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第三节 活性氧自由基与口腔癌 Section 3 Reactive Oxygen Radicals and Oral Cancer
由于口腔癌发病机制不甚清楚,至今尚无理想治疗方法。因此,探究口腔癌的发病机制,找到口腔癌发生的原因,是从根本上预防、阻断和治疗口腔癌的重要途径。研究表明活性氧自由基产生的氧化应激损伤(oxidative stress damage)与许多慢性病、癌症等发生密切相关。在生理状况下,机体内活性氧自由基不断产生和清除,使之处于动态平衡。但是在某些病理情况下,无论何种原因,凡是活性氧自由基产生增加或机体清除氧自由基能力减弱,就会造成活性氧自由基对机体的损害。
正常情况下,体内“氧负荷”(氧化应激)和抗氧化处于动态平衡状态。一旦平衡被打破,机体处于过度氧化负荷下,抗氧化物质耗竭或活性下降,则过多的活性氧自由基就可能攻击靶器官,造成组织器官和生物大分子(如DNA、RNA、蛋白质、脂肪)损伤,引起口腔癌和一些疾病的发生。机体抗氧化体系主要包括酶促抗氧化系统及非酶促抗氧化系统两部分。酶促抗氧化系统主要包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)、过氧化氢酶(cata-lase,CAT)等。非酶促抗氧化系统包括抗氧化维生素、氨基酸和金属蛋白等。
SOD主要功能是将氧的单价还原产物 歧化生成H 2O 2。体内一旦生成 ,SOD则会特异性地迅速捕捉 使之转变为H 2O 2。近几年来,大量文献报道 及SOD两者与口腔癌的关系,认为 及其产物对DNA损伤是生物发生突变和癌变的原因。在生理情况下,体内SOD与 能维持在低水平的动态平衡,但在某些病理情况下 产生与清除之间失去平衡,常常是 高于正常并能通过化学反应生成对细胞毒性最大的羟自由基(•OH),当活性氧自由基增多时可以引起DNA氧化破坏或发生交联,使核酸变性,结果DNA发生突变、热稳定性发生改变、单链断裂等,从而影响它们的传递信息功能以及转录与复制特性,导致蛋白质合成能力下降及产生合成差错,最终导致基因突变和癌变。
对肿瘤患者进行SOD分析测定,对判断病情的发展变化、预后和指导临床治疗具有积极作用。活性氧自由基理想的检测方法是直接法,但仪器价格昂贵。间接法虽特异性和准确性不如直接法,但方法简便、成本低,尤其是SOD和过氧化脂质(lipid peroxide,LPO)两项指标目前已被广为采用。LPO是活性氧自由基与不饱和脂肪酸起作用引起脂质过氧化的产物,其含量高低间接反映机体细胞受活性氧自由基攻击的严重程度和损伤程度。SOD是机体内主要清除活性氧自由基的抗氧化酶,其活性的高低反映机体清除活性氧自由基的能力。
研究报道通过口腔癌患者手术、化疗前后血浆LPO、红细胞SOD的动态观察,发现口腔癌患者血中LPO含量高于正常人,说明口腔癌患者体内脂质过氧化损伤增强。口腔癌组织及血SOD活性明显降低,可能是综合因素所致,如合成不足、癌肿抑制或耗竭、降解增加等。随着年龄的增加血浆LPO含量有逐渐升高的趋势,因此推测老年人由于接触致癌物质时间较长,病体内致癌物质大量积累而诱发体内活性氧自由基增多,同时老年人红细胞SOD活性降低,使机体清除活性氧自由基损伤减弱,过多的活性氧自由基损伤DNA等生物大分子,诱发其变为癌基因,最终发生口腔癌,这可以解释老年易发口腔癌的原因。研究结果表明口腔癌手术切除后,术后肿瘤负荷减少后,体内活性氧自由基含量降低,而单纯手术切除并不能完全清除患者体内癌细胞,选择化疗+手术综合治疗方案优于单纯手术切除,化疗后再进行手术根治和放疗是必要的。但鉴于口腔癌术后血LPO高于正常水平,SOD活性仍部分受到抑制,这或许是口腔癌患者治疗后复发的可能原因之一,同时亦提示化疗+手术治疗后有必要进行放疗。对口腔癌患者手术前后进行SOD活性和LPO含量的测定,有助于了解机体内活性氧自由基的水平及其脂质过氧化作用的损害程度,并为活性氧自由基清除剂或抗氧化剂的临床应用提供理论依据。
研究报道117例健康人、口腔黏膜癌前病变与口腔癌患者静脉血进行改良邻苯三酚自氧法测定红细胞SOD活性,结果表明40例口腔癌患者红细胞SOD活性均明显低于健康对照组和癌前病变组,证实红细胞SOD活性测定对于口腔癌性病变的诊断及判断预后、病情演变具有重要参考价值。在对口腔癌患者的综合治疗中可以考虑应用SOD制剂辅助手术、放疗、化疗,以期提高总体疗效。实验发现癌前病变组红细胞SOD活性与健康对照组相比稍低,无统计学差异( P>0.05),这可以推测为:①在自由基致口腔癌变的过程中,活性氧自由基有一个慢性积累过程,而且存在一个临界值或阈值,当活性氧自由基累积量超过这个阈值时就引起细胞癌变,这是一个突然变化,而在阈值之前自由基的积累不会引起细胞的渐进性损害如导致癌前病变等。这个阈值相对应的SOD活性应介于口腔黏膜癌前病变组与癌变组之间。②活性氧自由基的产生主要为细胞癌变后经过一系列代谢改变产生大量的活性氧自由基致SOD活性明显降低,而癌前病变不产生类似改变。
研究报道100例头颈癌患者做血浆LPO硫代巴比妥酸比色法测定和红细胞SOD邻苯三酚自氧化法测定,实验发现头颈癌患者血浆LPO含量显著高于对照组( P<0.01),红细胞SOD活性显著下降( P<0.05),有颈淋巴转移者血浆LPO含量比无转移者显著增高( P<0.01)。实验证明头颈部肿瘤的发病及转移与活性氧自由基和SOD活性有密切关系。
利用癌细胞与正常细胞中的SOD活性的差别,通过对细胞毒性作用来杀伤癌细胞是化疗药物的重要机制之一。由于癌细胞SOD活性低,所以化疗药物作用于细胞后癌细胞中活性氧自由基含量较正常细胞高,使癌细胞对化疗药物更敏感,有利于药物对癌细胞的选择性杀伤。
研究表明口腔鳞状细胞癌组织中氧化应激相关的Ⅱ相解毒酶谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione S-transferase-π,GSTπ)表达高于正常黏膜、口腔白斑或口腔异常增生组织。Bahar等研究表明口腔鳞状细胞癌患者唾液中总抗氧化剂含量明显降低,氧化损伤重要的生物标志物8-羟基鸟苷表达量明显增加。汤晓飞、张辛燕等采用核酸微阵列技术,对口腔鳞状细胞癌细胞株及口腔癌前病变细胞株基因表达谱检测表明,与氧化应激相关的差异表达基因有28条,与氧化应激关系较密切的差异表达基因有9条,如过氧化物酶、SOD、谷胱甘肽合成酶、GSTπ、硫氧还原酶及硒蛋白等,结果提示氧化应激损伤可能参与口腔鳞状细胞癌的发生;可能促进口腔癌前病变转变为口腔癌,但作用机制尚不十分清楚。可能的机制为外源性氧化应激源的作用(如烟草、酒精及机械刺激等)及机体的防御反应造成局部产生大量的活性氧自由基,使活性氧自由基产生与消除的平衡关系破坏。由于活性氧自由基作用,体内生物膜中的多价不饱和酸发生过氧化反应,生成过氧化脂质,进一步分解产生大量具有很强生物毒性作用的醇类、醛类和羟类,从而导致细胞DNA氧化损伤;另一方面,细胞为抵抗活性氧自由基的损害,则代偿性提高抗氧化能力,诱导许多编码Ⅱ相解毒酶(硫氧还原酶、GST等)和抗氧化基因(如SOD、过氧化物酶、GSTπ等)表达增高,参与活性氧自由基的清除,以减轻活性氧自由基对细胞的损伤。但可能因其增高不足以抵抗肿瘤发生过程中产生的大量活性氧自由基对细胞损伤,或由于肿瘤发生过程中产生的某些细胞因子造成它们的变性活性下降,从而最终导致口腔鳞状细胞癌的发生。
研究表明口腔氧化损伤可导致DNA的GC和TA易位,此易位最常见于 Ras癌基因,易位突变导致 Ras癌基因激活。抑癌基因 p53突变也与氧化损伤有关,受自由基的影响, p53基因的GC和TA发生易位,形成突变型 p53,使其抑癌作用丧失。癌基因 Ras与抑癌基因 p53与口腔鳞状细胞癌的发生密切相关,由于癌基因的激活 Ras和(或)抑癌基因 p53突变可导致口腔鳞状细胞癌发生。近年研究发现活性氧自由基在细胞的增生、分化、凋亡等调控中也起重要作用,被认为是一种新的第二信使,主要是通过氧化修饰蛋白、改变细胞内氧化还原状态的作用机制来发挥作用的。