袁 莉， 賈穎宇， 駱 瑩

（1. 陜西師范大學 西部果品資源高值利用教育部工程中心， 陜西 西安 710119；2. 陜西師范大學 食品工程與營養(yǎng)科學學院,陜西 西安 710119）

苯并[a]芘（B[a]P）是由芘和苯稠合而成的一類多環(huán)芳香烴類化合物（PHAs），主要包括1，2-B[a]P、3，4-B[a]P。 它廣泛存在于水、空氣、土壤以及煤、石油等能源物質燃燒所產生的各種煙氣中[1]。 此外，食物在熏制、烘烤和煎炸等高溫加工過程中，脂肪、膽固醇、蛋白質和碳水化合物等經過一系列反應產生包括B[a]P 在內的PHAs 類物質。 B[a]P 不僅會污染食品、氣體、水體，且具有極強的生物毒性，如致癌性、致突變性及間接致畸性。 它是世界上公認的致癌物之一，也是研究較深入的致癌PHAs 之一。

微小RNA（miRNA）是單鏈（17~25 個核苷酸）非編碼RNA， 通過mRNA 降解或翻譯抑制負調控特定的靶基因[2]。 miRNA 是由RNA 聚合酶II 在細胞核中轉錄的一種轉錄產物pri-miRNA[3]，然后在核酸酶Drosha 和輔因子DGCR8/Pasha 組成的微處理器復合體中被剪切成具有60~70 個核苷酸5′磷酸基團和3′末端二核苷酸莖環(huán)結構的miRNA 前體（per-miRNA）[4]。 miRNA 參與調控細胞增殖、分化、凋亡、穩(wěn)態(tài)和應激反應等多種生命活動[5]。 其作用機制主要為以下兩種情況： 第一種是miRNA 與靶mRNA 完全互補結合， 降解mRNA 并抑制其翻譯；第二種是成熟的miRNA 不與靶mRNA 非翻譯區(qū)完全互補結合，在mRNA 結構不被破壞的前提下抑制其翻譯。 根據轉錄機制可將miRNA 分為獨立轉錄miRNA、寄生轉錄miRNA 及共轉錄miRNA[6]。

近年來，miRNA 被廣泛研究， 發(fā)現(xiàn)和鑒定的miRNA 也越來越多。 截至2021 年，已報道人類有2 693 個成熟的miRNA（miRBase v22.1）[7-8]。 諸多研究表明，一些miRNA 表達的改變與B[a]P 的毒性作用密切相關。 因此，作者以miRNA 在B[a]P 誘發(fā)毒性過程中的表達和功能展開綜述。

1 miRNA 在B[a]P 誘發(fā)癌變過程中的作用

miRNA 是一種新的腫瘤發(fā)生發(fā)展調控因子，既可下調原癌基因表達， 也可下調抑癌基因的表達。miRNA 在多種組織中表達穩(wěn)定，具有較高的敏感性和特異性，且具有檢測簡單、快捷及價格低等多種優(yōu)勢，使miRNA 成為腫瘤的特異性檢測標志物，有助于腫瘤的診斷和治療[9]。 miRNA 在B[a]P 誘發(fā)毒性過程中的作用見表1。

表1 miRNA 在B[a]P 誘發(fā)毒性過程中的作用Table 1 Effect of miRNA on toxicity induced by B[a]P

1.1 肺癌

miRNA 與肺癌的相關性備受關注。Halappanavar 等人[10]對口服B[a]P 的小鼠肺部DNA加合物、基因和miRNA 表達進行定量測定，發(fā)現(xiàn)高劑量組（300 mg/kg）和低劑量組（150 mg/kg）中分別有13 個和9 個miRNA 表達異常， 其中，miR-34c、miR-34b-5p、miR-29b、miR-141、miR199a-5p、miR-125a-5p 和miR-200c 均上調，miR-122、miR-142-3p、miR-144 和miR-142-5p、miR-150 和miR-451 均下調。 這表明miRNA 與B[a]P 導致的肺毒性密切相關。

肺癌多發(fā)于上皮細胞。 最近的研究發(fā)現(xiàn)，B[a]P在誘導人支氣管上皮細胞惡性轉化過程中，miR-17 -5p、miR -22、miR -106a、miR -320、miR -494、miR-638、miR-506 和miR-34c 等多個miRNA 表達異常。 吳延等人發(fā)現(xiàn)，在anti-BPDE 惡性轉化細胞中miR-160a 和miR-17-5p 的高表達能夠影響16HBE- T 人氣道上皮細胞的增殖能力、 細胞周期和細胞凋亡率[11]，表明miR-106a 和miR-17-5p 在anti-BPDE 致癌過程中發(fā)揮類癌基因的作用。此外，anti-BPDE 惡性轉化細胞中miR-494 和miR-22 可在轉錄后水平反向調控靶基因PTEN 表達， 發(fā)揮類癌基因作用[12]。 mir-493-5p 表達水平的改變會影響anti-BPDE 惡性轉化細胞的增殖能力， 低表達的mir-493-5p 可能也發(fā)揮了類抑癌基因的作用[13]。Yao 等人[14]認為miR-506 對癌基因N-Ras 具有靶向作用，且作為潛在的腫瘤抑制因子發(fā)揮作用。 這些研究表明，miRNA 在B[a]P 致癌過程中可調控癌基因或抑癌基因的表達。Li 等人發(fā)現(xiàn)miR-638 通過靶向BRCA1 參與B[a]P 誘導的癌變過程[15]；miR-29a可能主要在G1/S 和S/G2 期修復DNA 損傷，促進細胞從G1 期向S 期轉變， 即miR-29a 可阻滯癌細胞增殖和擴散，促使癌細胞凋亡，降低5-脂氧合酶介導B[a]P 活化致癌作用[16]；抑制miR-320 表達可削弱B[a]P 導致的小鼠原代支氣管上皮細胞G1 期阻滯，并通過調控CDK6 的表達影響細胞周期[17]。 同時，miR-494、miR-34c 也可影響B(tài) [a]P 暴露后的細胞周期[18]，從而促進細胞的轉化。

1.2 肝癌

肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是發(fā)病率和致死率較高的一種腫瘤疾病，多由慢性肝硬化、病毒感染（HBV、HCV）等慢性肝臟疾病導致。miRNA 的異常表達在HCC 的發(fā)生、 發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。

miR-181 家族的成員 （miR-181a-1-5p、miR-181a-2-5p、miR-181b-1-5p 和3p 以及miR-181b-1）已經被證明參與了肝癌發(fā)生[19]。 Florian 等人[20]對暴露B[a]P 后的小鼠肝臟基因表達譜進行分析發(fā)現(xiàn)，miR-181 家族的兩個成員miR-181a 和miR-181b表達上調，且mir-181a-1-3p 持續(xù)高表達，可能通過抑制MGMT DNA 修復酶從而引發(fā)癌變。 B[a]P 暴露會導致肝臟DNA 加合物的形成和突變分子中l(wèi)acZ轉基因的突變。 但是，B[a]P 暴露28 d 后，小鼠肝臟miRNA 的變化很小， 僅有miR-34a 發(fā)生了顯著改變，即使在最低劑量（25 mg/kg）的B[a]P 中，miR-34a 的表達也顯著升高， 因此認為miR-34a 可能是肝臟DNA 損傷反應的敏感指標[21]。

長期暴露于高誘變劑量的B[a]P 會引起肝毒性和肺毒性，并干擾miRNA 的表達。 相比之下，B[a]P對肺部miRNA 的影響更強烈。 諸多研究表明，miRNA 在B[a]P 誘發(fā)肺癌過程中起著重要的調節(jié)作用，其有望作為B[a]P 誘導肺癌的生物標志物，可用于腫瘤的早期篩查。 可能由于miRNA 在肝臟中穩(wěn)定性較高，所以對于miRNA 在B[a]P 誘導肝癌的研究相對較少。 也有研究表明B[a]P 可誘導小鼠肝癌和結腸癌[22-23]，但有關miRNA 在B[a]P 誘導其他癌癥中的研究很少，因此未來的研究可以更多集中在暴露B[a]P 后其他癌癥組織中早期miRNA 的反應。

2 miRNA 在B[a]P 誘發(fā)神經毒性中的作用

B[a]P 具有高度親脂性，可透過血腦屏障進而威脅神經系統(tǒng)。 有研究發(fā)現(xiàn)，腹腔注射B[a]P 可使小鼠表現(xiàn)出學習和記憶功能障礙、自發(fā)活動減少和抑郁樣行為增加[24]，說明B[a]P 能誘發(fā)小鼠神經毒性效應。 在B[a]P 致小鼠抑郁樣行為中，小鼠皮質組織中miR-10b、miR-124、miR-134 及miR-155 的高表達可能是B [a]P 致神經細胞損傷的原因。 其中，miR-124 和miR-134 的表達上調最顯著，可能是主要機制[25]。 miR-10 有miR-10a 和miR-10b 共2 種成熟序列，與結腸癌、肺癌及胰腺癌等癌癥的發(fā)生、發(fā)展有緊密聯(lián)系。 研究表明，B[a]P 染毒組小鼠大腦皮質miR-10b 表達上調，且與大腦皮質神經細胞凋亡呈明顯正相關；miR-124 是神經系統(tǒng)中表達最豐富的miRNA，miR-134 是神經系統(tǒng)中高度特異表達的miRNA，在神經系統(tǒng)發(fā)育的過程中，這2 種miRNA在促進神經干細胞向神經元分化方面發(fā)揮作用。B[a]P 染毒后，miR-124 和miR-134 表達上調最顯著，且與大腦皮質神經細胞凋亡呈正相關，這表明它們與神經細胞凋亡密切相關， 該實驗還驗證了BDNF 為miR-134 的靶 基 因，BDNF/TrkB/CREB 信號通路被抑制是B[a]P 導致神經細胞損傷的主要原因。炎癥模型小鼠神經細胞中miR-155 水平顯著升高，miR-155 被敲除后可減輕炎癥反應。 同時，B[a]P高劑量組（10 mg/kg）的小鼠大腦皮質組織miR-155表達上調，且小鼠有明顯炎癥反應，表現(xiàn)為肛門和眼部黏膜紅腫，這表明高表達miR-155 在B[a]P 誘發(fā)神經毒性過程中可能發(fā)揮了促炎作用[26]。

3 miRNA 在B[a]P 誘發(fā)生殖毒性中的作用

據報道，長期接觸亞致命劑量（10 μg/kg）的B[a]P 會影響類固醇生成和精子生成，導致成年雄性大鼠的生育能力下降[27]。 Brevik 等研究了雄鼠暴露于B[a]P 對發(fā)育中的小鼠胚胎miRNA 表達的影響[28]，結果發(fā)現(xiàn)小鼠胚胎中的幾種miRNA 表達異常， 一些失調的miRNA 的靶基因在許多不同的途徑中富集， 這些途徑可能與發(fā)育中的小鼠胚胎有關，在某種程度上可能對胚胎的發(fā)育有害，基于公開可用的數(shù)據庫鑒定了一些可能作為B[a]P 介導的遺傳毒性應激的全局標記的miRNA 靶基因， 發(fā)現(xiàn)miR-210、miR-294 和miRs-466f-5p 在組織中高度表達，但相關作用機制尚不明確，需要進一步研究來解釋早期胚胎miRNA 的表達失調。

4 miRNA 與多環(huán)芳烴受體

4.1 多環(huán)芳烴受體簡介

多環(huán)芳烴受體 （AhR） 是堿性螺旋-環(huán)-螺旋（basic helix-loop-helix，bHLH） 轉錄因子超家族中PAS （periodicity /aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator /single-minded，PAS） 的亞家族成員之一，是一種配體激活轉錄因子[29]。 AhR 具有多種配體，除了PAHs、PCBs、鹵代芳烴等外源性配體還有大量內源性植物化學物質[30]。當無配體結合時，大多數(shù)AhR 位于細胞質中， 與熱激蛋白90 （heat shock protein 90，HSP90） 二聚體及乙型肝炎病毒X 蛋白結 合 蛋 白 2 （hepatitis B virus X protein -associatedprotein 2，XAP2）結合，形成復合物。 除了HSP90 和XAP2，AhR 復合物中還包括其他的蛋白因子如p23，可促進AhR 與DNA 的結合能力，也能促進基因的轉錄。 ARNT 是AhR 核轉位蛋白，存在于許多動物、植物以及原核生物中，它位于細胞核內，并在體內大量表達。

AhR 與配體結合并被其激活后，AhR 與ARNT形成二聚體，之后進入細胞核發(fā)揮作用。 AhR 直接或間接調控大量基因， 這些基因參與多種生化途徑，包括能量代謝、脂質和膽固醇合成、異生素代謝等[31]。 AhR 還參與了對細胞正常穩(wěn)態(tài)至關重要的各種信號通路，這些信號通路涵蓋了生理學的多個方面，如細胞增殖和分化、細胞運動和遷移、炎癥等，而這些生理過程的失調會引起機體相應疾病的發(fā)生[32]。

4.2 多環(huán)芳烴受體的作用機制

在缺乏配體的情況下，AhR 與HSP90、XAP2 以復合物的形式存在于細胞質中，而當配體與AhR 結合后，復合物中的其他成分解離出來，游離的AhR進入細胞核中與ARNT 結合[33]。 AhR 與ARNT 形成的二聚體轉位至核內，與外源性化學物質調節(jié)元件（xenobiotic regulative element，XRE）結合，介導一系列外源性代謝酶的表達，包括I 相代謝酶（主要是細胞色素P450 超家族成員，如CYP1A1、CYP1B1 等）和II 相代謝酶（谷胱甘肽轉移酶、葡萄糖醛酸轉移酶等）的表達，從而使機體對外源性化合物產生毒性反應[34]。

4.3 miRNA 對B[a]P 誘發(fā)AhR 激活的影響

有研究表明，AhR 與miRNA 之間存在一定聯(lián)系，AhR 的表達對于細胞miRNA 水平的生理調節(jié)是必不可少的， 闡明AhR 和miRNA 之間的功能關系可能會發(fā)現(xiàn)AhR 的其他新的非配體依賴性作用。

AhR 配體B[a]P 可以改變miRNA 表達，但是對于AhR 是否能獨立影響miRNA 表達尚不清楚。Hecht 等人對AhR 的存在是否影響miRNA 表達水平進行了研究[35]，分析了AhR-/-和AhR+/+小鼠的肺成纖維細胞（即沒有外源性配體）中miRNA 表達。 結果發(fā)現(xiàn)，與AhR+/+細胞相比，許多miRNA 在AhR-/-中的表達差異超過3 倍， 其中，miR-196a 和miR-146a 表達下調，miR-134 表達上調。 進一步通過RT-qPCR 驗證miR-134、miR-146a 和miR-196a 的表達水平后發(fā)現(xiàn)，AhR 可促進暴露于1 μmol/L B[a]P的AHR+/+細胞中miR-196a 的表達； 將AhR-/-和AhR+/+成纖維細胞與未處理細胞相比， 發(fā)現(xiàn)B[a]P 作用24 h 后miR196a 表達顯著降低。 AhR 配體B[a]P使得miR-196a 表達減少的同時，AhR 蛋白質水平也減少， 表明AhR 表達對提高肺纖維細胞中miR-196a 的基礎水平至關重要。 研究發(fā)現(xiàn)由TCDD（2，3，7，8-四氯二苯-p-二口惡英）和DIM（3，3’二吲哚甲烷） 激活的AhR 參與了乳腺癌細胞中miR-212/132 的上調，且AhR 通過與miR212/132 啟動子結合進而調節(jié)miR-212/132 的轉錄[36]。 此外，如圖1所示，miR-125b 作為AhRR 的抑制劑可控制AhR活性和細胞存活， 用miR-125b 模擬物轉染NRK52E 細胞可以降低AhRR 水平，轉染miR-125b（miR-125b-ASO）的反義寡核苷酸（ASO）可延緩順鉑降低細胞活力，促進了AhRR 的表達，表明miR-125b 可抑制AhRR mRNA 翻譯，降低順鉑引起的腎臟毒性[37]。 由此可推測，miR-125b 通過抑制AhRR激活AhR 對mdm2 的誘導作用， 并通過AHR 抑制TGF-β1（轉化生長因子β1 蛋白，它可降低AhR 的轉錄能力以及miR-196a 的表達）， 這表明促進miR-196a 的表達可能是miRNA 影響B(tài) [a]P 激活AhR 的重要作用方式。

圖1 B[a]P 介導的AhR-miRNA 信號通路Fig. 1 Signaling pathway of AhR-miRNA mediated by B[a]P

5 展 望

非編碼RNA 是重要的表觀遺傳學機制， 近年來對非編碼RNA 的研究越來越深入，從miRNA 到lncRNA 再到circRNA 的研究逐漸擴大了表觀遺傳學的領域。 非編碼RNA 的功能也越來越完善，其可以在轉錄調控、RNA 修飾、甚至mRNA 翻譯等方面發(fā)揮重要作用。 眾多對miRNA 的研究揭示了它們的多種生物學功能，包括控制細胞增殖、細胞周期、細胞凋亡、關鍵轉錄后調節(jié)因子等。 它們的失調可能導致基因表達異常，從而威脅人體健康。 miRNA表達異常在B[a]P 誘導的毒性效應中起著重要作用，miRNA 與B[a]P 的致癌性有著密切的關系，miRNA將有望成為腫瘤新的診斷標志物及基因治療的有效靶點。 近年來，與AhR 有關的治療腫瘤的藥物也受到了廣泛關注，隨著對AhR 相關信號通路的進一步研究，有助于深入了解B[a]P 的致癌機制，更重要的是可從AhR 信號通路入手， 結合miRNA 的作用為B[a]P 毒性的防治提供新的途徑。 但是， 有關miRNA 參與調節(jié)B[a]P 毒性過程的作用機制尚不完全明了， 充分發(fā)掘和揭示miRNA 的異常表達和功能作用可為B[a]P 危害診斷和制定控制策略提供方向。