吸烟相关性喉癌发生机制的研究进展

朱奕 王胜资



·综 述·

吸烟相关性喉癌发生机制的研究进展

朱奕 王胜资

喉癌是常见的头颈部恶性肿瘤。喉癌的病因学研究目前主要从流行病学及基因表达异常两方面进行。最新流行病学调查的结果中发现，吸烟仍然是喉癌发生的最为重要的危险因素，其发生机制尚不明确。目前的研究主要从2个方面探讨烟草促进肿瘤发生的相关机制：一是烟草能够造成机体的基因表达异常，从而促进癌肿的发生；二是烟草能够断裂人体的DNA双链并使机体修复基因表达下调从而导致肿瘤的发生。(中国眼耳鼻喉科杂志，2015，15：213-215)

喉癌的发生率占全身恶性肿瘤的1%～5%，占上呼吸道恶性肿瘤的65%～70%[1]。喉部是人类重要的发音器官，喉癌患者将可能面临失去发声功能的巨大痛苦。早年的研究已显示，吸烟是喉癌发生过程中最为重要的危险因素，然而近年疾病控制中心的调查数据仍显示社会吸烟人群居高不下。对喉癌发生、发展的认识是开展疾病预防工作的关键。本文从吸烟与喉癌发生相关性角度综述喉癌发生、发展过程的流行病学及基因组学研究进展。

1 吸烟与喉癌相关性的流行病学研究现状

流行病学调查显示喉癌的发生与多种因素相关，包括吸烟、饮酒过度、性别、年龄、饮食习惯、职业因素、生活习惯及性格等[2]。其中吸烟与过度饮酒对喉癌的诱发作用最大，喉癌患者中80%有吸烟和酗酒史[3]。已有文献已证实这2种因素随着时间和量的增加，喉癌的发病风险也相应上升；两者有协同作用，每日吸烟量>20支，每日饮酒量>15 mL，且吸烟与饮酒时间>5年的人群，其罹患喉癌的比例大大上升[4]。2008年，Ramroth等[5]对257例喉癌患者和769例对照组人群进行分析，结果显示吸烟对喉癌的发生是最为重要的影响因子，不但自身吸烟的人群发生喉癌的机会会升高，而且接触吸烟环境的人群包括儿童喉癌的发生率也会大大提高。2012年，Muscat等[6]研究了喉癌患者与尼古丁依赖性的相关性。他们将早上醒来后吸入第1支烟的时间按照0～30 min、30～60 min及60 min以上分为3组进行分析，结果发现对尼古丁的依赖性行为对于声门上型喉癌的发生是有统计学意义的，而对声门型喉癌没有明显的相关性。

近年有学者对嗜烟行为开展了研究。2014年，Narwani等[7]学者的一项研究统计了2006～2011年期间于布莱顿苏塞克斯大学医院确诊的112例喉癌患者的烟草使用情况。该试验的主要目标是探讨治疗方式是否是导致喉癌患者治疗结束后继续使用烟草的一个预后因素。81%的患者接受了调查，其中22%的患者在治疗结束后持续使用烟草。研究发现，低侵袭性治疗(主要是经口激光显微外科手术)的患者更容易继续使用烟草。得出结论，治疗方式是决定喉癌患者治疗后是否继续使用烟草的一个独立因素。2012年，Underwood等[8]在美国亚特兰大国家慢性病预防控制中心设计了一项有趣的回顾性研究。他们认为烟草对于肿瘤的进展恶化及复发有着非常重要的作用，于是他们将实验设计为3组：与烟草相关的肿瘤预后人群，其他肿瘤预后人群及健康人群。其中定义与烟草相关的肿瘤类型为肺(支气管)癌、喉(咽)癌、胃癌、乳腺癌、胰腺癌、宫颈癌、食管癌、膀胱癌、急性髓细胞性白血病。调查显示，所有肿瘤幸存者中仅20%是与烟草相关肿瘤的患者，其中女性占68%，白种人占78%。在与烟草相关肿瘤幸存者中仍有27%的患者继续使用烟草，而其他肿瘤幸存者中仅16%使用烟草，无肿瘤病史人群中18%使用烟草。因此他们认为与烟草相关肿瘤幸存者继续使用烟草的行为需要积极干预。

2 吸烟致喉癌发生过程中的基因组学改变

吸烟促进肿瘤发生的机制目前尚不十分明确，但国内外已有多项研究显示，吸烟对头颈部肿瘤的发生具有促进作用，是头颈部肿瘤发生的高危因素。

2.1 基因表达的改变 2012年，Sabitha等[9]研究发现，CYP1A1基因改变与吸烟促进肿瘤发生密切相关，CYP1A1是细胞色素基因编码的一种酶，具有芳香烃羟化酶的活性，CYP1A1衍生的芳香族碳氢化合物在烟草的代谢过程中起着至关重要的作用。该实验入组了205例头颈部肿瘤患者(其中150例有吸烟史，55例无吸烟史)和245例空白对照组人群(吸烟与非吸烟比例与实验组相仿的正常人群)。结果显示，CYP1A1基因核心区域的多态性与烟草增加癌症患病风险密切相关。他们认为，CYP1A1可能作为一种新型的而且非常重要的标志物去预测和诊断头颈部肿瘤的发生情况。2011年，Swenson等[10]在对头颈部肿瘤中烟草致癌物介导的依赖性血管因子AP-1上调的研究认为，AP-1和NF-κB调控着肿瘤癌变过程中从癌前病变到肿瘤转移过程中的多个步骤，烟草致癌物增加了AP-1的活性，并且对头颈部肿瘤的AP-1依赖性白细胞介素8及血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表达具有上调作用，再一次从基因层面证实了吸烟对于头颈部肿瘤发生的促进作用。2009年，Bodnar等[11]提出吸烟是导致喉癌发生的最主要诱因，他们认为烟草能够使机体的内源性化学物质改变结构，使其突变并具有致癌性，之后这些物质将浸润细胞导致基因的变化，变异的基因不断累积将导致癌症的发生、肿瘤的形成，甚至远处转移。他们根据吸烟数量的不同对11例喉癌患者的组织标本进行分析，主要的研究指标是基质金属蛋白酶-2(matrix metalloproteinases-2, MMP-2)、增殖细胞抗原及Ki-67。发现在重度吸烟的喉癌患者标本中，以上基因表达显著上调。2010年，Bodnar等[12]的一项研究根据喉癌患者的吸烟数量不同探索基因表达的差异，观察的指标主要有MMP-2、转化生长因子-β1(transforming growth factor beta 1, TGF-β1) 、TGF-βR1,发现重度吸烟患者的肿瘤基质中MMP-2和TGF-βR1较肿瘤细胞中有更高的表达量，因此认为根据喉癌患者吸烟数量的差异,肿瘤标志物的表达也会有所不同。2012年,Wang等[13]的一项关于喉癌与吸烟的研究中对烟草的亚硝胺类物质和DNA甲基化过表达的关系进行了分析。在肺癌的研究中已明确烟草中的亚硝胺类物质能够上调DNA甲基化的过表达，从而促进肺癌的发生。在这个研究中，他们也看到了烟草中的亚硝胺类物质对DNA甲基化表达的上调作用，进一步证实吸烟是喉癌发病的高危因素，并且认为DNA甲基化过表达是喉癌患者恶性进展和转移的重要因素。

2.2 基因多态性改变 2014年，Lu等[14]的一项最新有关喉癌发生、发展分子机制的研究中更加强调了喉癌的发生与烟草的强大关联性。他们进行了一项病例对照研究，以确定与喉癌风险NER通路基因常见的8个单核苷酸多态性之间的关联，以及与遗传多态性和环境因素的关系，特别强调了此项研究中吸烟史差异具有统计学意义。分层分析显示，ERCC1 rs11615和ERCC5 rs17655的多态性与吸烟之间的相互作用能够促进喉癌的发生、发展，具有统计学意义，ERCC1rs1615多态性与饮酒习惯也有显著的相互作用。最后的研究表明，ERCC1 rs11615和ERCC5 rs17655基因多态性能够增加喉癌发生的风险，并且授予吸烟和饮酒者更大的风险。2010年，Chatzimichalis等[15]做了一项回顾性实验，收集了88例希腊喉癌患者及102例健康对照人群，对基因型GSTT1、GSTM1基因多态性的频率和NAT2聚合酶链反应限制性内切酶片段多态性进行分析。结果认为，一些解毒酶如谷胱甘肽S-转移酶和N-乙酰转移酶与烟酒导致的喉癌密切相关。2009年，Lacko等[16]发表了1篇有关烟草中解毒酶UGT1A7的多态性与头颈部肿瘤发生相关性研究的文章，UGT1A7这种酶是烟草代谢中的主要致癌物。该实验的目的是希望能够通过预测该酶的表达情况来提前干预头颈部肿瘤的发生。实验入组头颈部肿瘤患者427例(包括口腔癌、喉癌及喉咽癌)和420例正常对照人群，分别检测UGT1A7的情况，并将检测结果分为高，中，低3组。结果显示头颈部肿瘤患者UGT1A7的活性明显高于正常人群组(OR:1.44; 95%CI: 1.07～1.93)。分层分析表明，在喉癌患者中，老年患者及重度吸烟、饮酒患者高活性UGT1A7的基因多态性更加明显。2006年，Peters等[17]进行了一项大型临床实验，分析了谷胱甘肽S-转移酶基因多态性与75%乙醇和烟草在口腔、咽和喉鳞状细胞癌的协同作用。目的是通过调查头颈部鳞癌易感性多态GSTM1、GSTT1和GSTP1基因的改变，检测烟草代谢致癌物与基因环境之间的相关毒性反应。实验入组了692例头颈部鳞癌患者及753例正常人群。结果认为，GSTM1基因型的缺失与头颈部肿瘤的发生呈正相关，GSTT1缺失轻度降低头颈部肿瘤患病风险。GSTM1存在的重度吸烟人群头颈部肿瘤发生的比值比为2.6，GSTM1缺失的重度吸烟人群发生头颈部肿瘤的比值比为4.2，而在重度吸烟饮酒的人群中(每周10～20 mL饮酒量或>45包/年吸烟量)GSTM1缺失人群头颈部肿瘤发生率是GSTM1存在人群的13倍。因此他们认为，GSTM1基因型的缺失与烟酒致癌物的相互作用能够大大增加头颈部肿瘤的患病率。

2.3 吸烟性喉癌发生过程中修复基因的改变 目前认为肿瘤发生过程中存在着癌基因和抑癌基因及修复基因等多基因的协同作用，其中基因的修复作用甚为重要，因为有效的基因修复功能能够在肿瘤发生的多个阶段起到保护作用，甚至可以逆转肿瘤的发生[18]。在喉癌的发病因素研究中，吸烟已成为一个最为重要的影响因子，烟草及其转化物将会导致人体DNA的氧化损伤，进而造成DNA双链的断裂。如果损伤得不到及时的修复将会促进癌肿的发生。然而已有研究[19]表明，烟草能够使DNA的多个修复基因表达下调。人8-羟基鸟嘌呤糖苷酶(OGG1)是碱基切除修复(BER)途径中的初级酶，负责切除7,8-二氢-8羟基鸟嘌呤(8-oxoG)，它是接触到活性氧而产生的诱变基质副产物。OGG 1基因在人类范围内呈高度多态，在癌症细胞中突变[20]。2012年，Mahjabeen等[20]对210例喉癌患者的血样进行了分析，结果发现喉癌中OGG1突变和吸烟有积极联系。在他们的研究中，重度吸烟者比轻度吸烟者更容易发生OGG1突变。该项研究结果显示，OGG1突变能够增加喉癌的危险，并发现OGG1突变能够在吸烟者体内积蓄更多的8-羟基脱氧鸟嘌呤(8-0HdG)。它可以作为早期诊断喉癌的生物标记。2009年来自波兰的一项研究[18]也发现，对于重度吸烟者，OGG1基因的改变是具有统计学意义的，并且还发现OGG1的突变与肿瘤发生的级别也密切相关。在T3-T4期的肿瘤中，OGG1的突变率明显高于T1-T2期的肿瘤。OGG1基因具有复杂的亚型及多态性，OGG1基因在7号外显子1245位点AC-G的转换导致了丝氨酸和半胱氨酸在326编码区的转换。此前已有较多关于Cys326的报道，认为Cys326的活性表达与前列腺癌、肺癌及胃癌等相关，然而Ser326等位基因的活性明显高于Cys326。因此2009年的一项研究中对OGG1基因的Cys326基因型与吸烟致喉癌的相关性进行了分析，将喉癌患者分为重度吸烟组、中度吸烟组和轻度吸烟组，结果发现Cys326基因型的活性表达对重度吸烟患者具有阳性统计学意义，而对于中度和轻度吸烟者无统计学意义[18]。此外，2011年Hanna等[19]报道了另一个与吸烟的喉癌患者相关的修复基因——RAD51,它是DNA修复的核心蛋白，在DNA的同源重组修复中起到至关重要的作用。该研究先对入组的喉癌患者按照TNM分期进行了分组分析，结果并未发现差异；之后按照入组人群的吸烟情况再次进行分组分析，结果发现重度吸烟者的RAD51修复基因蛋白表达量下降，且具有统计学意义。

3 生物免疫学改变

免疫在肿瘤的发生过程中起着重要作用，前期的研究认为，机体肿瘤的存在可以改变机体的免疫反应导致免疫抑制。2009年，Melinceanu等[21]的一项实验对吸烟性喉癌患者从免疫学角度进行了分析，目的是评估行根治性手术的喉鳞状细胞癌患者的免疫学改变。用一种新颖多种分析物的xMAP分析技术，能够允许小体积样品在多个参数中同时测量，评估了喉癌患者术前、术中及术后的血清细胞因子(IL-1、IL-2、IL-4、IL-6、IL-8、IL-10、肿瘤坏死因子α、干扰素γ、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子)，趋化因子(单核细胞趋化因子1和巨噬细胞炎症蛋白1α)和生长因子(VEGF和成纤维细胞生长因子)的变化情况。使用手术患者的外周血探讨肿瘤切除前后免疫应答的差异，结果显示，Th2免疫应答路径与肿瘤发生密切相关，尤其对于那些吸烟>40包/年的喉癌患者，此类患者术前外周血检测中Th2免疫应答更为显著，而在肿瘤切除术后Th2免疫反应逐渐向Th1免疫反应转化。

吸烟对于肿瘤的发生、发展有着不可忽视的作用，对头颈部肿瘤同样至关重要。在喉癌的发病因素研究中，流行病学调查结果显示,喉癌的发生与吸烟、饮酒、性别及饮食习惯等密切相关，但在众多的影响因素中吸烟被认为是最为重要的影响因子。在流行病学调查结果的基础上，世界各地的许多学者希望能够从机制方面进一步了解吸烟与喉癌发生的相关性，研究者分别从基因表达及基因活性的角度对此进行了深入的探索，根据现有的文献报道中涉及的基因包括：CYP1A1、AP-1、MMP-2、TGF-β1、HPV-16及基因的多态性，甲基化等。同时，一些学者从基因修复的角度思考烟草与喉癌发生的相关性，他们认为烟草中的成分能够造成人DNA双链的断裂。如果断裂的双链得不到及时、有效的修复将会促进癌肿的发生，所以机体的修复基因表达情况值得探索。目前研究得比较成熟的是OGG1修复基因，OGG1突变能够促进喉癌的发生，并且能够促进恶性肿瘤的进展及转移。有些学者认为未来有可能将其作为预测喉癌发生的有效生物标记物。此外，RAD51修复基因也在喉癌患者中被发现与吸烟的相关性。

对于吸烟促进喉癌发生的研究目前主要集中于流行病学调查，在流行病学方面已有比较客观完善的数据支持该论点，并得到一致的认同及广泛应用于临床工作中。但是对于吸烟与喉癌发生机制方面的系统讨论目前尚不够完善。根据目前的国内外研究现状虽然已有多个基因及修复基因被研究者发现与吸烟致喉癌之间的相关性，这些研究结果对于有效地预防喉癌发生，建立喉癌筛查标记物及早期发现喉癌都有积极的作用；但是由于目前的各项研究结果仍然是局限于单个基因或基因型，缺乏系统性及完整性，对于临床工作的指导缺乏系统性，还有赖于进一步的研究开发。

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(本文编辑 杨美琴)

复旦大学附属眼耳鼻喉科医院放疗科 上海 200031

王胜资(Email：shengziwang@fudan.edu.cn)

10.14166/j.issn.1671-2420.2015.03.020

2014-04-09)