王琴，何云翔，龔貴東，楊斌，王楠，張曜耀，顧?。?/p>

（1. 西南民族大學(xué)藥學(xué)院，四川 成都 610225；2. 四川大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都 610065；3.四川大學(xué)華西第二醫(yī)院婦產(chǎn)科生殖醫(yī)學(xué)中心，四川成都 610041）

1 引言

自然界中，鉻廣泛存在于土壤、空、水及動植物體內(nèi)。1797 年，法國科學(xué)家在研究西伯利亞鐵礦時首次發(fā)現(xiàn)鉻元素的存在，由此拉開了鉻廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的序幕。電鍍行業(yè)中，鉻電鍍工藝簡單及具有良好耐腐蝕性和硬度，往往在鍍板的后續(xù)鈍化處理中使用鉻增加耐用性。在電催化領(lǐng)域，鉻可作為催化劑載體提高電子轉(zhuǎn)移速率和活性位點(diǎn)。鋼鐵制造中鉻的加入常用于制作不銹鋼、耐熱鋼，可提高制品的抗沖擊能力和耐壓強(qiáng)度。此外，制革工業(yè)是我國輕工業(yè)重要產(chǎn)業(yè)之一，鉻鞣在制革過程中給予皮革優(yōu)良的理化性能，比如柔軟豐滿性，極高的收縮溫度，耐水洗和耐儲存性等，且操作方法簡便、過程易于控制，因而鉻鞣劑在制革工業(yè)中占據(jù)著重要的地位。

鉻具有多種氧化價態(tài)，主要以Cr(III)和Cr(VI)這2 種形式存在。由于自然界總體上是一個還原性的環(huán)境，Cr(VI)作為強(qiáng)氧化劑通常很不穩(wěn)定易還原為Cr(III)，因而Cr(III)是最穩(wěn)定的存在形式。Cr(III)難以穿過細(xì)胞膜，但其作為人體必需的微量元素可參與調(diào)控體內(nèi)糖、脂肪和蛋白質(zhì)的代謝，并且在調(diào)控氧化應(yīng)激及炎癥細(xì)胞因子分泌等方面也發(fā)揮著保護(hù)機(jī)體健康的重要的作用[1-2]。與鉛、鎘和砷等重金屬暴露可多系統(tǒng)性、多器官性的對機(jī)體造成損傷不同，Cr(III)對人體幾乎沒有毒性。目前，市場上多種Cr(III)配合物如吡啶甲酸鉻（Chromium Picolinate,美國GNC），酵母鉻（鉻酵母片，湯臣倍鍵），鉻素營養(yǎng)片（美國安利紐崔萊）等已用于糖尿病的輔助治療。

與Cr(III)不同的是，Cr(VI)是已知的人類致癌物。人類流行病學(xué)研究表明，Cr(VI)可以誘發(fā)多種類型的癌癥，包括肝癌、腎癌、前列腺癌、膀胱癌、皮膚癌、腦癌和胃癌等[3]。腫瘤的發(fā)生與發(fā)展是一個多基因和多因素綜合作用的復(fù)雜過程，它的重要特征之一是基因表觀遺傳調(diào)控紊亂導(dǎo)致基因表達(dá)異常。表觀遺傳學(xué)的概念最早由生物學(xué)家Waddington 提出，即在沒有細(xì)胞核DNA 序列改變的情況下，基因功能的可逆、可遺傳的改變。主要的表觀遺傳修飾包括DNA 甲基化、組蛋白修飾、染色體重塑和非編碼RNA 調(diào)控等，通過對基因轉(zhuǎn)錄和翻譯過程的調(diào)控，影響基因功能[4]。在過去的數(shù)十年中，大量證據(jù)顯示表觀遺傳修飾的失調(diào)，會造成細(xì)胞產(chǎn)生基因表達(dá)的多樣性，在復(fù)雜的生物進(jìn)程中使得原本正常細(xì)胞異常生長，最終導(dǎo)致疾病的發(fā)生[5]。近年來，基因的表觀遺傳學(xué)修飾和基因失活研究成為熱點(diǎn)[6]。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境中Cr(VI)暴露可對DNA 甲基化、組蛋白修飾、染色體重塑和非編碼RNA 調(diào)控等表觀遺傳模式進(jìn)行調(diào)控。本文從生理學(xué)和遺傳學(xué)角度對Cr(III)與Cr(VI)在人體中不同的調(diào)控作用進(jìn)行了探討，對充分認(rèn)識三價鉻的生物學(xué)功能和六價鉻的表觀遺傳毒性有重要的意義。

2 Cr 的理化性質(zhì)

鉻（Chromium），元素符號Cr，最初由法國科學(xué)家尼古拉斯·路易斯·沃克林于1797 年發(fā)現(xiàn)[7]。鉻處于元素周期表第4 周期d 區(qū)VIB 族，原子序數(shù)為24，原子量為51.996，是一種藍(lán)白色過渡金屬元素。在自然界中，鉻廣泛存在于土壤、空氣、水和動植物體內(nèi)。鉻的化合價從-2 價到+6 價，其中主要以三價鉻[trivalent chromium, Cr(III)]和六價鉻[hexavalent chromium, Cr(VI)]這2 種價態(tài)存在。Cr(III)通常以Cr3+、CrO2-形式存在，容易被吸附固定。Cr(VI)則以Cr2O72-和CrO42-形式存在，其活性較強(qiáng)，容易發(fā)生遷移。由于自然界總體上是一個還原性的環(huán)境，Cr(VI)作為強(qiáng)氧化劑通常很不穩(wěn)定，容易被還原為Cr(III)，因而我們通過飲用水、食物和空氣等接觸的鉻一般以Cr(III)為主。

3 Cr(III)的生物學(xué)功能

Cr(III)作為人體的必需微量元素，具有較強(qiáng)的形成配位結(jié)合物的能力，在生物體內(nèi)可以與有機(jī)或無機(jī)配位體結(jié)合進(jìn)而發(fā)揮生理調(diào)控作用，其營養(yǎng)功能引起了大家的廣泛關(guān)注。1980 年，美國國家研究委員會將Cr(III)認(rèn)定為營養(yǎng)補(bǔ)充劑，并提出成年男性每日推薦劑量為35 μg，成年女性每日推薦劑量為25 μg。2013 年《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量》推薦Cr(III)的成人每日推薦攝入量為30 μg，并且未規(guī)定可耐受的最高攝入量。如表1 所示。

表1 中美居民膳食中鉻的推薦攝入量Tab. 1 Recommended intake (RNI) of chromium in the diet of Chinese and American residents

3.1 Cr(III)的體內(nèi)代謝

Cr(III)在人體內(nèi)分布范圍很廣，但含量極低，其中腦部含量為43 ng/g，骨骼含量為101～324 ng/g，腎臟含量為3～11 ng/g，肝臟含量為5～71 ng/g[8]。1973年，CHEN 等最初揭示了Cr(III)的主要吸收部位在小腸，其中吸收能力最強(qiáng)的節(jié)段為空腸，其次為十二指腸和回腸[9]。Cr(III)難以大量通過細(xì)胞膜擴(kuò)散，研究推測主要以吞噬作用和被動轉(zhuǎn)運(yùn)少量進(jìn)入細(xì)胞。隨著年齡的增加，人體對Cr(III)的吸收能力逐漸下降。Cr(III)進(jìn)入血液循環(huán)后，能夠與轉(zhuǎn)鐵蛋白相互作用，在與細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體結(jié)合后，Cr(III)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)并釋放[10-11]。血清中大部分Cr(III)可運(yùn)送到肝臟和胰腺中，通過增強(qiáng)胰島素在體內(nèi)的作用參與控制血糖水平。同時Cr(III)也參與脂肪代謝，通過降低血液中膽固醇的含量預(yù)防動脈硬化和冠心病等心腦血管疾病[12]。體內(nèi)的Cr(III)主要通過尿液排出體外，因而尿液中排出的Cr(III)可用于反映Cr(III)的代謝和消耗。此外，部分Cr(III)還可經(jīng)汗液、膽汁、糞便和泌乳排出，毛發(fā)脫落也會損失微量的Cr(III)。鉛、鎘等其它重金屬接觸可損傷腎組織細(xì)胞，引起腎毒性，而Cr(III)在腎臟中不能被重吸收，因而其不會在體內(nèi)積累，沒有腎臟毒性。

3.2 Cr(III)的生理學(xué)功能

1955 年，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)通過給糖尿病大鼠喂食啤酒酵母或者豬腎粉，可改善其糖耐量損傷。隨后，SCHWARZ 等解析了啤酒酵母和豬腎粉中具有生物活性物質(zhì)為葡萄糖耐量因子(glucose tolerance factor, GTF)，其結(jié)構(gòu)上主要含有Cr(III)、煙酸、谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸[13]。Cr(III)作為胰島素的輔助因子可促使胰島素A 鏈與細(xì)胞膜上胰島素受體的硫氫基形成二硫鍵，促進(jìn)胰島素與受體結(jié)合，并通過激活酪氨酸激酶活性、抑制磷酸酶活性進(jìn)而誘導(dǎo)胰島素受體發(fā)生磷酸化，最終增強(qiáng)機(jī)體的胰島素敏感性，達(dá)到維持機(jī)體內(nèi)正常的葡萄糖耐量的目的。在高糖條件下培養(yǎng)的脂肪細(xì)胞中還發(fā)現(xiàn)，Cr (III)可以促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（glucose transporter 4,GLUT4）從細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)位至細(xì)胞膜表面，進(jìn)而提高細(xì)胞對葡萄糖的攝取，調(diào)控糖代謝[14]。此外研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病大鼠模型中，利用Cr(III)處理7 周后，大鼠體內(nèi)炎性細(xì)胞因子TNF-α 和IL-6 表達(dá)水平均降低，并且氧化應(yīng)激也得到緩解[15]。程南征等對24 名正常人和83 名II 型糖尿病患者進(jìn)行血鉻的測定，結(jié)果顯示糖尿病患者的空腹血鉻顯著低于正常人，并且血鉻含量與患者病情嚴(yán)重程度成反比[16]。因而，Cr(III) 可以提高二型糖尿病患者的胰島素敏感性，改善其胰島素耐受，并且具有減輕機(jī)體氧化應(yīng)激的作用，可輔助疾病的治療[17-18]。

Cr(III)在維持機(jī)體脂肪的正常代謝中也起著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，Cr (III) 處理脂肪細(xì)胞3T3-L1后，可使得細(xì)胞核內(nèi)SREBP1 蛋白含量增加，減少細(xì)胞膜上的膽固醇含量[19]。在高脂飲食KK/H1J 小鼠模型中，Cr(III)的添加可下調(diào)小鼠體內(nèi)甘油三酯和膽固醇含量，并減輕肝重，具有肝臟保護(hù)作用[20]。Cr(III)可能通過兩個機(jī)制調(diào)節(jié)脂類代謝：一方面，Cr(III)可增強(qiáng)胰島素活性，胰島素有助于調(diào)節(jié)脂類代謝，從而改善血脂狀況；另一方面，Cr(III)增加血漿卵磷脂膽固醇?；D(zhuǎn)移酶和肝內(nèi)皮細(xì)胞酶活性，從而促進(jìn)高密度脂蛋白（HDL）生成。Cr(III)通過調(diào)節(jié)各種脂蛋白含量和膽固醇代謝，還可對體脂蓄積進(jìn)行有益的調(diào)節(jié)和改善[21]。

此外，Cr(III)還能通過調(diào)控胰島素的功能提高細(xì)胞對氨基酸的吸收能力，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成，提高肌肉質(zhì)量[22]。隨著對Cr(III)研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)其在提高免疫力、改善胴體品質(zhì)、緩解精神抑郁和提高家畜繁殖性能等方面均有很好的功效。

3.3 Cr(III)的安全性分析

Cr(III)在自然界中比較穩(wěn)定，不易穿過生物膜，與銅、碘、鋅、錳和硒等金屬的毒性相比較低，而且各種動物對Cr(III)的耐受量較高，因此正常情況下畜禽日糧中添加少量的Cr(III)，一般認(rèn)為不會引起動物發(fā)生中毒現(xiàn)象。

Campbell 等在大鼠日糧中添加5%Cr2O3，持續(xù)飼喂800 d，沒有發(fā)現(xiàn)引起毒性反應(yīng)[23]。對健康大鼠每天喂吡啶酸鉻15 mg/kg，持續(xù)5 個月，檢測肝臟中Cr(III)含量大約750 μg/kg，腎臟中Cr(III)含量大約30 mg/kg，并未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生任何組織學(xué)和生化的毒性。Anders 等研究也證實(shí)，動物攝入吡啶甲酸鉻超過20周可引起Cr(III)在肝、腎的少量蓄積，但并未觀察到任何有害效應(yīng)[24]。生殖毒性方面，飼料中添加2 mg/kg 和20 mg/kg 劑量吡啶酸鉻對母鼠的生殖機(jī)能和胎鼠的生長發(fā)育均無明顯影響，并且對胎鼠不產(chǎn)生致畸作用，只有200 mg/kg 高劑量吡啶酸鉻才會對胎鼠骨骼發(fā)育有一定影響。因而，在給機(jī)體補(bǔ)充Cr(III)時，合理劑量是需要考慮的重要因素。

然而，LIU 等研究發(fā)現(xiàn)長期添加超過2500 mg/kg 的高劑量Cr(III)會破壞機(jī)體對Cr(III)的調(diào)節(jié)能力和貯存能力，使得血液中Cr(III)含量高于正常值，進(jìn)而干擾其他微量元素的吸收[25]。ZHIJIA 等研究發(fā)現(xiàn)高劑量鉻可能通過靜電作用干擾DNA 堿基對的堆積，致使DNA 發(fā)生損傷[26]。以上數(shù)據(jù)表明，Cr(III) 只有在攝取量極高的情況下才會危害機(jī)體健康，通過控制合理劑量，Cr(III)對機(jī)體是沒有毒性的。曾經(jīng)，人們對制革過程中Cr 的使用缺乏科學(xué)的認(rèn)識，并由此產(chǎn)生了錯誤的理解。實(shí)則皮革加工過程中使用的是Cr(III)，并且在含鉻皮革碎渣中的Cr也是Cr (III)，固定在膠原纖維中的Cr (III) 只有50～500 mg/kg 可被萃取出來。制革過程中Cr(III)的合理使用不會對人體健康造成威脅。

4 Cr(VI)的毒性

Cr(III)是人體的必需微量元素，然而Cr(VI)卻被世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機(jī)構(gòu)歸類為I 級致癌物。Cr(VI)暴露可導(dǎo)致機(jī)體炎癥的發(fā)生，嚴(yán)重甚至出現(xiàn)多器官功能衰竭。在職業(yè)暴露的工人中，Cr(VI)主要通過吸入和皮膚接觸進(jìn)入人體。在非職業(yè)暴露的人群中，Cr(VI)進(jìn)入人體的主要方式為食用暴露于鉻污染的蔬菜、水果、糧食和肉類，鉻通過食物鏈的傳遞最終在人體內(nèi)肝臟、腎臟和生殖系統(tǒng)蓄積[27-28]。Cr(VI)半衰期長且排泄率低，當(dāng)其濃度在人體內(nèi)超過5 mg/L 時，新陳代謝將會受到影響，隨著鉻攝入的增多，最終產(chǎn)生嚴(yán)重的消化系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)毒性[29-30]。

與Cr(III)相比，Cr(VI)極易通過細(xì)胞膜，其吸收率是Cr(III)的3～5 倍。Cr(VI)主要以非特異性的硫酸鹽和磷酸鹽陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)體形式進(jìn)入細(xì)胞膜，隨后Cr(VI)與DNA 及谷胱甘肽GSH、抗壞血酸Asc、半胱氨酸 Cys 和組氨酸 His 等配體結(jié)合產(chǎn)生GSH-Cr-DNA、Asc-Cr-DNA、Cys-Cr-DNA 和His-Cr-DNA 耦合物，最終將Cr(VI)還原為Cr(III)，在此過程中誘導(dǎo)機(jī)體氧化應(yīng)激，并通過調(diào)控DNA 甲基化、組蛋白修飾、染色體重塑和非編碼RNA 調(diào)控等表觀遺傳模式發(fā)揮細(xì)胞毒性，甚至導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，如圖1 所示[31-34]。

圖1 細(xì)胞內(nèi)Cr(VI)還原過程Fig.1 Schematic representation of intracellular Cr (VI) reduction

4.1 Cr(VI)與DNA 甲基化的關(guān)系

DNA 甲基化主要指在甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyl-transferases,DNMTs)的催化下，DNA 中胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤（CpG）的胞嘧啶被選擇性添加甲基，形成5-甲基胞嘧啶（5mC）的過程[35]。哺乳動物中，當(dāng)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)域的CpG 島發(fā)生5mC 修飾時，可招募序列特異性甲基化結(jié)合蛋白(MeCP)與甲基化的CpG 島結(jié)合，通過級聯(lián)控制，最終抑制基因的表達(dá)[36-37]。

2002 年，首次報(bào)道Cr(VI)暴露可引起哺乳動物細(xì)胞系G12 中DNA 甲基化水平改變，抑制報(bào)告基因GPT 的表達(dá)[38]。WANG 等研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境中的Cr(VI)暴露可直接調(diào)控全基因組的甲基化水平，對實(shí)驗(yàn)組SD 大鼠的飲水加入重鉻酸鉀，結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組大鼠體內(nèi)谷胱甘肽過氧化物酶表達(dá)下調(diào)，并且全基因組DNA 呈現(xiàn)低甲基化修飾[39]。TSUBOI 等研究發(fā)現(xiàn)，Cr (VI) 暴露也可導(dǎo)致細(xì)胞中錯配修復(fù)基因MLH1 的啟動子區(qū)域出現(xiàn)高甲基化，從而沉默該基因的表達(dá)，最終可導(dǎo)致肺癌的發(fā)生[40]。Cr(VI)也可通過誘導(dǎo)啟動子區(qū)域高甲基化沉默抑癌基因P16(INK4a)的表達(dá)[41]。此外，日本曾對處于鉻暴露患有肺癌的工人進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)DNA 修復(fù)基因HOGG1、MGMT 和RAD53 啟動子區(qū)域的甲基化均上調(diào)[42]。Cr(VI)上調(diào)基因啟動子區(qū)域的甲基化可使組蛋白去乙?；⑶胰旧w處于緊縮狀態(tài)，接著阻礙轉(zhuǎn)錄因子與順式作用元件的結(jié)合，使DNA 組裝成核小體后不能啟動轉(zhuǎn)錄，從而下調(diào)相關(guān)編碼基因的表達(dá)，如圖2 所示。除了Cr(VI)直接參與基因的表達(dá)調(diào)控外，研究還發(fā)現(xiàn)Cr(VI)進(jìn)入人體細(xì)胞后被快速還原為Cr(III)，在雙氧水存在下，通過芬頓反應(yīng)可釋放大量的羥基自由基等活性氧(reactive oxygen species, ROS)，ROS 可催化5mC 氧化轉(zhuǎn)化為5- 羥甲基胞嘧啶(5-hmC)，并且調(diào)節(jié)DNMT 與DNA 序列的結(jié)合，從而改變基因甲基化模式[43-45]。

圖2 Cr(VI)對DNA 甲基化的調(diào)控Fig.2 Regulation of DNA methylation by Cr (VI)

4.2 Cr(VI)與組蛋白修飾的關(guān)系

組蛋白修飾是表觀遺傳的重要組成部分。真核生物中，核小體由DNA 和組蛋白H1、H2A、H2B、H3 和H4 構(gòu)成。組蛋白的N-末端常發(fā)生翻譯后修飾，目前已知的組蛋白修飾包括：乙?；?、甲基化、泛素化、磷酸化、糖基化和ADP 核糖基化等，其中組蛋白的乙酰化修飾是當(dāng)前表觀遺傳學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域[46-47]。組蛋白乙?；怯蓛蓚€酶家族調(diào)節(jié)的動態(tài)過程：組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶（histone acetyltransferase,HATs）和組蛋白脫乙酰酶(histone deacetylases，HDACs)[48]。以乙酰輔酶A 為輔因子，HATs 催化乙酰輔酶A 的乙?；D(zhuǎn)移至核心組蛋白氨基末端特定賴氨酸殘基上，引起染色體解聚，從而激活基因轉(zhuǎn)錄。

環(huán)境中的Cr(VI)暴露可通過調(diào)控染色體組蛋白的乙酰化修飾程度影響基因的表達(dá)。XIA 等使用Cr(VI) 處理人類支氣管上皮細(xì)胞16-HBE 后，細(xì)胞中HDAC1、HDAC2 和HDAC3 表達(dá)水平均顯著升高[49]。HDACs 的上調(diào)可導(dǎo)致組蛋白H3K18、H3K27 乙酰化(H3K18/27ac)水平下降，在癌蛋白SET 的參與下Cr(VI)抑制H3K18/27ac/53BP1 級聯(lián)過程并促進(jìn)惡性細(xì)胞轉(zhuǎn)化[50]。CHEN 等使用鉻酸鉀(K2CrO4)處理人類支氣管上皮細(xì)胞BEAS-2B，Cr(VI)通過下調(diào)組蛋白H4K16 乙?；?，誘導(dǎo)癌基因NUPR1 高表達(dá)，NUPR1 則進(jìn)一步下調(diào)乙酰轉(zhuǎn)移酶MOF 使得H4K16乙?；礁?，這一惡性循環(huán)加速肺癌的發(fā)生、發(fā)展[51]。這提示著在職業(yè)暴露的制革工人中，Cr(VI)可能通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體從而誘發(fā)肺癌。

4.3 Cr(VI)與染色體重塑的關(guān)系

作為表觀遺傳調(diào)控的重要方式，染色質(zhì)重塑主要指在DNA 轉(zhuǎn)錄過程中，染色質(zhì)重塑復(fù)合物通過水解ATP 提供能量使核小體相位發(fā)生調(diào)整，組蛋白末端堿性氨基酸殘基所帶正電荷降低，導(dǎo)致核小體與DNA 結(jié)合力減弱，最終促使染色質(zhì)由致密的超螺旋結(jié)構(gòu)變?yōu)槭杷山Y(jié)構(gòu)從而影響基因的表達(dá)。此外，組蛋白修飾和DNA 甲基化也可對染色質(zhì)重塑起調(diào)控作用[52]。

ANDREW 等發(fā)現(xiàn)Cr(VI)通過調(diào)整核小體的相位可靶向性破壞轉(zhuǎn)錄因子CTCF 和激活蛋白AP-1的結(jié)合，進(jìn)一步對AP-1 下游信號通路內(nèi)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄進(jìn)行調(diào)控[53]。通過對不同濃度Cr(VI)暴露下的小鼠肝癌細(xì)胞HEPA-1C1C7 進(jìn)行檢測，也發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子BACH2、CTCF 結(jié)合位點(diǎn)處靶基因染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域開放程度與Cr(VI)濃度存在密切聯(lián)系，靶區(qū)基因表達(dá)水平隨Cr(VI)濃度的變化而變化[54]。此外，在Cr(VI)處理人類支氣管上皮細(xì)胞BEAS-2B 的實(shí)驗(yàn)中，NUPR1 下調(diào)乙酰轉(zhuǎn)移酶MOF 影響組蛋白H4K16 乙?；降耐瑫r，NUPR1 自身發(fā)生的染色質(zhì)重塑也是Cr(VI)誘導(dǎo)肺癌發(fā)生的主要機(jī)制[51]。

4.4 Cr(VI)與非編碼RNA 調(diào)控的關(guān)系

人類基因組中，具有編碼蛋白質(zhì)能力的基因占比不到2%，剩下約98%的基因轉(zhuǎn)錄為非編碼RNA（Non-coding RNA,ncRNA）并在RNA 水平上發(fā)揮生物作用。ncRNA 主要包括長鏈非編碼RNA (long noncoding RNA, lncRNA)、微小RNA (microRNA,miRNA)、環(huán)狀RNA(circular RNA, circRNA）及小干擾RNA(small interfering RNA,siRNA)等[55]。

MicroRNA-21(miR-21)是腫瘤發(fā)生過程的關(guān)鍵調(diào)控因子。研究表明，Cr(VI)處理人支氣管上皮細(xì)胞BEAS-2B 后，可誘導(dǎo)miR-21 表達(dá)顯著增加，miR-21 靶向下調(diào)抑癌基因PDCD4 的表達(dá)，發(fā)揮致癌活性。在BEAS-2B 細(xì)胞中穩(wěn)定敲低miR-21 或過表達(dá)PDCD4 可顯著抑制Cr(VI)誘導(dǎo)的癌變進(jìn)程[56]。此外，慢性Cr(VI)暴露也可通過下調(diào)MicroRNA-494(miR-494)水平，增加原癌基因c-Myc 表達(dá)，促進(jìn)Cr(VI)誘導(dǎo)的腫瘤干細(xì)胞樣轉(zhuǎn)化和腫瘤發(fā)生[57]。HE 等研究發(fā)現(xiàn)Cr (VI) 可通過下調(diào)MicroRNA-143(miR-143) 增加胰島素樣生長因子1 受體(IGF-1R)和胰島素受體底物1 (IRS1) 的表達(dá)，進(jìn)而激活ERK/HIF-1α/NF-κB 信號通路促進(jìn)細(xì)胞異常增殖，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，如圖3 所示[58]。以上揭示了miRNA 在Cr(VI)發(fā)揮致癌活性中起著重要作用。

圖3 Cr(VI)誘導(dǎo)的miR-143 相關(guān)信號通路Fig.3 Cr(VI)-induced miR-143 related cell signaling pathway

此外，研究發(fā)現(xiàn)10.00 μmol/L Cr(VI)處理人支氣管上皮細(xì)胞16HBE 后，1868 個lncRNA 顯著上調(diào)，2203 個lncRNA 顯著下調(diào)，形成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與免疫應(yīng)答、細(xì)胞周期、DNA 損傷和修復(fù)等密切相關(guān)[59]。最新的研究對暴露于不同Cr(VI)濃度(0.2、0.6 和1.8 μmol/L)24 h 的BEAS-2B 細(xì)胞進(jìn)行全基因 組 測 序， 結(jié) 果 顯 示 lnc-NCS1-2 ∶1 和lnc-FOXK1-4∶1 均呈現(xiàn)顯著性差異，揭示了Cr(VI)暴露通過調(diào)控非編碼RNA 的表達(dá)對細(xì)胞周期進(jìn)行干預(yù)的機(jī)制[60]。

5 結(jié)論

Cr(III)是一種機(jī)體不可缺少的微量元素，過量攝入Cr(III)可能對健康造成威脅，但在限量標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的Cr(III)攝入不僅可作為胰島素作用的輔助因子在糖、脂類、蛋白質(zhì)、核酸代謝等過程中起重要作用，并且在減少應(yīng)激、提高免疫力、改善胴體品質(zhì)和提高繁殖性能等方面均有很好的功效。值得注意的是，Cr(VI)則是一種致癌物，可在分子水平上通過干擾DNA 甲基化、組蛋白修飾、染色體重塑和非編碼RNA 調(diào)控等表觀遺傳修飾改變基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，影響基因功能，嚴(yán)重威脅人類健康。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，Cr(III)和Cr(VI)的相互轉(zhuǎn)化是非常容易實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)當(dāng)正視Cr(VI)的接觸風(fēng)險(xiǎn)，合理選擇生產(chǎn)路線和儲存條件，減少Cr(VI)的產(chǎn)生。不過由于Cr(VI)具有強(qiáng)氧化能力，即使少量的Cr(VI)釋放入自然環(huán)境中，也將立即和環(huán)境中的許多有機(jī)組分進(jìn)行氧化反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為安全的Cr(III)。