以多環(huán)芳烴類化合物為例研究化學(xué)致癌機(jī)制中的遺傳損傷機(jī)制

1、 以多環(huán)芳烴類化合物為例研究化學(xué)致癌機(jī)制中的遺傳損傷機(jī)制 楊潤芳 0655041055有關(guān)研究已證實(shí)，由遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)改變（即非遺傳突變機(jī)制）引起的原癌基因的活化和抑癌基因的滅活，從而引起細(xì)胞惡性改變是腫瘤發(fā)生的核心生物學(xué)過程。過去人們普遍認(rèn)為遺傳學(xué)上的基因突變是腫瘤發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵事件，尤其是抑癌基因的體細(xì)胞突變與腫瘤的發(fā)生有著密切的關(guān)系。但是，近年來隨著對(duì)腫瘤認(rèn)識(shí)的深人。人們發(fā)現(xiàn)DNA序列以外的調(diào)控機(jī)制即表觀遺傳學(xué)異常在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中也起到非常重要的作用。表觀遺傳學(xué)機(jī)制包括：DNA甲基化異常，組蛋白修飾，非編碼RNAs(包括microRNA、RNA干擾)，染色質(zhì)重塑等，而這幾個(gè)

2、方面都與腫瘤的發(fā)生有關(guān)。外源性化學(xué)物致突變作用是否涉及表觀遺傳學(xué)改變還有待進(jìn)一步研究。現(xiàn)在比較清楚的還是外源性化學(xué)致突變物引起腫瘤的遺傳損傷機(jī)制學(xué)說。由遺傳學(xué)因素考慮多環(huán)芳烴類致癌機(jī)制見下：多環(huán)芳烴(PAHs)主要來源于有機(jī)物的不完全燃燒，在人類的生產(chǎn)和生活活動(dòng)過程中很容易產(chǎn)生。PAHs進(jìn)入人體后，大部分經(jīng)混合功能氧化酶代謝生成各種中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物，其中一些代謝產(chǎn)物可與DNA共價(jià)結(jié)合形成PAHDNA加合物，引起DNA損傷，誘導(dǎo)基因突變，甚至誘發(fā)腫瘤形成。很多流行學(xué)調(diào)查和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，PAHs可誘發(fā)皮膚、肺、肝、陰囊等部位癌癥。李曉燕，余日安等在體內(nèi)染毒條件下，運(yùn)用彗星試驗(yàn)觀察BaP對(duì)小鼠肺細(xì)胞

3、DNA損傷的影響。結(jié)合其他學(xué)者研究認(rèn)為BaP是一種前致癌物，需在體內(nèi)經(jīng)代謝活化后轉(zhuǎn)變成終致癌物才具有致突變和致癌作用。其引起DNA損傷的機(jī)制可能為：BaP進(jìn)入體內(nèi)后，大部分在肝、肺細(xì)胞微粒體中細(xì)胞色素P450酶系(如CYPIA1)的氧化作用下形成環(huán)氧化物然后經(jīng)EH水解成二羥基化合物。再由P450酶系二次環(huán)氧化生成二羥基環(huán)氧化物，此為終致癌物，可與靶細(xì)胞DNA結(jié)合，形成DNA加合物，從而引起DNA損傷，啟動(dòng)致突變致癌過程。BaP在體內(nèi)P450酶系的作用下可產(chǎn)生1O余種代謝產(chǎn)物，現(xiàn)認(rèn)為反式BPDE(antiBPDE)是BaP代謝的終致癌物，其帶有親電子基團(tuán)，可與細(xì)胞大分子DNA中的親核基團(tuán)鳥嘌呤的

4、外環(huán)胺基端結(jié)合。還可與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，從而損傷DNA主要引起G-T、G-A突變，這在化學(xué)誘變和致癌作用中一直被認(rèn)為是一種關(guān)鍵因素，進(jìn)而激活原癌基因或使抑癌基因失活，啟動(dòng)致突變致癌過程。賈鴻寧，戴紅等也做了相關(guān)研究，現(xiàn)總結(jié)如下：（一）PAHDNA（DNA加合物）對(duì)原癌基因和抑癌基因的影響：PAHs進(jìn)人人體后經(jīng)CYP450s中CYP4501A1代謝活化生成具有強(qiáng)致癌活性的親電子環(huán)氧化物，后者可與靶細(xì)胞DNA形成PAHDNA加合物，造成DNA損傷和染色體畸變，引起原癌基因ras和抑癌基因p53的改變。在正常情況下，原癌基因處于抑制狀態(tài)，表達(dá)水平較低，但卻是正常細(xì)胞生長、增殖必不可少的。在某些致癌因子的

5、影響下，原癌基因的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生點(diǎn)突變、插入、重排或缺失及擴(kuò)增等，改變了其轉(zhuǎn)錄的活性，使之從抑制狀態(tài)轉(zhuǎn)變成激活狀態(tài)成為癌基因，這樣正常細(xì)胞就會(huì)發(fā)生癌變。1）PAHs對(duì)原癌基因Ras的影響：PAHs可以引起原癌基因ras的點(diǎn)突變，使之激活。有實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)PAHs處理的妊娠Balbc小鼠，其后代Ki-ras基因呈現(xiàn)高突變率。外國學(xué)者M(jìn)izesko等研究發(fā)現(xiàn)早期暴露于甲基膽蒽誘導(dǎo)的Ki-ras基因突變的類型可能影響肺腫瘤的進(jìn)展。Ras基因的激活常常發(fā)生在癌變的早期，其表達(dá)產(chǎn)物血清P21蛋白是鑒別惡性腫瘤的生物學(xué)標(biāo)志物。有研究表明，用藥物遺傳學(xué)小鼠模型評(píng)價(jià)子宮暴露于PAHs、3-甲基膽蒽時(shí)，發(fā)現(xiàn)CYP45

6、01A1在調(diào)控原癌基因和腫瘤抑制因子基因表達(dá)中有損害作用。Marshall等通過分析仔鼠的石臘包埋肝組織中溶胞產(chǎn)物中的Ha-ras、p53基因，篩選的26個(gè)腫瘤(23個(gè)肝細(xì)胞瘤，2個(gè)肝細(xì)胞腺瘤，1個(gè)肉瘤)在Ki-ras基因位點(diǎn)都顯示GGCcGc顛換，然而p53基因的58外顯子沒有發(fā)現(xiàn)突變。Kiras在所有腫瘤中都發(fā)生突變，說明此基因位點(diǎn)的突變可能是肝腫瘤致病機(jī)制中的早期事件，而抑癌基因的突變可能發(fā)生于腫瘤的進(jìn)展后期。檢查ras基因突變可以用來預(yù)測(cè)腫瘤高危人群，昊逸明，王新朝，等認(rèn)為因ras P21可通過細(xì)胞膜分泌至細(xì)胞外環(huán)境中 ，因此可能在血清中檢測(cè)出P21蛋白，可以對(duì)肺癌高危個(gè)體作出識(shí)別。用

7、Western Blotting免疫印跡法對(duì)20名瀝青工、焦?fàn)t工和12名對(duì)照者血清P21水平進(jìn)行了追蹤觀察。結(jié)果:20名瀝青工、焦?fàn)t工的血清P21水平有上下波動(dòng)現(xiàn)象;他們的第2次P21檢測(cè)值(3773.3±1033.7)高于第1次(3484.4±1915.8),但差異無顯著性(P>0.05);接觸組的這兩次P21檢測(cè)值(3484.4±1915.8、3773.3±1033.7)始終高于對(duì)照組(1199.8±757.3、1270.7±634.7),差異有顯著性(P<0.01)。得出多環(huán)芳烴類混合物具有較強(qiáng)的遺傳毒性,可使職業(yè)工

8、人在早期接觸階段出現(xiàn)P21的高表達(dá)。進(jìn)一步認(rèn)為DNA堿基對(duì)發(fā)生突變是啟動(dòng)、激活ras癌基因的條件，而后者是誘發(fā)腫瘤的關(guān)鍵。 2）PAHs對(duì)抑癌基因p53的影響：p53基因是迄今為止發(fā)現(xiàn)的與人類腫瘤相關(guān)性最高的基因。p53蛋白是研究的最為廣泛的一種腫瘤抑制蛋白。p53基困在機(jī)體的生長發(fā)育分化等過程中起重要的作用其主要生物學(xué)功能是維持細(xì)胞基因組的穩(wěn)定，負(fù)調(diào)節(jié)細(xì)胞生長，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。p53發(fā)生突變后，空間構(gòu)象的改變影響到轉(zhuǎn)錄活化功能及1753蛋白的磷酸化過程，這不但使野生型p53失去抑制腫瘤增殖的作用，而且突變本身又使該基因具備癌基因功能。突變的P53蛋白與野生型P53蛋白相結(jié)合形成的寡聚蛋白不能與

9、DNA結(jié)合，使得一些癌變基因轉(zhuǎn)錄失控導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。黃勇 陳家堃等通過觀察苯并(a)芘B(a)P代謝產(chǎn)物反式二氫二醇環(huán)氧苯并芘BPDE誘發(fā)的惡性轉(zhuǎn)化的人支氣管上皮細(xì)胞及其裸鼠成瘤細(xì)胞中的p53基因突變情況，探討B(tài)PDE誘導(dǎo)細(xì)胞癌變的機(jī)制。方法多聚酶鏈聚合反應(yīng)單鏈構(gòu)象多態(tài)性分析(PCR-SSCP)、基因測(cè)序。結(jié)果PCR-SSCP分析結(jié)果提示，反式BPDE誘發(fā)的惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞及其裸鼠成瘤細(xì)胞p53基因的Exon7和Exon8有突變?；驕y(cè)序發(fā)現(xiàn)裸鼠成瘤細(xì)胞(B3)的p53基因Exon8的第282位密碼子位置出現(xiàn)了一個(gè)GT點(diǎn)突變，其編碼的氨基酸由精氨酸(CGG)亮氨酸(CTG)。結(jié)論反式BPDE可誘導(dǎo)p

10、53基因發(fā)生突變，提示p53基因突變可能是BPDE誘導(dǎo)細(xì)胞癌變的重要機(jī)制之一。Sarah等將一組p53基因表達(dá)陽性和陰性的人結(jié)腸癌細(xì)胞系(HCT116)暴露于BaP，發(fā)現(xiàn)BaP形成DNA加合產(chǎn)物過程依賴p53，p53表達(dá)陽性的細(xì)胞系形成BaPDNA是p53表達(dá)陰性細(xì)胞系的10倍19。Lan等用免疫組化法檢測(cè)了肺癌患者痰液中脫落細(xì)胞P53蛋白的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)煤煙燃燒量與肺癌的危險(xiǎn)性相關(guān)，且在p53表達(dá)陽性的病例突出。研究還發(fā)現(xiàn)，女性組高煤煙暴露與p53陽性肺癌間存在明顯相關(guān)。另有研究表明，PAHDNA加合物的水平可觸發(fā)p53和p21WAF1信息傳遞通路產(chǎn)生反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯；或者此信息傳遞通

11、路不反應(yīng)而使這些DNA損傷誘導(dǎo)的突變危險(xiǎn)性增加。有外國學(xué)者分別對(duì)索非亞、布拉格、科希策3個(gè)城市204例室外空氣暴露者和152例對(duì)照進(jìn)行觀察，用ELISA方法檢測(cè)P53蛋白和P21蛋白，結(jié)果發(fā)現(xiàn)P53蛋白分別與BaP暴露量、PAHs暴露量、總的DNA加合物水平呈正相關(guān)，而P21蛋白分另H與PAHs暴露量、總的BaPDNA加合物水平呈正相關(guān)。以上這些研究結(jié)果提示，PAHDNA加合物可引起原癌基因ras和抑癌基因p53的改變。（二）PAHs對(duì)代謝酶活性基因水平的影響：1）PAHs進(jìn)入機(jī)體進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化需要多種代謝酶參與： PAHs進(jìn)入人體后，主要經(jīng)過CYP450s的CYP4501A1代謝活化，生成具有

12、強(qiáng)致癌活性的親電子環(huán)氧化物。因此，CYP4501A1同工酶的活性成為決定PAHs致癌性的關(guān)鍵。PAHs可誘導(dǎo)CYP4501A1同工酶活性。CYP1A1被誘導(dǎo)的機(jī)制是PAHs通過胞質(zhì)內(nèi)芳烴受體(ahR)介導(dǎo)而高度誘導(dǎo)CYP1A1。CYP450s的CYP4501A1代謝活性是PAHs致癌的重要機(jī)制。GST是體內(nèi)重要的相解毒酶家系，參與多環(huán)芳烴等致癌物質(zhì)的解毒過程，其主要作用為催化親電子環(huán)氧化物與谷胱甘肽結(jié)合生成谷胱甘肽結(jié)合物阻止PAHs環(huán)氧化物與DNA結(jié)合，在PAHs代謝中起滅活解毒作用。環(huán)氧化物水解酶 (EH)也是一種二相反應(yīng)代謝酶，可催化多數(shù)多環(huán)芳烴環(huán)化物水解，生成低活性、水溶性更大的反式-二

13、氫二醇排出體外，具有解毒作用。2）相關(guān)代謝酶存在遺傳多態(tài)性，PAHs對(duì)代謝酶活性基因水平的影響： CYP4501A1的可誘導(dǎo)性存在遺傳差異即與其基因多態(tài)性高度相關(guān)。CYP4501A1高誘導(dǎo)性基因型(C型，ValVal型)者體內(nèi)CYP4501A1酶活性易被PAHs誘導(dǎo)，從而具有較高活化PAHs的能力，可能易于發(fā)生癌變；而非誘導(dǎo)性基因型(A型，B型，IleIle型或IleVal型)者，活化PAHs能力相對(duì)較低，故不易癌變。已有研究證明，CYP4501A1高誘導(dǎo)性基因型者患肺癌和腸癌的危險(xiǎn)性顯著高于非誘導(dǎo)性基因型者。Zturk等研究發(fā)現(xiàn)，CYP1A1基因型IleVal在土耳其的非小細(xì)胞癌中比在其他白

14、種人有更高的表達(dá)，使這些有IleVal基因型的病人增加患肺腺癌的危險(xiǎn)性(P=0046)。GSTM1基因多態(tài)性是影響宣威肺癌誘發(fā)的重要原因之一.在人類，GSTs包括僅、和5個(gè)家系13種酶，分別由GSTA、GSTM、GSTP、GSTS和GSTT編碼。何興舟對(duì)宣威肺癌病因?qū)W研究22年，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)燃煤排放大量以BaP代表的致癌性PAHs，是導(dǎo)致宣威肺癌高發(fā)的主要危險(xiǎn)因素。GSTM1基因缺失者(GSTM1)，其患肺癌的相對(duì)危險(xiǎn)性為GSTM1基因攜帶者(GSTM1+)的23倍。在GSTM1缺失組中其煙煤用量每增加100噸，患肺癌危險(xiǎn)性增加12倍。在GSTM1攜帶組中則增加24倍。上述結(jié)果表明，GSTM1基因

15、多態(tài)性是影響宣威肺癌誘發(fā)的重要原因之一。周輝霞學(xué)者研究谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶基因多態(tài)性和吸煙與大腸腺瘤易感性之間的關(guān)系。得出GSTM1基因缺失，導(dǎo)致谷氨酸硫轉(zhuǎn)化酶的活性降低，導(dǎo)致其解毒能力下降。當(dāng)吸煙程度加重時(shí)，體內(nèi)的致癌產(chǎn)物增加，體內(nèi)解毒能力降低，患大腸腺瘤的危險(xiǎn)性增加。具有這兩種基因型HLY1*i*22和HYLI*1*l*2的個(gè)體，EH活性下降，對(duì)煙草中致癌物(包括PAHs)的解毒能力下降，從而易患肺癌。PAHs對(duì)多種靶器官有致癌作用，環(huán)境致癌因素與機(jī)體內(nèi)遺傳因素共同作用，導(dǎo)致腫瘤發(fā)病危險(xiǎn)性增加。多環(huán)芳烴類化合物致癌作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究，尤其是表觀遺傳學(xué)上的研究還需要進(jìn)一步探討。參考文獻(xiàn)： 1、賈鴻寧，戴紅 多環(huán)芳烴的致癌性及其機(jī)制研究進(jìn)展J 大連醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào) 2009年lO月 2、黎銀燕，紀(jì)衛(wèi)東，曾婉明等肺癌和肺癌前病變組織中多環(huán)芳烴一DNA加合物的檢測(cè)J國際醫(yī)藥衛(wèi)生導(dǎo)報(bào)，2008，14(15)：573、李曉燕，余日安，魯文清等。苯并芘對(duì)小鼠肺細(xì)胞的DNA損傷J中國公共衛(wèi)生2005年1月第21卷第1期 73-744、趙文娟，腫瘤發(fā)生的表觀遺傳學(xué)研究J 巾國現(xiàn)代醫(yī)藥雜志2009年11月第11卷第1l期MMJC，Nov2009，Vol 11，N01l5、謝蓮萍 基因突變與腫瘤發(fā)生的因果分析J 工作探討 2009年l2月第16卷第23期6、黃勇