PM2.5在肝癌發(fā)生發(fā)展中的作用

左 飛， 李國東， 劉 明

1 哈爾濱醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院 普外科， 哈爾濱 150001； 2 哈爾濱醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院 普外科， 哈爾濱 150001

2013年國際癌癥研究機構(IARC)根據(jù)足夠的人類和實驗動物致癌性證據(jù)，將空氣污染中的顆粒物(PM)歸類為一類致癌物質(zhì)[1]。2014年6月27日，世界衛(wèi)生組織(WHO)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，空氣污染已經(jīng)成為危害人類健康的最主要因素之一，然而目前大量的研究集中在PM2.5與心腦血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病的相關性，而對于其他系統(tǒng)疾病的關注相對較少。

肝癌是世界第四位常見的惡性腫瘤，其中肝細胞癌占原發(fā)性肝癌的大多數(shù)。由于肝癌起病隱匿預后極差，WHO統(tǒng)計肝癌5年存活率僅為18%[2]。因此探究肝癌的致病因素，從而進行針對性的早期篩查和預防尤為重要。目前HBV感染和黃曲霉毒素已被公認為肝癌的主要原因[3-4]，然而對于空氣污染對肝癌的影響的研究相對較少。隨著近年的研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5對肝臟這一主要的解毒代謝器官有直接而深遠的影響。為了深入了解其與肝癌之間的關系，本文基于現(xiàn)有的文獻資料就PM2.5對肝癌影響的流行病學研究及其機制進行總結歸納，并進一步討論當前研究中存在的不足及發(fā)展方向。

1 PM2.5的定義及其特征

大氣中的PM是空氣中氣溶膠體系中均勻分散的各種固體或液體微粒。PM組成成分非常復雜，包括酸(例如硝酸鹽和硫酸鹽)、有機化學物質(zhì)、金屬以及土壤或粉塵顆粒，同時PM疏松多孔的物理性質(zhì)易攜帶病毒、細菌、花粉等過敏原[5]。PM2.5是空氣中懸浮的平均空氣動力學直徑≤2.5 μm的PM，具體成分因來源不同而不同，并且受國家或地區(qū)經(jīng)濟狀況、能源結構、管理模式以及季節(jié)等各項因素的影響。PM2.5在PM中占有相當大的比重，由于其具有較大的表面積和較低的沉降速度，相較于其他污染物更易吸附有害重金屬和有機物，因而具有更高的毒性；PM2.5的特殊物理性質(zhì)使其能長期停留于大氣中，并可進行遠距離輸送，因此對空氣環(huán)境和人體健康具有更深遠的影響[6]。PM2.5是人類健康的無形威脅，被公認為多種疾病的潛在危險因素[7]。

2 PM2.5的致病機制

由于PM2.5成分非常復雜，其致病過程可能是由氧化應激、炎性反應、免疫紊亂和遺傳物質(zhì)改變等一系列反應共同組成。PM2.5暴露會誘導細胞產(chǎn)生活性氧(ROS)[8]，而ROS作為功能性信號分子可以通過觸發(fā)Nrf2移位，損傷DNA等生物大分子，激活NF-κB信號通路對細胞產(chǎn)生損害[9]。血液中的炎癥因子在暴露于PM2.5后將會升高，且呈明顯的劑量—效應關系，同時會引起肝臟產(chǎn)生急性反應蛋白[10]，吸附在PM2.5表面的有害物質(zhì)可能是其引起炎性反應的主要原因。對于免疫系統(tǒng)，PM2.5可以增加特異性IgE產(chǎn)生，影響NK細胞活性，改變巨噬細胞形態(tài)結構，降低其吞噬功能和存活率[11]。PM2.5在進入機體后還可以激活樹突狀細胞，誘導B淋巴細胞增殖和分化為漿細胞。PM2.5還可造成DNA損傷，目前研究顯示PM2.5表面所攜帶的多環(huán)芳烴(PAH)、Cr和硝基化合物被認為是PM2.5攜帶的主要致癌化合物，如PAH經(jīng)過體內(nèi)代謝后與DNA鳥嘌呤外環(huán)氨基端共價結合可引起DNA損傷[12]。PM2.5還可抑制DNA修復和增加DNA復制錯誤，其機制可能是PM2.5表面攜帶的重金屬和醛直接修改DNA復制蛋白從而降低DNA復制的保真度[13]。

3 PM2.5對肝癌發(fā)生與發(fā)展的影響

研究[14]顯示PM2.5吸附的有害物質(zhì)，可以通過呼吸道到達肺泡并在內(nèi)部積聚，其中小部分能通過氣血屏障進入血液循環(huán)從而到達其他組織器官，尤其是肝臟，因為肝臟是外源性化學物質(zhì)解毒的重要器官。同時當PM2.5通過黏膜纖毛清除作用從呼吸道中清除時，可能會隨著吞咽動作進入消化道，從而導致胃腸道暴露于PM2.5，并且在肝臟中觀察到不良反應[15]。因此，從生物學角度，暴露于PM2.5可能會影響肝臟功能，從而促進肝臟腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。

3.1 流行病學研究 目前已有流行病學研究顯示PM2.5暴露與肝癌發(fā)生率之間存在關聯(lián)。研究顯示PM2.5會提高肝癌的發(fā)病率，Pan等[16]通過對我國臺灣23 820名參與者進行中位時間16.9年的隨訪，發(fā)現(xiàn)PM2.5每增加13 μg/m3，人群肝癌風險增加22%。Pedersen等[17]通過對歐洲174 770名參與者進行平均17年隨訪，結果顯示PM2.5每增加5 μg/m3，人群肝癌風險增加34%。不過這些研究中暴露評估可能沒有涵蓋與肝癌發(fā)展最相關的時間范圍，可能使研究的結果產(chǎn)生偏差。同時較高的PM2.5暴露還會降低肝癌生存率，Deng[18]、Lee[19]與Zhang[20]等所做的研究均證實肝癌診斷后暴露于升高的PM2.5可能會縮短生存期，且與暴露濃度呈正相關。

3.2 PM2.5在肝癌中的作用機制

雖然流行病學研究已經(jīng)證實環(huán)境PM2.5暴露增加肝癌的發(fā)病率和死亡率，但是PM2.5的肝毒性和相關分子機制尚未得到充分的闡述。目前已有的研究顯示，高劑量的PM2.5暴露可能通過改變酶活性，影響基因表達，誘導內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，引起肝脂肪變性和導致肝纖維化而發(fā)揮其致癌作用(圖1)。

3.2.1 改變肝代謝酶的活性 AST和ALT是肝臟非常重要的代謝酶，是肝損傷的代表性指標。Pan等[16]報道PM2.5暴露呈陽性與肝癌風險有關，并且血液中ALT水平升高可能是PM2.5與肝癌之間關聯(lián)的中介。Cave等[21]對4582名參與者進行的調(diào)查顯示，暴露于PM2.5污染環(huán)境中的參與者ALT明顯偏高，并再對BMI、年齡、性別及胰島素抵抗等相關指標進行校正后，ALT依舊處于較高水平且對PM2.5劑量具有明顯依賴。Kim等[22]報道，暴露于PM 2.5中的人群肝代謝酶顯著增加，其中AST增加3.0%、ALT增加3.2%，且與飲酒和運動明顯相關。Li等[23]研究顯示高濃度的PM2.5激活了大鼠肝臟的細胞色素P450(CYP450)和谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶(GST)，提示PM2.5可能通過激活代謝酶導致肝臟代謝紊亂，進一步促進肝臟毒性。

3.2.2 引起基因表達改變 秦雙建等[24]研究發(fā)現(xiàn)PM2.5染毒會引起細胞中促癌基因(c-myc、c-fos)表達升高、抑癌基因(p53)和抑凋亡相關基因(Bcl-2)表達降低，提示PM2.5對惡性轉(zhuǎn)化和凋亡可能有促進與激活作用。PM2.5可能會導致DNA甲基化改變，Zhou等[25]研究發(fā)現(xiàn)PM2.5作用下會造成p53啟動子甲基化程度顯著上調(diào)，可能的調(diào)控機制為PM2.5刺激生成過量ROS，誘導AKT活化，上調(diào)DNA家族甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)3B的表達，抑制p53基因的表達，通過ROS/AKT/DNMT3B信號通路介導啟動子甲基化誘導p53基因沉默，進而誘導癌癥的發(fā)生。

3.2.3 誘導肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激和細胞凋亡 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激反應是一個非常復雜的調(diào)控網(wǎng)絡，在細胞保護中對各種外源性刺激發(fā)揮重要的自我防衛(wèi)作用。Velasco等[26]發(fā)現(xiàn)PM2.5可以激活小鼠肝細胞的ATF6信號通路和刺激內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激介導的細胞凋亡。同時他提出了PM2.5可能激活PERK通路，并升高C/EBP同源蛋白(CHOP)水平，進一步導致肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，并伴有肝

注：IRS，胰島素受體底物；AKT，蛋白激酶B；ATF-6，活化轉(zhuǎn)錄因子6； PERK, 蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶；IRE1，肌醇需求酶1；TRAF2， 腫瘤壞死因子相關受體因子2；JNK，氨基末端激酶。

臟炎癥反應和纖維化。CHOP可調(diào)控并激活其下游基因TRB3和天冬氨酸蛋白水解酶，進一步激活天冬氨酸蛋白水解酶級聯(lián)凋亡通路。綜合目前的研究顯示，PM2.5還可能激活了IRE1/JNK信號通路，進而導致肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激和細胞凋亡。PM2.5對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激介導的炎癥反應和肝纖維化的分子機制仍需進一步深入研究。

3.2.4 誘導肝臟脂肪變性 PM2.5可以整合脂質(zhì)積累、氧化應激、胰島素抵抗和炎癥反應，導致動物模型中非酒精性脂肪性肝病發(fā)生。 Haberzettl等[27]研究發(fā)現(xiàn)短期暴露于PM2.5可誘導小鼠血管胰島素抵抗，抑制胰島素刺激的AKT磷酸化。PM2.5可通過抑制三羧酸循環(huán)和刺激糖酵解作用影響小鼠肝臟能量代謝，降低細胞存活率，誘導肝細胞脂質(zhì)積聚和氧化應激。Xu等[28]研究表明，PM2.5暴露抑制IRS-1/AKT信號通路，導致胰島素抵抗，從而損害肝臟的糖代謝，IRS-1/AKT信號通路是葡萄糖代謝過程中至關重要的經(jīng)典胰島素信號通路。Tan等[29]發(fā)現(xiàn)了環(huán)境空氣PM2.5可以激活Kupffer細胞和常駐肝巨噬細胞，并隨后通過產(chǎn)生炎性因子加劇非酒精性脂肪性肝病。以上結果表明PM2.5可能是導致非酒精脂肪肝發(fā)展的重要危險因素，而肝脂肪變性是肝癌的危險因素。

3.2.5 觸發(fā)肝纖維化 肝纖維化是肝臟疾病常見的病理過程，癌癥與肝纖維化密切相關[30]。超過80%的肝癌由纖維化或肝硬化的發(fā)展導致[31]。Zheng等[32]在2015年首先通過將小鼠模型和特定細胞暴露于PM2.5，發(fā)現(xiàn)了PM2.5對肝纖維化的發(fā)生有顯著的促進作用，其原因可能是PM2.5誘導的炎癥反應通過激活轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGFβ1)信號通路促進肝臟膠原沉積。Qiu等[33]研究顯示PM2.5可能通過增加ROS，激活PINK1/Parking信號通路，誘導線粒體自噬，從而激活造血干細胞，引起肝纖維化。受損線粒體產(chǎn)生的ROS可通過正反饋大量產(chǎn)生，導致細胞內(nèi)氧化還原代謝失衡，最終導致廣泛的線粒體損傷，誘發(fā)線粒體自噬，而自噬通過分解脂滴，為肝星狀細胞的激活提供能量，從而促進肝纖維化的發(fā)生。然而，目前關于PM2.5對肝損傷或纖維化的研究仍非常有限，需要進一步的研究。

3.3 PM2.5的暴露對肝癌預后的影響 浸潤和轉(zhuǎn)移是肝癌的典型特征，也是造成肝癌患者預后不良的一個重要因素。PM2.5暴露可促進肝癌細胞的侵襲和遷移，然而目前相關機制的研究相對較少。Zhang等[20]研究顯示，其機制可能是通過PI3K/AKT信號通路誘導的基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)13上調(diào)。肝癌轉(zhuǎn)移通過復雜的機制發(fā)生，在此過程中MMP-13負責細胞外基質(zhì)降解。MMP-13在肝癌的侵襲和轉(zhuǎn)移中起著至關重要的作用[34]，可以誘導炎性細胞因子的釋放。但MMP-13還可提高膠原酶活性，增強大鼠纖維化肝臟中膠原水解，從而防止肝纖維化進展。這意味著雖然MMP-13可能會促進肝癌的轉(zhuǎn)移，但是在肝纖維化發(fā)展中起抑制作用。Zhang等[35]研究顯示，PM2.5暴露可導致miR-16表達下調(diào)、Twist1表達上調(diào)從而促進上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)引起肝癌細胞的轉(zhuǎn)移。越來越多的證據(jù)表明EMT有助于腫瘤的遷移和侵襲，提示惡性腫瘤的特征[36-37]。Twist1作為重要的EMT轉(zhuǎn)錄因子，是miR-16的直接靶點[38]，可以調(diào)控多個EMT相關基因的表達，介導腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移。

4 小結與展望

PM2.5對肝癌影響的研究起步較晚，雖然目前已有研究顯示，PM2.5可以通過改變酶活性，影響基因表達，誘導內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，引起肝脂肪變性和導致肝纖維化等機制增加肝癌的發(fā)病率并導致肝癌的浸潤和轉(zhuǎn)移，但仍缺乏最直接的證據(jù)和大規(guī)模的臨床研究證實，PM2.5與肝癌的關聯(lián)性尚未達成共識。未來的研究應進一步深入探索PM2.5與肝癌發(fā)生發(fā)展的具體病理生理機制，并針對PM2.5中不同的成分與肝癌的關系進行具體分析，進而為全面了解肝癌的危險因素提供新思路。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：左飛負責擬定寫作思路，查找文獻，撰寫論文；李國東負責對文章的內(nèi)容做批判性審閱；劉明參與指導撰寫文章并最后定稿。