2，3，7，8-四氯二苯并对二噁英在不同组织器官中的作用机制

高丽云，黄 娟，李 潇，谷莉莉，李 娜，王 晓，曹 佳，吴卫东

(1.新乡医学院公共卫生学院毒理学教研室，河南 新乡 453003；2.郑州人民医院口腔科，河南 郑州 451000)

二噁英类化合物毒性效应的发挥依赖芳香烃受体(aromatic hydrocarbon receptor，AHR)信号途径的激活和AHR反应基因的转录表达[1-3]。2，3，7，8-四氯二苯并对二噁英(2，3，7，8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin，TCDD)为研究二噁英毒性效应的代表性受试物，TCDD高度脂溶性的特点使其极易透过细胞膜进入细胞质，在细胞质内作为配体与转录因子AHR结合，引起AHR蛋白构象发生改变，暴露出AHR核定位信号，TCDD-AHR复合体进入细胞核内，识别AHR反应基因上游部位的特异DNA序列，并与之结合后可启动AHR反应基因的转录表达，产生不同毒性效应，同时未与配体结合的AHR位于细胞质上[4]。目前，TCDD长期低剂量暴露对人类健康的危害越来越受到关注，但TCDD通过AHR信号通路在不同组织器官中的作用机制很少系统地报道，因此，本文对TCDD在人体不同组织器官中的作用机制进行综述。

1 TCDD对人表皮、毛囊和皮脂腺的作用

研究发现，AHR蛋白在人面部表皮、毛囊和皮脂腺及体外培养的HaCaT和SZ95人皮脂腺细胞中均有表达，但其表达具有组织特异性，如AHR蛋白在表皮棘层和颗粒层的表达均强于基底细胞层，而在皮脂腺小叶外周和中央的表达强于皮脂腺小叶中间，同时在毛囊外毛根鞘和近毛小皮细胞上的表达也强于内毛根鞘细胞。另外，AHR蛋白在HaCaT及SZ95细胞的细胞核和细胞质中均呈高表达[5-6]。然而在TCDD作用下，AHR蛋白在HaCaT和SZ95细胞内的表达明显下降，并且AHR通路被激活[5，7-8]。体外和动物研究均证实，TCDD具有加速角质形成细胞终末分化，诱导皮脂腺和毛囊丧失其分化，从而使其向表皮加速分化的特点[9-10]，但AHR是否介导了TCDD对皮肤的毒性作用及其诱导表皮、毛囊和皮脂腺出现异常分化的具体机制仍有待研究。在TCDD的作用下，AHR蛋白在人表皮、毛囊及皮脂腺上均呈高表达，并在HaCaT和SZ95细胞的细胞质和细胞核中均有表达，且表达水平均显著下调，这些提示AHR在配体TCDD的作用下影响了人表皮、毛囊及皮脂腺的异常分化[11]。

TCDD-AHR复合体作为转录刺激因子调控多种细胞生长的基因表达。研究表明，在TCDD作用HaCaT细胞时，AHR表达下调，转化生长因子-α(transforming growth factor-α，TGF-α)表达上调，且两基因表达量之间呈负相关[5，12]，由此可初步推测，AHR信号转导途径可能直接或间接调控TGF-α的基因表达，进而引起细胞增殖等改变，但具体调控途径尚不清楚，有待进一步深入研究探讨。

2 TCDD对胃的作用

胃癌是世界上发病率和致死率高的恶性肿瘤，其发生、发展是生活环境等多种因素相互作用的结果，如环境中的有害化学物质TCDD的污染。TCDD主要作用于胃组织的AHR，通过AHR信号转导通路与其他信号通路交叉发挥致癌作用[13]。研究发现，AHR不仅在胃癌上皮细胞中有表达[14]，在基质细胞中也有表达[15]。在胃癌的发生过程中，高水平表达的AHR可能被外源性配体TCDD激活或处于持续激活状态，AHR由细胞质转位进入细胞核内，从而调控相关靶基因的表达，促进胃癌的发展。也有研究者发现，AHR信号转导途径可能通过c-Jun介导调节基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-9的表达促进胃癌的侵袭和转移[16]。MMP可降解胃基底膜和细胞外基质中的结构蛋白。MMP是一类高度保守的依赖于锌离子的蛋白内切水解酶家族，MMP-9是MMP的重要成员，其表达与胃癌的生长、血管形成、浸润和转移及预后密切相关。c-Jun是激活蛋白-1家族中重要的核转录调控因子，可使多种靶基因失调引起细胞恶化，也可与MMP-9的启动子区的结合位点结合，诱导MMP-9的表达并促进肿瘤细胞的侵袭、转移。AHR不仅可参与一系列外源代谢酶基因表达的调控，还可调控许多与外源化合物代谢无关的基因，如核转录基因c-Jun、多种细胞因子以及参与基质重塑的基因等[17]，从而参与机体的正常发育和胃癌的发生、发展。

3 TCDD对肝脏的作用

有研究用TCDD染毒具有相同AHR表型的BALA/c、CBA/J和C3H/He3系小鼠，并用cDNA微阵列法分析肝脏基因表达的差异；结果发现，AHR信号转导通路中不同基因的表达发生了变化；在肝脏中，I相反应通过引入或脱去功能基团使化合物极性升高，由微阵列分析发现，在TCDD染毒情况下，参与I相反应的细胞色素P450超家族(cytochrome P450 proteins，CYP)的酶类以及一些结合蛋白在3系小鼠中均被显著诱导[18]，提示这些CYP基因的调节可能均依赖于化学物对AHR的亲和性。不但I相反应的代谢产物可形成致癌物质，而且机体的Ⅱ相反应也可通过内源性物质与I相反应产物形成的新功能基团结合[19]。由此可知，TCDD诱导的毒性反应不仅与AHR信号转导通路、机体I相反应有关，还与机体Ⅱ相反应有关。如TCDD染毒BALA/c、C3H/He和CBA/J小鼠后，AHR信号转导通路参与Ⅱ相反应的酶谷胱甘肽S-转移酶(glutathione s-transferase，GST)在BALA/c小鼠中的表达显著提高，可能提示BALA/c小鼠对TCDD的毒性反应抗性较C3H/He和CBA/J小鼠更高，GST可能作为TCDD抗性的生物标志的候补基因[20-21]。

4 TCDD对肺的作用

TCDD是一类毒性极强的化合物，其致癌机制尚未阐明，AHR是TCDD毒性作用的靶点，AHR被激活后可诱导一系列基因的表达，在肺癌的发生过程中发挥重要的作用。研究发现，TCDD染毒成功制备了Sprague Dawley大鼠肺癌模型，并发现大鼠肺癌发生、发展过程为：正常支气管上皮组织增生异常时可导致异型增生；异型增生是导致上皮组织形态和机能上呈异型性表现的增生性病变，可导致原位癌发生，原位癌如不治疗，又可发展成浸润性癌，且在肺组织癌变过程中，AHR和CYPIA1的表达逐渐升高，同时也证明了TCDD既是致癌剂又是促癌剂的事实[22-23]。

5 TCDD对肾脏的作用

研究发现，TCDD激活AHR信号转导通路可显著改善肾缺血再灌注损伤(ischemia reperfusion injury，IRI)小鼠的肾功能，其机制可能与TCDD选择性诱导肾调节性T细胞(regulatory cells，Treg)亚群的扩增有关[24]。而TCDD激活AHR诱导Treg细胞扩增涉及多种机制，AHR可通过结合不同的配体，向不同方向调节Treg细胞/辅助性T细胞(helper T，Th)17的平衡，其中TGF-β的作用极其重要，有证据显示，Treg细胞TGF-β受体突变可导致TCDD的作用丧失[25]。Th1和Th17型CD4+细胞对多个器官均有致病能力，而Treg细胞具有强大的负免疫调节能力，可与Th1和Th17等细胞的致病作用相拮抗，因此，扩增Treg细胞有望成为治疗肾IRI的重要途径之一[26]。由此可见，TCDD可以抑制肾IRI，减轻其病变损伤程度，其作用机制是TCDD通过与AHR信号转导通路结合，扩增模型动物外周血和脾Treg细胞亚群，对抗致病性免疫因素，从而对IRI器官发挥保护作用，但其详细的作用机制仍需进一步研究。

6 TCDD对卵巢的作用

AHR可介导多种生理功能，在卵巢的正常发育、异常增生甚至癌变等方面起重要作用，可被外源性和内源性配体激活。外源性配体TCDD可使AHR在人类卵巢癌中高表达并可刺激卵巢癌细胞系CAOV-3的增殖。有研究表明，AHR信号通路参与卵巢癌细胞生长的调控，在缺少外源性配体时可通过抑制TGF-β的产生来促进肿瘤细胞的生长；长期暴露在TCDD下可激活AHR信号转导通路并抑制细胞生长，其途径可能是通过影响TGF-β信号转导或是诱导p27等，也可能是活化的AHR与视网膜母细胞瘤抑制蛋白结合后，置换转录因子E2F启动子上的p300，从而抑制细胞生长[27-28]。体外实验证实，AHR被外源性配体如TCDD激活后，一方面活化的AHR与雌激素受体(estrogen receptor，ER)相互交叉发挥作用，另一方面活化的AHR将ER和雄激素受体(androgen receptor，AR)募集到CUL4B蛋白与AHR复合物中或自身的靶基因上，前者可起泛素E3连接酶的作用，促进ER的降解；后者可使ER和AR对雌激素的应答减弱，进而抑制雌激素诱导的c-fos的转录以及p27、乳腺癌患者肿瘤易感基因1(breast and orarian cancer susceptibility gene l,BRCA1)等相关基因的下调，造成卵巢功能障碍[29-31]

7 TCDD对子宫内膜的作用

子宫内膜异位症(endometriosis，EMT)是指有活性的内膜细胞种植在子宫内膜以外的位置而形成的一种女性常见妇科疾病，其发病机制至今仍不甚清楚。但近年来，越来越多学者发现，EMT发病率的增高与环境污染物二噁英类化合物升高有关。EMT是一类雌激素依赖性疾病，而二噁英是典型的内分泌干扰物和免疫毒素，可通过AHR与甾体激素受体的相互作用，以种属和组织器官特异性的方式改变雌激素的合成或代谢过程。有研究表明，TCDD的内分泌毒性和免疫毒性是AHR依赖性介导的，推测TCDD可通过AHR信号途径的激活影响异生物素代谢酶基因的表达，改变雌激素合成或代谢过程，诱导前炎性因子或细胞因子的异常表达等多个环节参与EMT的致病[32-33]。如果妊娠期暴露于TCDD，TCDD可能在孕体组织器官蓄积，并通过AHR抑制子宫内膜上ER-Q蛋白的表达，也可通过ER信号转导通路影响雌激素的合成和代谢，改变雌激素调控的基因表达[34-35]。TCDD还可抑制黄体酮受体(progesterone receptor，PR)的表达，影响孕激素在分泌期对子宫内膜的分化作用[36]。此外，TCDD可能通过AHR直接或间接改变PR的表达，降低子宫内膜组织对孕激素的反应性和对MMP的调控作用，从而增加子宫内膜在异位的种植和侵袭力，促进异位灶的形成[37-38]。

综上所述，TCDD具有皮肤毒性、生殖毒性、胎盘毒性，甚至对各种组织器官有致癌作用，而作为TCDD的配体，AHR可介导外源性化学物或物理因素的刺激并影响细胞内相关基因及相关信号通路基因的表达，从而影响免疫系统、干扰内分泌和诱导肿瘤发生等。TCDD主要通过诱导AHR基因表达，改变蛋白质功能及酶活性来发挥作用。然而，动物实验发现，不同种属、不同品系的动物对TCDD毒性的易感性有着质和量的差异，且TCDD作用于不同组织、器官时，AHR的作用机制也不完全相同。因而，在研究TCDD的作用机制时，大多数研究集中于AHR的结构、功能和化学物对AHR的亲和性。现实生活中，人类由于各种原因长期低剂量暴露于TCDD的环境中，由于TCDD具有亲脂性和持久性的特征，可通过食物链在动物和人体各组织器官中蓄积，对人类的生长、发育及疾病的产生造成较大的影响。本文总结了TCDD通过AHR作用于不同组织器官的机制，但其具体机制仍不甚明确，有待进一步深入研究。