香烟烟雾提取物对肺上皮影响的研究进展

李慧明(综述)，聂宏光(审校)

(中国医科大学代谢病分子机制与药物研究所，沈阳 110013)

分子生物医学

香烟烟雾提取物对肺上皮影响的研究进展

李慧明△(综述)，聂宏光※(审校)

(中国医科大学代谢病分子机制与药物研究所，沈阳 110013)

由于香烟具有兴奋和放松精神的作用，吸烟人群的数量越来越多，并有年轻化趋势，吸烟的危害也日益凸显出来。研究表明，香烟烟雾中含有亚硝胺、苯并芘等致癌物[1]，可大大增加罹患肺癌的机会。仅2009年，美国因肺癌死亡人数达16万，位于癌症相关病死率的首位[2]。吸烟还可能诱导其他呼吸系统疾病，如肺水肿、肺气肿、慢性阻塞性肺疾病等，并增加早期死亡风险[3]。除此之外，吸烟还可能损害肾脏、肝脏、神经系统、心血管系统等的功能。现主要从香烟烟雾的主要成分和其对肺脏的影响的研究进展进行综述。

1香烟烟雾的主要成分

1.1尼古丁尼古丁是一种小分子有机生物碱，是香烟烟雾的重要组成部分，具有成瘾性[4]。长期吸烟会使大脑内受体对尼古丁的敏感性降低，进而产生耐受性[5]。此外，尼古丁能减少肺泡巨噬细胞内炎性因子的释放[6-7]。但由于其可能引起心血管疾病、高血压、癌症及胃肠道疾病，它在抗炎方面的作用并没有广泛应用于临床。

1.2烟焦油烟焦油是烃类及其氧化物、硫化物以及氮化物的混合物，其中包括苯并芘、β-萘胺、亚硝胺和放射性同位素等多种致癌物质以及苯酚类、富马酸等促癌物质。研究表明，亚硝基去甲烟碱可诱发吸烟者的食管癌[8]。此外，烟焦油还会作用于血管壁，加速血管硬化，增加心脑血管疾病的致病风险。

1.3丙烯醛丙烯醛具有强烈的刺激性，与尼古丁、一氧化碳并称香烟的三大有害成分。丙烯醛具有眼毒性，是损害视网膜的主要因素。香烟烟雾化学成分的毒理学研究显示，丙烯醛是引起呼吸系统疾病的主要因素[9-10]。Comer等[9]利用western blotting发现，丙烯醛在原发性鼻上皮细胞具有促炎性作用。Moretto 等[10]将小气道上皮细胞用30 μmol/L丙烯醛刺激18 h后白细胞介素8的释放量达到最大值，当浓度继续升高时释放量下降，可能与细胞毒性的处理有关。

1.4一氧化碳一氧化碳也是香烟烟雾中的主要有害物质。当人们主动或被动吸烟时吸入较多的一氧化碳，其与血红蛋白结合，使氧气与血红蛋白的亲和力大大降低，降低了血红蛋白的携氧量，导致组织和器官缺氧，进而使大脑、心脏等多器官受损。

除此之外，香烟烟雾中还含有自由基、氧化剂和活性氧、含氮化合物等有害物质，这些物质会引起蛋白质在肺内的氧化损伤。

2香烟烟雾提取物对肺部上皮细胞的影响

肺癌是癌症死亡的主要原因之一，而吸烟是诱发肺癌的突出因素。香烟烟雾中的多环芳烃，如苯并芘，是香烟烟雾中的主要致癌物并对肺癌发生有重要作用[11]。苯并芘可与DNA加合导致DNA损伤进而引起基因突变，其代谢物参与氧化还原循环产生活性氧自由基，这两种形式在引发肺部癌变中具有重要作用[12]。研究表明，上述代谢物激活的4-(N-甲基-N-亚硝氨基)-1-(3-吡啶基)-1-J酮通过形成DNA加合物诱导癌基因和肿瘤抑制基因的有害突变，从而诱发肿瘤[13]。可替宁是香烟烟雾成分尼古丁在体内的主要代谢物，研究表明，可替宁可能与肺气肿的发生有关[14]。大量吸入丙烯醛可能引起肺炎、肺气肿[15]、肺水肿、支气管哮喘的发生，并能与肿瘤抑制基因p53的DNA结合形成加合物，可能诱导该基因突变，进而引发肺癌[16]。

通过膜联蛋白Ⅴ-异硫氰酸荧光素/碘化丙啶双染法可检测早期细胞的凋亡。研究表明，香烟烟雾提取物在一定浓度范围内能够抑制细胞的生长和增殖，并诱导其凋亡，对其死亡方式的影响具有剂量依赖性[17]。细胞活性降低可能与香烟烟雾中存在多种致癌物质有关，如多环芳烃类、亚硝胺类等。它们作用于DNA双链导致其断裂，或者与DNA上的碱基结合形成加合物，使碱基脱落形成无嘌呤嘧啶，从而发生DNA双链断裂[18]。核因子I-κBα是重要的核转录因子，参与许多炎性细胞因子的转录与蛋白合成[19]。甲泼尼松龙能使香烟烟雾提取物刺激后A549细胞I-κBα蛋白表达增加，从而发挥抗炎和免疫抑制作用。

3香烟烟雾提取物对肺部影响的分子机制

3.1香烟烟雾提取物对肺泡上皮细胞钠通道的影响肺泡上皮细胞由肺泡Ⅰ型细胞和肺泡Ⅱ型细胞构成，在维持肺泡的正常功能上起十分重要的作用[20]。肺泡Ⅱ型细胞可分泌表面活性物质，降低肺泡表面液体层的表面张力，同时，其膜上还存在不同的离子通道，它们共同完成呼吸道上皮离子的转运过程[21]。其中，上皮细胞钠通道是Na+重吸收的限速步骤，是肺泡液体清除的主要方式[22]。

Xu等[23]将一种肺泡癌细胞事先用不同浓度的香烟烟雾处理24 h，通过常规聚合酶链反应、实时定量聚合酶链反应和免疫印迹检测显示，香烟烟雾通过显著下调启动子232 bp序列的活性在转录水平上抑制上皮细胞钠通道的α亚基，且该抑制作用具有时间依赖性和剂量依赖性。此外，232 bp序列还包含糖皮质激素响应元件，通过实时定量聚合酶链反应检测显示，地塞米松能减弱甚至完全抵消香烟烟雾对上皮细胞钠通道α亚基表达的抑制作用，这表明地塞米松可能不仅通过调控其启动子，还有其他非启动子机制来增加上皮细胞钠通道α亚基的mRNA表达水平。

3.2香烟烟雾提取物对肺内蛋白酶体的影响蛋白酶体是在真核生物和古菌中普遍存在的一种巨型蛋白质复合物。26S蛋白酶体由一个催化颗粒(20S)和两个调节颗粒(19S)组成。从结构上看，20S核心蛋白酶体由7个相关的α亚基组成的4条交错的环和7个不同的β亚基组成1个αββα桶状结构[24]。在桶状结构内部有3个催化活性亚单位——半胱天冬氨酸蛋白酶样活性(β1)、胰蛋白酶样活性(β2)和胰凝乳蛋白酶样活性(β5)。

泛素-蛋白酶系统是细胞内蛋白质降解循环再利用的主要途径[25]，因此对维持细胞正常功能具有重要作用[24]。研究显示，用香烟烟雾提取物处理人肺泡上皮细胞可诱导细胞时间依赖性和剂量依赖性死亡、细胞内活性氧种类增多，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烟烟雾直接损害蛋白酶体在小鼠肺部和人上皮细胞的活性，但不影响蛋白酶体的表达。此外，Somborac-Bacura 等[24]的体外研究发现，香烟烟雾的暴露可导致多聚泛素化蛋白在肺部的积累，但新生蛋白质合成量减少。

3.3香烟烟雾对人肺泡上皮细胞β-防御素多肽的影响抗菌肽是一类小分子多肽，在主气道防御体系中扮演重要角色[27]。人体中发现的防御素属于抗菌肽的一个大家族，包括三大类：α-防御素、β-防御素和θ-防御素。α-防御素在肺泡上皮细胞中不表达，β-防御素的表达与某些慢性肺疾病有关，如慢性阻塞性肺疾病[28-29]。

防御素2是人β-防御素家族中的一员，研究表明，香烟烟雾能直接或间接地改变细胞内防御素2的表达[30-32]，而这种多肽可能在香烟烟雾引起的病理损伤中发挥重要作用[33]。近期研究也显示，肺肿瘤组织样本中均有防御素2的表达，其表达水平与肺腺癌分化程度有关[34]。Pierson等[29]检测发现，经香烟烟雾诱导后，不同的β-防御素表达具有差异性。具体结果为： 防御素3、5、9基因表达上调，防御素1、8、18和LL-37基因表达没有明显变化，这种表达差异性提示防御素3、5、9可能在吸烟者的肺部组织变化中具有重要作用。该研究还发现，防御素5、8、9、18可在肺泡上皮细胞A549中被白细胞介素1β诱导，表明它们可能与其调节有关并可能参与炎症反应、细胞增殖、分化和凋亡过程。

4小结

近年来，国内外在香烟烟雾的组成、香烟烟雾提取物对各个组织器官的影响及作用机制方面进行了广泛深入的研究，试图从分子水平揭示香烟烟雾对人体的危害及作用机制。研究香烟烟雾对肺上皮的影响可从细胞和分子水平上揭示各种肺部疾病的发病机制，探讨与吸烟相关的疾病发生和发展途径，将为相关疾病的预防和治疗开拓新的领域。

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摘要：香烟烟雾中含有多种化学成分，绝大部分有致癌作用，能增加罹患肺癌的风险。除此之外，大量的研究表明，吸烟可诱导细胞凋亡、氧化应激、促炎症反应等，是慢性阻塞性肺疾病发病的主要影响因素，可见吸烟对肺功能有直接的影响。研究香烟烟雾对肺上皮的影响可从细胞水平或分子水平上揭示各种肺部疾病的发病机制，从而为疾病的预防和治疗奠定基础。

关键词：香烟烟雾提取物；肺上皮细胞；上皮钠通道

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编辑：相丹峰

基金项目：国家自然科学基金(81270098)；辽宁省自然科学基金(2014021093)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.15.001

中图分类号：R329.2

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)15-2689-03