炎症和基因组不稳定都是癌症的主要特征。
炎症到癌症的三部曲:
炎症←→ DNA损伤→癌症。
人们普遍认为,基因组不稳定性是癌症的标志,炎症会导致基因组不稳定
。
人类单倍体基因组包含 3.2×
10
9
个碱基对,正常人细胞的自发突变率估计约为
1×10
-10
个核苷酸/细胞/分裂。在同一细胞谱系中需要几个驱动突变才能成为恶性,尽管必要突变的数量尚未确定,并且可能取决于癌症的类型,但最小数量约为三个。人体大约有 3×
10
13
个细胞,人类平均寿命包括
10
16
个细胞分裂。
根据 Loeb 的说法,任何一个细胞获得三个突变的概率近似为
10
-14
个潜在癌细胞/一生
。换句话说,人群中癌症的患病率应该比观察到的患癌症概率低几个数量级。
遗传、环境暴露和生理病理(包括炎症状况)等其他因素使突变频率超过正常速率,这种质量称为突变体表型
。因此,虽然只需要几个突变来促进癌症,但增加的突变率不仅会导致所需的癌症驱动突变,还会导致数十个甚至数百个相关突变。越来越多的证据表明,炎症是导致加速诱变和基因组不稳定的因素之一。
大多数炎症引起的
DNA损伤是由RONS
(reactive oxygen and nitrogen species)引起的,RONS是由免疫细胞进化而来破坏病原体的,但它也会损害附近的人体细胞。
Archives of Toxicology (2023)
NO是一种多效性 RONS ,浓度低于 400 nM 是信号转导分子,然而,在炎症期间,先天免疫细胞产生高水平的NO(接近μM水平)。
此外,中性粒细胞和巨噬细胞产生超氧化物(O•2
−
),自由基(例如,超氧化物,羟基自由基•OH和二氧化氮NO•2),阴离子(例如,过氧亚硝酸盐ONOO
和
亚硝基过氧碳酸酯ONOOCO2
-
)、酸酐(例如亚硝酸酐N2O3)、次卤酸(例如次氯酸 HOCl 和次溴酸 HOBr)和过氧化氢
(H2O2)。
RONS 产生的 DNA 损伤,包括核碱基氧化、脱氨、卤化和烷基化,以及磷酸二酯骨架的链断裂。
许多 RONS 是有效的氧化剂,可以产生多种 DNA 损伤。
虽然有许多潜在的 DNA 氧化产物 ,但
鸟嘌呤
是最容易氧化的 DNA 碱基,是亲核 RONS 反应的主要靶标。
RONS对鸟嘌呤的初级氧化产生8-氧代鸟嘌呤(8oxoG,致突变)和8-硝基鸟嘌呤(不稳定并迅速成为非碱基位点)。
8oxoG 的氧化倾向是其母体鸟嘌呤的 ~1000 倍,导致产生几种更稳定和
,
的二级产物
。
除二次氧化外,还可以还原8oxoG,打开咪唑环形成2,6-二氨基-4-羟基-5-甲酰胺基嘧啶(FapyG)。FapyG在哺乳动物细胞中产生 G→T 转位,它可能比亲本 8oxoG 更具致突变性 。
脱氨产物特别具有
致突变性
。因为化学反应发生在决定氢键的官能团上,改变氢键供体和受体的模式,并导致碱基错配。
主要负责碱脱氨的化学物质是亚硝酸酐,从典型碱基生成产物次黄嘌呤 (Hx)。体外研究表明,NO 化学导致 DNA 中高水平Hx,并且 Hx 在发炎组织中也升高。
胞嘧啶或其甲基化形式5meC 的脱氨作用,分别将碱基转变为尿嘧啶或胸腺嘧啶,导致 C→T 转换。在所有癌症中都发现了与 5meC 自发脱氨相对应的突变特征。