综述论文-31-周六晚-20144097-朱启鹏

1致癌转录因子研究进展（2014级食品工程1班朱启鹏）摘要：近年来，由于工业发展负面影响造成的环境污染及吸烟等不良嗜好导致吸入人体肺部的致癌物急剧增加，致使肺癌的发病率及死亡率逐年升高，已跃居各癌症之首。研究表明，环境致癌物诱导肺部慢性炎症与肺癌的发生发展之间存在着紧密联系，环境致癌物如砷、镍及苯并芘等暴露可激活NFAT、NF-κB、AP-1等转录因子，调控炎症因子如TNFα及COX-2等的表达，且这些炎性因子的释放又可正反馈激活转录因子，促进更多的炎性因子产生，进而形成炎性因子产生回路，维持肺部炎性微环境，从而促进肺癌的发生发展。本文就环境致癌物诱导肺部炎症导致肺癌发生发展的分子机制及其相关信号通路进行了综述。关键词：螺杆菌感染；胃肿瘤；病因学；螺杆菌；幽门1前言症细胞和炎症调节因子可通过复杂的信号传导途径加速血管生成、促进肿瘤生长增殖、侵袭和新陈代谢，促进肺癌等多种癌症的发生发展。炎症起始在巨噬细胞和肥大细胞的调控作用下，组织中的中性粒细胞会最先迁移到炎症部位。随着炎症的发展，各种细胞如巨噬细胞、树突状细胞、淋巴细胞和其他炎症细胞会被激活，释放多种炎性因子、造成局部低氧等，从而形成一个有利于细胞恶性转化并增殖的炎症微环境。在肺癌的慢性炎症微环境形成过程中，环境致癌物起到了重要的作用，因长时间暴露能诱导慢性肺部炎症，并最终导致肺癌发生发展。本文就环境致癌物诱导慢性肺部炎症微环境形成的分子机制，以及该炎症微环境致肺癌发生发展的分子机制进行论述。1iPS细胞建立的关键点iPS细胞建立的过程主要包括:①分离和培养宿主细胞;②通过病毒介导的方式将若干个多能性相关的基因导入宿主细胞;③将病毒感染后的细胞种植于饲养层细胞上,并于ES细胞专用培养体系中培养,同时在培养液中根据需要加入相应的小分子物质以促进重编程;④出现ES样克隆后进行iPS细胞的鉴定(细胞形态、表观遗传学、体外分化潜能等方面)。目前,科学家们已经成功地从小鼠、大鼠、猕猴、猪和人的体细胞中诱导并获得iPS细胞。下文中,笔者将对iPS细胞建立的一些关键点进行讨论和总结。1.1体细胞种类及促进体细胞重编程的转录因子的选择随着iPS细胞研究的深入,人们逐渐发现被逆转的细胞并不局限于特定的细胞类型及特定的分化阶段。许多不同组织来源的体细胞均可被重编程。可以是内、中、外任一胚层来源的细胞,既可以来源于胚胎细胞也可以来源于新生儿、成人甚至是终末分化的成熟细胞,只是不同胚层来源的细胞或不同发育阶段的细胞重编程为iPS细胞的难易不同、效率不同、所需因子组合不同或形成克隆所需时间不同而已。目前研究中较为理想的供体细胞主要有血细胞、脂肪细胞和皮肤成纤维细胞。细胞的多能性受到许多因子精密而又复杂的调控。Takahashi和Yamanaka最初对24个与多能性维持相关的候选基因进行了组合、筛选,分别将任意23个基因组合导入鼠成纤维细胞来观察细胞集落的形成情况,最终发现了4个重编程中至关重要的基因—Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4。随后,Thomson等从14种高表达基因中筛选出了另外一套基因组合—Oct4、Sox2、Nanog和Lin28,并进一步证明了这4种因子的确具有使体细胞发生重编程的能力。虽然c-Myc因子的去除会严重影响诱导效率,但从安全性的角度考虑,降低了致瘤风险,或许能产生更为特异、质量更高的iPS细胞。Oct4和Sox2作为典型的多能干细胞特异性转录因子,是诱导形成iPS细胞所必需的,甚至只用Oct4一个基因,即可2将神经干细胞或前体细胞诱导成iPS细胞,这主要由于这些细胞本身高表达另外的几种转录因子Sox2、c-Myc和Klf4。Shi等、Silva等研究还发现,当在培养液中加入小分子化合物BIX或PD0325901与CHIR99021时,显著提高了体细胞重编程的效率。因此,重编程过程中所需转录因子的组合与多种因素有关,当在培养液中加入小分子化合物时,可以大幅度提高重编程效率,有时还可以减少转录因子使用个数。增加转录因子使用个数,也可大大提高重编程效率。1.2iPS细胞的诱导方法在最初的研究中,人们通常利用逆转录病毒为载体将转录因子导入分化细胞,然而,这种方法很可能导致外源基因插入细胞的基因组中,引起插入突变,存在很大的弊端。因此,人们开始尝试利用其他的小分子基因转染的方法。Stadtfeld等利用腺病毒载体成功诱导了小鼠iPS细胞的产生,Okita等利用脂质体转染的方法成功构建了小鼠的iPS细胞,Huangfu等发现在诱导人iPS细胞产生的过程中,可以用一种小分子物质代替以往使用的一种癌基因,也就是说现在只需要转染两个基因就可以成功得到iPS细胞。这3种无需逆转录病毒载体诱导iPS细胞的策略避免了使用逆转录病毒载体所带来的基因插入、整合、突变等问题。逆转录病毒、腺病毒、质粒转染3种方法。2氧化损伤Cerutti［7］报道活性氧代谢产物(reactiveoxygenmetabolites,ROMs)有致癌作用，它除了引起DNA结构变化外，亦导致胞质和胞核信号传导途径的变化。氧化损伤是导致DNA突变的原因，是自由基作用的结果。自由基产生于机体的正常代谢过程之中。正常机体由于胃粘膜屏障的完整性使胃粘膜不易受自由基的损害，且胃液中的抗坏血酸等抗氧化剂能将其清除。Sarosieletal［8］证实Hp感染后其产物蛋白酶和脂酶能降解胃粘液屏障，尿素酶水解尿素产生CO2和NH3，NH3进一步与H2O作用产生OH-，OH-对上皮细胞有毒性作用，NH3破坏细胞间的紧密连接从而破坏了胃粘膜屏障，这导致：①进入腔内的外源性致癌物质更易接近胃粘膜上皮细胞；②不断摄入的细菌抗原能促进炎症反应的产生，内源性致癌物质不断增加。虽然Hp本身不产生自由基，但能通过炎症反应激活炎症细胞，使自由基产生显著增加。Hp定居于胃粘膜上皮细胞后激活免疫炎症反应，大量炎症细胞侵入粘膜下层，释放一系列细胞因子，如TNFα,IL-1，IL-6，IL-8及趋化因子，它们吸引淋巴细胞，中性粒细胞及单核巨噬细胞在感染部位聚集，并激活中性粒细胞产生自由基。Nguyenetal［9］发现一氧化氮(NO)能引起抑癌基因发生C→T突变，而Hp脂多糖和细胞因子能刺激NO的产生，Hp阳性者胃粘膜NO合成酶显著升高。NO在O2存在时迅速降解产生大量氮氧化物，它具有亚硝基化作用。另外NO能与O2-作用产生过氧亚硝酸根离子，能进一步降解产生OH-。且Hp感染后胃内抗坏血酸浓度显著降低，使之对自由基的清除能力下降［10］。以上作用导致胃液中自由基浓度及活性在Hp感染阳性者比阴性者显著升高，更易导致粘膜损伤引起DNA突变。3慢性炎症促进肺癌发生发展的机制及信号通路早在一个半世纪以前，人们就开始探索炎症与肿瘤的关系．据报道，1863年Virchow发现肿瘤的发生与慢性炎症密切相关。越来越多的研究发现，肺癌、结肠癌、肝癌、胃癌、前列腺癌等多种肿瘤的发生都与慢性炎症或持续感染相关。当机体长期暴露于吸入性致癌物中时，会逐渐导致肺慢性炎症以及组织损伤和防御机制损伤、呼吸道慢性感染和功能紊乱，增加患肺癌的风险。慢性呼吸道炎症导致肺部炎症微环境的形成，使支气管上皮细胞发生表型改变(上皮细胞转化为间质细胞)，并最终诱发肺癌。例如，肺结核感染能引起长期的全身和3局部肺炎症，最终导致肺瘢痕和空泡的形成，肺结核会增加患肺癌的风险以及较高的肺癌死亡率。慢性炎症向肺癌的发生发展过程中，有多种重要的关键调控分子参与。细胞因子信号参与肺癌的发生发展主要在两个方面：一是在炎症发生部位刺激细胞的生长和分化；二是抑制这些炎性细胞的凋亡。慢性炎症的主要特征是持续的组织损伤，并诱导细胞增殖。巨噬细胞在慢性炎症微环境中起主导作用，而白细胞产生大量的活性氧和氮以抗感染。最终导致癌基因突变的积累。大量的白细胞和其他类型的免疫细胞渗透到肺癌发生的部位，建立肿瘤炎性微环境。其中巨噬细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞、树突状细胞和淋巴细胞是上皮起源肿瘤的关键细胞。另外，TAM也能诱导TNF-α和iNOS的产生。在炎症反应中，TNF-α可能发起一个由其他炎性细胞因子、趋化因子、生长因子和内皮细胞黏附因子组成的炎症级联，在组织损伤部位聚集这些活化的细胞，刺激细胞的转化和组织重构，从而构建肿瘤细胞、基质以及细胞外基质的相互作用。慢性炎症致肺癌发生发展过程中，还有许多其他细胞因子参与，各细胞因子引起信号级联反应，进一步促进肺部慢性炎症细胞的增殖和组织损伤，进而诱导癌变。下文将详细阐述三种主要细胞因子参与的慢性炎症致肺癌发生发展的机制。3.1钙调素/NFAT参与慢性炎症致肺癌的相关信号转导通路NFAT最早在激活的T细胞中发现，作为一个可诱导的核因子，其可结合到白介素2(IL-2)的启动子区，促进IL-2的转录。NFAT对细胞因子、生长因子等生理或病理信号发生应答，调节基因的转录，参与细胞增殖、分化等过程。NFAT活化是由钙调素介导的，NFAT进入胞核后，可与AP-1蛋白形成异二聚体发挥协同作用并结合到相应的DNA位点调控TNF-α、COX-2等下游基因的表达。NFAT可调节IL-l、IL-6、IL-8、IL-10、IL-18、TNF-α、IFN-γ、GM-CSF及COX-2等的表达。在炎症反应中有多种促炎症因子参与，包括IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-13、GM-CSF和TNF-α。同理TNF-α处理的细胞内，NFAT明显活化、COX-2的表达持续上调。慢性炎症引发机体产生免疫反应，转录因子NFAT与TNF-α、COX-2、ICAM-1、GM-CSF等炎性细胞因子相应的启动子结合位点结合，从而激活上述细胞因子表达。PGE(前列腺素)是COX-2的重要产物之一，可以通过结合4种不同的G蛋白偶联受体(EP1、EP2、EP3和EP4)来发挥作用。PGE使内皮细胞舒张从而促进发热、局部红肿，并促进循环系统淋巴细胞在炎症区域的募集及炎症因子的产生。NFAT通过上调COX-2的表达发挥抗细胞凋亡作用，而细胞凋亡是机体自我清除癌变细胞的重要途径，若该途径受到抑制则会导致癌变细胞继续存留在体内最终发展为肿瘤。因此，活化NFAT上调COX-2的表达是环境致癌物致肺癌的可能机制之一。3.2IKK/NF-κB参与肺癌发生发展的相关信号转导通路NF-κB是炎症诱导肿瘤分子网络中的重要调控因子，其调控机制一直以来是生物医学研究的热点之一。p50/p65异源二聚体是NF-κB的主要存在形式。NF-κB能够调控多种基因的表达，参与炎症、肿瘤发生和细胞抗凋亡多个生理过程，是致癌物诱导慢性炎症致肺癌发生的重要调控因子。NF-κB能被TNF-α激活，并可通过正反馈激活方式诱导更多TNF-α的表达；TNF-α能激活NFAT，进而诱导COX-2的表达。COX-2及其产物PGE都是重要的炎性介质。在许多肿瘤模型中，COX-2和PGE能够产生免疫抑制作用，抑制巨噬细胞和自然杀伤(NK)细胞的细胞毒性，降低机体免疫力，从而使得癌细胞避开免疫监视，从而促进细胞增殖和抗细胞凋亡，在肿瘤的发生发展、浸润转移以及新生血管生成的过程中发挥重要作用。环境致癌物暴露活化早期的NF-κB，进而导致早期相对低水平的TNF-α和COX-2表达；炎症反应又可激活NF-κB，进而持续激活与肿瘤发生相关基因的表达。在COX-2的转录起始上游区含有NF-κB等转录因子的结合位点。而这些转录因子大部分都通过炎性刺激或致癌过程参与COX-2的上调，故COX-2的上调使得突变细胞的生存延长便于后续遗传改变的积4累，从而增加致瘤性。4上皮细胞过度增殖Fan［13］通过流式细胞仪及MTT法发现Hp及Hp激活的淋巴细胞上清液(富含炎症递质)能显著增加胃上皮细胞的增殖.在Hp感染者已发现一种最新的细胞增生相关基因-pag，它介导胃粘膜上皮细胞的过度增生.已证实胃粘膜上皮细胞增殖仅在Hp相关慢性胃炎患者中增加，而在无Hp感染的慢性胃炎患者中不增加，即单独的慢性炎症与胃上皮细胞更新无关，上皮细胞更新加速必须有Hp感染.Hp感染后所致的炎症免疫反应产生的细胞因子与