腫瘤的細胞與分子生物學(第2版) 節選

**章 環境致癌因素 **節 化學致癌物是人類腫瘤的主要致癌因素 1 一、化學致癌物的種類 1 二、化學致癌的機制 3 三、致癌物的檢測方法 4 第二節 病毒致癌是人類腫瘤的次要致癌因素 6 一、病毒致癌概況 6 二、人類腫瘤病毒 6 第三節 輻射與人類某些腫瘤的發生 15 一、輻射致癌概況 15 二、輻射致癌物的種類及致癌機制 15 腫瘤流行病學資料顯示80%～90%的人類腫瘤是由外界環境因素引起的。這里的環境因素泛指直接接觸某些特定的致癌物質（化學性、物理性、生物性）和不良的生活方式（飲食、吸煙、生育）。因此，避免接觸致癌物質和改變不良生活方式就可能有效地預防癌癥的發生。環境致癌因素大致可分為化學致癌物、輻射致癌物和腫瘤病毒這三大塊，它們分別占環境致癌因素的75%～80%、5%和15%～20%。 **節 化學致癌物是人類腫瘤的主要致癌因素 化學致癌劑是人類腫瘤*主要的致癌因素。現在已知能誘發腫瘤的化學物質就有1000多種，其中包括天然的和人工合成的。有些化學致癌物有直接致癌作用，在機體內不經過生物轉化即可致癌，稱為直接致癌物（direct acting carcinogen）。有些化學致癌物本身并不直接致癌，在體內經過生物轉化，所形成的衍生物具有致癌作用，稱為間接致癌物（indirect acting carcinogen），其轉化過程稱為致癌物的代謝活化。已知化學致癌物大多是間接致癌物。 一、化學致癌物的種類 化學致癌物可分為直接化學致癌物和間接化學致癌物，環境中的化學致癌物大多為間接化學致癌物。 1.直接化學致癌物少而弱 這類物質絕大多數是合成的有機物，包括有內酯類、烷化劑和酰化劑類、芥子氣和氮芥類、活性鹵代烴類等。直接化學致癌物一般致癌性較弱，致癌時間長。 2.間接化學致癌物多而強 間接化學致癌物種類較多，常見的有以下7種。 （1）多環芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbon，PAH）類：這類物質廣泛存在于瀝青、汽車廢氣、煤煙、香煙及熏制食品中，與肺癌、皮膚癌等有關。這類致癌物以苯并芘[benzo（a）pyrene，BAP]為代表，它需經 CYP1A1激活才具有致癌性（表1-1）（參見本節“二、化學致癌的機制”）。這種致癌作用與芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor，AHR）有關，因為 AHR基因敲除的小鼠使用 PAH致癌劑處理是不會得癌的。 AHR是一種配體激活性轉錄因子，當與多環芳烴等配體結合后，可調控一系列基因的表達，包括致癌物的活化或解毒（Feng et al，2013）。 表1-1 人CYP基因家族部分成員 （2）芳香胺類（aromatic amine）：如乙萘胺、聯苯胺（benzidine）等，與膀胱癌和白血病等腫瘤有關。芳香胺的活化在肝臟，通過 CYP1A2使其 N端氧化和乙酰化形成 N-乙酰氧基衍生物（N-acetoxy derivative）（表1-1），它能攻擊 DNA，與膀胱癌的發生有關。 （3）亞硝胺類（nitrosamine）：在變質的蔬菜及食品中含量較高，也存在于燃燒的煙草中，能引起消化系統的惡性腫瘤。亞硝胺在體內需經代謝活化才形成*終致癌劑。與氨氮相連的α-碳原子上的氫受到肝細胞色素 P450酶的作用，被氧化形成羥基，此化合物不穩定，進一步分解和異構化，生成烷基偶氮羥基化合物，具有致癌活性。 （4）黃曲霉毒素 B1（a.atoxin B1，AFB1）：由黃曲霉菌產生，存在于霉變的花生、玉米及谷類中。 AFB1為異環芳烴，在肝通過細胞色素 P450酶氧化成 AFB1氧化物（AFB1-8，9-oxide）而致突變（表1-1），如引起 p53第249位密碼子突變（AGG→AGT）顛換（transversion）。乙型肝炎病毒（HBV）感染與 AFB1的協同作用可能是我國肝細胞性肝癌高發地區的主要致癌因素。 （5）苯（benzene）：是一種略帶芳香味的有機溶劑，在工業中有著廣泛的用途，如油漆、各種裝飾涂料、汽油、煤油等都含有苯。苯通過呼吸道、胃腸及皮膚吸收的方式進入人體，在肝 CYP2E1代謝后轉化成酚、對苯二酚和鄰苯二酚（表1-1）。這些分子被輸送到骨髓后才被轉化成真正的致癌因子對苯二醌，對苯二醌導致染色體斷裂、缺失及各種 DNA突變，與白血病的發生有關。 （6）氯乙烯（vinyl chloride）：目前廣泛應用的一種聚氯乙烯塑料是由氯乙烯單體聚合而成。流行病學調查已證實氯乙烯與肝血管肉瘤有關。氯乙烯在細胞色素 P450酶作用下代謝活化（表1-1），形成高度不穩定的氯乙烯氧化物（chloroethylene oxide），它能與 DNA共價結合，具有強致突變作用。 （7）無機致癌物：鎳（nickel）與鼻咽癌和肺癌相關；鎘（cadmium）與肺癌、前列腺癌和腎癌相關；鈹（beryllium）和鉻（chromium）與肺癌有關；砷（arsenic）與皮膚癌和肺癌有關；石棉（asbestos）纖維與肺癌和間皮瘤有關。 化學致癌物在腫瘤的發生過程中起了主導作用，但它也必須遵循量變到質變的原則。在一定條件下，化學致癌物質長期反復作用之后，達到了一定的量，才能夠發生質的變化而誘發腫瘤。 二、化學致癌的機制 化學致癌物引起人體腫瘤的作用機制很復雜。少數致癌物質進入人體后可以直接誘發腫瘤，這種物質稱為直接致癌物。大多數化學致癌物進入人體后，需要經過體內代謝活化或生物轉化，成為具有致癌活性的*終致癌物才能引起腫瘤發生，這種物質稱為間接致癌物。每種化學致癌劑都有自己的代謝途徑，這其中涉及不同的代謝酶，如黃素單氧化酶（.avin mono-oxygenase）、轉移酶、前列腺素合成酶，但*重要的代謝酶是位于滑面內質網的細胞色素 P450依賴性酶（cytochrome P450-dependent enzyme，CYP），它可使許多物質從無活性狀態轉變成不穩定的活性物質（圖1-1），如環氧化合物或羥基化合物，它們能與 DNA上的堿基形成共價加合物（covalent adduct），引起 DNA突變，進而觸發腫瘤形成。 圖1-1 CYP涉及體內許多物質代謝，其中也包括前致癌劑轉變成活性致癌劑的過程 細胞色素 P450酶是膜結合蛋白，是一大家族酶，有57個成員，其中50個位于內質網，其余位于線粒體膜（Guengerich et al，2016）。P450酶主要表達于肝臟和腎臟，在許多內源性化合物（如甾體類激素、膽汁酸、脂肪酸、前列腺素等）及許多外來化學物質（如藥物、毒物、前致癌物/致突變物等）的氧化、還原及過氧化代謝中扮演著重要角色。其中外來化學物質的代謝主要由 CYP1、CYP2和 CYP3家族蛋白來承擔，而內源性分子的代謝由 CYP4、CYP5、CYP8、CYP19和 CYP21家族蛋白來承擔（表1-1）。這種代謝能力是由遺傳決定的，有多態性，故表現種屬和個體的差異。 CYP表達受 AHR調節，它在腫瘤組織中活性升高。 研究顯示 CYP參與前致癌物的代謝活化，其中 CYP1A1在苯并芘[benzo（a） pyrene，BAP]等多環芳烴（PAH）化合物由前致癌物代謝活化為終致癌物7，8-二羥基-9，10-環氧化苯并芘[benzo(a)pyrenediolepoxide，BPDE]的過程中起著關鍵作用（圖1-2）。這類致癌物主要誘發肺鱗狀細胞癌的發生；而 CYP2A13等則主要激活亞硝胺類致癌物，如香煙中特有的亞硝胺甲基-亞硝基-吡啶基-丁酮（N-methyl-N-nitrosamine-pyridyl-buta-none，NNK），這種致癌物主要誘發肺腺癌。 圖1-2 CYP1A1涉及將前致癌物苯并芘轉變成*終致癌物 BPDE的過程 苯并芘首先被 CYP1A1氧化成7，8-環氧化苯并芘，再經水解酶水解后形成前致癌物7，8-二羥基苯并芘，經 CYP1A1再次環氧化形成*終致癌物7，8-二羥基-9，10-環氧化苯并芘（BPDE）吸煙是已經被確認的肺癌的主要病因，我國50%的肺癌是由吸煙引起的，與不吸煙者相比，吸煙者發生肺癌的風險要高3～10倍。但在吸煙者中發生肺癌的概率并不完全相同，提示個體的遺傳因素在肺癌的發生和發展中起著重要作用。研究人員研究了若干重要的致癌物代謝酶基因多態性（polymorphism）與吸煙相關性肺癌的關系，發現 CY-P1A1的多態性是肺癌重要的遺傳易感性因素。 CYP1A1定位于15q22—qter，基因全長43064bp，包括7個外顯子和6個內含子。 CYP1A1主要有4種基因多態性，常見的突變等位基因為 m1（CYP1A1*2A）、 m2（CYP1A1*2C）、 m3（CYP1A1*3）和 m4（CYP1A1*4），其中 m1、m2型突變在華人中常見。 CYP1A1 m1突變型是在 DNA非編碼區3′端增加一個 MspⅠ限制性內切酶位點， m2突變型是在第7外顯子462位點發生 A → G堿基置換，這兩種突變型表達的酶活性均高于野生型。由于苯并芘（BAP）需經 CYP1A1活化后方能致癌，突變型 CYP1A1將苯并芘轉化成*終致癌物 BPDE的能力增強，因此攜帶突變型 CYP1A1基因的個體患肺癌的危險性是其他基因型的7.3倍，且吸煙量增加，患肺癌的危險性也增加。在食管癌患者中攜帶突變基因 CYP1A1的人數明顯高于對照組， CYP1A1突變可能是食管癌發生的重要易感性之一。 CYP1A1的多態性也可能增加乳腺癌的患病風險。 三、致癌物的檢測方法 1.Ames試驗 Ames試驗是一種檢測誘變劑的常用方法，也稱為鼠傷寒沙門菌/微粒體試驗。其原理是在一系列組氨酸營養缺陷型的沙門菌株中，加入大鼠肝微粒體酶活化系統和受試化學物質后，若該化學物質為誘變劑，則可產生回復突變，使組氨酸營養缺陷型的沙門菌回復突變為野生型，細菌能合成組氨酸，從而與野生型一樣能在不加組氨酸的培養基上生長。根據生長的細菌集落數目及大小，可測定受試化學物質的誘變能力（圖1-3），因為基因突變能力與致癌能力有關。 圖1-3 Ames試驗 Ames試驗由三部分構成，即鼠肝細胞勻漿液、組氨酸營養缺陷型沙門菌株和受試化學物質。Ames試驗是一種回復突變試驗，通過檢測細菌集落數目及大小來確定受試化學物質的誘變能力Ames試驗是一種間接檢測法，不同于動物實驗的直接檢測法。但它檢測速度快，一般在1周左右，故又稱為快速檢測法。不過Ames試驗的價值像活體動物細胞上進行的檢測一樣，也頗有爭議，因為它畢竟是在原核細胞系進行的，與人體的情況還有很大差距。 2.姐妹染色體交換 姐妹染色體交換（sister chromatid exchange，SCE）的原理是根據 BrdU摻入到 DNA中胸腺嘧啶核苷酸的位置上，經2次細胞分裂，兩條染色單體不對稱地標上 BrdU，結果被 Hoechst染成不同顏色，顯微照片可見染色單體間有明暗互換現象。著色性干皮病（xe-roderma