhì)中[11]。研究表明[12]，經(jīng)典途徑通常具有促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展和抗凋亡的作用，而替代途徑的作用則可能與此相反。

3 空氣致癌物與NF-κB

空氣污染嚴(yán)重影響著人類身體健康，空氣污染已被IARC 列為I 類致癌物?？諝庵掳┪锟芍苯踊蜷g接激活NF-κB 通路，導(dǎo)致肺癌的發(fā)生發(fā)展。

3.1 PM 與NF-κB

PM 是指懸浮于大氣中的固體或液體細(xì)微顆粒物，燃油、燃煤使用、火山爆發(fā)、火災(zāi)等人為活動(dòng)或自然災(zāi)害均可產(chǎn)生PM。由于不同地區(qū)生活生產(chǎn)習(xí)慣各不相同，不同地區(qū)的PM 類型可能大相徑庭。根據(jù)其大小可將PM 分為PM10、PM2.5、PM1等，PM 的大小決定了其在肺部的沉積位置，進(jìn)而對(duì)人體造成不同影響。PM10可撞擊并沉積于上呼吸道；PM2.5則通過(guò)沉積和布朗擴(kuò)散聚集于肺組織，尤其是肺泡中；PM1則可通過(guò)全身循環(huán)從肺中轉(zhuǎn)移到肝、脾、心或腦[13]。PM 在肺部聚集后，可穿透黏液層或被吞噬，進(jìn)而產(chǎn)生局部損傷。在PM 被巨噬細(xì)胞吞噬后，可通過(guò)活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生以及細(xì)胞因子的釋放，對(duì)整個(gè)呼吸器官造成損傷，增加細(xì)胞通透性，降低黏液纖毛活性。

ROS 的主要成分是過(guò)氧化氫（H2O2）以及羥基自由基（HO·）。長(zhǎng)期暴露于PM2.5或PM1中可引起ROS 介導(dǎo)的氧化應(yīng)激，改變肺上皮細(xì)胞的通透性。PM2.5可以產(chǎn)生過(guò)氧化物，如：H2O2。而H2O2是肺組織中的主要自由基，其能通過(guò)氧化應(yīng)激導(dǎo)致細(xì)胞損傷[14]。研究表明[15]，氧化應(yīng)激可調(diào)節(jié)NF-κB 轉(zhuǎn)錄，刺激炎性細(xì)胞因子合成。ROS 作為中間信號(hào)分子，可以激活NF-κB、酪氨酸激酶受體、MAP 激酶和STAT-1 等信號(hào)通路，并進(jìn)一步激活炎癥相關(guān)分子的轉(zhuǎn)錄和基因表達(dá)，如腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）等。氧化應(yīng)激可對(duì)肺組織DNA 造成損傷，導(dǎo)致肺癌的發(fā)生發(fā)展。

3.2 納米級(jí)SiO2 與NF-κB

石棉在部分地區(qū)被廣泛使用，而納米級(jí)SiO2是石棉的主要成分。大部分納米級(jí)SiO2通過(guò)呼吸系統(tǒng)進(jìn)入機(jī)體后沉積于肺部，被吞噬細(xì)胞、Ⅱ型肺泡細(xì)胞所吞噬，但由于納米級(jí)SiO2獨(dú)特的物理性質(zhì)難以被吸收，長(zhǎng)期以次級(jí)溶酶體的形式存在于機(jī)體中。納米級(jí)SiO2長(zhǎng)期聚集于肺部引起的慢性炎癥及細(xì)胞毒性可導(dǎo)致細(xì)胞活性降低。此外，部分進(jìn)入細(xì)胞核的納米級(jí)SiO2還可引起拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ和蛋白質(zhì)異常，并進(jìn)一步導(dǎo)致DNA 復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和細(xì)胞增殖等細(xì)胞功能異常。通常納米級(jí)SiO2顆粒中含有少許的金屬雜質(zhì)，在含鐵的情況下，納米級(jí)SiO2顆粒表面可發(fā)生Fenton反應(yīng)（Fe2++H2O2→Fe3++OH-+HO·）[16]。此反應(yīng)生成的HO·是ROS 的主要成分，在氧化應(yīng)激的作用下，NFκB 通路被異常激活?？梢?jiàn)，納米級(jí)SiO2一方面通過(guò)直接作用造成肺泡Ⅱ型細(xì)胞損傷，引起慢性炎癥；另一方面納米級(jí)SiO2顆粒表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的HO·與炎癥因子共同構(gòu)成腫瘤微環(huán)境導(dǎo)致NF-κB 的信號(hào)激活，在肺癌的發(fā)生發(fā)展中起到一定促進(jìn)作用[17]。

3.3 PAHs 與NF-κB

PAHs 是一類常見(jiàn)的環(huán)境致癌物，主要是由燃煤、石油及天然氣等礦物燃料不完全燃燒形成的。PAHs可通芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor，AhR）在人類和野生動(dòng)植物中引起多種毒性反應(yīng)。AhR 可對(duì)細(xì)胞的正常生理功能造成免疫抑制、胸腺退化、過(guò)度角化和致癌等多種負(fù)面影響[18]?；蚓幋a細(xì)胞色素P4501A1（cytochrome P450 family 1 subfamily A member 1，CYP1A1）是多環(huán)芳烴類致癌物的主要酶類。被激活的CYP1A1 能將環(huán)境中包括PAHs 在內(nèi)的多種污染物轉(zhuǎn)化為細(xì)胞毒素或其他致癌物質(zhì)，從而增加肺癌發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。AhR 可進(jìn)入CYP1A1 細(xì)胞核中，通過(guò)誘導(dǎo)CYP1A1 表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)基因調(diào)控，并與包含XRE序列的啟動(dòng)子結(jié)合，改變由該啟動(dòng)子所控制的基因表達(dá)[19]。AhR 和NF-κB 信號(hào)通路可通過(guò)物理聯(lián)系和功能調(diào)節(jié)相互作用。當(dāng)處于未激活狀態(tài)時(shí)，熱休克蛋白90（90-kDa heat shock protein，Hsp90）與AhR 結(jié)合，IκB 與RelA 結(jié)合，兩者分別存在于細(xì)胞質(zhì)中，并通過(guò)不同的調(diào)節(jié)機(jī)制保持獨(dú)立，此種區(qū)域化可作為一種調(diào)控機(jī)制來(lái)維持細(xì)胞信號(hào)傳遞的有序性。而當(dāng)AhR 和NF-κB 家族成員在受到各自的激活信號(hào)刺激時(shí)，可引起Hsp90 和IκBs 分別從AhR 和RelA 中分離。由于AhR 和RelA 蛋白具有同源關(guān)聯(lián)能力，AhR 和RelA 可在體內(nèi)相互結(jié)合，形成AhR-RelA 復(fù)合物，正向調(diào)節(jié)NF-κB 活性，上調(diào)人肺組織細(xì)胞中白介素-6（IL-6）的表達(dá)?？梢?jiàn)，AhR 和RelA 之間的聯(lián)系為PAHs毒性反應(yīng)的機(jī)制提供了合理的解釋，AhR 與NF-κB之間的相互作用是PAHs 致病的重要機(jī)制之一。研究表明，干擾AhR 表達(dá)可明顯降低人非小細(xì)胞肺癌（nonsmall cell lung cancer，NSCLC）細(xì)胞（H1355 細(xì)胞株）的NF-κB 活性以及IL-6 表達(dá)[20]。

3.4 二氧化氮（nitrogen dioxide，NO2）與NF-κB

NO2作為燃燒的副產(chǎn)品，是一種存在于環(huán)境中的有害氣體。除了外源性NO2外，炎癥細(xì)胞活動(dòng)時(shí)也可產(chǎn)生內(nèi)源性NO2。大量NO2聚集可引起強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)，包括趨化作用、炎性細(xì)胞因子表達(dá)增加等，引起以氣道上皮增厚和血管周圍病變?yōu)樘卣鞯慕M織損傷[21]。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明[22]，這種炎癥是由氣道上皮NF-κB的活性介導(dǎo)的，將小鼠持續(xù)暴露于NO2中，前6 h 即可在氣道上皮細(xì)胞的細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)RelA，而具有NF-κB 激活缺陷的小鼠炎癥反應(yīng)則較弱。NF-κB 激活缺陷進(jìn)一步影響了由NF-κB 調(diào)節(jié)的炎性趨化因子，并導(dǎo)致中性粒細(xì)胞相對(duì)缺乏。因此NO2相關(guān)的NF-κB 依賴性呼吸系統(tǒng)損傷中可能是由中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的，但目前仍需進(jìn)一步研究。

4 NF-κB 與肺癌

NF-κB 在真核細(xì)胞中廣泛表達(dá)，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和凋亡等多種生物學(xué)活動(dòng)，并通過(guò)多種方式引起惡性腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。研究表明，NF-κB 在小細(xì)胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）和NSCLC 組織中的表達(dá)均有顯著升高，并且與肺癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[23]。NF-κB 主要通過(guò)介導(dǎo)炎性細(xì)胞因子的分泌影響肺癌的發(fā)生發(fā)展，炎性細(xì)胞因子在腫瘤細(xì)胞周圍的積聚直接導(dǎo)致了促腫瘤微環(huán)境的形成，使得腫瘤細(xì)胞更容易發(fā)生惡性增殖及免疫逃逸。慢性炎癥所產(chǎn)生的炎性介質(zhì)、過(guò)氧化物等物質(zhì)可引起細(xì)胞氧化損傷，導(dǎo)致DNA 損傷、堿基缺失、錯(cuò)配、NF-κB 等蛋白的過(guò)度活化及信號(hào)通路異常。此外，污染空氣中的致癌物可直接誘導(dǎo)NF-κB 通路激活[24]，引起NF-κB 信號(hào)通路的相關(guān)基因突變，增強(qiáng)NF-κB 活性。這使得NF-κB 與肺癌之間的關(guān)系更加錯(cuò)綜復(fù)雜。

目前有研究表明，NF-κB 可通過(guò)以下幾種機(jī)制促進(jìn)惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展[25-26]。①NF-κB 可在多種病理或生理?xiàng)l件下誘導(dǎo)Bcl-XL、cIAP1、cIAP2 及XIAP 等抗凋亡基因的表達(dá)，刺激腫瘤細(xì)胞增殖并抑制腫瘤細(xì)胞凋亡，引起正常上皮細(xì)胞的惡性增殖；②NF-κB 可促進(jìn)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）生成，促進(jìn)血管生成，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移；③NF-κB 可引起上皮-間質(zhì)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），使上皮細(xì)胞失去細(xì)胞極性和細(xì)胞粘附性，獲得遷移性和侵襲性，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移；④NF-κB 可通過(guò)調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞能量代謝，在代謝應(yīng)激期間促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。可見(jiàn)，NF-κB 在肺癌發(fā)生發(fā)展中起重要作用。

5 NF-κB 在肺癌臨床診療中的意義

隨著醫(yī)療水平及人群健康意識(shí)的普遍提高，近些年來(lái)部分國(guó)家及地區(qū)已開(kāi)展對(duì)肺癌的早診早治，使得大部分患者及早得到了正確有效的治療，但肺癌患者的總體預(yù)后卻仍不容樂(lè)觀。因此，尋找與肺癌預(yù)后相關(guān)的生物標(biāo)志物對(duì)臨床醫(yī)生判斷肺癌患者的預(yù)后具有重大意義。Zhang 等[27]為評(píng)估NF-κB 的表達(dá)是否與肺癌的預(yù)后具有相關(guān)性，將肺癌組織中NF-κB 的表達(dá)情況與臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，提示NF-κB 表達(dá)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況、腫瘤分化程度和TNM 分期之間有顯著的相關(guān)性。與此類似，另一項(xiàng)研究也得出了類似結(jié)果[28]，肺癌細(xì)胞核中NF-κB 的表達(dá)上升與患者的5年總生存期（overall survival，OS）降低相關(guān)?？梢?jiàn)，NF-κB 表達(dá)情況對(duì)NSCLC 患者預(yù)后判斷具有一定的意義。

目前對(duì)肺癌臨床診療方案的相關(guān)研究取得了巨大成果并達(dá)成了共識(shí)，但由于NF-κB 在肺癌的發(fā)生發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，對(duì)NF-κB 在臨床診療中的相關(guān)研究也逐漸增多。研究表明，部分NF-κB 抑制劑可增強(qiáng)肺癌細(xì)胞對(duì)化療及放療的敏感性[29]。NFκB 可影響VEGF 的表達(dá)促進(jìn)血管生成，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移，而靶向NF-κB 抑制劑理論上可阻止肺癌細(xì)胞滋養(yǎng)血管生成，從而抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展，但目前仍需要進(jìn)一步研究證明。

6 小結(jié)

目前對(duì)肺癌相關(guān)的研究逐漸增多，已證實(shí)空氣致癌物與肺癌的發(fā)生發(fā)展有顯著相關(guān)性，其中NF-κB通路一直是研究的重點(diǎn)對(duì)象之一。盡管現(xiàn)階段對(duì)NF-κB通路的研究取得了一定進(jìn)展，但是肺癌的發(fā)生發(fā)展是一個(gè)涉及多層次、多學(xué)科的綜合問(wèn)題。因此，需要對(duì)NF-κB在空氣污染相關(guān)性肺癌發(fā)生發(fā)展中可能的機(jī)制進(jìn)行更深層次的研究與探索，才能對(duì)空氣污染相關(guān)肺癌進(jìn)行合理、有效的預(yù)防及控制。