芳香烃及其受体在头颈部肿瘤中的研究进展△

郦远东 滕尧树 单金兰 李勇

(1.浙江中医药大学第四临床医学院 杭州 310053；2.浙江省杭州市第一人民医院耳鼻咽喉头颈外科 杭州 310006；3.浙江大学医学院附属妇产科医院外科 杭州 310006)

头颈部肿瘤在人类恶性肿瘤中约占4%，主要发生在口腔、鼻咽、口咽、喉咽、喉部、鼻腔鼻窦以及头颈部腺体中。大部分头颈部肿瘤通常采用临床综合治疗，主要包括手术、放化疗和免疫治疗[1]。由于头颈部解剖结构复杂，且功能调节精细，故仅有少部分头颈部肿瘤患者能够完全恢复其原有的功能，这使得对其发病机制研究成为目前的一项热点[2]。多环芳香烃(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是一类常见且广泛存在的环境致癌物质，而芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor, AHR)被认为是其致癌机制中的一个重要环节。近年来，越来越多研究表明，PAHs、AHR及其相关信号通路在肿瘤细胞增殖、分化和侵袭等方面发挥重要作用[3-5]。本文就PAHs及其受体在头颈部肿瘤发生、发展中的作用做一综述，以期为头颈部肿瘤的发病机制研究及临床诊治提供理论指导。

1 芳香烃及其受体的生物学作用

PAHs是植被、化石燃料以及石油产品等有机物不完全燃烧时所带来的环境污染物，其化学组成主要包括2个或2个以上的稠环芳香烃。PAHs是最早被认识的化学致癌物质之一，其接触途径主要有食物、烟草、职业暴露以及空气污染，其中烟草被认为是主要来源。PAHs可转化为二醇环氧物，与DNA分子的结合以及所引起的相应效应被认为是PAHs诱导致癌过程的主要机制，而其中PAHs介导的AHR激活在癌症发生、发展中发挥着重要的作用[6]。

AHR又称二口恶英受体，是一种配体激活的转录因子，属于碱性螺旋-环-螺旋超家族中的PAS(period[Per]-aryl hydrocarbon[Ah]receptor nuclear translocator[ARNT]- single minded[Sim])家族成员，参与介导PAHs等环境污染物的毒性反应以及许多重要的生物学过程。AHR可被许多内源性或外源性配体所激活，其中内源性配体包括花生四烯酸、血红蛋白和色氨酸等，外源性配体包括PAHs、多氯联苯和卤代二英等[7]。静息状态下，AHR与热休克蛋白90等结合形成多蛋白复合体，而在内/外源性配体的激活下，AHR进入细胞核与核内核转运蛋白形成二聚体，引起一系列生物学效应[8-9]。

大量动物研究已证实，AHR与肿瘤的发病密切相关。AHR被激活后，其下游的一系列酶促反应相应启动，如细胞色素代谢酶(CYP1A1、CYP1A2和CYP1B1)、Ⅱ相代谢酶(葡萄糖醛酸转移酶、谷胱甘肽转移酶) 等。酶促反应将增加污染物的毒性，并引起DNA的突变，从而诱导癌变过程[3,10]。此外，在AHR配体的刺激下，AHR抑制了p53、BRCA1等抑癌基因在体内的表达[11-12]。近年来有文献报道认为，AHR亦参与了肿瘤干细胞特性的维持，其可通过直接作用于干性基因(如ABCG2基因)的启动子区域来保持肿瘤细胞的干性和促进肿瘤的转移[13]。

动物及人类研究发现，AHR参与许多细胞信号通路表达的调控。AHR激活能引起原有细胞周期紊乱，其中包括细胞凋亡通路的抑制，从而促进肿瘤生长[14]。另有报道称，AHR 可作为一种免疫抑制因子，协助某些肿瘤细胞逃避机体免疫细胞的识别过程，从而促进肿瘤的生长[15]。AHR的激活也可降低细胞间的相互联系，以及改变细胞内外基质代谢及交互作用，进而使得细胞增殖、分化以及活动能力破坏，这正是肿瘤病理生理中重要的一环[16-17]。此外，AHR亦参与了肿瘤细胞的血管生成以及炎症反应。AHR基因敲除可以明显抑制小鼠血管生成，进而减弱肿瘤细胞的侵袭性[18]。亦有文献报道，在肝脏以及盲肠模型中，AHR敲除小鼠可促进炎症反应以及肿瘤细胞的生长[19-20]。由此可见，AHR在不同肿瘤细胞中所起作用不尽相同，其介导的抑癌或是促癌效应可能是内源及外源性因素共同影响的结果，故在评判其生物学效应时需考虑到AHR参与信号通路的复杂性以及多样性。

2 芳香烃及其受体在头颈部肿瘤发病机制中的地位

PAHs是目前公认的环境中存在的人类致癌物。PAHs暴露的致癌性已在大量文献中有所报道，其中主要包括肺癌、膀胱癌、乳腺癌、胰腺癌以及前列腺癌，而在头颈部肿瘤中鲜有报道[21]。

AHR参与许多细胞信号通路表达的调控，其激活在肿瘤生长中起到重要作用。在头颈部鳞状细胞癌发生、发展过程中，白细胞介素-6(interleukin-6，IL-6)的表达可增加肿瘤细胞的侵袭性和复发率，从而影响患者预后[22]。配体激活的AHR在肿瘤细胞中参与并诱导IL-6的表达，而抑制AHR的表达，可降低IL-1β调控的IL-6转录及分泌，进而降低头颈部肿瘤细胞中IL-6介导的促生长以及抗凋亡效应[5]。除了IL-6等炎症因子外，生长因子、双调蛋白 (AREG)、上皮调节蛋白 (EREG) 以及血小板源性生长因子A(PDGFA)同样在头颈部肿瘤细胞的转移性上起到重要作用，AHR的激活将引起这类生长因子的异常表达，从而增加头颈部肿瘤的侵袭能力[23]。另有研究[24]发现，AHR拮抗剂可降低头颈部肿瘤细胞侵袭及转移能力，并可抑制苯并芘诱导的化疗抑制蛋白(ABCG2蛋白)的生成。由此可见，AHR拮抗剂有望成为一种耐受性强，且优于现有化疗方案的新型治疗药物。

2.1 PAHs、AHR与鼻咽部肿瘤 环境污染物以及吸烟在鼻咽部肿瘤发生、发展中起关键作用，而PAHs作为这两者的主要成分之一，有关其与鼻咽部肿瘤关系的研究相对较少。大量的研究已报道了多种代表性PAHs，如苯并(a)芘(BaP) 和1-硝基芘(1-NP) 在众多细胞中起到致癌及诱变效应[25]。

鼻咽部恶性肿瘤中以鼻咽癌较为常见，其常见的原因包括病毒感染、环境以及遗传等。一些环境污染物的职业暴露将导致鼻咽部的慢性炎症，进而促进鼻咽癌的发生。这些污染物包括甲醛、木材灰、烟雾以及化学物[26]。吸烟同样被认为是鼻咽癌的一项危险因素，尤其是分化良好的鼻咽癌，对未分化或是未角化鼻咽癌的作用仍存在一定争议[27]。人体在接触环境污染物或烟草后，PAHs可促进大量AHR配体激活，如苯并芘及2,3,7,8-四氯二苯并二口恶英(TCCD)等。而AHR亦参与许多细胞信号通路表达的调控，并在肿瘤生长中起到重要作用[28]。有研究[24,28]证实AHR表达可促进头颈部鳞状细胞癌的形成并增加其侵袭能力。鼻咽癌中大多组织类型为鳞状细胞癌，但目前为止，AHR参与鼻咽部肿瘤发病的研究尚未见报道。未来将更多研究PAHs与鼻咽部肿瘤的关系。

2.2 PAHs、AHR与喉肿瘤 一项大样本研究显示，目前在吸烟的男性人群中，发生喉癌的风险比(ralative risk,RR)是非吸烟人群的4.65倍，因喉癌死亡的RR是非吸烟人群的4.5倍[29]。尽管在这类研究中并未证实烟草中的PAHs与喉癌发生有关；但近来有研究通过回顾性的问卷调查发现，PAHs亦是喉癌的主要危险因素之一。PAHs暴露的致癌性在经另外2项危险因素吸烟和饮酒对比后得到证实，并且随着暴露剂量的增加危险程度相应增加[4]。

随后有研究为了明确AHR以及AHR相关基因(AHR,AHRR,CYP1A1,CYP1A2,CYP1B1,NQO1,GSTA1,ALDH3A1 和UGT1A)在喉癌细胞株中的表达情况，将萘黄酮分别作用于人肝癌细胞株以及13种人喉鳞状细胞癌细胞株，并激活AHR及AHR相关基因，结果发现AHR及相关基因表达在不同个体之间存在较大的差异性。此外，AHR配体诱导的相关基因CYP1A1可明显增加DNA甲基化，进而证实AHR在人喉鳞状细胞癌发生、发展中的重要作用[30]。如上文所述，AHR介导的致癌性正是通过激活毒物代谢酶导致细胞DNA损伤所引起。未来的研究将更多关注PAHs以及AHR在喉癌发生中的其他机制。

2.3 PAHs、AHR与甲状腺肿瘤 目前PAHs与甲状腺肿瘤的关系仍不明确。有趣的是，既往大量文献证实吸烟可降低甲状腺肿瘤的发生率[31]。同样，亦有文献报道，在煤矿产业等环境污染较为严重的环境中工作，可大大提高甲状腺癌的发生以及死亡率[32]。吸烟或是职业暴露导致甲状腺肿瘤发生率的改变的具体机制仍不明确，其中是否有PAHs的参与亦不明确。

近来有研究发现，在肢端肥大患者中，BRAF基因变异以及AHR过度表达的患者易并发分化型甲状腺癌[33]。该研究通过对113例肢端肥大患者检查发现，12例罹患分化型甲状腺癌。而GH/IGF-1水平与伴或不伴分化型甲状腺癌无关，亦无RAS突变被发现，但在分化型甲状腺癌患者中AHR表达及BRAF基因变异情况则明显较高，这提醒相关研究者在未来研究中应更多地关注AHR表达及BRAF基因的重要性。

2.4 PAHs、AHR与口腔颌面部肿瘤 吸烟是口腔癌最主要的致病因素。其中烟草中的PAHs以及烟草特异性亚硝胺被认为是诱导口腔癌形成的主要危险因素[34]。DB[a,l]P 是环境中一类具有强致癌效应的PAHs同类物。尽管其在环境污染物以及烟草中含量较低，但在动物模型中有着较强的致癌性[35]。近来有研究证实DB[a,l]P可诱导口腔鳞状细胞癌的形成，其潜在机制与p53过度表达以及基因突变导致的二醇环氧化物形成有关[36]。未来更多的研究将集中于PAHs诱导口腔癌的发生机制。

AHR参与了细胞增殖周期的调控，机制包括降低Rb蛋白的磷酸化。有文献[37]发现，AHR受体激动剂黄苓素可使口腔癌细胞内AHR激活和细胞周期蛋白D1降解，降低Rb蛋白磷酸化，进而抑制细胞周期G1期，以发挥抗口腔癌的作用。此外，AHR转录因子ARNT2在肿瘤生长中亦起着重要的作用，ARNT2高表达往往提示癌症患者具有较好的预后及较长的生存时间。在口腔鳞状细胞癌中，ARNT2过度表达可降低缺氧诱导因子(HIF1-α)的表达，使葡萄糖载体1失活，从而抑制口腔癌细胞的生长[38]。而随后文献通过不同AHR模型，如AHR原型、环境或是病毒性AHR配体、AHR抑制剂，对2种口腔鳞状细胞癌处理，发现与正常组织相比，口腔鳞状细胞癌中AHR的核表达水平相对较高。外源性配体(如PAHs)诱导的AHR激活可导致细胞迁移加速，而AHR抑制或是基因敲除可抑制细胞迁移、肿瘤生长以及化疗抵抗[28]。

在腮腺肿瘤中，关于AHR的研究较少。有研究发现，AHR在人类多形性腺瘤间叶细胞中表达程度较高，且与正常腮腺组织相比，多形性腺瘤内AHR、ARNT、AHR抑制子(AHRR)以及AHR控制基因在mRNA表达水平上均有显著升高。体外实验发现，人腮腺癌细胞株AHRR有较高的表达水平，其在四氯二苯并二口恶英的刺激下，细胞内AHRR表达水平显著减低。这说明不管在体内或是体外实验中，AHR及其通路在腮腺肿瘤的发生、发展中起到重要的作用[39]。

3 总结及展望

PAHs是环境中广泛存在的致癌物之一，而AHR是其关键的作用靶点，参与了机体内众多的生理、病理活动，其中包括头颈部肿瘤的形成。尽管目前关于PAHs及其受体AHR在头颈部肿瘤发生、发展方面的研究相对较少，但其致癌作用及其调控机制正日益受到关注，尤其是在环境污染不断加重的今天。随着近年来分子生物学技术的不断发展，如蛋白组学技术、表观遗传学技术等，将更有助于深入认识PAHs及其受体AHR在头颈部肿瘤发病中的作用及其分子机制，也将为头颈部肿瘤的预防及基因治疗提供新的思路。