Загрязнение атмосферного воздуха взвешенными веществами как фактор риска рака легких
https://doi.org/10.18093/0869-0189-2019-29-4-477-485
Аннотация
В статье освещены современные представления о связи загрязнения атмосферного воздуха взвешенными частицами (ВЧ) с заболеваемостью и смертностью от рака легких (РЛ). По результатам эпидемиологических, клинических и экспериментальных исследований подтверждено, что загрязнение воздуха ВЧ, особенно содержащими металлы, является фактором риска РЛ. Повреждение генома эпителиальной клетки и эпигенетические изменения при действии ВЧ являются важным звеном патогенеза РЛ. Систематизированные научные данные в виде формализованных описаний способствуют понятию патогенеза РЛ и могут быть использованы в практической медицине для оценки риска возникновения, ранней диагностики, прогноза и повышения эффективности лечения больных РЛ.
Об авторах
А. Ф. Колпакова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт вычислительных технологий» Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Колпакова Алла Федоровна – доктор медицинских наук, профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории биоинформатики
630090, Новосибирск, ул. Академика Ржанова, 6
Р. Н. Шарипов
Общество с ограниченной ответственностью «БИОСОФТ.РУ»;
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»
Россия
Россия
Шарипов Руслан Нильевич – руководитель проектов Общества с ограниченной ответственностью «БИОСОФТ.РУ»; старший преподаватель Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»
630058, Новосибирск, ул. Русская, 41 / 1,
630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2
О. А. Волкова
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр "Институт цитологии и генетики"» Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Волкова Оксана Анатольевна – кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории генной инженерии
630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 10
Ф. А. Колпаков
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт вычислительных технологий» Сибирского отделения Российской академии наук;
Общество с ограниченной ответственностью «БИОСОФТ.РУ»
Россия
Россия
Колпаков Федор Анатольевич – кандидат биологических наук, заведующий лабораторией биоинформатики Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Институт вычислительных технологий» Сибирского отделения Российской академии наук; технический директор Общества с ограниченной ответственностью «БИОСОФТ.РУ»
630090, Новосибирск, ул. Академика Ржанова, 6,
630058, Новосибирск, ул. Русская, 41 / 1
Список литературы
1. Каприна А.Д., Старинский В.В., Петрова Г.В., ред. Злокачественные новообразования в России в 2016 году (заболеваемость и смертность). М.: МНИОИ им. П.А.Герцена – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России; 2018. Доступно на: http://www.oncology.ru/service/statistics/malignant_tumors/2016.pdf [Дата обращения: 01.03.18].
2. American Cancer Society. Cancer Facts & Figures 2017. Atlanta: American Cancer Society; 2017. Available at: https://www.cancer.org/content/dam/cancer-org/research/cancer-facts-and-statistics/annual-cancer-facts-and-figures/2017/cancer-facts-and-figures-2017.pdf [Accessed: March 01, 2018].
3. Outdoor Air Pollution. Volume 109. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Lyon, France: International Agency for Research on Cancer; World Health Organization; 2016. Available at: http://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol109/mono109.pdf [Accessed at: 1 March 2018].
4. Cohen A.J., Brauer M., Burnett R. et al. Estimates and 25-year trends of the global burden of disease attributable to ambient air pollution: an analysis of data from the Global Burden of Diseases Study 2015. Lancet. 2017; 389 (10082): 1907–1918. DOI: 10.1016/S0140-6736(17)30505-6.
5. Jantzen K., Møller P., Karottki D.G. et al. Exposure to ultrafine particles, intracellular production of reactive oxygen species in leukocytes and altered levels of endothelial progenitor cells. Toxicology. 2016; 359–360: 11–18. DOI: 10.1016/j.tox.2016.06.007.
6. Traboulsi H., Guerrina N., Iu M., Maysinger D. Inhaled pollutants: the molecular scene behind respiratory and systemic diseases associated with ultrafine particulate matter. Int. J. Mol. Sci. 2017; 18 (2): 243. DOI: 10.3390/ijms18020243.
7. Weichenthal S., Bai L., Hatzopoulou M. et al. Long-term exposure to ambient ultrafine particles and respiratory disease incidence in Toronto, Canada: a cohort study. Environ. Health. 2017; 16 (1): 64. DOI: 10.1186/s12940-017-0276-7.
8. Gharibvand L., Shavlik D., Ghamsary M. et al. The association between ambient fine particulate air pollution and lung cancer incidence: results from the AHSMOG-2 study. Environ. Health Perspect. 2017; 125 (3): 378–384. DOI: 10.1289/EHP124.
9. Huang F., Pan B., Wu J. et al. Relationship between exposure to PM2.5 and lung cancer incidence and mortality: a meta-analysis. Oncotarget. 2017; 8 (26): 43322–43331. DOI: 10.18632/oncotarget.17313.
10. Sifaki-Pistolla D., Lionis C., Koinis F. et al. Lung cancer and annual mean exposure to outdoor air pollution in Crete, Greece. Eur. J. Cancer Prev. 2017; 26: S208–S214. DOI: 10.1097/CEJ.0000000000000407.
11. Fu J., Jiang D., Lin G. et al. An ecological analysis of PM2.5 concentrations and lung cancer mortality rates in China. BMJ Open. 2015; 5 (11): e009452. DOI: 10.1136/bmjopen-2015-009452.
12. Yin P., Brauer M., Cohen A. et al. Long-term fine particulate matter exposure and nonaccidental and cause-specific mortality in a large national cohort of Chinese men. Environ. Health Perspect. 2017; 125 (11): 117002. DOI: 10.1289/EHP1673.
13. Казанцева М.В. Заболеваемость и смертность населения Краснодарского края вследствие злокачественных новообразований. Кубанский научный медицинский вестник. 2014; 1 (143): 96–99.
14. Березуцкая Т.В., Котова В.Е., Иванов В.П. и др. Анализ заболеваемости раком легкого в Курской области с 2007 по 2014 г. Auditorium: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2015; 4 (08): 34–37. Доступно на: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-zabolevaemosti-rakom-legkogo-v-kurskoy-oblasti-s-2007-po-2014-g.pdf [Дата обращения: 01.03.18].
15. Давлетнуров Н.Х., Степанов Е.Г., Жеребцов А.С., Пермина Г.Я. Заболеваемость злокачественными новообразованиями как индикатор медико-экологической безопасности территорий (на примере республики Башкортостан). Медицина труда и экология человека. 2017; 2 (10): 53–64.
16. Tomczak A., Miller A.B., Weichenthal S.A. et al. Long-term exposure to fine particulate matter air pollution and the risk of lung cancer among participants of the Canadian National Breast Screening Study. Int. J. Cancer. 2016; 139 (9): 1958–1966. DOI: 10.1002/ijc.30255.
17. Raaschou-Nielsen O., Beelen R., Wang M. et al. Particulate matter air pollution components and risk for lung cancer. Environ. Int. 2016; 87: 66–73. DOI: 10.1016/j.envint.2015.11.007.
18. Рахманин Ю.А., Леванчук А.В. Гигиеническая оценка атмосферного воздуха в районах с различной степенью развития дорожно-автомобильного комплекса. Гигиена и санитария. 2016; 95 (12): 1117–1121.
19. You S., Yao Z., Dai Y., Wang CH. A comparison of PM exposure related to emission hotspots in a hot and humid urban environment: concentrations, compositions, respiratory deposition, and potential health risks. Sci. Total Environ. 2017; 599–600: 464–473. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.04.217.
20. Li K., Liang T., Wang L. Risk assessment of atmospheric heavy metals exposure in Baotou, a typical industrial city in northern China. Environ. Geochem. Health. 2016; 38 (3): 843–853. DOI: 10.1007/s10653-015-9765-1.
21. Binkowski Ł.J., Rogoziński P., Błaszczyk M. et al. Relationship between air pollution and metal levels in cancerous and non-cancerous lung tissues. J. Environ. Sci. Health. 2016; 51 (14): 1303–1308. DOI: 10.1080/10934529.2016.1215200.
22. Nawrot T.S., Martens D.S., Hara A. et al. Association of total cancer and lung cancer with environmental exposure to cadmium: the meta-analytical evidence. Cancer Causes Control. 2015; 26 (9): 1281–1288. DOI: 10.1007/s10552-015-0621-5.
23. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Volume 86. Cobalt in Hard Metals and Cobalt Sulfate, Gallium Arsenide, Indium Phosphide and Vanadium Pentoxide. Lyon, France: International Agency for Research on Cancer; World Health Organization; 2006. Available at: https://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol86/mono86.pdf [Accessed: March 1, 2018].
24. Black M.B., Dodd D.E., McMullen P.D. et al. Using gene expression profiling to evaluate cellular responses in mouse lungs exposed to V2O5 and a group of other mouse lung tumorigens and non-tumorigens. Regul. Toxicol. Pharmacol. 2015; 73 (1): 339–347. DOI: 10.1016/j.yrtph.2015.07.017.
25. Manjanatha M.G., Shelton S.D., Haber L. et al. Evaluation of cII mutations in lung of male Big Blue mice exposed by inhalation to vanadium pentoxide for up to 8 weeks. Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2015; 789–790: 46–52. DOI: 10.1016/j.mrgentox.2015.06.014.
26. Li R., Zhou R., Zhang J. Function of PM2.5 in the pathogenesis of lung cancer and chronic airway inflammatory diseases (Review). Oncology Lett. 2018; 15 (5): 7506–7514. DOI: 10.3892/ol.2018.8355.
27. Liu C., Guo H., Cheng X. et al. Exposure to airborne PM2.5 suppresses microRNA expression and deregulates target oncogenes that cause neoplastic transformation in NIH3T3 cells. Oncotarget. 2015; 6: 29428–29439. DOI: 10.18632/oncotarget.5005.
28. Liu X., Chen Z. The pathophysiological role of mitochondrial oxidative stress in lung diseases. J. Transl. Med. 2017; 15 (1): 207. DOI: 10.1186/s12967-017-1306-5.
29. Ekoue D.N., He C., Diamond A.M., Bonini M.G. Manganese superoxide dismutase and glutathione peroxidase-1 contribute to the rise and fall of mitochondrial reactive oxygen species which drive oncogenesis. Biochim. Biophys. Acta. Bioenerg. 2017; 1858 (8): 628–632. DOI: 10.1016/j.bbabio.2017.01.006.
30. Weichenthal S., Crouse D.L., Pinault L. et al. Oxidative burden of fine particulate air pollution and risk of cause-specific mortality in the Canadian Census Health and Environment Cohort (CanCHEC). Environ. Res. 2016; 146: 92–99. DOI: 10.1016/j.envres.2015.12.013.
31. Sancini G., Farina F., Battaglia C. et al. Health risk assessment for air pollutants: alterations in lung and cardiac gene expression in mice exposed to Milano winter fine particulate matter (PM2.5). PLoS One. 2014; 9 (10): e109685. DOI: 10.1371/journal.pone.0109685.
32. Zhou Z., Liu Y., Duan F. et al. Transcriptomic analyses of the biological effects of airborne PM2.5 exposure on human bronchial epithelial cells. PLoS One. 2015; 10 (9): e0138267. DOI: 10.1371/journal.pone.0138267.
33. Wan R., Mo Y., Zhang Z. et al. Cobalt nanoparticles induce lung injury, DNA damage and mutations in mice. Part. Fibre Toxicol. 2017; 14 (1): 38. DOI: 10.1186/s12989-017-0219-z.
34. Ding X., Wang M., Chu H. et al. Global gene expression profiling of human bronchial epithelial cells exposed to airborne fine particulate matter collected from Wuhan, China. Toxicol. Lett. 2014; 228 (1): 25–33. DOI: 10.1016/j.toxlet.2014.04.010.
35. Toyooka S., Mitsudomi T., Soh J. et al. Molecular oncology of lung cancer. Gen. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2011. 59 (8). 527–537. DOI: 10.1007/s11748-010-0743-3.
36. Zhou W., Tian D., He J. et al. Repeated PM2.5 exposure inhibits BEAS-2B cell P53 expression through ROS-Akt-DNMT3B pathway-mediated promoter hypermethylation. Oncotarget. 2016; 7 (15): 20691–20703. DOI: 10.18632/oncotarget.7842.
37. Yang B., Chen D. Zhao H. et al. The effects for PM2.5 exposure on non-small-cell lung cancer induced motility and proliferation. Springerplus. 2016; 5 (1): 2059. DOI: 10.1186/s40064-016-3734-8.
38. Иванов С.Д. Железо как канцерогенный экотоксикант. Токсикологический вестник. 2011; 107 (2): 34–41.
39. Вартанян А.А. Метаболизм железа, ферроптоз, рак. Российский биотерапевтический журнал. 2017; 16 (3): 14–20. DOI: 10.17650/1726-9784-2017-16-3-14-20.
40. Scanlon S.E., Scanlon C.D., Hegan D.C. et al. Nickel induces transcriptional down-regulation of DNA repair pathways in tumorigenic and non-tumorigenic lung cells. Carcinogenesis. 2017; 38 (6): 627–637. DOI: 10.1093/carcin/bgx038.
41. Sas-Nowosielska H., Pawlas N. Heavy metals in the cell nucleus — role in pathogenesis. Acta Biochim. Pol. 2015; 62 (1): 7–13. DOI: 10.18388/abp.2014_834.
42. Pandeh M., Fathi S., Zare Sakhvidi M.J. et al. Oxidative stress and early DNA damage in workers exposed to iron-rich metal fumes. Environ. Sci. Pollut. Res. 2017; 24 (10): 9645–9650. DOI: 10.1007/s11356-017-8657-6.
43. Shi Y.X., Wang Y., Li X. et al. Genome-wide DNA methylation profiling reveals novel epigenetic signatures in squamous cell lung cancer. BMC Genomics. 2017; 18 (1): 901. DOI: 10.1186/s12864-017-4223-3.
44. Wei H., Liang F., Cheng W. et al. The mechanisms for lung cancer risk of PM2.5: Induction of epithelial-mesenchymal transition and cancer stem cell properties in human non-small cell lung cancer cells. Environ. Toxicol. 2017; 32 (11): 2341–2351. DOI: 10.1002/tox.22437.
45. Miyazono K., Ehata S., Koinuma D. Tumor-promoting functions of transforming growth factor-β in progression of cancer. Ups. J. Med. Sci. 2012; 117 (2): 143–152. DOI: 10.3109/03009734.2011.638729.
46. Шевченко В.Е., Брюховецкий И.С., Никифорова З.Н. и др. Трансформирующий фактор роста бета-1 в онкогенезе аденокарциномы легкого человека. Успехи молекулярной онкологии. 2017; 4 (3): 67–74.
47. Yang D., Ma M., Zhou W. et al. Inhibition of miR-32 activity promoted EMT induced by PM2.5 exposure through the modulation of the Smad1-mediated signaling pathways in lung cancer cells. Chemosphere. 2017; 184: 289–298. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2017.05.152.
48. Wang Y., Lin Z., Huang H. et al. AMPK is required for PM2.5-induced autophagy in human lung epithelial A549 cells. Int. J. Clin. Exp. Med. 2015; 8 (1): 58–72.
49. Liu T., Wu B., Wang Y. et al. Particulate matter 2.5 induces autophagy via inhibition of the phosphatidylinositol 3-kinase/Akt/mammalian target of rapamycin kinase signaling pathway in human bronchial epithelial cells. Mol. Med. Report. 2015; 12 (2): 1914–1922. DOI: 10.3892/mmr.2015.3577.
50. Longhin E., Holme J.A., Gutzkow K.B. et al. Cell cycle alterations induced by urban PM2.5 in bronchial epithelial cells: characterization of the process and possible mechanisms involved. Part. Fibre Toxicol. 2013; 10: 63. DOI: 10.1186/1743-8977-10-63.
51. Deng X., Zhang F., Wang L., et al. Airborne fine particulate matter induces multiple cell death pathways in human lung epithelial cells. Apoptosis. 2014; 19 (7): 1099–1112. DOI: 10.1007/s10495-014-0980-5.
52. Deng X., Feng N., Zheng M. et al. PM2.5 exposure-induced autophagy is mediated by lncRNA loc146880 which also promotes the migration and invasion of lung cancer cells. Biochim. Biophys. Acta Gen. Subj. 2017; 1861 (2): 112–125. DOI: 10.1016/j.bbagen.2016.11.009.
53. Li J., Li W.X., Bai C., Song Y. Particulate matter-induced epigenetic changes and lung cancer. Clin. Respir. J. 2017; 11 (5): 539–546. DOI: 10.1111/crj.12389.
54. Севергина Л.О., Бырса, О.С., Кондратюк М.Р. Молекулярно-генетические основы развития и особенности диагностики мелкоклеточного рака легкого. Пространство и время. 2016; 3–4 (25–26): 284–290. Доступно на: https://cyberleninka.ru/article/v/molekulyarno-geneticheskie-osnovy-razvitiya-i-osobennosti-diagnostiki-melkokletochnogo-raka-lyogkogo [Дата обращения: 01.03.18].
55. Mari-Alexandre J., Diaz-Lagares A., Villalba M. et al. Translating cancer epigenomics into the clinic: focus on lung cancer. Transl. Res. 2017; 189: 76–92. DOI: 10.1016/j.trsl.2017.05.008.
56. Bhargava A., Bunkar N., Aglawe A. et al. Epigenetic biomarkers for risk assessment of particulate matter associated lung cancer. Curr. Drug Targets. 2018; 19 (10): 1127–1147. DOI: 10.2174/1389450118666170911114342.
Рецензия
Для цитирования:
Колпакова А.Ф., Шарипов Р.Н., Волкова О.А., Колпаков Ф.А. Загрязнение атмосферного воздуха взвешенными веществами как фактор риска рака легких. Пульмонология. 2019;29(4):477-485. https://doi.org/10.18093/0869-0189-2019-29-4-477-485
For citation:
Kolpakova A.F., Sharipov R.N., Volkova O.A., Kolpakov F.A. Particle pollution as a risk factor for lung carcinoma. PULMONOLOGIYA. 2019;29(4):477-485. (In Russ.) https://doi.org/10.18093/0869-0189-2019-29-4-477-485
Просмотров: 747
Послать статью по эл. почте 