NF-κB在空氣污染肺癌中的研究進展

沈俊廷 雷玉潔

昆明醫科大學第三附屬醫院胸外一科，云南昆明 650000

肺癌是導致全球男性癌癥患者死亡的主要原因，女性癌癥患者死亡的第二大原因。據國際癌癥研究中心（International Agency for Research on Cancer，IARC）的數據報告，2018年全球新增肺癌病例209.4 萬，死亡176.1 萬，其發病率及死亡率分別占全部癌癥的11.6%和18.4%[1]。人類的健康與生活環境息息相關，各種自然或人為活動產生的致癌物釋放到環境中，均可能對人類的健康造成有害影響?？諝庵谐Ｒ姷闹掳┪铮纾杭毼㈩w粒物（particulate matter，PM）、二氧化硅（SiO2）、氮氧化合物（NOx）和多環芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）等，均可對呼吸系統造成不同程度的損害。機體長期處于污染環境下，可引起慢性炎癥反應，導致細胞氧化損傷[2]。核轉錄因子（nuclear factor-kappa B，NF-κB）是一種控制DNA 轉錄的蛋白復合體，其在炎癥反應、免疫調節、基因轉錄、細胞惡性轉化及腫瘤增殖等生物學活動中都具有至關重要作用[3]。本文將對NF-κB在空氣污染相關肺癌中的研究進展作一綜述。

1 空氣致癌物與肺癌

人類活動是造成環境污染的主要原因之一，工業生產及交通運輸等社會行為通常伴隨著大量有害物質的產生及排放，如：PM、石棉（主要成分為納米級SiO2）、NOx、PAHs、二氧化硫（SO2）、甲醛（CH2O）等。流行病學研究指出，空氣污染可對人類呼吸及心血管系統產生負面影響[4]。

根據2002年世界衛生組織（World Health Organization，WHO）估計，空氣污染中的PM 每年可導致大約80 萬人死亡。相關研究表明[5]，10 μg/m3的PM2.5相對風險比（relative risks，RR）為1.14～3.40，而相同濃度的SO2及NOx 的RR 分別為1.00～4.20、1.11～2.70。另一項研究結果顯示[6]，2010年7%的氣管、支氣管惡性腫瘤是由于PM2.5所致。因此，室外空氣污染也被IARC 列為Ⅰ類致癌物。

吸煙是公認的肺癌致病因素之一，但亞洲非吸煙女性的肺癌發病率卻正在逐年增加。在我國云南省的宣威地區，當地女性幾乎不吸煙，但女性肺癌的發病率及死亡率卻始終高于全國平均水平。其原因是當地人群生活中普遍使用燃煤進行烹飪、取暖及照明等，釋放出高濃度的致癌物質造成室內外空氣污染。已有研究證實，宣威地區女性肺癌高發與室內煤燃燒產生的多環芳烴等污染物有關[7]，因此，宣威地區肺癌是研究室內外空氣污染與肺癌發生發展的理想模型。然而，由于空氣中致癌物種類繁多、作用機制復雜等多種原因，空氣污染物的致癌機制尚未完全清楚。因此，探討空氣污染導致肺癌發生發發展的分子機制非常重要。

2 NF-κB

1986年Sen 等發現了一種能與活化的B 細胞中Kappa 輕鏈基因增強子結合的蛋白質，并將其命名為NF-κB。NF-κB 幾乎在所有細胞中均有表達，且在調節多種細胞功能中起至關重要的作用。NF-κB 轉錄因子共有五個家族成員：NF-κB1、NF-κB2、RelA、RelB、c-Rel[8]。其中，NF-κB1 包括p50 及其前體p105，NFκB2 包括p52 及其前體p100。由于這兩個蛋白不包含反式激活結構域（transactivation domains，TADs），因此其可以在與DNA 結合時抑制轉錄。Rel A、Rel B 和c-Rel 均具有成熟的TADs，其中RelA 可調節免疫應答，并與肺癌在內的多種癌癥的發生有關[9]。上述五種蛋白可形成多種二聚體，不同的NF-κB 二聚體對DNA 序列具有不同的調節作用，增加了轉錄調控系統的復雜性及多樣性。

NF-κB 大多時間且存在于細胞質中并處于非活化狀態，需遷移到細胞核并與DNA 結合才能發揮其作用。目前研究發現，有經典途徑和替代途徑兩種方式可激活NF-κB 信號通路。在經典途徑中，IKKα、IKKβ 和IKKγ 亞基可形成三聚體IκB 激酶（IκB kinase，IKK），IκB 激酶特異性磷酸化IκB 蛋白，并導致其降解[10]。該通路的激活可導致NF-κB 二聚體在細胞核和細胞質間轉運，使其進入細胞核內誘導基因表達。而替代途徑則通過IKKα 的二聚體磷酸化p100，進而導致蛋白酶對p52 的修飾，新生成的p52 與RelB 則存在于胞質中[11]。研究表明[12]，經典途徑通常具有促進腫瘤的發生發展和抗凋亡的作用，而替代途徑的作用則可能與此相反。

3 空氣致癌物與NF-κB

空氣污染嚴重影響著人類身體健康，空氣污染已被IARC 列為I 類致癌物。空氣致癌物可直接或間接激活NF-κB 通路，導致肺癌的發生發展。

3.1 PM 與NF-κB

PM 是指懸浮于大氣中的固體或液體細微顆粒物，燃油、燃煤使用、火山爆發、火災等人為活動或自然災害均可產生PM。由于不同地區生活生產習慣各不相同，不同地區的PM 類型可能大相徑庭。根據其大小可將PM 分為PM10、PM2.5、PM1等，PM 的大小決定了其在肺部的沉積位置，進而對人體造成不同影響。PM10可撞擊并沉積于上呼吸道；PM2.5則通過沉積和布朗擴散聚集于肺組織，尤其是肺泡中；PM1則可通過全身循環從肺中轉移到肝、脾、心或腦[13]。PM 在肺部聚集后，可穿透黏液層或被吞噬，進而產生局部損傷。在PM 被巨噬細胞吞噬后，可通過活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產生以及細胞因子的釋放，對整個呼吸器官造成損傷，增加細胞通透性，降低黏液纖毛活性。

ROS 的主要成分是過氧化氫（H2O2）以及羥基自由基（HO·）。長期暴露于PM2.5或PM1中可引起ROS 介導的氧化應激，改變肺上皮細胞的通透性。PM2.5可以產生過氧化物，如：H2O2。而H2O2是肺組織中的主要自由基，其能通過氧化應激導致細胞損傷[14]。研究表明[15]，氧化應激可調節NF-κB 轉錄，刺激炎性細胞因子合成。ROS 作為中間信號分子，可以激活NF-κB、酪氨酸激酶受體、MAP 激酶和STAT-1 等信號通路，并進一步激活炎癥相關分子的轉錄和基因表達，如腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）等。氧化應激可對肺組織DNA 造成損傷，導致肺癌的發生發展。

3.2 納米級SiO2 與NF-κB

石棉在部分地區被廣泛使用，而納米級SiO2是石棉的主要成分。大部分納米級SiO2通過呼吸系統進入機體后沉積于肺部，被吞噬細胞、Ⅱ型肺泡細胞所吞噬，但由于納米級SiO2獨特的物理性質難以被吸收，長期以次級溶酶體的形式存在于機體中。納米級SiO2長期聚集于肺部引起的慢性炎癥及細胞毒性可導致細胞活性降低。此外，部分進入細胞核的納米級SiO2還可引起拓撲異構酶Ⅰ和蛋白質異常，并進一步導致DNA 復制、轉錄和細胞增殖等細胞功能異常。通常納米級SiO2顆粒中含有少許的金屬雜質，在含鐵的情況下，納米級SiO2顆粒表面可發生Fenton反應（Fe2++H2O2→Fe3++OH-+HO·）[16]。此反應生成的HO·是ROS 的主要成分，在氧化應激的作用下，NFκB 通路被異常激活。可見，納米級SiO2一方面通過直接作用造成肺泡Ⅱ型細胞損傷，引起慢性炎癥；另一方面納米級SiO2顆粒表面發生化學反應產生的HO·與炎癥因子共同構成腫瘤微環境導致NF-κB 的信號激活，在肺癌的發生發展中起到一定促進作用[17]。

3.3 PAHs 與NF-κB

PAHs 是一類常見的環境致癌物，主要是由燃煤、石油及天然氣等礦物燃料不完全燃燒形成的。PAHs可通芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor，AhR）在人類和野生動植物中引起多種毒性反應。AhR 可對細胞的正常生理功能造成免疫抑制、胸腺退化、過度角化和致癌等多種負面影響[18]?；蚓幋a細胞色素P4501A1（cytochrome P450 family 1 subfamily A member 1，CYP1A1）是多環芳烴類致癌物的主要酶類。被激活的CYP1A1 能將環境中包括PAHs 在內的多種污染物轉化為細胞毒素或其他致癌物質，從而增加肺癌發生的風險。AhR 可進入CYP1A1 細胞核中，通過誘導CYP1A1 表達來實現基因調控，并與包含XRE序列的啟動子結合，改變由該啟動子所控制的基因表達[19]。AhR 和NF-κB 信號通路可通過物理聯系和功能調節相互作用。當處于未激活狀態時，熱休克蛋白90（90-kDa heat shock protein，Hsp90）與AhR 結合，IκB 與RelA 結合，兩者分別存在于細胞質中，并通過不同的調節機制保持獨立，此種區域化可作為一種調控機制來維持細胞信號傳遞的有序性。而當AhR 和NF-κB 家族成員在受到各自的激活信號刺激時，可引起Hsp90 和IκBs 分別從AhR 和RelA 中分離。由于AhR 和RelA 蛋白具有同源關聯能力，AhR 和RelA 可在體內相互結合，形成AhR-RelA 復合物，正向調節NF-κB 活性，上調人肺組織細胞中白介素-6（IL-6）的表達。可見，AhR 和RelA 之間的聯系為PAHs毒性反應的機制提供了合理的解釋，AhR 與NF-κB之間的相互作用是PAHs 致病的重要機制之一。研究表明，干擾AhR 表達可明顯降低人非小細胞肺癌（nonsmall cell lung cancer，NSCLC）細胞（H1355 細胞株）的NF-κB 活性以及IL-6 表達[20]。

3.4 二氧化氮（nitrogen dioxide，NO2）與NF-κB

NO2作為燃燒的副產品，是一種存在于環境中的有害氣體。除了外源性NO2外，炎癥細胞活動時也可產生內源性NO2。大量NO2聚集可引起強烈的炎癥反應，包括趨化作用、炎性細胞因子表達增加等，引起以氣道上皮增厚和血管周圍病變為特征的組織損傷[21]。有動物實驗表明[22]，這種炎癥是由氣道上皮NF-κB的活性介導的，將小鼠持續暴露于NO2中，前6 h 即可在氣道上皮細胞的細胞核中發現RelA，而具有NF-κB 激活缺陷的小鼠炎癥反應則較弱。NF-κB 激活缺陷進一步影響了由NF-κB 調節的炎性趨化因子，并導致中性粒細胞相對缺乏。因此NO2相關的NF-κB 依賴性呼吸系統損傷中可能是由中性粒細胞介導的，但目前仍需進一步研究。

4 NF-κB 與肺癌

NF-κB 在真核細胞中廣泛表達，參與調節細胞增殖和凋亡等多種生物學活動，并通過多種方式引起惡性腫瘤的發生與發展。研究表明，NF-κB 在小細胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）和NSCLC 組織中的表達均有顯著升高，并且與肺癌的發生發展密切相關[23]。NF-κB 主要通過介導炎性細胞因子的分泌影響肺癌的發生發展，炎性細胞因子在腫瘤細胞周圍的積聚直接導致了促腫瘤微環境的形成，使得腫瘤細胞更容易發生惡性增殖及免疫逃逸。慢性炎癥所產生的炎性介質、過氧化物等物質可引起細胞氧化損傷，導致DNA 損傷、堿基缺失、錯配、NF-κB 等蛋白的過度活化及信號通路異常。此外，污染空氣中的致癌物可直接誘導NF-κB 通路激活[24]，引起NF-κB 信號通路的相關基因突變，增強NF-κB 活性。這使得NF-κB 與肺癌之間的關系更加錯綜復雜。

目前有研究表明，NF-κB 可通過以下幾種機制促進惡性腫瘤的發生發展[25-26]。①NF-κB 可在多種病理或生理條件下誘導Bcl-XL、cIAP1、cIAP2 及XIAP 等抗凋亡基因的表達，刺激腫瘤細胞增殖并抑制腫瘤細胞凋亡，引起正常上皮細胞的惡性增殖；②NF-κB 可促進血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）生成，促進血管生成，導致腫瘤細胞侵襲轉移；③NF-κB 可引起上皮-間質化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），使上皮細胞失去細胞極性和細胞粘附性，獲得遷移性和侵襲性，促進腫瘤細胞發生遠處轉移；④NF-κB 可通過調節腫瘤細胞能量代謝，在代謝應激期間促進腫瘤生長。可見，NF-κB 在肺癌發生發展中起重要作用。

5 NF-κB 在肺癌臨床診療中的意義

隨著醫療水平及人群健康意識的普遍提高，近些年來部分國家及地區已開展對肺癌的早診早治，使得大部分患者及早得到了正確有效的治療，但肺癌患者的總體預后卻仍不容樂觀。因此，尋找與肺癌預后相關的生物標志物對臨床醫生判斷肺癌患者的預后具有重大意義。Zhang 等[27]為評估NF-κB 的表達是否與肺癌的預后具有相關性，將肺癌組織中NF-κB 的表達情況與臨床數據進行了分析，提示NF-κB 表達與淋巴結轉移情況、腫瘤分化程度和TNM 分期之間有顯著的相關性。與此類似，另一項研究也得出了類似結果[28]，肺癌細胞核中NF-κB 的表達上升與患者的5年總生存期（overall survival，OS）降低相關?？梢?，NF-κB 表達情況對NSCLC 患者預后判斷具有一定的意義。

目前對肺癌臨床診療方案的相關研究取得了巨大成果并達成了共識，但由于NF-κB 在肺癌的發生發展中起著至關重要的作用，對NF-κB 在臨床診療中的相關研究也逐漸增多。研究表明，部分NF-κB 抑制劑可增強肺癌細胞對化療及放療的敏感性[29]。NFκB 可影響VEGF 的表達促進血管生成，導致腫瘤細胞侵襲轉移，而靶向NF-κB 抑制劑理論上可阻止肺癌細胞滋養血管生成，從而抑制腫瘤發生發展，但目前仍需要進一步研究證明。

6 小結

目前對肺癌相關的研究逐漸增多，已證實空氣致癌物與肺癌的發生發展有顯著相關性，其中NF-κB通路一直是研究的重點對象之一。盡管現階段對NF-κB通路的研究取得了一定進展，但是肺癌的發生發展是一個涉及多層次、多學科的綜合問題。因此，需要對NF-κB在空氣污染相關性肺癌發生發展中可能的機制進行更深層次的研究與探索，才能對空氣污染相關肺癌進行合理、有效的預防及控制。