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《北京口腔医学杂志》2016年第3期
摘要:
流行病学调查及研究表明,吸烟与口腔癌密切相关,烟草是口腔癌主要危险因素之一。尼古丁是烟草、无烟烟草和戒烟替代疗法的主要成分。尼古丁除具有成瘾性外,可与受体特异性结合,调控肿瘤细胞增殖、细胞凋亡、新生血管生成、氧化应激、肿瘤的侵袭等。本文就尼古丁在口腔癌发生发展中的作用机制做一综述。
口腔癌是世界第六大癌症,平均每年发病人数达500,000人,每年死亡人数可达250,000人。在东南亚,90%的口腔癌患者都有吸烟史或烟草咀嚼史[1]。吸烟与口腔癌有显著的流行病学相关性,在口腔癌发生发展中具有重要作用。中国吸烟者约占世界成年吸烟者的1/3[2]。吸烟者比非吸烟者罹患口腔癌的风险要高7~10倍[3],发生第二原发癌的风险要高3倍[4]。尼古丁(Nicotine)是烟草中主要活性成分,除具有成瘾性外,可与受体特异性结合,调控肿瘤细胞增殖、细胞凋亡、新生血管生成、氧化应激、肿瘤的侵袭等[5]。本文就尼古丁在口腔癌发生发展中的作用机制做一综述。
一、尼古丁理化特性及代谢
尼古丁(又名烟碱,C10H14N2)是存在于烟草、茄子、西红柿等茄科烟草属植物中一种天然生物碱,是烟草生物碱的主要成分。它是一种高毒性、易挥发的油状液态物质,可溶于水、乙醇等。它还可快速被口腔黏膜、气管粘膜等吸收,迅速通过血脑屏障及胎盘屏障,吸入后10秒即可到达脑部。尼古丁可通过多种途径摄入,其中以吸入式、口嚼式、口含式等方式摄入人体的效率较高。70%~80%的尼古丁由肝代谢为可替宁,随尿排出。尼古丁主要通过细胞色素P450酶代谢(主要为CYP2A6),少数也可以通过CYP2A6和CYP2B6代谢为去甲烟碱。尼古丁在体内清除的半衰期为2小时,而可替宁的半衰期大约19小时,可作为检测吸烟与否及反映吸烟量大小的重要指标[5]。一支香烟中尼古丁的含量大约在1.0~1.8mg,吸烟者血浆中尼古丁水平为200nM~1μM。吸烟后尼古丁在气管黏膜中的含量可迅速达到0.5mM~1mM[6]。
二、尼古丁在口腔组织中的主要作用受体
尼古丁的多种功能是通过与其受体的相互作用完成的。目前,发现尼古丁在口腔中的作用主要是通过烟碱乙酰胆碱受体实现的。nAChR是与尼古丁结合并与之应答的配体门控跨膜转运离子通道受体,目前已发现有九个不同的α亚型(α1-α7,α9,α10)和三种β亚型(β2-β4)。在口腔上皮细胞中已发现α3,α5,α7,α9,β2,β4共六个亚型,在口腔角质细胞(keratinocytes,KCs)中也已发现α3,α5,α7,α9,α10和β2亚型,β1-nAChR也有表达[7]。α7-nAChR是调节烟草产物和纯尼古丁在上皮细胞中作用的主要受体亚型,在人类恶性肿瘤细胞中也有表达,α7-nAChR耦合的信号转导在烟草介导的癌症发展中发挥重要的作用[8]。尼古丁衍生的亚硝胺类可激活α7-nAChR导致口腔细胞恶变[9]。有研究表明,尼古丁还可通过肾上腺素受体而起作用[10]。另外,尼古丁还可通过前列腺素E受体EP2/4调节转录因子NF-κB活性调控细胞增殖[11]。
三、尼古丁与细胞增殖
尼古丁通过激活AKT/MTOR信号通路诱导细胞生存、细胞增殖,产生致癌作用[12]。尼古丁可诱导EGF家族多种生长因子分泌,而EGF家族过表达与80%~90%的头颈鳞状细胞癌的发生发展相关。尼古丁的代谢物可替宁通过P13K/Akt信号通路促进A549细胞增殖。West等[13]报道尼古丁可通过nAChR介导的P13激酶通路激活P-Akt,使正常的呼吸道上皮细胞具有更长的生存期。Kim等[14]发现1~100μmol/L尼古丁对人自体骨髓间质干细胞hABMMSCs的细胞增殖和成骨分化无明显作用,但是1mmol/L和2mmol/L尼古丁可促进细胞增殖,5mmol/L尼古丁则明显抑制细胞增殖并伴细胞空泡形成,5天后出现细胞死亡,提示尼古丁对细胞增殖的作用与剂量密切相关。而Rothem等[15]用低浓度尼古丁(0.01~100μmol/L)处理骨肉瘤细胞株MG63,发现可促进细胞增殖,而高浓度尼古丁(>1mmol/L)则可抑制细胞增殖。另有研究显示尼古丁处理口腔癌Tca8113细胞较短时间(24h、48h)、较低浓度(0.1umol/L、1umol/L、10umol/L)可促进细胞生长,且呈浓度依赖性。高浓度(100μmol/L)尼古丁或时间延长(72h))可抑制Tca8113细胞生长[16]。Yanagita等[17]却发现1mmol/L尼古丁对小鼠牙周韧带细胞株MPDL22细胞增殖无明显作用。提示尼古丁对细胞增殖作用不同,除了与剂量有关,可能亦与细胞类型有关。
四、尼古丁与细胞凋亡
一些研究表明,尼古丁具有抗凋亡和诱导凋亡的双重作用。尼古丁的抗凋亡作用是通过对多种信号蛋白调节实现的,包括Bcl-2,NF-κB,Bax,Bad,蛋白激酶B(AKT)和凋亡抑制基因survivin等凋亡相关蛋白。也有报道尼古丁可通过AKT磷酸化来抑制人口腔癌细胞凋亡[18]。尼古丁可抑制肿瘤坏死因子、UV或某些化疗药物(如顺铂、长春花碱、紫杉醇和阿霉素等)诱导的口腔癌细胞凋亡[18]。尼古丁不直接干扰顺铂诱导的头颈鳞癌细胞株UMSCC10b和UMSCC5损伤的修复,但影响死亡信号通路,降低JNK1信号通路及其下游基因c-jun的表达,从而导致抗癌疗效下降[19]。少数文献报道尼古丁可促进凋亡,用0.06~0.6μmol/L尼古丁诱导人Rsa细胞发生凋亡,可能是通过上调热休克蛋白Hsp90α表达实现的[20]。尼古丁可抑制易感细胞凋亡,促进血管生成,从而促进肿瘤发展,并且尼古丁可能会使靶细胞对烟草中其他致癌成分更加易感[21]。
五、尼古丁与新生血管生成
新血管生成是肿瘤生长和转移的关键步骤。许多文献报道尼古丁可以促进血管生成。尼古丁在非神经元组织中可诱导生长因子的分泌,如血管内皮生长因子等。尼古丁通过上调环氧合酶COX-2、环前列腺素、血管内皮生长因子受体-2、基质金属蛋白酶等诱导血管生成[20,21]。当暴露于尼古丁24~48小时或更短时间,血管内皮细胞数量可增加,凋亡减少。小鼠饮用含尼古丁的水(100μg/ml,饮后血浆可替宁浓度相当于轻中度吸烟者)2周,可诱导病理性血管生成[22]。用尼古丁(200μg/ml)处理口腔鳞状细胞癌细胞BHY6小时,血管内皮生长因子水平显著升高[23]。Konishi等[24]首次长期(16周)给予C57/Bl6小鼠尼古丁饮用水(200ug/ml)可削弱nAChR调节的血管生成,降低尼古丁诱导的VEGF释放,这可能与长期吸烟者血管形成能力受损有关。提示尼古丁对血管生成的影响可能与尼古丁浓度、时间、细胞类型有关。
六、尼古丁与氧化应激、DNA损伤
大量研究表明,吸烟可以产生大量的活性氧簇,使正常生理状态下氧化物和抗氧化物的动态平衡状态被破坏。Ginzkey等[25]研究发现,1mmol/L尼古丁可显著诱导DNA损伤,而应用1mmol/L抗氧化剂n-乙酰半胱氨酸(NAC)可以完全阻止其产生的基因毒性,提示尼古丁介导的DNA损伤与氧化应激有关。不同浓度尼古丁在不同的PH值环境下,处理口腔鳞状细胞癌株OEC-M1,发现PH8组尼古丁处理OEC-M1细胞16小时,导致DNA链显著断裂并呈时间依赖性,PH6.5组未引起DNA损伤。而当用过氧化氢酶或NAC预处理细胞后,DNA损伤明显减少。且10μmol/L组8-羟基鸟嘌呤水平显著升高。提示尼古丁诱导的DNA损伤呈PH值依赖,并与氧化应激有关[26]。同样,Argentin等[27]研究发现,1mmol/L的尼古丁作用于人牙龈成纤维细胞可显著增加微核的出现频率。1mmol/L的尼古丁作用24小时,微核出现频率最高,随后下降。通过加入抗氧化剂,如H2O2酶,微核出现频率下降。提示尼古丁可能通过诱导细胞氧化应激从而对成纤维细胞DNA造成损伤。尼古丁可诱导正常口腔上皮细胞、成纤维细胞和口腔癌细胞及唾液中ROS水平升高[26],引起氧化应激反应。研究发现,采用相同时间不同浓度,及同一浓度不同时间尼古丁作用于Tca8113细胞,Prx1mRNA及蛋白表达均增高。且尼古丁诱导Tca8113细胞Prx1mRNA和蛋白表达增加呈时间和浓度依赖性。表明尼古丁作为一种外源性氧化应激源诱导机体氧化应激,可使细胞内ROS增加[16]。
七、尼古丁与上皮-间充质转化
上皮-间充质转化是上皮细胞形态学特征丢失,获得间充质特征。以细胞间连接松解,细胞支架重排,细胞运动能力增加和细胞外基质合成为特征。EMT进程受信号分子调节并与E-钙粘蛋白和紧密连接蛋白-1等上皮标志物的下调,及间充质标志物如纤连蛋白、N-钙粘蛋白和波形蛋白的上调有关。Snail,Slug,Twist1和ZEB1等转录因子过表达与E-钙粘蛋白表达抑制及诱导EMT有关[28]。尼古丁可诱导不同癌细胞发生EMT。用不同浓度尼古丁分别处理肺癌细胞系A549、乳腺癌细胞株MCF-7和MDA-MB-468,三种肿瘤细胞在不同浓度尼古丁作用下E-钙粘蛋白水平下降,纤连蛋白、N-钙粘蛋白和波形蛋白水平上调并呈浓度依赖性[29]。有研究表明长期尼古丁处理口腔上皮细胞可诱导肿瘤干细胞特性,促进EMT进程及口腔癌的发生[30]。
八、尼古丁与动物肿瘤实验
给予小鼠相当于尼古丁替代疗法剂量的尼古丁饮用水(100μg/ml),结果显示尼古丁并未影响NNK致癌剂诱发肺部肿瘤的大小、数量及整体生存率,提示尼古丁可能存在剂量阈值,低于此值尼古丁不能增加肺部肿瘤形成[31]。Murphy等[32]也发现采用低剂量尼古丁(0.44μmol/mL)饮用水,对NNK诱导的肺部肿瘤发生无明显作用。采用高浓度尼古丁(1mg/kg)腹腔注射,可促进BALB/c小鼠移植瘤生长和转移。且当手术切除肿瘤后,小鼠腹腔继续注射尼古丁(1mg/kg),肿瘤复发率(59.7%)较对照组(19.5%)显著升高,提示尼古丁可促进肿瘤复发[33]。同样浓度的尼古丁注射到AB6F1小鼠腹腔内,导致约1/10小鼠在24小时内死亡[32]。用50mg/ml或200mg/ml尼古丁处理25天,可显著促进裸鼠人结肠癌移植瘤生长。用500uM尼古丁处理人N417细胞7天后进行裸鼠背部移植,发现尼古丁预先处理组较未处理组肿瘤增大,血供更丰富,凋亡率较低[6]。目前,有关尼古丁和口腔癌相关性的动物实验研究较少。实验对象均为大鼠,但均证实了尼古丁的促癌作用。用50μl含有6%尼古丁与1%DMBA溶液涂于叙利亚金黄地鼠颊囊12周,与单纯涂DMBA组相比,肿瘤数量和体积均显著升高[34]。将6%尼古丁与弱致癌剂亚硝胺类联合作用于金黄地鼠颊囊和前胃13周,较单纯用致癌剂和单纯用尼古丁组,其上皮异常增生程度显著升高,证实尼古丁的促癌作用[35]。
九、结语
综上所述,烟草与口腔癌的发生密切相关,烟草中的主要成分之一尼古丁通过参与肿瘤细胞增殖、细胞凋亡、新血管生成等在口腔癌发生发展中发挥重要作用。因此,进一步研究尼古丁在口腔癌发病中作用的分子机制,对防治口腔癌具有重要意义。
作者:景新颖 汤晓飞 单位:北京首都医科大学口腔医学院口腔医学研究所