香煙煙霧提取物對(duì)肺上皮影響的研究進(jìn)展

李慧明(綜述)，聶宏光(審校)

(中國(guó)醫(yī)科大學(xué)代謝病分子機(jī)制與藥物研究所，沈陽(yáng) 110013)

分子生物醫(yī)學(xué)

香煙煙霧提取物對(duì)肺上皮影響的研究進(jìn)展

李慧明△(綜述)，聶宏光※(審校)

(中國(guó)醫(yī)科大學(xué)代謝病分子機(jī)制與藥物研究所，沈陽(yáng) 110013)

由于香煙具有興奮和放松精神的作用，吸煙人群的數(shù)量越來(lái)越多，并有年輕化趨勢(shì)，吸煙的危害也日益凸顯出來(lái)。研究表明，香煙煙霧中含有亞硝胺、苯并芘等致癌物[1]，可大大增加罹患肺癌的機(jī)會(huì)。僅2009年，美國(guó)因肺癌死亡人數(shù)達(dá)16萬(wàn)，位于癌癥相關(guān)病死率的首位[2]。吸煙還可能誘導(dǎo)其他呼吸系統(tǒng)疾病，如肺水腫、肺氣腫、慢性阻塞性肺疾病等，并增加早期死亡風(fēng)險(xiǎn)[3]。除此之外，吸煙還可能損害腎臟、肝臟、神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等的功能?，F(xiàn)主要從香煙煙霧的主要成分和其對(duì)肺臟的影響的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1香煙煙霧的主要成分

1.1尼古丁尼古丁是一種小分子有機(jī)生物堿，是香煙煙霧的重要組成部分，具有成癮性[4]。長(zhǎng)期吸煙會(huì)使大腦內(nèi)受體對(duì)尼古丁的敏感性降低，進(jìn)而產(chǎn)生耐受性[5]。此外，尼古丁能減少肺泡巨噬細(xì)胞內(nèi)炎性因子的釋放[6-7]。但由于其可能引起心血管疾病、高血壓、癌癥及胃腸道疾病，它在抗炎方面的作用并沒(méi)有廣泛應(yīng)用于臨床。

1.2煙焦油煙焦油是烴類(lèi)及其氧化物、硫化物以及氮化物的混合物，其中包括苯并芘、β-萘胺、亞硝胺和放射性同位素等多種致癌物質(zhì)以及苯酚類(lèi)、富馬酸等促癌物質(zhì)。研究表明，亞硝基去甲煙堿可誘發(fā)吸煙者的食管癌[8]。此外，煙焦油還會(huì)作用于血管壁，加速血管硬化，增加心腦血管疾病的致病風(fēng)險(xiǎn)。

1.3丙烯醛丙烯醛具有強(qiáng)烈的刺激性，與尼古丁、一氧化碳并稱(chēng)香煙的三大有害成分。丙烯醛具有眼毒性，是損害視網(wǎng)膜的主要因素。香煙煙霧化學(xué)成分的毒理學(xué)研究顯示，丙烯醛是引起呼吸系統(tǒng)疾病的主要因素[9-10]。Comer等[9]利用western blotting發(fā)現(xiàn)，丙烯醛在原發(fā)性鼻上皮細(xì)胞具有促炎性作用。Moretto 等[10]將小氣道上皮細(xì)胞用30 μmol/L丙烯醛刺激18 h后白細(xì)胞介素8的釋放量達(dá)到最大值，當(dāng)濃度繼續(xù)升高時(shí)釋放量下降，可能與細(xì)胞毒性的處理有關(guān)。

1.4一氧化碳一氧化碳也是香煙煙霧中的主要有害物質(zhì)。當(dāng)人們主動(dòng)或被動(dòng)吸煙時(shí)吸入較多的一氧化碳，其與血紅蛋白結(jié)合，使氧氣與血紅蛋白的親和力大大降低，降低了血紅蛋白的攜氧量，導(dǎo)致組織和器官缺氧，進(jìn)而使大腦、心臟等多器官受損。

除此之外，香煙煙霧中還含有自由基、氧化劑和活性氧、含氮化合物等有害物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)引起蛋白質(zhì)在肺內(nèi)的氧化損傷。

2香煙煙霧提取物對(duì)肺部上皮細(xì)胞的影響

肺癌是癌癥死亡的主要原因之一，而吸煙是誘發(fā)肺癌的突出因素。香煙煙霧中的多環(huán)芳烴，如苯并芘，是香煙煙霧中的主要致癌物并對(duì)肺癌發(fā)生有重要作用[11]。苯并芘可與DNA加合導(dǎo)致DNA損傷進(jìn)而引起基因突變，其代謝物參與氧化還原循環(huán)產(chǎn)生活性氧自由基，這兩種形式在引發(fā)肺部癌變中具有重要作用[12]。研究表明，上述代謝物激活的4-(N-甲基-N-亞硝氨基)-1-(3-吡啶基)-1-J酮通過(guò)形成DNA加合物誘導(dǎo)癌基因和腫瘤抑制基因的有害突變，從而誘發(fā)腫瘤[13]?？商鎸幨窍銦煙熿F成分尼古丁在體內(nèi)的主要代謝物，研究表明，可替寧可能與肺氣腫的發(fā)生有關(guān)[14]。大量吸入丙烯醛可能引起肺炎、肺氣腫[15]、肺水腫、支氣管哮喘的發(fā)生，并能與腫瘤抑制基因p53的DNA結(jié)合形成加合物，可能誘導(dǎo)該基因突變，進(jìn)而引發(fā)肺癌[16]。

通過(guò)膜聯(lián)蛋白Ⅴ-異硫氰酸熒光素/碘化丙啶雙染法可檢測(cè)早期細(xì)胞的凋亡。研究表明，香煙煙霧提取物在一定濃度范圍內(nèi)能夠抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖，并誘導(dǎo)其凋亡，對(duì)其死亡方式的影響具有劑量依賴性[17]。細(xì)胞活性降低可能與香煙煙霧中存在多種致癌物質(zhì)有關(guān)，如多環(huán)芳烴類(lèi)、亞硝胺類(lèi)等。它們作用于DNA雙鏈導(dǎo)致其斷裂，或者與DNA上的堿基結(jié)合形成加合物，使堿基脫落形成無(wú)嘌呤嘧啶，從而發(fā)生DNA雙鏈斷裂[18]。核因子I-κBα是重要的核轉(zhuǎn)錄因子，參與許多炎性細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄與蛋白合成[19]。甲潑尼松龍能使香煙煙霧提取物刺激后A549細(xì)胞I-κBα蛋白表達(dá)增加，從而發(fā)揮抗炎和免疫抑制作用。

3香煙煙霧提取物對(duì)肺部影響的分子機(jī)制

3.1香煙煙霧提取物對(duì)肺泡上皮細(xì)胞鈉通道的影響肺泡上皮細(xì)胞由肺泡Ⅰ型細(xì)胞和肺泡Ⅱ型細(xì)胞構(gòu)成，在維持肺泡的正常功能上起十分重要的作用[20]。肺泡Ⅱ型細(xì)胞可分泌表面活性物質(zhì)，降低肺泡表面液體層的表面張力，同時(shí)，其膜上還存在不同的離子通道，它們共同完成呼吸道上皮離子的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程[21]。其中，上皮細(xì)胞鈉通道是Na+重吸收的限速步驟，是肺泡液體清除的主要方式[22]。

Xu等[23]將一種肺泡癌細(xì)胞事先用不同濃度的香煙煙霧處理24 h，通過(guò)常規(guī)聚合酶鏈反應(yīng)、實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈反應(yīng)和免疫印跡檢測(cè)顯示，香煙煙霧通過(guò)顯著下調(diào)啟動(dòng)子232 bp序列的活性在轉(zhuǎn)錄水平上抑制上皮細(xì)胞鈉通道的α亞基，且該抑制作用具有時(shí)間依賴性和劑量依賴性。此外，232 bp序列還包含糖皮質(zhì)激素響應(yīng)元件，通過(guò)實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈反應(yīng)檢測(cè)顯示，地塞米松能減弱甚至完全抵消香煙煙霧對(duì)上皮細(xì)胞鈉通道α亞基表達(dá)的抑制作用，這表明地塞米松可能不僅通過(guò)調(diào)控其啟動(dòng)子，還有其他非啟動(dòng)子機(jī)制來(lái)增加上皮細(xì)胞鈉通道α亞基的mRNA表達(dá)水平。

3.2香煙煙霧提取物對(duì)肺內(nèi)蛋白酶體的影響蛋白酶體是在真核生物和古菌中普遍存在的一種巨型蛋白質(zhì)復(fù)合物。26S蛋白酶體由一個(gè)催化顆粒(20S)和兩個(gè)調(diào)節(jié)顆粒(19S)組成。從結(jié)構(gòu)上看，20S核心蛋白酶體由7個(gè)相關(guān)的α亞基組成的4條交錯(cuò)的環(huán)和7個(gè)不同的β亞基組成1個(gè)αββα桶狀結(jié)構(gòu)[24]。在桶狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部有3個(gè)催化活性亞單位——半胱天冬氨酸蛋白酶樣活性(β1)、胰蛋白酶樣活性(β2)和胰凝乳蛋白酶樣活性(β5)。

泛素-蛋白酶系統(tǒng)是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解循環(huán)再利用的主要途徑[25]，因此對(duì)維持細(xì)胞正常功能具有重要作用[24]。研究顯示，用香煙煙霧提取物處理人肺泡上皮細(xì)胞可誘導(dǎo)細(xì)胞時(shí)間依賴性和劑量依賴性死亡、細(xì)胞內(nèi)活性氧種類(lèi)增多，并增加羧基化和多聚泛素化蛋白的水平[26]。van Rijt等[25]首次表明急性暴露于香煙煙霧直接損害蛋白酶體在小鼠肺部和人上皮細(xì)胞的活性，但不影響蛋白酶體的表達(dá)。此外，Somborac-Bacura 等[24]的體外研究發(fā)現(xiàn)，香煙煙霧的暴露可導(dǎo)致多聚泛素化蛋白在肺部的積累，但新生蛋白質(zhì)合成量減少。

3.3香煙煙霧對(duì)人肺泡上皮細(xì)胞β-防御素多肽的影響抗菌肽是一類(lèi)小分子多肽，在主氣道防御體系中扮演重要角色[27]。人體中發(fā)現(xiàn)的防御素屬于抗菌肽的一個(gè)大家族，包括三大類(lèi)：α-防御素、β-防御素和θ-防御素。α-防御素在肺泡上皮細(xì)胞中不表達(dá)，β-防御素的表達(dá)與某些慢性肺疾病有關(guān)，如慢性阻塞性肺疾病[28-29]。

防御素2是人β-防御素家族中的一員，研究表明，香煙煙霧能直接或間接地改變細(xì)胞內(nèi)防御素2的表達(dá)[30-32]，而這種多肽可能在香煙煙霧引起的病理?yè)p傷中發(fā)揮重要作用[33]。近期研究也顯示，肺腫瘤組織樣本中均有防御素2的表達(dá)，其表達(dá)水平與肺腺癌分化程度有關(guān)[34]。Pierson等[29]檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)香煙煙霧誘導(dǎo)后，不同的β-防御素表達(dá)具有差異性。具體結(jié)果為： 防御素3、5、9基因表達(dá)上調(diào)，防御素1、8、18和LL-37基因表達(dá)沒(méi)有明顯變化，這種表達(dá)差異性提示防御素3、5、9可能在吸煙者的肺部組織變化中具有重要作用。該研究還發(fā)現(xiàn)，防御素5、8、9、18可在肺泡上皮細(xì)胞A549中被白細(xì)胞介素1β誘導(dǎo)，表明它們可能與其調(diào)節(jié)有關(guān)并可能參與炎癥反應(yīng)、細(xì)胞增殖、分化和凋亡過(guò)程。

4小結(jié)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在香煙煙霧的組成、香煙煙霧提取物對(duì)各個(gè)組織器官的影響及作用機(jī)制方面進(jìn)行了廣泛深入的研究，試圖從分子水平揭示香煙煙霧對(duì)人體的危害及作用機(jī)制。研究香煙煙霧對(duì)肺上皮的影響可從細(xì)胞和分子水平上揭示各種肺部疾病的發(fā)病機(jī)制，探討與吸煙相關(guān)的疾病發(fā)生和發(fā)展途徑，將為相關(guān)疾病的預(yù)防和治療開(kāi)拓新的領(lǐng)域。

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摘要：香煙煙霧中含有多種化學(xué)成分，絕大部分有致癌作用，能增加罹患肺癌的風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，大量的研究表明，吸煙可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、促炎癥反應(yīng)等，是慢性阻塞性肺疾病發(fā)病的主要影響因素，可見(jiàn)吸煙對(duì)肺功能有直接的影響。研究香煙煙霧對(duì)肺上皮的影響可從細(xì)胞水平或分子水平上揭示各種肺部疾病的發(fā)病機(jī)制，從而為疾病的預(yù)防和治療奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：香煙煙霧提取物；肺上皮細(xì)胞；上皮鈉通道

Impact of Cigarette Smoke Extract on Lung EpitheliumLIHui-ming,NIEHong-guang. (InstituteofMetabolicDiseaseResearchandDrugDevelopment,ChinaMedicalUniversity,Shenyang110013,China)

Abstract:Cigarette smoke contains numerous harmful compounds,most of which have carcinogenic effects and can increase the risk of lung cancer.Numbers of studies have shown that cigarette smoking can induce apoptosis,oxidative stress,pro-inflammatory reactions,and so on,which becomes the major risk factor for chronic obstructive pulmonary disease,and it can be seen that cigarette smoking has a direct impact on the lung function.Effects of cigarette smoke on lung epithelial cells can reveal the pathogenesis of a variety of lung diseases at the cellular level or molecular level,thereby lay the foundation for the prevention and treatment of the diseases.

Key words:Cigarette smoke extract; Lung epithelial cells; Epithelial sodium channel

收稿日期：2014-10-14修回日期：2014-12-18編輯：相丹峰

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(81270098)；遼寧省自然科學(xué)基金(2014021093)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.15.001

中圖分類(lèi)號(hào)：R329.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-2084(2015)15-2689-03