口腔癌中尼古丁分子機制研究范文

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《北京口腔醫學雜志》2016年第3期

摘要：

流行病學調查及研究表明，吸煙與口腔癌密切相關，煙草是口腔癌主要危險因素之一。尼古丁是煙草、無煙煙草和戒煙替代療法的主要成分。尼古丁除具有成癮性外，可與受體特異性結合，調控腫瘤細胞增殖、細胞凋亡、新生血管生成、氧化應激、腫瘤的侵襲等。本文就尼古丁在口腔癌發生發展中的作用機制做一綜述。

口腔癌是世界第六大癌癥，平均每年發病人數達500，000人，每年死亡人數可達250，000人。在東南亞，90%的口腔癌患者都有吸煙史或煙草咀嚼史［1］。吸煙與口腔癌有顯著的流行病學相關性，在口腔癌發生發展中具有重要作用。中國吸煙者約占世界成年吸煙者的1/3［2］。吸煙者比非吸煙者罹患口腔癌的風險要高7～10倍［3］，發生第二原發癌的風險要高3倍［4］。尼古丁(Nicotine)是煙草中主要活性成分，除具有成癮性外，可與受體特異性結合，調控腫瘤細胞增殖、細胞凋亡、新生血管生成、氧化應激、腫瘤的侵襲等［5］。本文就尼古丁在口腔癌發生發展中的作用機制做一綜述。

一、尼古丁理化特性及代謝

尼古丁(又名煙堿，C10H14N2)是存在于煙草、茄子、西紅柿等茄科煙草屬植物中一種天然生物堿，是煙草生物堿的主要成分。它是一種高毒性、易揮發的油狀液態物質，可溶于水、乙醇等。它還可快速被口腔黏膜、氣管粘膜等吸收，迅速通過血腦屏障及胎盤屏障，吸入后10秒即可到達腦部。尼古丁可通過多種途徑攝入，其中以吸入式、口嚼式、口含式等方式攝入人體的效率較高。70%～80%的尼古丁由肝代謝為可替寧，隨尿排出。尼古丁主要通過細胞色素P450酶代謝(主要為CYP2A6)，少數也可以通過CYP2A6和CYP2B6代謝為去甲煙堿。尼古丁在體內清除的半衰期為2小時，而可替寧的半衰期大約19小時，可作為檢測吸煙與否及反映吸煙量大小的重要指標［5］。一支香煙中尼古丁的含量大約在1．0～1．8mg，吸煙者血漿中尼古丁水平為200nM～1μM。吸煙后尼古丁在氣管黏膜中的含量可迅速達到0．5mM～1mM［6］。

二、尼古丁在口腔組織中的主要作用受體

尼古丁的多種功能是通過與其受體的相互作用完成的。目前，發現尼古丁在口腔中的作用主要是通過煙堿乙酰膽堿受體實現的。nAChR是與尼古丁結合并與之應答的配體門控跨膜轉運離子通道受體，目前已發現有九個不同的α亞型(α1-α7，α9，α10)和三種β亞型(β2-β4)。在口腔上皮細胞中已發現α3，α5，α7，α9，β2，β4共六個亞型，在口腔角質細胞(keratinocytes，KCs)中也已發現α3，α5，α7，α9，α10和β2亞型，β1-nAChR也有表達［7］。α7-nAChR是調節煙草產物和純尼古丁在上皮細胞中作用的主要受體亞型，在人類惡性腫瘤細胞中也有表達，α7-nAChR耦合的信號轉導在煙草介導的癌癥發展中發揮重要的作用［8］。尼古丁衍生的亞硝胺類可激活α7-nAChR導致口腔細胞惡變［9］。有研究表明，尼古丁還可通過腎上腺素受體而起作用［10］。另外，尼古丁還可通過前列腺素E受體EP2/4調節轉錄因子NF-κB活性調控細胞增殖［11］。

三、尼古丁與細胞增殖

尼古丁通過激活AKT/MTOR信號通路誘導細胞生存、細胞增殖，產生致癌作用［12］。尼古丁可誘導EGF家族多種生長因子分泌，而EGF家族過表達與80%～90%的頭頸鱗狀細胞癌的發生發展相關。尼古丁的代謝物可替寧通過P13K/Akt信號通路促進A549細胞增殖。West等［13］報道尼古丁可通過nAChR介導的P13激酶通路激活P-Akt，使正常的呼吸道上皮細胞具有更長的生存期。Kim等［14］發現1～100μmol/L尼古丁對人自體骨髓間質干細胞hABMMSCs的細胞增殖和成骨分化無明顯作用，但是1mmol/L和2mmol/L尼古丁可促進細胞增殖，5mmol/L尼古丁則明顯抑制細胞增殖并伴細胞空泡形成，5天后出現細胞死亡，提示尼古丁對細胞增殖的作用與劑量密切相關。而Rothem等［15］用低濃度尼古丁(0．01～100μmol/L)處理骨肉瘤細胞株MG63，發現可促進細胞增殖，而高濃度尼古丁(＞1mmol/L)則可抑制細胞增殖。另有研究顯示尼古丁處理口腔癌Tca8113細胞較短時間(24h、48h)、較低濃度(0．1umol/L、1umol/L、10umol/L)可促進細胞生長，且呈濃度依賴性。高濃度(100μmol/L)尼古丁或時間延長(72h))可抑制Tca8113細胞生長［16］。Yanagita等［17］卻發現1mmol/L尼古丁對小鼠牙周韌帶細胞株MPDL22細胞增殖無明顯作用。提示尼古丁對細胞增殖作用不同，除了與劑量有關，可能亦與細胞類型有關。

四、尼古丁與細胞凋亡

一些研究表明，尼古丁具有抗凋亡和誘導凋亡的雙重作用。尼古丁的抗凋亡作用是通過對多種信號蛋白調節實現的，包括Bcl-2，NF-κB，Bax，Bad，蛋白激酶B(AKT)和凋亡抑制基因survivin等凋亡相關蛋白。也有報道尼古丁可通過AKT磷酸化來抑制人口腔癌細胞凋亡［18］。尼古丁可抑制腫瘤壞死因子、UV或某些化療藥物(如順鉑、長春花堿、紫杉醇和阿霉素等)誘導的口腔癌細胞凋亡［18］。尼古丁不直接干擾順鉑誘導的頭頸鱗癌細胞株UMSCC10b和UMSCC5損傷的修復，但影響死亡信號通路，降低JNK1信號通路及其下游基因c-jun的表達，從而導致抗癌療效下降［19］。少數文獻報道尼古丁可促進凋亡，用0．06～0．6μmol/L尼古丁誘導人Rsa細胞發生凋亡，可能是通過上調熱休克蛋白Hsp90α表達實現的［20］。尼古丁可抑制易感細胞凋亡，促進血管生成，從而促進腫瘤發展，并且尼古丁可能會使靶細胞對煙草中其他致癌成分更加易感［21］。

五、尼古丁與新生血管生成

新血管生成是腫瘤生長和轉移的關鍵步驟。許多文獻報道尼古丁可以促進血管生成。尼古丁在非神經元組織中可誘導生長因子的分泌，如血管內皮生長因子等。尼古丁通過上調環氧合酶COX-2、環前列腺素、血管內皮生長因子受體-2、基質金屬蛋白酶等誘導血管生成［20，21］。當暴露于尼古丁24～48小時或更短時間，血管內皮細胞數量可增加，凋亡減少。小鼠飲用含尼古丁的水(100μg/ml，飲后血漿可替寧濃度相當于輕中度吸煙者)2周，可誘導病理性血管生成［22］。用尼古丁(200μg/ml)處理口腔鱗狀細胞癌細胞BHY6小時，血管內皮生長因子水平顯著升高［23］。Konishi等［24］首次長期(16周)給予C57/Bl6小鼠尼古丁飲用水(200ug/ml)可削弱nAChR調節的血管生成，降低尼古丁誘導的VEGF釋放，這可能與長期吸煙者血管形成能力受損有關。提示尼古丁對血管生成的影響可能與尼古丁濃度、時間、細胞類型有關。

六、尼古丁與氧化應激、DNA損傷

大量研究表明，吸煙可以產生大量的活性氧簇，使正常生理狀態下氧化物和抗氧化物的動態平衡狀態被破壞。Ginzkey等［25］研究發現，1mmol/L尼古丁可顯著誘導DNA損傷，而應用1mmol/L抗氧化劑n-乙酰半胱氨酸(NAC)可以完全阻止其產生的基因毒性，提示尼古丁介導的DNA損傷與氧化應激有關。不同濃度尼古丁在不同的PH值環境下，處理口腔鱗狀細胞癌株OEC-M1，發現PH8組尼古丁處理OEC-M1細胞16小時，導致DNA鏈顯著斷裂并呈時間依賴性，PH6．5組未引起DNA損傷。而當用過氧化氫酶或NAC預處理細胞后，DNA損傷明顯減少。且10μmol/L組8-羥基鳥嘌呤水平顯著升高。提示尼古丁誘導的DNA損傷呈PH值依賴，并與氧化應激有關［26］。同樣，Argentin等［27］研究發現，1mmol/L的尼古丁作用于人牙齦成纖維細胞可顯著增加微核的出現頻率。1mmol/L的尼古丁作用24小時，微核出現頻率最高，隨后下降。通過加入抗氧化劑，如H2O2酶，微核出現頻率下降。提示尼古丁可能通過誘導細胞氧化應激從而對成纖維細胞DNA造成損傷。尼古丁可誘導正常口腔上皮細胞、成纖維細胞和口腔癌細胞及唾液中ROS水平升高［26］，引起氧化應激反應。研究發現，采用相同時間不同濃度，及同一濃度不同時間尼古丁作用于Tca8113細胞，Prx1mRNA及蛋白表達均增高。且尼古丁誘導Tca8113細胞Prx1mRNA和蛋白表達增加呈時間和濃度依賴性。表明尼古丁作為一種外源性氧化應激源誘導機體氧化應激，可使細胞內ROS增加［16］。

七、尼古丁與上皮-間充質轉化

上皮-間充質轉化是上皮細胞形態學特征丟失，獲得間充質特征。以細胞間連接松解，細胞支架重排，細胞運動能力增加和細胞外基質合成為特征。EMT進程受信號分子調節并與E-鈣粘蛋白和緊密連接蛋白-1等上皮標志物的下調，及間充質標志物如纖連蛋白、N-鈣粘蛋白和波形蛋白的上調有關。Snail，Slug，Twist1和ZEB1等轉錄因子過表達與E-鈣粘蛋白表達抑制及誘導EMT有關［28］。尼古丁可誘導不同癌細胞發生EMT。用不同濃度尼古丁分別處理肺癌細胞系A549、乳腺癌細胞株MCF-7和MDA-MB-468，三種腫瘤細胞在不同濃度尼古丁作用下E-鈣粘蛋白水平下降，纖連蛋白、N-鈣粘蛋白和波形蛋白水平上調并呈濃度依賴性［29］。有研究表明長期尼古丁處理口腔上皮細胞可誘導腫瘤干細胞特性，促進EMT進程及口腔癌的發生［30］。

八、尼古丁與動物腫瘤實驗

給予小鼠相當于尼古丁替代療法劑量的尼古丁飲用水(100μg/ml)，結果顯示尼古丁并未影響NNK致癌劑誘發肺部腫瘤的大小、數量及整體生存率，提示尼古丁可能存在劑量閾值，低于此值尼古丁不能增加肺部腫瘤形成［31］。Murphy等［32］也發現采用低劑量尼古丁(0．44μmol/mL)飲用水，對NNK誘導的肺部腫瘤發生無明顯作用。采用高濃度尼古丁(1mg/kg)腹腔注射，可促進BALB/c小鼠移植瘤生長和轉移。且當手術切除腫瘤后，小鼠腹腔繼續注射尼古丁(1mg/kg)，腫瘤復發率(59．7%)較對照組(19．5%)顯著升高，提示尼古丁可促進腫瘤復發［33］。同樣濃度的尼古丁注射到AB6F1小鼠腹腔內，導致約1/10小鼠在24小時內死亡［32］。用50mg/ml或200mg/ml尼古丁處理25天，可顯著促進裸鼠人結腸癌移植瘤生長。用500uM尼古丁處理人N417細胞7天后進行裸鼠背部移植，發現尼古丁預先處理組較未處理組腫瘤增大，血供更豐富，凋亡率較低［6］。目前，有關尼古丁和口腔癌相關性的動物實驗研究較少。實驗對象均為大鼠，但均證實了尼古丁的促癌作用。用50μl含有6%尼古丁與1%DMBA溶液涂于敘利亞金黃地鼠頰囊12周，與單純涂DMBA組相比，腫瘤數量和體積均顯著升高［34］。將6%尼古丁與弱致癌劑亞硝胺類聯合作用于金黃地鼠頰囊和前胃13周，較單純用致癌劑和單純用尼古丁組，其上皮異常增生程度顯著升高，證實尼古丁的促癌作用［35］。

九、結語

綜上所述，煙草與口腔癌的發生密切相關，煙草中的主要成分之一尼古丁通過參與腫瘤細胞增殖、細胞凋亡、新血管生成等在口腔癌發生發展中發揮重要作用。因此，進一步研究尼古丁在口腔癌發病中作用的分子機制，對防治口腔癌具有重要意義。

作者:景新穎 湯曉飛 單位:北京首都醫科大學口腔醫學院口腔醫學研究所