一氧化氮与癌症：综述

NO的生物学和生理学方面

NO是一种短命的内源性气体，由一个复杂的NOS酶家族合成。哺乳动物细胞具有三个编码NOS不同亚型的基因，即NOS1、NOS2和NOS3，亚型与不同定位、调节、催化特性和抑制剂敏感性之间的同源性为51-57%。NOS1，也称为nNOS（首次从神经组织中纯化和克隆的亚型），NOS3或eNOS（最初在内皮细胞中发现的亚型构成的，构成的因为它们分别在神经元和内皮细胞中持续表达。它们还依赖于组织钙浓度的升高而产生低浓度的NO。相反，NOS2是一种可诱导的钙非依赖性亚型，也称为iNOS。与NOS1和NOS3不同，NOS2的诱导导致NO的持续生成[11]. 在几乎所有有核哺乳动物细胞中，它都可以通过免疫刺激诱导。一旦被诱导，这种酶会持续数小时甚至数天产生更高的NO浓度。NOS2的一个重要调节因子是肿瘤抑制基因p53，它感知细胞NO升高并通过负反馈回路抑制NOS2[12]. 这种关系对癌症有重要影响。

与传统的生物信号分子通过与特定受体分子结合而起作用相反，NO通过广泛的化学反应来表现其生物作用。精确的反应取决于NO的浓度以及细胞内外环境组成的细微变化[11]. 在正常生理条件下，细胞产生少量但显著的NO，有助于调节抗炎作用及其抗氧化性能[13,14]. 然而，在NO输出量高的组织中，iNOS上调并产生硝化作用（添加NO₂)、亚硝化（添加NO⁺)，氧化将占主导地位[13]. NO与O的相互作用₂或O₂^-导致活性氮物种（RNS）的形成。RNS，三氧化二氮（N₂O（运行）_三)和过氧亚硝酸盐（ONOO），可诱导两种类型的化学应激，亚硝化和氧化[15]. N个₂O（运行）_三是一种有效的亚硝化剂，已证明它能使N和S亚硝化多种生物靶点产生潜在致癌的亚硝胺和亚硝基硫醇衍生物。N-亚硝化在已知的慢性炎症和恶性转化之间的关系中可能具有重要意义[15,16]. O（运行）₂^-NO可迅速相互作用，产生强大的细胞毒性氧化剂过氧亚硝酸盐（ONOO^-)及其共轭酸ONOOH。天然溶液中的过氧亚硝酸盐是一种强大的氧化剂，可氧化硫醇或硫醚，硝化酪氨酸残基，硝化和氧化鸟苷，降解碳水化合物，引发脂质过氧化和切割DNA，在癌症中具有重要意义[17,18].

NO在癌症中的多种作用

据报道，NO在癌症的多阶段模型中发挥二分法作用（表1和​和2）。2). 它调节不同的癌症相关事件，包括血管生成、凋亡、细胞周期、侵袭和转移[8]（表1). 与促瘤作用相反，据报道NO也具有杀瘤作用（表2). 了解其在肿瘤生物学中的作用将有助于减少争议和困惑，并有助于开发新的基于NO的治疗方法，这将证明有助于预防和治疗各种人类癌症。

NO在肿瘤生物学中的作用广泛，涉及细胞转化、肿瘤病变的形成以及转移级联的启动和调节。NO参与基因毒性事件[19,20]. 它可以通过形成有毒和诱变物种、直接修饰DNA或抑制DNA修复机制来介导DNA损伤[21]. RNS可以介导DNA链断裂，也可以在DNA中产生不同类型的突变[22,23]. 通过iNOS产生NO可直接诱导p53中GC到AT突变，这可能导致其阻遏活性的丧失。NO直接抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶的活性，为阻断细胞凋亡提供了有效手段。NO的其他抗凋亡作用依赖于NO/cGMP对细胞色素C释放的依赖性抑制，控制线粒体通透性转换孔的Bcl-2表达增加，热休克蛋白（Hsp）70和Hsp 32的诱导，神经酰胺生成的抑制[24]和环氧合酶-2的激活[24,25]. NO通过调节血管生成在肿瘤进展中发挥重要作用。内源性NO通过扩张小动脉血管促进肿瘤血流。减少白细胞与内皮细胞的粘附作用，增加血管通透性[26]. 研究表明，VEGF作为一种纯化蛋白释放或由肿瘤细胞产生，需要终末室中的功能性NO/cGMP通路来促进新生血管生长。NO促进血管生成的另一个机制是通过激活COX-2来刺激促血管生成因子和前列腺素的产生。NO也具有侵袭刺激作用，这是通过上调MMP-2和MMP-9（基质金属蛋白酶），下调TIMP-2和TIMP-3（MMP的组织抑制剂）介导的[27]. 研究表明，NO限制白细胞增殖，这对宿主的抗肿瘤反应有不利影响[23]. 通过这种方式，NO可能参与肿瘤的生长和扩散（图1).

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图1

NO在肿瘤生长中的潜在作用。

各种人类癌症中的NO

一氧化氮似乎在各种人类癌症中发挥着不同的作用[三-7]. 从分子水平了解NO在这些癌症中的不同作用，有助于提供基于NO的诊断或预后标记物，也有助于制定预防和治疗这些癌症的潜在策略。

NO与乳腺癌

乳腺癌是目前世界上发达国家和发展中国家妇女最常见的癌症[28]. NOS已被调查可能参与促进乳腺癌的发生。据报道，NOS在乳腺癌组织中有特异表达[29]以及在乳腺癌细胞系中[30]. 乳腺癌患者血液中NO含量增加[31]与良性或正常乳腺组织相比，侵袭性乳腺肿瘤中NOS活性更高[29]. 作者发现NOS在就地癌[29]. 此外，NOS活性在晚期乳腺癌中较高[31]. 所有这些发现表明，NOS在乳腺癌中的表达可能是致癌的早期事件。

据报道，NO在控制肿瘤方面有几个重要作用。Jadeskiet等人认为，人纤维囊性疾病的乳腺顶泌化生细胞中存在eNOS可能会促进化生上皮向癌的进展[32]. NO增加肿瘤血流量并促进血管生成，这可以解释NO生物合成与恶性程度之间的正相关性[31]. 一氧化氮的生物标志物硝基酪氨酸与乳腺癌中VEGF-C的表达和淋巴结转移相关，提示一氧化氮在乳腺癌进展中的作用[33]. Switzer等人表明，人类乳腺肿瘤中NOS2的表达在功能上与患者生存率低下有关[34].

乳腺癌中的NO和激素

与其他类型的癌症不同，乳腺肿瘤受类固醇激素的影响很大。最近的研究表明，NO途径参与了它们的一些作用。雌激素和孕激素调节NOS，反过来，产生的NO对肿瘤细胞内环境稳定有深远影响[30,35]. 已经发现雌激素刺激乳腺组织中eNOS的释放[36]它作为自由基发挥作用。在人类乳腺癌细胞系中，eNOS的表达与雌激素受体的表达密切相关，提示自由基可能是乳腺癌的病因[36]. 已发现孕酮可激活iNOS表达。研究表明，eNOS产生的低水平NO介导雌激素的增殖作用[37]. 另一方面，孕酮引起的细胞凋亡增加可能与诱导iNOS表达产生高水平NO有关[37]. 因此，了解类固醇激素与NO途径的机制和相互作用，可能有助于开发有效治疗乳腺癌的新方法和策略。

NO与宫颈癌

宫颈癌是全世界女性第二常见的癌症，每年死亡人数超过20万[38]. 流行病学研究揭示了许多风险因素，包括吸烟、多胎、长期使用口服避孕药、慢性炎症和其他性传播感染（例如沙眼衣原体和单纯疱疹病毒2型）[39]. 有趣的是，这些辅助因子都增加了宫颈微环境中的NO水平[40-42]. 与健康对照组相比，宫颈癌患者的血清中NO水平显著升高[43,44]. 在患有宫颈上皮内瘤变的妇女的子宫颈中观察到NO水平升高和NO介导的突变标记物[45,46]. 所有这些发现表明NO在宫颈癌中具有潜在的诱变和致癌活性。

NO与肺癌

吸烟是导致肺癌的主要原因[50,51]. 它导致慢性气道炎症，导致白细胞积聚和活化，产生高水平的ROS和NO[52]. 已经证明肺癌患者的NO、亚硝酸盐和硝基酪氨酸增加[49]. Chen等人发现吸烟者肺癌组织中iNOS/NO的水平显著高于非吸烟者[53]. 在肺发育不良病变中观察到iNOS和eNOS的强烈免疫反应[54]. 某些六价铬[Cr（VI）]化合物被认为在肺部肿瘤发生中起重要作用。Forbes等人认为，重复暴露于颗粒铬酸盐会在肺部引发炎症环境，并伴有NO生成增加，这可能会促进肺癌的发生[55].

NO可能通过硝化蛋白质而促进肺癌的发生。NO及其代谢物与ROS相互作用，生成强大的硝化剂，导致蛋白质中形成3-硝基酪氨酸[56,57]，这是在氧化/亚硝基应激过程中发生的几种化学修饰之一[57,58]. 在高水平下，NO使p53失活[59]鉴于90%以上的肺部肿瘤都有p53缺陷，硝化导致的p53失活也可能有助于致癌[52]. NO对血管生成、糖酵解、p53活性、肺中的抗氧化能力和细胞生长途径的改变有广泛的影响，它可能会创造一个微环境，促进肿瘤的发生和/或促进肿瘤的异质性，从而导致转移[52]. 由于缺乏有效的早期检测方法，肺癌的预后仍然很差。呼气分析和呼出NO测量可为预测诊断和疾病进展提供有用的分析[60].

胃癌中的NO

尽管手术治疗和化疗取得了进展，胃癌仍是全球主要的健康负担；多种病因与该病有关。人们普遍认为幽门螺杆菌感染和高盐摄入与这一肿瘤过程呈正相关。人们发现吸烟或饮酒习惯与有争议的联系[61]. 胃肠道中NO、nNOS、eNOS和iNOS的三种酶源已被确定[62]. 人结直肠癌中iNOS和eNOS的表达增强[63]. 结肠癌组织也被发现表达NOS mRNA[64].

胃癌的发生被认为是一个多阶段的渐进过程。胃癌易感性的早期指标是胃上皮细胞的异常增殖，如慢性萎缩性胃炎（CAG）、异型增生（DYS）和肠化生（IM），它们被认为是胃癌的癌前病变[65,66]. 在Feng等人的研究中，当病变从正常发展到慢性浅表性胃炎（CSG）、CAG、IM、DYS，最后发展到GC时，发现p53、iNOS和VEGF的阳性免疫染色率显著增加[64]. 研究表明，iNOS免疫阳性率与GC淋巴结转移密切相关。所有这些发现都表明NO在GC的发生和发展中起作用。NOS还可以使DNA脱氨基，导致抑癌基因和可能的其他致癌基因突变，如c-met，并引发胃细胞的遗传改变，导致胃恶性肿瘤[23].

脑肿瘤中的NO

NO影响多种重要功能，包括血管张力和神经传递。NO在各种中枢神经系统（CNS）疾病中作为一种重要的神经毒性介质出现。nNOS的表达可能是脑肿瘤分化和恶性的一个潜在有用指标[75]. Cobbs等人检测了人脑肿瘤中三种NOS亚型和NADPH黄递酶，NADPH黄递酶是大脑中NOS活性的组织化学标记物。他们的研究数据表明，恶性中枢神经系统肿瘤表达出乎意料的高NOS水平，并表明NO的产生可能与这些肿瘤的重要病理生理过程有关[76].

头颈癌中的NO

口腔鳞状细胞癌（OSCC）是第六常见的恶性肿瘤，也是发病率和死亡率的主要原因[77]. 口腔癌和口腔癌前病变的高发病率与咀嚼烟草和吸烟习惯有关[78,79]. 可以合理地假设，烟草成分作为炎症反应的引发者，可能负责产生ROS/RNS，从而导致烟草使用者的脂质过氧化、NO产物增加和抗氧化防御系统紊乱[80]. ROS/RNS升高对基因的损害可能是长期吸烟引起癌症的机制之一[80]. NO水平升高₂和否_三在口腔癌前病变患者中发现[81,82]以及有吸烟习惯的健康人[80,81]. 这表明烟草使用者可能存在亚硝化损伤，因此，NO可能作为炎症的生物标记物，并在癌症前期患者或健康烟草使用者中评估癌症风险，具有临床相关性。

饮酒与口腔癌发病倾向增加有关[83]. 库珀和马格瓦尔认为，乙醇刺激NO生成可能在一些癌症的病因中发挥重要作用，包括头颈癌，头颈癌优先依赖NO信号[84]. 综上所述，这些事实暗示NO在口腔癌发展中的作用。很少有研究评估NO在口腔癌前病变中的作用。NO在口腔癌前病变中的浓度是否真的起到了肿瘤前制剂的作用，需要进一步评估。研究需要了解NO在口腔癌前病变中的确切作用，这将有助于干预癌症进程。

肿瘤样的与NO的促瘤作用

尽管如前所述，已有多篇报道讨论了NO的促肿瘤作用，但很少有报道证明NO在介导肿瘤消退中的对比作用[9,90,91]. 据报道，来自巨噬细胞、枯否细胞、自然杀伤细胞和内皮细胞的NO参与多种肿瘤的杀瘤活性[90,92]. 这些研究表明NO对肿瘤细胞具有细胞抑制和/或细胞毒性作用（表2，图1). 一些分子靶点，如乌头糖和核糖核苷酸还原酶，与NO介导的细胞抑制/细胞毒性作用有关。NO被提议通过补救途径抑制DNA合成[93]. 长期过量的NO作为促凋亡调节剂发挥作用，通过线粒体细胞色素C释放到胞浆中激活caspase家族蛋白酶，上调p53表达，改变包括Bcl-2家族在内的凋亡相关蛋白的表达[24]. 高NO水平被认为可以抑制转移[94]. Baritakiet等人已经证明，来自NO供体DETA-NONOate的高水平NO抑制上皮-间充质转化（EMT），并逆转人前列腺转移细胞的间充质表型和侵袭特性[95]. Bonavida等人的研究结果也表明，NO供体可能被证明是逆转耐药性、抑制EMT和转移的潜在治疗药物[96]. 虽然已经提出NO的这些杀肿瘤作用，但大多数实验已经完成在体外[11,97]在癌症患者中还没有报道过这样的发现。有人认为，在OSCC和其他实体肿瘤中发现的NO浓度不足以产生凋亡[98]以及其他杀肿瘤作用，并可能促进血管生成和肿瘤传播[99]. 此外，NO对癌症过程的抑制或刺激作用最初取决于所获得的NO浓度，还取决于肿瘤床中暴露的细胞类型、氧化还原状态、最终细胞内浓度、暴露持续时间等其他因素。一旦癌症开始，NO似乎起着原癌作用，而不是抗肿瘤药物的作用，因为癌细胞无法达到引起肿瘤细胞毒性所需的浓度[100]. 然而，考虑到NO的细胞抑制和/或细胞毒性作用，正在制定策略来控制肿瘤环境中的NO水平，以获得治疗效果。