口腔癌中尼古丁分子机制研究范文

《北京口腔医学杂志》2016年第3期

摘要：

流行病学调查及研究表明，吸烟与口腔癌密切相关，烟草是口腔癌主要危险因素之一。尼古丁是烟草、无烟烟草和戒烟替代疗法的主要成分。尼古丁除具有成瘾性外，可与受体特异性结合，调控肿瘤细胞增殖、细胞凋亡、新生血管生成、氧化应激、肿瘤的侵袭等。本文就尼古丁在口腔癌发生发展中的作用机制做一综述。

口腔癌是世界第六大癌症，平均每年发病人数达500，000人，每年死亡人数可达250，000人。在东南亚，90%的口腔癌患者都有吸烟史或烟草咀嚼史［1］。吸烟与口腔癌有显著的流行病学相关性，在口腔癌发生发展中具有重要作用。中国吸烟者约占世界成年吸烟者的1/3［2］。吸烟者比非吸烟者罹患口腔癌的风险要高7～10倍［3］，发生第二原发癌的风险要高3倍［4］。尼古丁(Nicotine)是烟草中主要活性成分，除具有成瘾性外，可与受体特异性结合，调控肿瘤细胞增殖、细胞凋亡、新生血管生成、氧化应激、肿瘤的侵袭等［5］。本文就尼古丁在口腔癌发生发展中的作用机制做一综述。

一、尼古丁理化特性及代谢

尼古丁(又名烟碱，C10H14N2)是存在于烟草、茄子、西红柿等茄科烟草属植物中一种天然生物碱，是烟草生物碱的主要成分。它是一种高毒性、易挥发的油状液态物质，可溶于水、乙醇等。它还可快速被口腔黏膜、气管粘膜等吸收，迅速通过血脑屏障及胎盘屏障，吸入后10秒即可到达脑部。尼古丁可通过多种途径摄入，其中以吸入式、口嚼式、口含式等方式摄入人体的效率较高。70%～80%的尼古丁由肝代谢为可替宁，随尿排出。尼古丁主要通过细胞色素P450酶代谢(主要为CYP2A6)，少数也可以通过CYP2A6和CYP2B6代谢为去甲烟碱。尼古丁在体内清除的半衰期为2小时，而可替宁的半衰期大约19小时，可作为检测吸烟与否及反映吸烟量大小的重要指标［5］。一支香烟中尼古丁的含量大约在1．0～1．8mg，吸烟者血浆中尼古丁水平为200nM～1μM。吸烟后尼古丁在气管黏膜中的含量可迅速达到0．5mM～1mM［6］。

二、尼古丁在口腔组织中的主要作用受体

尼古丁的多种功能是通过与其受体的相互作用完成的。目前，发现尼古丁在口腔中的作用主要是通过烟碱乙酰胆碱受体实现的。nAChR是与尼古丁结合并与之应答的配体门控跨膜转运离子通道受体，目前已发现有九个不同的α亚型(α1-α7，α9，α10)和三种β亚型(β2-β4)。在口腔上皮细胞中已发现α3，α5，α7，α9，β2，β4共六个亚型，在口腔角质细胞(keratinocytes，KCs)中也已发现α3，α5，α7，α9，α10和β2亚型，β1-nAChR也有表达［7］。α7-nAChR是调节烟草产物和纯尼古丁在上皮细胞中作用的主要受体亚型，在人类恶性肿瘤细胞中也有表达，α7-nAChR耦合的信号转导在烟草介导的癌症发展中发挥重要的作用［8］。尼古丁衍生的亚硝胺类可激活α7-nAChR导致口腔细胞恶变［9］。有研究表明，尼古丁还可通过肾上腺素受体而起作用［10］。另外，尼古丁还可通过前列腺素E受体EP2/4调节转录因子NF-κB活性调控细胞增殖［11］。

三、尼古丁与细胞增殖

尼古丁通过激活AKT/MTOR信号通路诱导细胞生存、细胞增殖，产生致癌作用［12］。尼古丁可诱导EGF家族多种生长因子分泌，而EGF家族过表达与80%～90%的头颈鳞状细胞癌的发生发展相关。尼古丁的代谢物可替宁通过P13K/Akt信号通路促进A549细胞增殖。West等［13］报道尼古丁可通过nAChR介导的P13激酶通路激活P-Akt，使正常的呼吸道上皮细胞具有更长的生存期。Kim等［14］发现1～100μmol/L尼古丁对人自体骨髓间质干细胞hABMMSCs的细胞增殖和成骨分化无明显作用，但是1mmol/L和2mmol/L尼古丁可促进细胞增殖，5mmol/L尼古丁则明显抑制细胞增殖并伴细胞空泡形成，5天后出现细胞死亡，提示尼古丁对细胞增殖的作用与剂量密切相关。而Rothem等［15］用低浓度尼古丁(0．01～100μmol/L)处理骨肉瘤细胞株MG63，发现可促进细胞增殖，而高浓度尼古丁(＞1mmol/L)则可抑制细胞增殖。另有研究显示尼古丁处理口腔癌Tca8113细胞较短时间(24h、48h)、较低浓度(0．1umol/L、1umol/L、10umol/L)可促进细胞生长，且呈浓度依赖性。高浓度(100μmol/L)尼古丁或时间延长(72h))可抑制Tca8113细胞生长［16］。Yanagita等［17］却发现1mmol/L尼古丁对小鼠牙周韧带细胞株MPDL22细胞增殖无明显作用。提示尼古丁对细胞增殖作用不同，除了与剂量有关，可能亦与细胞类型有关。

四、尼古丁与细胞凋亡

一些研究表明，尼古丁具有抗凋亡和诱导凋亡的双重作用。尼古丁的抗凋亡作用是通过对多种信号蛋白调节实现的，包括Bcl-2，NF-κB，Bax，Bad，蛋白激酶B(AKT)和凋亡抑制基因survivin等凋亡相关蛋白。也有报道尼古丁可通过AKT磷酸化来抑制人口腔癌细胞凋亡［18］。尼古丁可抑制肿瘤坏死因子、UV或某些化疗药物(如顺铂、长春花碱、紫杉醇和阿霉素等)诱导的口腔癌细胞凋亡［18］。尼古丁不直接干扰顺铂诱导的头颈鳞癌细胞株UMSCC10b和UMSCC5损伤的修复，但影响死亡信号通路，降低JNK1信号通路及其下游基因c-jun的表达，从而导致抗癌疗效下降［19］。少数文献报道尼古丁可促进凋亡，用0．06～0．6μmol/L尼古丁诱导人Rsa细胞发生凋亡，可能是通过上调热休克蛋白Hsp90α表达实现的［20］。尼古丁可抑制易感细胞凋亡，促进血管生成，从而促进肿瘤发展，并且尼古丁可能会使靶细胞对烟草中其他致癌成分更加易感［21］。

五、尼古丁与新生血管生成

新血管生成是肿瘤生长和转移的关键步骤。许多文献报道尼古丁可以促进血管生成。尼古丁在非神经元组织中可诱导生长因子的分泌，如血管内皮生长因子等。尼古丁通过上调环氧合酶COX-2、环前列腺素、血管内皮生长因子受体-2、基质金属蛋白酶等诱导血管生成［20，21］。当暴露于尼古丁24～48小时或更短时间，血管内皮细胞数量可增加，凋亡减少。小鼠饮用含尼古丁的水(100μg/ml，饮后血浆可替宁浓度相当于轻中度吸烟者)2周，可诱导病理性血管生成［22］。用尼古丁(200μg/ml)处理口腔鳞状细胞癌细胞BHY6小时，血管内皮生长因子水平显著升高［23］。Konishi等［24］首次长期(16周)给予C57/Bl6小鼠尼古丁饮用水(200ug/ml)可削弱nAChR调节的血管生成，降低尼古丁诱导的VEGF释放，这可能与长期吸烟者血管形成能力受损有关。提示尼古丁对血管生成的影响可能与尼古丁浓度、时间、细胞类型有关。

六、尼古丁与氧化应激、DNA损伤

大量研究表明，吸烟可以产生大量的活性氧簇，使正常生理状态下氧化物和抗氧化物的动态平衡状态被破坏。Ginzkey等［25］研究发现，1mmol/L尼古丁可显著诱导DNA损伤，而应用1mmol/L抗氧化剂n-乙酰半胱氨酸(NAC)可以完全阻止其产生的基因毒性，提示尼古丁介导的DNA损伤与氧化应激有关。不同浓度尼古丁在不同的PH值环境下，处理口腔鳞状细胞癌株OEC-M1，发现PH8组尼古丁处理OEC-M1细胞16小时，导致DNA链显著断裂并呈时间依赖性，PH6．5组未引起DNA损伤。而当用过氧化氢酶或NAC预处理细胞后，DNA损伤明显减少。且10μmol/L组8-羟基鸟嘌呤水平显著升高。提示尼古丁诱导的DNA损伤呈PH值依赖，并与氧化应激有关［26］。同样，Argentin等［27］研究发现，1mmol/L的尼古丁作用于人牙龈成纤维细胞可显著增加微核的出现频率。1mmol/L的尼古丁作用24小时，微核出现频率最高，随后下降。通过加入抗氧化剂，如H2O2酶，微核出现频率下降。提示尼古丁可能通过诱导细胞氧化应激从而对成纤维细胞DNA造成损伤。尼古丁可诱导正常口腔上皮细胞、成纤维细胞和口腔癌细胞及唾液中ROS水平升高［26］，引起氧化应激反应。研究发现，采用相同时间不同浓度，及同一浓度不同时间尼古丁作用于Tca8113细胞，Prx1mRNA及蛋白表达均增高。且尼古丁诱导Tca8113细胞Prx1mRNA和蛋白表达增加呈时间和浓度依赖性。表明尼古丁作为一种外源性氧化应激源诱导机体氧化应激，可使细胞内ROS增加［16］。

七、尼古丁与上皮-间充质转化

上皮-间充质转化是上皮细胞形态学特征丢失，获得间充质特征。以细胞间连接松解，细胞支架重排，细胞运动能力增加和细胞外基质合成为特征。EMT进程受信号分子调节并与E-钙粘蛋白和紧密连接蛋白-1等上皮标志物的下调，及间充质标志物如纤连蛋白、N-钙粘蛋白和波形蛋白的上调有关。Snail，Slug，Twist1和ZEB1等转录因子过表达与E-钙粘蛋白表达抑制及诱导EMT有关［28］。尼古丁可诱导不同癌细胞发生EMT。用不同浓度尼古丁分别处理肺癌细胞系A549、乳腺癌细胞株MCF-7和MDA-MB-468，三种肿瘤细胞在不同浓度尼古丁作用下E-钙粘蛋白水平下降，纤连蛋白、N-钙粘蛋白和波形蛋白水平上调并呈浓度依赖性［29］。有研究表明长期尼古丁处理口腔上皮细胞可诱导肿瘤干细胞特性，促进EMT进程及口腔癌的发生［30］。

八、尼古丁与动物肿瘤实验

给予小鼠相当于尼古丁替代疗法剂量的尼古丁饮用水(100μg/ml)，结果显示尼古丁并未影响NNK致癌剂诱发肺部肿瘤的大小、数量及整体生存率，提示尼古丁可能存在剂量阈值，低于此值尼古丁不能增加肺部肿瘤形成［31］。Murphy等［32］也发现采用低剂量尼古丁(0．44μmol/mL)饮用水，对NNK诱导的肺部肿瘤发生无明显作用。采用高浓度尼古丁(1mg/kg)腹腔注射，可促进BALB/c小鼠移植瘤生长和转移。且当手术切除肿瘤后，小鼠腹腔继续注射尼古丁(1mg/kg)，肿瘤复发率(59．7%)较对照组(19．5%)显著升高，提示尼古丁可促进肿瘤复发［33］。同样浓度的尼古丁注射到AB6F1小鼠腹腔内，导致约1/10小鼠在24小时内死亡［32］。用50mg/ml或200mg/ml尼古丁处理25天，可显著促进裸鼠人结肠癌移植瘤生长。用500uM尼古丁处理人N417细胞7天后进行裸鼠背部移植，发现尼古丁预先处理组较未处理组肿瘤增大，血供更丰富，凋亡率较低［6］。目前，有关尼古丁和口腔癌相关性的动物实验研究较少。实验对象均为大鼠，但均证实了尼古丁的促癌作用。用50μl含有6%尼古丁与1%DMBA溶液涂于叙利亚金黄地鼠颊囊12周，与单纯涂DMBA组相比，肿瘤数量和体积均显著升高［34］。将6%尼古丁与弱致癌剂亚硝胺类联合作用于金黄地鼠颊囊和前胃13周，较单纯用致癌剂和单纯用尼古丁组，其上皮异常增生程度显著升高，证实尼古丁的促癌作用［35］。

九、结语

综上所述，烟草与口腔癌的发生密切相关，烟草中的主要成分之一尼古丁通过参与肿瘤细胞增殖、细胞凋亡、新血管生成等在口腔癌发生发展中发挥重要作用。因此，进一步研究尼古丁在口腔癌发病中作用的分子机制，对防治口腔癌具有重要意义。

作者:景新颖 汤晓飞 单位:北京首都医科大学口腔医学院口腔医学研究所