左 飛， 李國(guó)東， 劉 明

1 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院 普外科， 哈爾濱 150001； 2 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院 普外科， 哈爾濱 150001

2013年國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)根據(jù)足夠的人類和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物致癌性證據(jù)，將空氣污染中的顆粒物(PM)歸類為一類致癌物質(zhì)[1]。2014年6月27日，世界衛(wèi)生組織(WHO)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，空氣污染已經(jīng)成為危害人類健康的最主要因素之一，然而目前大量的研究集中在PM2.5與心腦血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病的相關(guān)性，而對(duì)于其他系統(tǒng)疾病的關(guān)注相對(duì)較少。

肝癌是世界第四位常見的惡性腫瘤，其中肝細(xì)胞癌占原發(fā)性肝癌的大多數(shù)。由于肝癌起病隱匿預(yù)后極差，WHO統(tǒng)計(jì)肝癌5年存活率僅為18%[2]。因此探究肝癌的致病因素，從而進(jìn)行針對(duì)性的早期篩查和預(yù)防尤為重要。目前HBV感染和黃曲霉毒素已被公認(rèn)為肝癌的主要原因[3-4]，然而對(duì)于空氣污染對(duì)肝癌的影響的研究相對(duì)較少。隨著近年的研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5對(duì)肝臟這一主要的解毒代謝器官有直接而深遠(yuǎn)的影響。為了深入了解其與肝癌之間的關(guān)系，本文基于現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料就PM2.5對(duì)肝癌影響的流行病學(xué)研究及其機(jī)制進(jìn)行總結(jié)歸納，并進(jìn)一步討論當(dāng)前研究中存在的不足及發(fā)展方向。

1 PM2.5的定義及其特征

大氣中的PM是空氣中氣溶膠體系中均勻分散的各種固體或液體微粒。PM組成成分非常復(fù)雜，包括酸(例如硝酸鹽和硫酸鹽)、有機(jī)化學(xué)物質(zhì)、金屬以及土壤或粉塵顆粒，同時(shí)PM疏松多孔的物理性質(zhì)易攜帶病毒、細(xì)菌、花粉等過敏原[5]。PM2.5是空氣中懸浮的平均空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤2.5 μm的PM，具體成分因來源不同而不同，并且受國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)狀況、能源結(jié)構(gòu)、管理模式以及季節(jié)等各項(xiàng)因素的影響。PM2.5在PM中占有相當(dāng)大的比重，由于其具有較大的表面積和較低的沉降速度，相較于其他污染物更易吸附有害重金屬和有機(jī)物，因而具有更高的毒性；PM2.5的特殊物理性質(zhì)使其能長(zhǎng)期停留于大氣中，并可進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送，因此對(duì)空氣環(huán)境和人體健康具有更深遠(yuǎn)的影響[6]。PM2.5是人類健康的無形威脅，被公認(rèn)為多種疾病的潛在危險(xiǎn)因素[7]。

2 PM2.5的致病機(jī)制

由于PM2.5成分非常復(fù)雜，其致病過程可能是由氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)、免疫紊亂和遺傳物質(zhì)改變等一系列反應(yīng)共同組成。PM2.5暴露會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生活性氧(ROS)[8]，而ROS作為功能性信號(hào)分子可以通過觸發(fā)Nrf2移位，損傷DNA等生物大分子，激活NF-κB信號(hào)通路對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生損害[9]。血液中的炎癥因子在暴露于PM2.5后將會(huì)升高，且呈明顯的劑量—效應(yīng)關(guān)系，同時(shí)會(huì)引起肝臟產(chǎn)生急性反應(yīng)蛋白[10]，吸附在PM2.5表面的有害物質(zhì)可能是其引起炎性反應(yīng)的主要原因。對(duì)于免疫系統(tǒng)，PM2.5可以增加特異性IgE產(chǎn)生，影響NK細(xì)胞活性，改變巨噬細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)，降低其吞噬功能和存活率[11]。PM2.5在進(jìn)入機(jī)體后還可以激活樹突狀細(xì)胞，誘導(dǎo)B淋巴細(xì)胞增殖和分化為漿細(xì)胞。PM2.5還可造成DNA損傷，目前研究顯示PM2.5表面所攜帶的多環(huán)芳烴(PAH)、Cr和硝基化合物被認(rèn)為是PM2.5攜帶的主要致癌化合物，如PAH經(jīng)過體內(nèi)代謝后與DNA鳥嘌呤外環(huán)氨基端共價(jià)結(jié)合可引起DNA損傷[12]。PM2.5還可抑制DNA修復(fù)和增加DNA復(fù)制錯(cuò)誤，其機(jī)制可能是PM2.5表面攜帶的重金屬和醛直接修改DNA復(fù)制蛋白從而降低DNA復(fù)制的保真度[13]。

3 PM2.5對(duì)肝癌發(fā)生與發(fā)展的影響

研究[14]顯示PM2.5吸附的有害物質(zhì)，可以通過呼吸道到達(dá)肺泡并在內(nèi)部積聚，其中小部分能通過氣血屏障進(jìn)入血液循環(huán)從而到達(dá)其他組織器官，尤其是肝臟，因?yàn)楦闻K是外源性化學(xué)物質(zhì)解毒的重要器官。同時(shí)當(dāng)PM2.5通過黏膜纖毛清除作用從呼吸道中清除時(shí)，可能會(huì)隨著吞咽動(dòng)作進(jìn)入消化道，從而導(dǎo)致胃腸道暴露于PM2.5，并且在肝臟中觀察到不良反應(yīng)[15]。因此，從生物學(xué)角度，暴露于PM2.5可能會(huì)影響肝臟功能，從而促進(jìn)肝臟腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。

3.1 流行病學(xué)研究 目前已有流行病學(xué)研究顯示PM2.5暴露與肝癌發(fā)生率之間存在關(guān)聯(lián)。研究顯示PM2.5會(huì)提高肝癌的發(fā)病率，Pan等[16]通過對(duì)我國(guó)臺(tái)灣23 820名參與者進(jìn)行中位時(shí)間16.9年的隨訪，發(fā)現(xiàn)PM2.5每增加13 μg/m3，人群肝癌風(fēng)險(xiǎn)增加22%。Pedersen等[17]通過對(duì)歐洲174 770名參與者進(jìn)行平均17年隨訪，結(jié)果顯示PM2.5每增加5 μg/m3，人群肝癌風(fēng)險(xiǎn)增加34%。不過這些研究中暴露評(píng)估可能沒有涵蓋與肝癌發(fā)展最相關(guān)的時(shí)間范圍，可能使研究的結(jié)果產(chǎn)生偏差。同時(shí)較高的PM2.5暴露還會(huì)降低肝癌生存率，Deng[18]、Lee[19]與Zhang[20]等所做的研究均證實(shí)肝癌診斷后暴露于升高的PM2.5可能會(huì)縮短生存期，且與暴露濃度呈正相關(guān)。

3.2 PM2.5在肝癌中的作用機(jī)制

雖然流行病學(xué)研究已經(jīng)證實(shí)環(huán)境PM2.5暴露增加肝癌的發(fā)病率和死亡率，但是PM2.5的肝毒性和相關(guān)分子機(jī)制尚未得到充分的闡述。目前已有的研究顯示，高劑量的PM2.5暴露可能通過改變酶活性，影響基因表達(dá)，誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，引起肝脂肪變性和導(dǎo)致肝纖維化而發(fā)揮其致癌作用(圖1)。

3.2.1 改變肝代謝酶的活性 AST和ALT是肝臟非常重要的代謝酶，是肝損傷的代表性指標(biāo)。Pan等[16]報(bào)道PM2.5暴露呈陽性與肝癌風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，并且血液中ALT水平升高可能是PM2.5與肝癌之間關(guān)聯(lián)的中介。Cave等[21]對(duì)4582名參與者進(jìn)行的調(diào)查顯示，暴露于PM2.5污染環(huán)境中的參與者ALT明顯偏高，并再對(duì)BMI、年齡、性別及胰島素抵抗等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行校正后，ALT依舊處于較高水平且對(duì)PM2.5劑量具有明顯依賴。Kim等[22]報(bào)道，暴露于PM 2.5中的人群肝代謝酶顯著增加，其中AST增加3.0%、ALT增加3.2%，且與飲酒和運(yùn)動(dòng)明顯相關(guān)。Li等[23]研究顯示高濃度的PM2.5激活了大鼠肝臟的細(xì)胞色素P450(CYP450)和谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶(GST)，提示PM2.5可能通過激活代謝酶導(dǎo)致肝臟代謝紊亂，進(jìn)一步促進(jìn)肝臟毒性。

3.2.2 引起基因表達(dá)改變 秦雙建等[24]研究發(fā)現(xiàn)PM2.5染毒會(huì)引起細(xì)胞中促癌基因(c-myc、c-fos)表達(dá)升高、抑癌基因(p53)和抑凋亡相關(guān)基因(Bcl-2)表達(dá)降低，提示PM2.5對(duì)惡性轉(zhuǎn)化和凋亡可能有促進(jìn)與激活作用。PM2.5可能會(huì)導(dǎo)致DNA甲基化改變，Zhou等[25]研究發(fā)現(xiàn)PM2.5作用下會(huì)造成p53啟動(dòng)子甲基化程度顯著上調(diào)，可能的調(diào)控機(jī)制為PM2.5刺激生成過量ROS，誘導(dǎo)AKT活化，上調(diào)DNA家族甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)3B的表達(dá)，抑制p53基因的表達(dá)，通過ROS/AKT/DNMT3B信號(hào)通路介導(dǎo)啟動(dòng)子甲基化誘導(dǎo)p53基因沉默，進(jìn)而誘導(dǎo)癌癥的發(fā)生。

3.2.3 誘導(dǎo)肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和細(xì)胞凋亡 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)是一個(gè)非常復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，在細(xì)胞保護(hù)中對(duì)各種外源性刺激發(fā)揮重要的自我防衛(wèi)作用。Velasco等[26]發(fā)現(xiàn)PM2.5可以激活小鼠肝細(xì)胞的ATF6信號(hào)通路和刺激內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。同時(shí)他提出了PM2.5可能激活PERK通路，并升高C/EBP同源蛋白(CHOP)水平，進(jìn)一步導(dǎo)致肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，并伴有肝

注：IRS，胰島素受體底物；AKT，蛋白激酶B；ATF-6，活化轉(zhuǎn)錄因子6； PERK, 蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶；IRE1，肌醇需求酶1；TRAF2， 腫瘤壞死因子相關(guān)受體因子2；JNK，氨基末端激酶。

臟炎癥反應(yīng)和纖維化。CHOP可調(diào)控并激活其下游基因TRB3和天冬氨酸蛋白水解酶，進(jìn)一步激活天冬氨酸蛋白水解酶級(jí)聯(lián)凋亡通路。綜合目前的研究顯示，PM2.5還可能激活了IRE1/JNK信號(hào)通路，進(jìn)而導(dǎo)致肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和細(xì)胞凋亡。PM2.5對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和肝纖維化的分子機(jī)制仍需進(jìn)一步深入研究。

3.2.4 誘導(dǎo)肝臟脂肪變性 PM2.5可以整合脂質(zhì)積累、氧化應(yīng)激、胰島素抵抗和炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致動(dòng)物模型中非酒精性脂肪性肝病發(fā)生。 Haberzettl等[27]研究發(fā)現(xiàn)短期暴露于PM2.5可誘導(dǎo)小鼠血管胰島素抵抗，抑制胰島素刺激的AKT磷酸化。PM2.5可通過抑制三羧酸循環(huán)和刺激糖酵解作用影響小鼠肝臟能量代謝，降低細(xì)胞存活率，誘導(dǎo)肝細(xì)胞脂質(zhì)積聚和氧化應(yīng)激。Xu等[28]研究表明，PM2.5暴露抑制IRS-1/AKT信號(hào)通路，導(dǎo)致胰島素抵抗，從而損害肝臟的糖代謝，IRS-1/AKT信號(hào)通路是葡萄糖代謝過程中至關(guān)重要的經(jīng)典胰島素信號(hào)通路。Tan等[29]發(fā)現(xiàn)了環(huán)境空氣PM2.5可以激活Kupffer細(xì)胞和常駐肝巨噬細(xì)胞，并隨后通過產(chǎn)生炎性因子加劇非酒精性脂肪性肝病。以上結(jié)果表明PM2.5可能是導(dǎo)致非酒精脂肪肝發(fā)展的重要危險(xiǎn)因素，而肝脂肪變性是肝癌的危險(xiǎn)因素。

3.2.5 觸發(fā)肝纖維化 肝纖維化是肝臟疾病常見的病理過程，癌癥與肝纖維化密切相關(guān)[30]。超過80%的肝癌由纖維化或肝硬化的發(fā)展導(dǎo)致[31]。Zheng等[32]在2015年首先通過將小鼠模型和特定細(xì)胞暴露于PM2.5，發(fā)現(xiàn)了PM2.5對(duì)肝纖維化的發(fā)生有顯著的促進(jìn)作用，其原因可能是PM2.5誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)通過激活轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGFβ1)信號(hào)通路促進(jìn)肝臟膠原沉積。Qiu等[33]研究顯示PM2.5可能通過增加ROS，激活PINK1/Parking信號(hào)通路，誘導(dǎo)線粒體自噬，從而激活造血干細(xì)胞，引起肝纖維化。受損線粒體產(chǎn)生的ROS可通過正反饋大量產(chǎn)生，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)氧化還原代謝失衡，最終導(dǎo)致廣泛的線粒體損傷，誘發(fā)線粒體自噬，而自噬通過分解脂滴，為肝星狀細(xì)胞的激活提供能量，從而促進(jìn)肝纖維化的發(fā)生。然而，目前關(guān)于PM2.5對(duì)肝損傷或纖維化的研究仍非常有限，需要進(jìn)一步的研究。

3.3 PM2.5的暴露對(duì)肝癌預(yù)后的影響 浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移是肝癌的典型特征，也是造成肝癌患者預(yù)后不良的一個(gè)重要因素。PM2.5暴露可促進(jìn)肝癌細(xì)胞的侵襲和遷移，然而目前相關(guān)機(jī)制的研究相對(duì)較少。Zhang等[20]研究顯示，其機(jī)制可能是通過PI3K/AKT信號(hào)通路誘導(dǎo)的基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)13上調(diào)。肝癌轉(zhuǎn)移通過復(fù)雜的機(jī)制發(fā)生，在此過程中MMP-13負(fù)責(zé)細(xì)胞外基質(zhì)降解。MMP-13在肝癌的侵襲和轉(zhuǎn)移中起著至關(guān)重要的作用[34]，可以誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子的釋放。但MMP-13還可提高膠原酶活性，增強(qiáng)大鼠纖維化肝臟中膠原水解，從而防止肝纖維化進(jìn)展。這意味著雖然MMP-13可能會(huì)促進(jìn)肝癌的轉(zhuǎn)移，但是在肝纖維化發(fā)展中起抑制作用。Zhang等[35]研究顯示，PM2.5暴露可導(dǎo)致miR-16表達(dá)下調(diào)、Twist1表達(dá)上調(diào)從而促進(jìn)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)引起肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。越來越多的證據(jù)表明EMT有助于腫瘤的遷移和侵襲，提示惡性腫瘤的特征[36-37]。Twist1作為重要的EMT轉(zhuǎn)錄因子，是miR-16的直接靶點(diǎn)[38]，可以調(diào)控多個(gè)EMT相關(guān)基因的表達(dá)，介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。

4 小結(jié)與展望

PM2.5對(duì)肝癌影響的研究起步較晚，雖然目前已有研究顯示，PM2.5可以通過改變酶活性，影響基因表達(dá)，誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，引起肝脂肪變性和導(dǎo)致肝纖維化等機(jī)制增加肝癌的發(fā)病率并導(dǎo)致肝癌的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移，但仍缺乏最直接的證據(jù)和大規(guī)模的臨床研究證實(shí)，PM2.5與肝癌的關(guān)聯(lián)性尚未達(dá)成共識(shí)。未來的研究應(yīng)進(jìn)一步深入探索PM2.5與肝癌發(fā)生發(fā)展的具體病理生理機(jī)制，并針對(duì)PM2.5中不同的成分與肝癌的關(guān)系進(jìn)行具體分析，進(jìn)而為全面了解肝癌的危險(xiǎn)因素提供新思路。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：左飛負(fù)責(zé)擬定寫作思路，查找文獻(xiàn)，撰寫論文；李國(guó)東負(fù)責(zé)對(duì)文章的內(nèi)容做批判性審閱；劉明參與指導(dǎo)撰寫文章并最后定稿。