摘　要　流行病學(xué)結(jié)果顯示慢性砷暴露可導(dǎo)致人群罹患皮膚癌、膀胱癌、肺癌等惡性疾病，但其致毒/癌機(jī)制尚不明確. 目前關(guān)于砷暴露致毒/癌機(jī)理的討論主要集中在砷的胞內(nèi)作用途徑，而較少關(guān)注砷攝入調(diào)控過(guò)程對(duì)其暴露致毒/癌的貢獻(xiàn). 在生理?xiàng)l件下，部分砷化合物由于結(jié)構(gòu)與磷酸根、葡萄糖、甘油等天然底物相近，可借由相應(yīng)的載體被細(xì)胞攝入，攝入途徑和效率存在顯著的砷形態(tài)依賴性. 此外，砷化合物的生物毒性效應(yīng)與其賦存形態(tài)直接相關(guān). 可見(jiàn)，砷的攝入調(diào)控對(duì)于砷的暴露致毒/癌具有重要作用. 本文主要綜述了在哺乳動(dòng)物體系中不同砷形態(tài)的攝入載體、載體調(diào)控及對(duì)應(yīng)的砷攝入分布、效率和暴露毒性，在此基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)了以往在砷致毒/癌機(jī)制研究中被忽視的砷攝入調(diào)控途徑. 然而，砷攝入調(diào)控過(guò)程中的諸多重要環(huán)節(jié)如砷脅迫下的攝入啟動(dòng)和調(diào)控機(jī)制等都是空白，需進(jìn)一步系統(tǒng)深入地研究，為深入理解砷的致毒機(jī)制提供了新的視角和研究思路.

　　關(guān)鍵詞　砷化合物，致毒/癌機(jī)制，細(xì)胞攝入，載體蛋白，調(diào)控通路

　　砷元素主要經(jīng)地質(zhì)活動(dòng)等過(guò)程釋放入大氣、土壤和水體等介質(zhì)，造成環(huán)境砷污染[1 − 3]. 截至2012 年，全球超過(guò) 2 億人處于飲水型慢性高砷暴露[4]，我國(guó)有近 2000 萬(wàn)人暴露砷超過(guò) WHO 安全水平(10 μg·L−1)[5]. 流行病學(xué)結(jié)果顯示，人群通過(guò)攝食、飲水等途徑長(zhǎng)期暴露環(huán)境砷可導(dǎo)致皮膚癌、膀胱癌、肺癌等惡性疾病[6 − 7]. 此外，砷暴露還會(huì)加速糖尿病、心血管疾病等慢性疾病的病程[8 − 9]. 美國(guó)有毒物質(zhì)和疾病登記署(ATSDR)在 2011 年優(yōu)先風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)清單上將砷列為頭號(hào)公共健康威脅，國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)也將砷化合物歸為一類(Group 1)致癌物[7].

　　可見(jiàn)，砷污染引起了全球的環(huán)境健康危害. 然而，砷暴露致毒/癌的確切分子機(jī)制目前仍不明確.環(huán)境介質(zhì)中砷化合物主要以三價(jià)無(wú)機(jī)砷(iAsⅢ)和五價(jià)無(wú)機(jī)砷(iAsⅤ)形態(tài)存在，而無(wú)機(jī)砷在環(huán)境微生物的作用下可轉(zhuǎn)化為三價(jià)二甲基砷(DMAⅢ)和一甲基砷(MMAⅢ)、五價(jià)二甲基砷(DMAⅤ)和一甲基砷(MMAⅤ)等多種有機(jī)砷形態(tài)[7]. 當(dāng)環(huán)境中的無(wú)機(jī)砷進(jìn)入生物體后，通過(guò)甲基化、硫化等代謝過(guò)程，可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為多種甲基化和硫化形態(tài)，而不同形態(tài)砷化合物的物理化學(xué)性質(zhì)差別較大，毒性也不盡相同[10-11](如表 1). 一般認(rèn)為，五價(jià)砷化合物的毒性低于三價(jià)砷化合物，有機(jī)砷的毒性比無(wú)機(jī)砷小. 但也有例外，如 DMAⅢ和 MMAⅢ的毒性比 iAsⅢ更強(qiáng)[10]，五價(jià)二甲基一硫代砷酸(DMMTAV)表現(xiàn)出與三價(jià)無(wú)機(jī)砷和甲基砷相當(dāng)?shù)母叨拘訹10 − 11].目前，關(guān)于砷暴露致毒/癌分子機(jī)制的討論主要集中在兩方面：

　　1)砷化合物可誘導(dǎo)產(chǎn)生活性氧(ROS)，引起氧化應(yīng)激、能量代謝異常、DNA 鏈發(fā)生斷裂或缺失突變等，從而誘導(dǎo)細(xì)胞癌變[12 − 13]. 2)砷化合物可通過(guò)半胱氨酸殘基與蛋白質(zhì)結(jié)合[14 − 15]，改變蛋白質(zhì)構(gòu)象，影響蛋白功能[16 − 17]. 以上推測(cè)機(jī)制只關(guān)注了砷在胞內(nèi)的作用途徑，并未考慮砷化合物的攝入調(diào)控過(guò)程對(duì)其毒性效應(yīng)的影響. 一方面，砷化合物的攝入是其與細(xì)胞作用的第一步，攝入途徑、攝入劑量等都直接影響砷化合物在胞內(nèi)的暴露特征(形態(tài)、分布、濃度)，影響胞內(nèi)的生化作用/反應(yīng);另一方面，已有文獻(xiàn)報(bào)道部分砷形態(tài)如 DMMTAV、DMAⅢ和 MMAⅢ的攝入、分布與其毒性密切相關(guān)[18 − 19].

　　可見(jiàn)，砷的分子攝入途徑及攝入形態(tài)/濃度的調(diào)控機(jī)制對(duì)其致毒/癌效應(yīng)具有重要影響. 因此，本文對(duì)不同砷形態(tài)的攝入行為(攝入載體類型、載體調(diào)控通路和攝入模式)和毒性效應(yīng)等研究結(jié)果進(jìn)行歸納，發(fā)現(xiàn)介導(dǎo)砷攝入的載體蛋白類型存在一定的形態(tài)依賴性，如 iAsV 主要借助鈉依賴性磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 NaPi-IIb 進(jìn)入細(xì)胞，而 iAsⅢ和 MMAⅢ等則主要通過(guò)水通道蛋白 AQPs 介導(dǎo)入胞. 介導(dǎo)載體的調(diào)控則主要通過(guò)改變載體表達(dá)水平或定位狀況來(lái)實(shí)現(xiàn)，相關(guān)調(diào)控通路涉及細(xì)胞增殖、分化、凋亡等生命過(guò)程. 同時(shí)，細(xì)胞攝入砷的濃度水平、空間分布及毒性效應(yīng)規(guī)律存在一致性. 本文強(qiáng)調(diào)了砷攝入對(duì)其暴露致毒/癌的重要作用，為砷暴露致毒/癌機(jī)制研究提供了新的視角和思路，同時(shí)針對(duì)攝入調(diào)控機(jī)制中待研究的內(nèi)容也提出了自己的見(jiàn)解.

　　1 砷化合物的攝入載體及載體調(diào)控 (Transporters of arsenicals and related regulation signaling)

　　砷不具備特異性的攝入系統(tǒng)，在生理?xiàng)l件下，部分砷化合物的結(jié)構(gòu)與磷酸根、葡萄糖和甘油等天然底物相近，因此可借由對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)運(yùn)載體被細(xì)胞吸收[20]. 截至目前，發(fā)現(xiàn)與砷化合物攝入相關(guān)的載體主要包括磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、水甘油通道蛋白、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等四大類[21]，它們對(duì)砷化合物的轉(zhuǎn)運(yùn)呈現(xiàn)出形態(tài)依賴的特點(diǎn). 此外，部分砷形態(tài)例如 iAsⅢ和三價(jià)一甲基砷的谷胱甘肽復(fù)合物 [MMAⅢ(GS)2] 等由于具有較高的辛醇-水分配系數(shù)和脂-水分配系數(shù)(0.04—0.13)，理論上可通過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)散入胞，但相關(guān)研究較少，還需更多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐[22].

　　1.1 砷化合物的攝入載體

　　1.1.1 五價(jià)無(wú)機(jī)砷(iAsV)的攝入載體砷(As)和磷(P)都是第五周期主族元素，五價(jià)砷酸與磷酸的三級(jí)電離平衡常數(shù)較為接近，在生理pH 值下，兩者主要以二氫酸根和一氫酸根的混合形式存在. 因結(jié)構(gòu)類似，它們?cè)诩?xì)胞攝入時(shí)存在一定的競(jìng)爭(zhēng)[23 − 24]. 在非洲爪蟾卵母細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)了 5 種可能與 iAsV 攝入有關(guān)的磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白亞型，即 NaPi-Ⅱa、NaPi-Ⅱb、NaPi-Ⅱc、PiT1 和 PiT2. 在該表達(dá)系統(tǒng)中，檢測(cè)到小鼠、大鼠、人的 NaPi-Ⅱb 亞型對(duì) iAsV 和 P 顯示出相近的親和力，對(duì)應(yīng) Km 值分別為 57 、51、9.7 µmol·L−1[24 − 25]. 在腸上皮細(xì)胞表達(dá)體系中，人結(jié)直腸腺癌 Caco-2 細(xì)胞暴露 iAsV24 h 和 48 h 后，NaPi-Ⅱb 的 mRNA 顯著上調(diào)(NaPi-Ⅱb 較 NaPi-Ⅱa 高 2 倍)[26]，提示 NaPi-Ⅱb 很可能是人體攝入無(wú)機(jī)砷的重要途徑.

　　1.1.2 三價(jià)無(wú)機(jī)砷(iAsⅢ)的攝入載體目前在哺乳動(dòng)物中已鑒定出 13 種水通道蛋白(AQPs)，其中 AQP3、AQP7、AQP9 和 AQP10 被歸為水甘油通道蛋白[27]. 除水分子外，它們還可順濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)甘油、尿素等中性小分子[28].

　　生理 pH 值下，iAsⅢ主要以未解離的中性 As(OH)3 分子形式存在[29]，因此，理論上也可通過(guò) AQPs 介導(dǎo)被細(xì)胞攝入.在非洲爪蟾表達(dá)體系中，人源水甘油通道蛋白 AQP3(hAQP3)、hAQP7 和 hAQP9 對(duì) iAsⅢ的滲透效率分別是水分子的 2 倍、5 倍和 25 倍[30]. 近來(lái)，在人早幼粒急性白血病 HL-60 細(xì)胞、人慢性骨髓性白血病K562 細(xì)胞和人急性 T 淋巴細(xì)胞白血病 Jurkat 細(xì)胞等 10 種髓系白血病和淋巴系白血病細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，AQP9 的表達(dá)與 iAsⅢ誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性呈正相關(guān)性，其中 Jurkat 和 HL-60 細(xì)胞中 AQP9 的 mRNA 和蛋白水平相對(duì)較低，同時(shí)砷耐受性較強(qiáng)[31]. 當(dāng) AQP9 轉(zhuǎn)染到 iAsⅢ不敏感的 K562 細(xì)胞和人肝癌 Hep3B 細(xì)胞中后，iAsⅢ誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性明顯增強(qiáng)[31]，表明 AQP9 蛋白與 iAsⅢ的攝入和毒性密切相關(guān). 在 AQP7 和AQP9 未表達(dá)的體系中，AQP3 在介導(dǎo) iAsⅢ攝入細(xì)胞/組織中發(fā)揮重要作用. 例如人膀胱癌 EJ-1 細(xì)胞和人皮膚鱗癌 A431 細(xì)胞均未表達(dá) AQP7 和 AQP9，但 A431 細(xì)胞顯著表達(dá) AQP3，在 iAsⅢ相同條件暴露下，對(duì) A431 引起更高毒性[10, 32]. 以上研究結(jié)果均表明，AQP3、AQP7 和 AQP9 等水通道蛋白可作為iAsⅢ的轉(zhuǎn)運(yùn)載體，促進(jìn)不同體系對(duì)三價(jià)無(wú)機(jī)砷的攝入[33]，增強(qiáng)砷的累積和毒性.除 AQPs 外，有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(OATPs)也被報(bào)道與無(wú)機(jī)砷的轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān).

　　OATPs 是 SLCO 基因編碼的溶質(zhì)載體超家族(SLC)成員[34]. 人體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的 OATPs 有 11 種，主要負(fù)責(zé)內(nèi)、外源性溶質(zhì)如膽紅素、前列腺素、類固醇、藥物等的運(yùn)輸，轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)為順濃度梯度的被動(dòng)運(yùn)輸[35]. 現(xiàn)有關(guān)于 OATPs 參與砷轉(zhuǎn)運(yùn)的報(bào)道相對(duì)較少，研究結(jié)果提示 OATP1B1 和 OATP2B1 可能在砷遷移過(guò)程中起作用，其中OATP1B1 主要與 iAsⅢ和 iAsV 的轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)[36]，而 OATP2B1 則參與 iAsⅢ的轉(zhuǎn)運(yùn)[26].葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體(GLUTs)也被報(bào)道與三價(jià)無(wú)機(jī)砷的攝入相關(guān)[26]. GLUTs 是 SLC2A 基因編碼的SLC 家族成員，主要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)包括葡萄糖、半乳糖、果糖在內(nèi)的單糖入胞. 已發(fā)現(xiàn)的人類 GLUTs 亞型共有 14 種，除 HMIT/SLC2A13 外，均為促進(jìn)性轉(zhuǎn)運(yùn)載體，可介導(dǎo)滲透物順濃度梯度入胞[37]. GLUT1、GLUT2 和 GLUT5 這 3 種亞型與砷化合物的生物攝入相關(guān)，其中 GLUT2 和 GLUT5 與三價(jià)無(wú)機(jī)砷的轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān). iAsⅢ可誘導(dǎo) Caco-2 細(xì)胞中的 GLUT2 和 GLUT5 表達(dá)上調(diào)，而沉默 GLUT5 基因可使細(xì)胞攝入iAsⅢ的效率降低約 2.5 倍[26].

　　1.1.3 三價(jià)有機(jī)砷的攝入載體攝入相關(guān)數(shù)據(jù)顯示 AQP9 對(duì)三價(jià)有機(jī)砷的攝入起重要作用. 在釀酒酵母表達(dá)體系中，哺乳動(dòng)物源AQP9 對(duì)三價(jià)有機(jī)砷 MMAⅢ的轉(zhuǎn)運(yùn)效率幾乎是 iAsⅢ的 3 倍[38]. 在表達(dá) hAQP9 的非洲爪蟾卵母細(xì)胞中，AQPs 抑制劑 Hg2+可同時(shí)抑制 iAsⅢ和 MMAⅢ基于 AQP9 的介導(dǎo)入胞[39].GLUTs 也被報(bào)道與三價(jià)有機(jī)砷的攝入相關(guān)[40]. 在轉(zhuǎn)染表達(dá)大鼠 GLUT1(rGLUT1)的酵母菌中，iAsⅢ暴露累積量較空載對(duì)照增加 1.7 倍，大鼠 rGLUT1 對(duì) MMAⅢ的轉(zhuǎn)運(yùn)水平比 iAsⅢ高 40 倍，比空載體高 7 倍[40]. 此外，rGLUT1 對(duì) MMAⅢ(Km = 1.2 mmol·L−1)的親和力與其天然底物葡萄糖(Km = 3 mmol·L−1)相似，且兩者基于 GLUT1 的轉(zhuǎn)運(yùn)表現(xiàn)出非競(jìng)爭(zhēng)性抑制的特征，提示 MMAⅢ利用了與葡萄糖不同的初始結(jié)合位點(diǎn)或轉(zhuǎn)運(yùn)路徑. 在非洲爪蟾卵母細(xì)胞表達(dá)體系中，rGLUT1 對(duì) MMAⅢ的轉(zhuǎn)運(yùn)水平約為人源GLUT1(hGLUT1)的 4 倍，說(shuō)明不同來(lái)源的 GLUT1 對(duì)于 MMAⅢ轉(zhuǎn)運(yùn)效率差異較大.

　　1.1.4 五價(jià)有機(jī)砷的攝入載體水通道蛋白 AQPs 也可轉(zhuǎn)運(yùn)五價(jià)有機(jī)砷[39]，非洲爪蟾卵母細(xì)胞表達(dá) hAQP9 后，對(duì) MMAV 和 DMAV等五價(jià)有機(jī)砷表現(xiàn)出 pH 依賴的攝入行為. pH 值在 5.5—7.5 范圍內(nèi)，MMAV 和 DMAV 的細(xì)胞攝入效率隨 pH 值升高而降低. 此外，AQP9 還可介導(dǎo) MMAV 和 DMAV 的細(xì)胞排出[39]. 目前關(guān)于五價(jià)硫代砷等新型砷形態(tài)的攝入研究還相對(duì)較少，涉及的攝入載體類型尚不明確.砷攝入載體的相關(guān)研究主要是通過(guò)考察不同表達(dá)體系中砷化合物攝入與不同載體蛋白表達(dá)的相關(guān)關(guān)系，從而判斷不同砷形態(tài)的攝入載體類型和相應(yīng)攝入模式. 同時(shí)，以上數(shù)據(jù)也說(shuō)明了通過(guò)人為調(diào)控載體蛋白水平可以在很大程度上改變/調(diào)控砷形態(tài)的攝入效率、速率等攝入行為.

　　1.2 攝入載體的調(diào)控細(xì)胞對(duì)砷的攝入載體調(diào)控主要是通過(guò)改變載體表達(dá)量或膜定位情況兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，調(diào)控信號(hào)通路主要涉及增殖、分化和凋亡以及氧化應(yīng)激、能量代謝等細(xì)胞過(guò)程[41 − 42]，依據(jù)載體類型將調(diào)控途徑歸納如下.1.2.1 AQPs 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的調(diào)控AQP3 廣泛分布于腎臟、皮膚、眼結(jié)膜、脾、胃、膀胱、呼吸道[27] 等器官組織中. AQP7 則主要存在于人腎臟和白色脂肪組織(WAT)、大鼠/小鼠 WAT 和棕色脂肪組織(BAT)中[43 − 45]. AQP9 的表達(dá)模式存在物種差異，大鼠 AQP9 主要分布在大腦和睪丸間質(zhì)細(xì)胞內(nèi)，人類 AQP9 存在于外周血白細(xì)胞內(nèi)以及白細(xì)胞含量較高的器官如肺、脾和骨髓中，AQP9 在其他動(dòng)物的肝臟、附睪、皮膚等器官中也有表達(dá)[27].真核生物主要通過(guò)以下 3 種途徑調(diào)節(jié) AQPs 的轉(zhuǎn)運(yùn).

　　第一，在 mRNA 和蛋白水平調(diào)控 AQPs 的表達(dá). 細(xì)胞表皮生長(zhǎng)因子(EGF)通常被認(rèn)為是癌細(xì)胞中 AQP3 上調(diào)表達(dá)的調(diào)控因子[46]，在結(jié)直腸癌[47]、卵巢癌[48] 和胰腺癌等細(xì)胞[49] 中，EGF 對(duì) AQP3 的上調(diào)誘導(dǎo)呈現(xiàn)出時(shí)間和劑量依賴的特征. 除 EGF 外，雌激素也可通過(guò)激活 AQP3 基因啟動(dòng)子中的雌激素反應(yīng)元件(ERE)上調(diào) AQP3 的 mRNA 水平[50]. 第二，通過(guò)改變 AQPs 構(gòu)象或門控分子機(jī)制調(diào)控其活性. 現(xiàn)有植物和微生物 AQPs 的相關(guān)報(bào)道表明，AQPs 可以通過(guò)門控機(jī)制進(jìn)行活性調(diào)節(jié)，使其構(gòu)象上呈現(xiàn)出打開(kāi)或關(guān)閉的不同狀態(tài)，如菠菜水通道蛋白的磷酸化、pH 和 Ca2+門控分子機(jī)制[51]，以及酵母水通道蛋白 Aqy1 的機(jī)械敏感性[52] 等均可實(shí)現(xiàn)對(duì) AQPs 介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控. 第三，通過(guò)調(diào)節(jié) AQPs 轉(zhuǎn)運(yùn)-嵌入細(xì)胞膜的易位過(guò)程，調(diào)控 AQPs 的介導(dǎo)入胞效率[53].

　　A 類G 蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)激動(dòng)劑如腎上腺素能受體(α-AR)激動(dòng)劑-腎上腺素可使蛋白激酶 C(PKC)磷酸化，從而增加 Caco-2 細(xì)胞[54] 中 AQP3 的細(xì)胞膜易位，調(diào)控 AQP3 的轉(zhuǎn)運(yùn). GPCR 的下游信號(hào)通路分子如腺苷酸環(huán)化酶(AC)、環(huán)磷酸腺苷(cAMP)、過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR-γ)、磷酸腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)、絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶(Akt/PKB)等可以調(diào)節(jié) AQPs 的膜豐度，例如誘導(dǎo)AQP3 和 AQP7 在 人 肝 癌 HuH7 細(xì) 胞 中 上 調(diào) 表 達(dá) [55]， 調(diào) 控 AQPs 的 介 導(dǎo) 轉(zhuǎn) 運(yùn) . 磷 酸 化 AMPK 和Akt/PKB 等還可抑制人肝母細(xì)胞瘤 HepG2 細(xì)胞中的 AQP9 基因表達(dá)[56]. 可見(jiàn)，GPCR 可通過(guò)調(diào)控下游信號(hào)通路調(diào)控 AQPs 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)及膜定位狀態(tài)，提示它有可能是砷脅迫下的生物靶分子.

　　1.2.2 GLUTs 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的調(diào)控人源 GLUTs 一般由 500 多個(gè)氨基酸殘基組成，具備 12 個(gè)跨膜域、1 個(gè)單一的 N-連接糖基化位點(diǎn)、1 個(gè)相對(duì)較大的中央細(xì)胞質(zhì)連接域，它的 N 端和 C 端位于細(xì)胞質(zhì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)域. 11 種 GLUTs 亞型均能參與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn). 其中，GLUT1 在小腸、腎臟組織中有一定表達(dá)，主要負(fù)責(zé)果糖轉(zhuǎn)運(yùn);GLUT2 分布在肝、胰島、腸、腎、腦等組織，負(fù)責(zé)葡萄糖、半乳糖、果糖、甘露糖的轉(zhuǎn)運(yùn);GLUT5 則主要轉(zhuǎn)運(yùn)果糖，分布在小腸和腎臟[37].與 AQPs 介導(dǎo)運(yùn)輸類似，GLUTs 的介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)也可通過(guò)調(diào)節(jié) DNA 轉(zhuǎn)錄表達(dá)或其膜豐度來(lái)調(diào)控.GLUT1 在轉(zhuǎn)錄水平上受到多種機(jī)制的調(diào)控，例如轉(zhuǎn)錄因子骨髓細(xì)胞瘤病毒癌基因(c-Myc)和同源異型框基因(SIX1)可直接轉(zhuǎn)錄激活 GLUT1 相關(guān)基因[57 − 58]，從而促進(jìn)細(xì)胞的糖酵解過(guò)程. 此外，GLUT1 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)和膜定位還可受與 GPCRs 和受體酪氨酸激酶(RTKs)等膜受體相關(guān)的信號(hào)通路，如磷脂酰肌 醇 3-激 酶 ( PI3K) /雷 帕 霉 素 靶 蛋 白 ( mTOR) /Akt、 cAMP、 AMPK 等 的 調(diào) 控 [59 − 60]. 部 分 RTKs 如EGFR[60] 和胰島素受體(IR)可參與 GLUT1 膜豐度的調(diào)控[59 − 60].

　　在 EGFR 突變的肺腺癌細(xì)胞中，抑制PI3K/mTOR 通路，可降低糖酵解和戊糖磷酸途徑的早期代謝物葡萄糖-6-磷酸和 6-磷酸葡糖酸的水平，阻礙 GLUT1 向細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)和膜定位[59]. PI3K 及下游信號(hào)通路蛋白 Akt 對(duì)調(diào)節(jié) GLUT1 的轉(zhuǎn)移、表達(dá)及活性也十分重要. 在淋巴細(xì)胞中，白介素 3(IL-3)可激活 PI3K 調(diào)節(jié) GLUT1 蛋白轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜表面，Akt 的 活 化 則 可 獨(dú) 立 促 進(jìn) GLUT1 的 循 環(huán) 及 活 性 ， 抑 制 GLUT1 內(nèi) 化 [61]. 此 外 ， IR 的 激 活 可 促 進(jìn)AMPK 和 Akt 誘導(dǎo)硫氧還蛋白互作蛋白(TXNIP)的磷酸化，上調(diào) GLUT1 的 mRNA 表達(dá)，同時(shí)減少結(jié)合 GLUT1， 增加 GLUT1 的 膜 易 位 ， 多 方 面 促進(jìn) GLUT1 的 介 導(dǎo) 運(yùn) 輸[60]. 除 RTKs 之 外 ， 部分 A 類GPCR 如棕色脂肪組織中的 β3 腎上腺素能受體(β3-AR)可通過(guò)調(diào)節(jié)下游信號(hào)分子 cAMP 的形成，介導(dǎo)GLUT1 轉(zhuǎn)錄合成，從而增加葡萄糖分子的攝取[62].

　　1.2.3 有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的調(diào)控SLC 家族覆蓋數(shù)百種蛋白，可介導(dǎo)不同親水性和親脂性的小分子或溶質(zhì)穿過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜完成跨膜運(yùn)輸，其中，有機(jī)陰離子藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 OATPs 在運(yùn)輸內(nèi)、外源性藥物方面起重要作用[34]. ABC 超家族(ABC)或 SLC 超家族對(duì)藥物轉(zhuǎn)運(yùn)的功能主要取決于質(zhì)膜上載體蛋白的表達(dá)量. 除了特征明確的轉(zhuǎn)錄修飾外，轉(zhuǎn)運(yùn)活性還會(huì)受到翻譯后修飾的影響，從而使載體蛋白的定位和活性發(fā)生改變[63].

　　早期研究表明，肝臟特異性的 OATP1B1 和 OATP1B3 表達(dá)受肝細(xì)胞核因子 1α(HNF-1α)控制[64]. 在人肝癌 HCCLM3細(xì)胞中，OATP1B3 表達(dá)水平降低，OATP1B1 的 mRNA 表達(dá)正常，但蛋白水平略有降低. 在過(guò)表達(dá)肝細(xì)胞核因子 3β(HNF-3β)的 HCCLM3 細(xì)胞中，OATP1B3 轉(zhuǎn)錄表達(dá)受到抑制，但不影響 OATP1B1 轉(zhuǎn)錄表達(dá) ， 說(shuō)明 HNF-3β 可在 HCCLM3 中 選 擇 性 調(diào)控 OATP1B3 的 表 達(dá)[65]. 此 外 ， OATP2B1 的 功 能 還受GPCR 下游信號(hào)通路 PKC 的介導(dǎo)調(diào)控，激活 PKC 將導(dǎo)致 OATP2B1 磷酸化增加，并降低 OATP2B1 的運(yùn)輸能力[63].

　　2 砷化合物的攝入、分布與毒性(The uptake，distribution and toxicity of arsenicals)

　　砷化合物的攝入、分布及毒性效應(yīng)具有顯著的形態(tài)依賴性. 在已知砷形態(tài)中，iAsⅢ被認(rèn)為是毒性最高、危害最大的形態(tài)，五價(jià)砷化合物如 iAsⅤ、MMAⅤ和 DMAⅤ的毒性顯著低于三價(jià)砷化合物如 iAsⅢ、MMAⅢ和 DMAⅢ[66]. 五價(jià)硫代有機(jī)砷中，五價(jià)一甲基一硫代砷酸(MMMTAV)與 iAsV 相似，二甲基二硫代砷酸(DMDTAV)與 DMAV 相似，顯示出較低的細(xì)胞毒性[10 − 11]，DMMTAV 與 iAsⅢ、DMAⅢ相似，與蛋白質(zhì)中的硫醇基團(tuán)具有較強(qiáng)親和力[67]，可通過(guò)結(jié)合功能蛋白，導(dǎo)致氧化應(yīng)激，產(chǎn)生較高毒性[10 − 11].

　　2.1 砷化合物的活體攝入、分布及毒性砷的體內(nèi)分布和毒性高度依賴于砷化學(xué)形態(tài)及實(shí)驗(yàn)物種. 不同動(dòng)物對(duì) iAsⅢ的毒性敏感度不同，大鼠、小鼠和倉(cāng)鼠等對(duì)砷的敏感性相對(duì)較高[68]. 小鼠的主要砷累積器官為膀胱、腎臟和皮膚，代謝最慢的組織為皮膚，這與砷暴露致癌的靶器官相一致[69]. 無(wú)機(jī)砷 iAsV 和 iAsⅢ大多通過(guò)腸道被吸收，通過(guò)尿液被排出[70]. 小鼠經(jīng)口服 iAsV 急性暴露 24 h 后，肝、腎中 iAsV 的濃度最高[71]，各組織中還檢出 MMAⅢ、MMAV、DMAⅢ、DMAV 等砷形態(tài)，最終主要以 DMAV 經(jīng)尿液排出體外[71]. 慢性飲水暴露 [73As] 砷酸鹽9 d 后，除以上甲基砷形態(tài)外，小鼠肝臟中還檢出了 TMAOV 形態(tài)[69].

　　由于肝臟內(nèi)富含甲基供體 S-腺苷甲硫氨酸(SAM)、砷甲基轉(zhuǎn)移酶(AS3MT)[72] 和多種氧化還原酶，無(wú)機(jī)砷可在肝臟內(nèi)發(fā)生一系列的甲基化反應(yīng)，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)形態(tài)[67]，提示肝臟是砷的主要代謝器官. 大鼠和倉(cāng)鼠經(jīng)靜脈注射 DMMTAV 和DMDTAV 后，DMMTAV 與 DMAⅢ兩種化合物分布特征類似，主要滯留在紅細(xì)胞，并大量累積于肝、腎、肌肉等器官，少部分累積于皮膚;DMDTAV 的分布特征與 DMAV 類似，少量分布在肝、腎、皮膚，DMDTAV 在肌肉的停留時(shí)間比 DMAV 更長(zhǎng)，后以 DMAV 形態(tài)隨尿排出[18 − 19].

　　倉(cāng)鼠口服暴露 iAsⅢ后，砷在紅細(xì)胞中的累積率(<0.8%)遠(yuǎn)小于大鼠(75%)[73]，同時(shí)，倉(cāng)鼠體內(nèi)并不存在明顯的靶器官，尿液排泄砷的速率也更快，說(shuō)明紅細(xì)胞是砷通過(guò)代謝滯留在靶器官的關(guān)鍵.慢性砷暴露會(huì)造成多種組織器官的毒性效應(yīng)，而毒性癥狀通常首先表現(xiàn)在皮膚上. 砷通過(guò)影響煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NADPH oxidase)等負(fù)責(zé)維持氧化還原穩(wěn)態(tài)的蛋白質(zhì)/酶來(lái)誘發(fā)氧化應(yīng)激，三價(jià)砷比五價(jià)砷誘導(dǎo)更多的 DNA 氧化損傷和更高頻率的染色體畸變，表現(xiàn)出更強(qiáng)的基因毒性[12,74]. 此外，三價(jià)砷等毒性較高的砷形態(tài)更易在富含角蛋白的組織如皮膚等累積[17]，導(dǎo)致皮膚色素沉著、角化過(guò)度、鮑文氏病、鱗狀細(xì)胞癌和基底細(xì)胞癌等病理表型[6].

　　砷暴露會(huì)影響細(xì)胞外基質(zhì)中金屬蛋白酶-9(MMP-9)、Clara 細(xì)胞 16 蛋白(CC16)等蛋白分子的表達(dá)，使肺上皮沉積及發(fā)生永久性結(jié)構(gòu)改變.隨著砷暴露量的增加，組織炎癥和肺形態(tài)變化進(jìn)一步加劇，最終導(dǎo)致支氣管炎、間質(zhì)性肺病、慢性阻塞性肺疾病和肺鱗狀細(xì)胞癌等疾[75]. 高毒性砷化合物如 DMMTAV 和 DMAⅢ因較難代謝而累積在腎臟和肝臟等人體重要的代謝和解毒器官中，誘導(dǎo)肝酶水平升高，使丙二醛和細(xì)胞色素 P450、谷胱甘肽(GSH)等水平降低，導(dǎo)致肝血管損傷、肝硬化等肝臟疾病[76 − 77]. 砷還可通過(guò)對(duì)白介素 8(IL-8)的表觀遺傳調(diào)控及其他相關(guān)細(xì)胞通路的調(diào)節(jié)增加腎臟細(xì)胞遷移和增殖能力，使其細(xì)胞周期失調(diào)并產(chǎn)生腎毒性[78]，導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞變性和局部礦化、尿液體積和 pH 值增加、電解質(zhì)水平降低、尿鈣水平和水消耗的增加、膀胱細(xì)胞損傷等[79].

　　2.2 砷化合物的細(xì)胞攝入與毒性

　　砷化合物的細(xì)胞毒性、攝入規(guī)律與其在體內(nèi)暴露的相關(guān)規(guī)律基本一致. 兩種無(wú)機(jī)砷暴露小鼠成纖維 L-A 細(xì)胞時(shí)，iAsⅢ的攝入效率比 iAsV 高約 20 倍，同時(shí) iAsⅢ暴露會(huì)影響細(xì)胞增殖，降低細(xì)胞活力，增加 LDH 釋放，刺激乳酸產(chǎn)生，表現(xiàn)出比 iAsV 暴露高 10 倍的細(xì)胞毒性[80]. 甲基化以往被認(rèn)為是三價(jià)無(wú)機(jī)砷 iAsⅢ的主要生物解毒途徑，然而，隨著三價(jià)甲基砷[81] 和五價(jià)硫代砷代謝物的檢出，毒理學(xué)研究結(jié)果揭示三價(jià)甲基砷如 DMAⅢ和五價(jià)硫代甲基砷 DMMTAV 具有與高毒 iAsⅢ相當(dāng)?shù)募?xì)胞毒性[82,10 − 11]. EJ1細(xì)胞對(duì)各砷形態(tài)的吸收量及暴露產(chǎn)生的細(xì)胞毒性一致，順序?yàn)?DMAⅢ≈DMMTAV>iAsⅢ>>MMAV≈DMAV≈DMDTAV[11]，同時(shí)，DMMTAV 暴露組細(xì)胞膜的總砷濃度最高，比 DMAⅢ和 iAsⅢ暴露組分別高出2 倍和 4 倍[11]， 提示 DMMTAV 可能比三價(jià) iAsⅢ和五價(jià)甲基砷化合物具有更高的細(xì)胞膜通透性.A431 細(xì) 胞 對(duì) 三 價(jià) 砷 iAsⅢ和 DMAⅢ的 攝 入 水 平 比 五 價(jià) 砷 iAsV 和 DMAV 分 別 高 出 7 倍 和 14 倍 ，DMMTAV 的細(xì)胞攝入量比 iAsⅢ高出 2 倍.

　　以上五種砷化合物的毒性大小與攝入水平一致，排序依次為 DMAⅢ > iAsⅢ > DMMTAV >>iAsV > DMAV[10]. 雖然 DMAⅢ、DMMTAV 和 iAsⅢ三種形態(tài)都有較高的細(xì)胞攝入量，但各自的吸收方式并不相同. iAsⅢ和 DMAⅢ暴露后，砷元素主要分布在消解后的細(xì)胞沉淀中，而 DMMTAV 暴露組主要分布在消解后的細(xì)胞上清中[10]，提示 DMMTAV 可能以不同于三價(jià)砷化合物的方式/途徑被細(xì)胞攝入累積.高毒性的砷化合物如 iAsⅢ、DMMTAV、DMAⅢ、MMAⅢ因細(xì)胞攝入/累積效率較高、體內(nèi)滯留時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)它們易于與重要的生物大分子作用，擾亂正常的生化反應(yīng)或誘發(fā)氧化應(yīng)激，產(chǎn)生較高毒性;低毒砷化合物如 DMDTAV、DMAV 等因細(xì)胞攝入、累積率較小、代謝速率較快，與生物分子的相互作用也較弱，因此產(chǎn)生的毒性也相對(duì)較小. 可見(jiàn)，砷化合物的攝入特征(量、效率、分布等)與其體內(nèi)外毒性有正相關(guān)性，因此明確砷攝入的調(diào)控機(jī)制，對(duì)于闡明砷化合物致毒/癌的分子作用途徑提供了重要理論依據(jù).

　　化合物論文范例：天然酚類化合物與兩種化學(xué)殺菌劑的聯(lián)合抑菌活性研究

　　http://m.seolinyi.cn/lwfw/nyfw/34944.html

　　3 總結(jié)與展望(Conclusion and Outlook)

　　綜上所述，砷化合物的攝入行為(量、效率、分布等)與其體內(nèi)外毒性密切相關(guān)，砷可借由其他天然底物或藥物載體蛋白進(jìn)入細(xì)胞，攝入行為具有顯著的形態(tài)依賴性. iAsV 主要借助鈉依賴性磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 NaPi-IIb 進(jìn)入細(xì)胞;iAsⅢ和 MMAⅢ，MMAV 和 DMAV 則主要通過(guò)水通道蛋白 AQPs 介導(dǎo)入胞;葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 GLUTs 也可輔助 MMAⅢ等三價(jià)砷化合物進(jìn)入細(xì)胞. 相關(guān)載體表達(dá)和膜易位狀況與細(xì)胞增殖、分化和凋亡以及細(xì)胞的氧化應(yīng)激、能量代謝等過(guò)程的調(diào)控相關(guān). 以上調(diào)控過(guò)程都將影響砷攝入的效率、選擇性以及在體內(nèi)外的分布、累積和毒性效應(yīng). 本文強(qiáng)調(diào)砷化合物的攝入調(diào)控是其致毒/癌的重要調(diào)控機(jī)制之一，為深入理解砷的致毒/癌機(jī)制提供了新的視角和啟發(fā). 然而，截至目前，砷的整個(gè)攝入調(diào)控過(guò)程仍有諸多環(huán)節(jié)并不明確，例如：1)砷攝入調(diào)控的啟動(dòng)過(guò)程不清(生物靶點(diǎn)、響應(yīng)/啟動(dòng)方式);2)新型砷形態(tài)(如含硫砷等)的轉(zhuǎn)運(yùn)載體蛋白未明;3)相關(guān)載體蛋白在砷脅迫下的調(diào)控機(jī)制鮮有報(bào)道等等. 以上過(guò)程均為砷攝入調(diào)控的關(guān)鍵步驟，對(duì)于深入理解砷攝入調(diào)控機(jī)制，及進(jìn)一步全面闡釋砷暴露致毒/癌分子機(jī)制十分重要，值得進(jìn)一步探討研究.

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　　作者：雷夢(mèng)瑾1　龍艷敏1 **　胡立剛1,2　陰永光1,2　劉廣良1　蔡 勇1,2