БИОХИМИЯ, 2022, том 87, вып. 11, с. 1564–1572

УДК 577.29

Новый взгляд на роль арил-углеводородного рецептора в канцерогенезе легкого

Обзор

© 2022 Д.А. Ахметова 1*dinara.arturovna@gmail.com, В.В. Козлов 2,3, Л.Ф. Гуляева 1,2

1 Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, 630090 Новосибирск, Россия

2 ФИЦ ФТМ, Научно-исследовательский институт молекулярной биологии и биофизики СО РАМН, 630117 Новосибирск, Россия

3 ГБУЗ НСО «Новосибирский областной клинический онкологический диспансер», онкологическое отделение №3 (торакальное), 630108 Новосибирск, Россия

Поступила в редакцию 24.06.2022
После доработки 01.09.2022
Принята к публикации 13.09.2022

DOI: 10.31857/S0320972522110033

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: рак легкого, AhR, сигаретный дым, бензо[а]пирен, PD‑1, PD‑L1.

Статья на английском языке опубликована в режиме Open Access (открытого доступа) на сайте издательства Springer. DOI: 10.1134/S0006297922110013.

Аннотация

Рак легкого (РЛ) занимает лидирующие позиции как по частоте, так и по показателям высокой смертности среди других злокачественных заболеваний человека. Курение является фактором риска развития почти всех гистологических типов РЛ. Бензо[а]пирен (БП), один из основных компонентов сигаретного дыма, относится к канцерогенам группы 1, т.е. может вызывать рак у человека. На сегодня установлено, что его токсическое действие может осуществляться по двум основным механизмам: генотоксическому (образование аддуктов с ДНК) и негенотоксическому или эпигенетическому. Последний менее изучен, хотя известно, что БП активирует арил-углеводородный рецептор (AhR), который регулирует транскрипцию многих генов-мишеней, включая микроРНК, что может приводить к инициации и усилению злокачественной трансформации клеток. Недавние исследования показали роль AhR в регуляции контрольных точек иммунного ответа, так как сигаретный дым и БП индуцировали AhR-регулируемую экспрессию PD‑L1 (CD274) в эпителиальных клетках легкого in vitro и in vivo. Кроме того, установлено, что метаболит триптофана кинуренин, активируя AhR, стимулирует экспрессию PD‑1 (CD279) в цитотоксических Т‑лимфоцитах. Современные исследования подтверждают важную роль AhR, экспрессируемого в злокачественных клетках, в подавлении противоопухолевого иммунитета. Все это заставляет по-новому рассматривать роль AhR в канцерогенезе легкого и исследовать механизмы его активации экзогенными и эндогенными лигандами. В данном обзоре освещаются современные представления о функциональных особенностях AhR и его роли в патогенезе РЛ.

Текст статьи

Пожалуйста, введите код, чтобы получить PDF файл с полным текстом статьи:

captcha

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 22-15-00065 – «Поиск новых мишеней для диагностики и терапии плоскоклеточного рака легких»).

Вклад авторов

Д.А. Ахметова, Л.Ф. Гуляева – концепция обзорной статьи; Д.А. Ахметова, В.В. Козлов, Л.Ф. Гуляева – сбор и анализ литературы, написание и редактирование текста обзора; Д.А Ахметова – создание иллюстраций.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Список литературы

1. World health organization (WHO) (2020) Estimated number of deaths in 2020, worldwide, both sexes, all ages (excl. NMSC), Glob. Cancer Obs., 144.

2. Molina, J. R., Yang, P., Cassivi, S. D., Schild, S. E., and Adjei, A. A. (2008) Non-small cell lung cancer: epidemiology, risk factors, treatment, and survivorship, Mayo Clin. Proc., 83, 584-594, doi: 10.4065/83.5.584.

3. Дюбкова Т. П. (2008) Химический состав табачного дыма: токсические и канцерогенные эффекты на организм человека, Медицинская Панорама, 38.

4. International Agency for Research on Cancer (IARC) (2014) Chemical agents and related occupations, IARC Monogr., 100, 423-428.

5. Tsay, J. J., Tchou-Wong, K. M., Greenberg, A. K., Pass, H., and Rom, W. N. (2013) Aryl hydrocarbon receptor and lung cancer, Anticancer Res., 33, 1247-1256.

6. Wang, G. Z., Zhang, L., Zhao, X. C., Gao, S. H., Qu, L. W., et al. (2019) The Aryl hydrocarbon receptor mediates tobacco-induced PD-L1 expression and is associated with response to immunotherapy, Nat. Commun., 10, 1125, doi: 10.1038/S41467-019-08887-7.

7. Xue, P., Fu, J., and Zhou, Y. (2018) The aryl hydrocarbon receptor and tumor immunity, Front. Immunol., 3, 9-28, doi: 10.3389/fimmu.2018.00286.

8. Disner, G. R., Lopes-Ferreira, M., and Lima, C. (2021) Where the aryl hydrocarbon receptor meets the microRNAs: literature review of the last 10 years, Front. Mol. Biosci., 8, doi: 10.3389/fmolb.2021.725044.

9. Liu, Y., Liang, X., Dong, W., Fang, Y., Lv, J., et al. (2018) Tumor-repopulating cells induce PD-1 expression in CD8+ T cells by transferring kynurenine and AhR activation, Cancer Cell, 33, 480-494, doi: 10.1016/J.CCELL.2018.02.005.

10. Yang, S., Zhang, Z., and Wang, Q. (2019) Emerging therapies for small cell lung cancer, J. Hematol. Oncol., 12, 47, doi: 10.1186/S13045-019-0736-3.

11. Yoshikawa, Y., Izawa, T., Hamada, Y., Takenaga, H., Wang, Z., et al. (2021) Roles for B[a]P and FICZ in subchondral bone metabolism and experimental temporomandibular joint osteoarthritis via the AhR/Cyp1a1 axis, Sci. Rep., 11, 14927, doi: 10.1038/s41598-021-94470-4.

12. San Jose, C., Cabanillas, A., Benitez, J., Carrillo, J. A., Jimenez, M., et al. (2010) CYP1A1 gene polymorphisms increase lung cancer risk in a high-incidence region of Spain: a case control study, BMC Cancer, 10, 463, doi: 10.1186/1471-2407-10-463.

13. Alexandrov, K., Rojas, M., and Satarug, S. (2010) The critical DNA damage by benzo(a)pyrene in lung tissues of smokers and approaches to preventing its formation, Toxicol. Lett., 198, 63-68, doi: 10.1016/j.toxlet.2010.04.009.

14. Hanyu, S., Jie, L., and Haiqing, G. (2021) Benzo(α)pyrene induces oxidative stress and inflammation in human vascular endothelial cells through AhR and NF-κB pathways, Microvasc. Res., 137, 104179, doi: 10.1016/j.mvr.2021.104179.

15. Moorthy, B., Chu, C., and Carlin, D. J. (2015) Polycyclic aromatic hydrocarbons: from metabolism to lung cancer, Toxicol. Sci., 145, 5-15, doi: 10.1093/TOXSCI/KFV040.

16. Vázquez-Gómez, G., Rocha-Zavaleta, L., Rodríguez-Sosa, M., Petrosyan, P., and Rubio-Lightbourn, J. (2018) Benzo[a]pyrene activates an AhR/Src/ERK axis that contributes to CYP1A1 induction and stable DNA adducts formation in lung cells, Toxicol. Lett., 289, 54-62, doi: 10.1016/j.toxlet.2018.03.012.

17. Nebert, D. W. (2017) Aryl hydrocarbon receptor (AHR): ‘pioneer member’ of the basic-helix/loop/helix per-arnt-sim (bHLH/PAS) family of ‘sensors’ of foreign and endogenous signals, Prog. Lipid Res., 67, 38-57, doi: 10.1016/J.PLIPRES.2017.06.001.

18. Shinde, R., and McGaha, T. L. (2018) The aryl hydrocarbon receptor: connecting immunity to the microenvironment, Trends Immunol., 39, 1005-1020, doi: 10.1016/j.it.2018.10.010.

19. Bock, K. W. (2019) Aryl hydrocarbon receptor (AHR):from selected human target genes and crosstalk with transcription factors to multiple AHR functions, Biochem. Pharmacol., 168, 65-70, doi: 10.1016/J.BCP.2019.06.015.

20. Zhu, K., Meng, Q., Zhang, Z., Yi, T., He, Y., et al. (2019) Aryl hydrocarbon receptor pathway: role, regulation and intervention in atherosclerosis therapy, Mol. Med. Rep., 20, 4763, doi: 10.3892/MMR.2019.10748.

21. Thatcher, T. H., Maggirwar, S. B., Baglole, C. J., Lakatos, H. F., Gasiewicz, T. A., et al. (2007) Aryl hydrocarbon receptor-deficient mice develop heightened inflammatory responses to cigarette smoke and endotoxin associated with rapid loss of the nuclear factor-kappaB component RelB, Am. J. Pathol., 170, 855-864, doi: 10.2353/ajpath.2007.060391.

22. Wang, K., Li, Y., Jiang, Y. Z., Dai, C. F., Patankar, M. S., et al. (2013) An endogenous aryl hydrocarbon receptor ligand inhibits proliferation and migration of human ovarian cancer cells, Cancer Lett., 340, 63-71, doi: 10.1016/j.canlet.2013.06.026.

23. Shimba, S., Komiyama, K., Moro, I., and Tezuka, M. (2002) Overexpression of the aryl hydrocarbon receptor (AhR) accelerates the cell proliferation of A549 cells, J. Biochem., 132, 795-802, doi: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a003289.

24. Dere, E., Lo, R., Celius, T., Matthews, J., and Zacharewski, T. R. (2011) Integration of genome-wide computation DRE search, AhR ChIP-chip and gene expression analyses of TCDD-elicited responses in the mouse liver, BMC Genomics, 12, 365, doi: 10.1186/1471-2164-12-365.

25. Yang, S. Y., Ahmed, S., Satheesh, S. V., and Matthews, J. (2018) Genome-wide mapping and analysis of aryl hydrocarbon receptor (AHR)- and aryl hydrocarbon receptor repressor (AHRR)-binding sites in human breast cancer cells, Arch. Toxicol., 92, 225-240, doi: 10.1007/S00204-017-2022-X.

26. Wright, C. M., Larsen, J. E., Colosimo, M. L., Barr, J. J., Chen, L., et al. (2010) Genetic association study of CYP1A1 polymorphisms identifies risk haplotypes in nonsmall cell lung cancer, Eur. Respir. J., 1, 152-159, doi: 10.1183/09031936.00120808.

27. Schwarz, D., Kisselev, P., Cascorbi, I., Schunck, W. H., and Roots, I. (2001) Differential metabolism of benzo[a]pyrene and benzo[a]pyrene-7,8-dihydrodiol by human CYP1A1 variants, Carcinogenesis, 22, 453-459, doi: 10.1093/carcin/22.3.453.

28. Singh, A. P., Pant, M. C., Ruwali, M., Shah, P. P., Prasad, R., et al. (2010) Polymorphism in cytochrome P450 1A2 and their interaction with risk factors in determining risk of squamous cell lung carcinoma in men, Cancer Biomark, 8, 351-359, doi: 10.3233/CBM-2011-0224.

29. B’chir, F., Pavanello, S., Knani, J., Boughattas, S., Arnaud, M. J., et al. (2009) CYP1A2 genetic polymorphisms and adenocarcinoma lung cancer risk in the Tunisian population, Life Sci., 84, 779-784, doi: 10.1016/j.lfs.2009.03.008.

30. Deng, S. Q., Zeng, X. T., Wang, Y., Ke, Q., and Xu, Q. L. (2013) Meta-analysis of the CYP1A2-163C>A polymorphism and lung cancer risk, Asian Pacific J. Cancer Prev., 14, 3155-3158, doi: 10.7314/APJCP.2013.14.5.3155.

31. Elfaki, I., Mir, R., Almutairi, F. M., and Abu Duhier, F. M. (2018) Cytochrome P450: polymorphisms and roles in cancer, diabetes and atherosclerosis, Asian Pac. J. Cancer Prev., 19, 2057-2070, doi: 10.22034/APJCP.2018.19.8.2057.

32. Chen, P. F., He, X. F., Huang, G. H., Wang, W., and Qiu, Z. H. (2016) Association between the CYP1B1 polymorphisms and lung cancer risk: a meta-analysis, Technol. Cancer Res. Treat., 15, 73-82, doi: 10.1177/1533034615598866.

33. Lin, S., and Gregory, R. I. (2015) MicroRNA biogenesis pathways in cancer, Nat. Rev. Cancer, 15, 321-333, doi: 10.1038/nrc3932.

34. Lo, S. N., Wang, C. W., Chen, Y. S., Huang, C. C., Wu, T. S., et al. (2017) Berberine activates aryl hydrocarbon receptor but suppresses CYP1A1 induction through miR-21-3p stimulation in MCF-7 breast cancer cells, Molecules, 2017, 22, doi: 10.3390/molecules22111847.

35. Rogers, S., Souza, A. R., Zago, M., Iu, M., Guerrina, N., et al. (2017) Aryl hydrocarbon receptor (AhR)-dependent regulation of pulmonary miRNA by chronic cigarette smoke exposure, Sci Rep., 7, 40539, doi: 10.1038/srep40539.

36. Ovchinnikov, V. Y., Antonets, D. V., and Gulyaeva, L. F. (2018) The search of CAR, AhR, ESRs binding sites in promoters of intronic and intergenic microRNAs, J. Bioinform. Comput. Biol., 16, 1-20, doi: 10.1142/S0219720017500299.

37. Filippov, S. V., Yarushkin, A. A., Yakovleva, A. K., Kozlov, V. V., and Gulyaeva, L. F. (2020) The effect of benzo[a]pyrene on the expression of AhR-regulated microRNA in lungs of female and male rats, Biochemistry (Moscow), Supplement Series B: Biomedical Chemistry, 14, 347-355, doi: 10.1134/S199075082004006X.

38. Zhang, S., Kim, K. H., Jin, U. H., Pfent, C., Cao, H., et al. (2012) Aryl hydrocarbon receptor agonists induce microRNA-335 expression and inhibit lung metastasis of estrogen receptor negative breast cancer cells, Mol. Cancer Ther., 11, 108-118, doi: 10.1158/1535-7163.MCT-11-0548.

39. Alsaab, H. O., Sau, S., Alzhrani, R., Tatiparti, K., Bhise, K.,et al. (2017) PD-1 and PD-L1 checkpoint signaling inhibition for cancer immunotherapy: mechanism, combinations, and clinical outcome, Front. Pharmacol., 8, 561, doi: 10.3389/fphar.2017.00561.

40. Kenison, J. E., Wang, Z., Yang, K., Snyder, M., Quintana, F. J., et al. (2021) The aryl hydrocarbon receptor suppresses immunity to oral squamous cell carcinoma through immune checkpoint regulation, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 118, e2012692118, doi: 10.1073/pnas.2012692118.

41. Curran, C. S., Gupta, S., Sanz, I., and Sharon, E. (2019) PD-1 immunobiology in systemic lupus erythematosus, J. Autoimmun., 97, 1-9, doi: 10.1016/j.jaut.2018.10.025.

42. Bylicki, O., Paleiron, N., Rousseau-Bussac, G., and Chouaïd, C. (2018) New PDL1 inhibitors for non-small cell lung cancer: focus on pembrolizumab, OncoTargets Ther., 11, 4051-4064, doi: 10.2147/OTT.S154606.

43. Fan, J., Yin, Z., Xu, J., Wu, F., Huang, Q., et al. (2020) Circulating microRNAs predict the response to anti-PD-1 therapy in non-small cell lung cancer, Genomics, 112, 2063-2071, doi: 10.1016/J.YGENO.2019.11.019.

44. Iqbal, M. A., Arora, S., Prakasam, G., Calin, G. A., and Syed, M. A. (2019) MicroRNA in lung cancer: role, mechanisms, pathways and therapeutic relevance, Mol. Aspects Med., 70, 3-20, doi: 10.1016/J.MAM.2018.07.003.