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浅析槟榔碱对泌尿系统的影响

摘要:近年来,对槟榔的研究已不局限其对口腔的危害及对癌症的诱发,而逐渐扩展到其对人体其他主要器官及系统的影响。研究表明,槟榔果的主要成分槟榔碱可对男(雄)性的泌尿生殖系统以及女(雌)性泌尿生殖系统和妊娠造成损伤。对男(雄)性生殖系统,槟榔碱可导致活性氧簇增高并引起氧化应激反应。槟榔碱还可上调肿瘤坏死因子α水平及诱导环氧合酶2(COX-2)高表达,影响免疫系统进而对精子造成损伤。另外,槟榔碱通过多种途径刺激睾丸Leydig细胞分泌合成过量睾酮。对女(雌)性泌尿生殖系统及妊娠,槟榔碱可造成卵细胞损伤。孕妇长期咀嚼槟榔会影响新生儿出生结局,如低出生体质量和婴幼儿死亡。动物胚胎模型研究结果显示,槟榔碱可产生胚胎毒性,影响胚胎发育。对两性泌尿系统,槟榔碱诱导慢性肾病(CKD)的发生并致使膀胱癌进一步恶化。阐述槟榔碱对生殖和泌尿系统的损伤作用可进一步了解此类生物成分的危害,并能及时且有效地建立疾病的预防机制。

关键词:槟榔碱;泌尿生殖系统;妊娠;胚胎毒性

槟榔(Arecanut)是槟榔树(ArecacatechuL.)的果实,原产于印度、中国台湾地区和南太平洋的众多岛国。全世界拥有数亿人以各种形式消费槟榔,亚太地区尤为普遍[1]。槟榔常作为中药成分,被用于利尿消积、防治寄生虫、治疗消化不良等方面[2-3]。然而,槟榔具有强烈的致瘾性,是世界上仅次于尼古丁、乙醇和咖啡因且消费最为广泛的成瘾物质。目前,全世界约有10%的人口消费槟榔。大量实验研究表明,槟榔同样具有严重的生物毒性和致癌性,可导致多种疾病和癌症的发生。槟榔国际癌症研究中心(IARC)于2004年将槟榔归类列为第一类致癌物,其易诱发口腔癌,如湖南省是我国食用槟榔人群的主要省份,而该省口腔癌发病率明显高于其他的地区。近期流行病学调查证实,湖南省超过90%的口腔癌患者的发病与食用槟榔有关[4-5]。虽然槟榔的化学成分复杂且不同地区食用槟榔的方式不同,但研究发现,导致其生物毒性和致癌性的主要成分为生物碱,即槟榔碱、槟榔次碱、去甲槟榔碱和去甲槟榔次碱。其中,以槟榔碱的毒副作用最为显着。

近年来,对槟榔的研究已不仅局限于对于口腔疾病及相关肿瘤的了解,而是进一步转向了解其对于人体内其他各主要系统及器官的危害,包括神经系统、心血管系统、内分泌系统、免疫系统、生殖系统和泌尿系统[6-7],如在槟榔盛产地区,男(雄)性生殖系统和泌尿系统疾病的发病率逐渐提升,可能是该类人群咀嚼槟榔所导致的危害之一。研究表明槟榔碱可以影响精子发生,减少精子数量,影响精子形态和鞭毛运动能力并且还与慢性肾病(CKD)有关。槟榔碱影响男(雄)性生殖系统和泌尿系统的主要作用机制包括诱导生殖细胞氧化应激反应及诱导生殖系统与泌尿系统炎症反应,影响性激素睾酮的正常分泌及诱导肾小管间质纤维化等。另有流行病学调查表明,槟榔碱会对女性妊娠结局产生不良影响,如新生儿男女比例失调、新生儿体质量减轻及死亡等[8]。实验结果也证明,槟榔碱和槟榔提取物(arecanutextract,ANE)可致禽类、小鼠和斑马鱼等胚胎毒性及损伤仓鼠卵细胞[9-10]。

1槟榔碱对男(雄)性生殖系统的影响

1.1槟榔碱与氧化应激。槟榔碱损害男(雄)性生殖系统的一个重要途径是对生殖细胞产生氧化应激反应。氧化应激指组织或细胞内大量氧化中间产物堆积、氧化与抗氧化动态平衡被打破,平衡更倾向于氧化一方,进而对组织细胞产生损伤[7]。氧化应激的主要表现为氧化中间产物如活性氧簇(reactiveoxygenspecies,ROS)等产量增加、抗氧化作用代偿性激活等。正常条件下,ROS参与部分生理活动,如细胞信号传导(cellsignaling),但作为一种氧代谢的副产物,过量ROS的生成最终会导致氧化应激发生,进而引起组织损伤。在生殖系统中,虽无槟榔碱直接导致氧化应激的相关结论,但已有研究提示生殖系统和ANE慢性接触与该系统ROS增高引起的氧化应激有关。这种相关性主要表现在其组织的脂质过氧化过度激活、细胞抗氧化防御机制相应激活和唾液酸(sialicacid)含量下降3个方面。

睾丸组织和精子质膜由于富含多元不饱和脂肪酸(polyunsaturatedfattyacids),更容易受ROS破坏,进而影响生精过程。有研究表明,经槟榔提取物处理的小鼠睾丸、附睾组织及精子内脂质过氧化的终产物丙二醇(malondialdehyde,MDA)含量均有升高[12]。这一结果提示,槟榔提取物可能通过促进睾丸、附睾及精子膜的脂质过氧化破坏生精过程。同时,酶抗氧化剂,包括超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)等均与细胞抗氧化防御机制有关。当机体产生过量ROS时,细胞抗氧化防御机制激活,SOD首先将超氧自由基转化为羟基自由基(HO·),随后CAT将HO·转化为氧分子(O2),以此保护组织细胞免受过量ROS损伤。研究显示,经过槟榔提取物处理的小鼠体内SOD含量在前期升高而后期逐渐降低,此时体内由提取物诱发产生的过量超氧自由基大部分被转化为HO·,而CAT受过量HO·刺激激活,含量却持续上升。

此外,唾液酸又称N-乙酰神经氨酸(N-acetylneuraminicacid),通过自身携带的活性巯基(-SH)清除ROS(如H2O2、HO·等)也可发挥一定的抗氧化作用。研究表明唾液酸含量与附睾中精子成熟和膜结构完整性的维持有关。经槟榔提取物处理过的小鼠,其睾丸和附睾尾部组织中的唾液酸含量均有所降低。唾液酸含量下降使得其抗氧化损伤作用减弱,进一步导致精子数量与活动力降低,精子顶体反应与受精能力下降。

1.2槟榔碱与炎症。目前发现许多免疫细胞因子与男(雄)性生殖息息相关。细胞因子参与正常生殖的生理过程,同时也是精浆中重要的成分。然而,精液中过量的免疫细胞因子可导致一系列病理发生,如精子数量、精子质量参数及精子遗传物质完整性改变,并与精子发生的微环境密切相关[14-15]。其中,许多促炎症细胞因子的过度表达与男(雄)性不育存在关联。白细胞介素6(IL-6)能导致精子DNA完整性的破坏,从而进一步影响精卵识别和受精过程;IL-8在少精子症、弱精子症患者的精浆中含量显着上升[16]。体外实验证实,经槟榔碱刺激后,促炎症因子如IL-1、IL-6、IL-8、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、转化生长因子β(TGF-β)等水平显着增高,引起机体炎症反应和组织纤维化[17]。

除促炎症因子的介导作用之外,环氧合酶2(COX-2)也在炎症反应中发挥着重要作用。COX-2是经炎症刺激后迅速产生的诱导酶,也是前列腺素合成初始步骤中的关键限速酶,其可激活前列腺素相关的炎症反应。体外实验表明,槟榔碱浓度与COX-2表达量呈正相关,且COX-2高表达精子的活动力等参数在槟榔碱的作用下显着下降。

另外,槟榔碱能够以直接和间接的方式破坏睾丸血睾屏障结构。表面紧密连接蛋白1(ZO-1)是血睾屏障中重要的紧密连接蛋白,也是血睾屏障被破坏的重要位点[21]。研究表明,在用槟榔碱处理过的TM4细胞(小鼠Sertoli细胞系)和THP-1(人白血病单核细胞)中,槟榔碱能够通过激活细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)通路直接下调ZO-1的表达,破坏血睾屏障结构。除此之外,槟榔碱还可通过激活ERK1/2通路上调TNF-α表达,而TNF-α能够进一步下调血睾屏障中连接蛋白如闭合蛋白(occludin)、ZO-1及N-钙黏着蛋白(N-cadherin)的表达,破坏血睾屏障,最终导致男(雄)性不育。

1.3槟榔碱与性激素。男(雄)性生殖系统中的主要性激素为睾酮及其衍生物。睾酮是睾丸Leydig细胞中雄甾烷类类固醇合成途径的最终产物,正常水平的睾酮对男(雄)性生殖系统发育和代谢具有重要意义。然而,槟榔碱可刺激过度的睾酮合成和分泌。其作用途径与促性腺激素不同,后者利用环磷酸腺苷(cAMP)作为第二信使促进睾酮生成,而槟榔碱的作用机制主要表现为以下多种方式:①槟榔碱可通过上调TNF-α的表达刺激睾丸Leydig细胞分泌睾酮。研究表明经过TNF-α处理的睾丸Leydig细胞其睾酮含量明显上升。同时,经槟榔碱共培养的TM4细胞中,TNF-α的mRNA表达明显增加,且其蛋白表达也显着上升[24]。②槟榔碱可活化17β-羟类固醇脱氢酶(17β-HSD)和胆固醇侧链裂解酶(P450scc)的活性、提高类固醇快速调节蛋白(StAR蛋白)的表达等直接作用于睾丸Leydig细胞,增加Leydig细胞睾酮分泌,使血浆睾酮水平明显上升[25]。由于P450scc催化胆固醇转化为孕烯醇酮,因此P450scc是影响类固醇合成的重要因素。另一方面,雄烯二酮可在17β-HSD的作用下转换为睾酮,由此可见17β-HSD和P450scc活性对于睾酮的生成至关重要[26-27]。研究表明槟榔碱可以通过提高17β-HSD和P450scc的活性,加速睾酮的类固醇合成途径,从而使睾酮的分泌进一步增加[25]。类固醇激素合成过程中,胆固醇会被转运至线粒体内膜,此过程为类固醇激素合成中的限速步骤。StAR蛋白在转运胆固醇从线粒体外膜进入内膜的过程中起关键作用[28]。槟榔碱可以通过上调StAR蛋白的表达提高从线粒体外膜转运至内膜的胆固醇,从而增加Leydig细胞的睾酮合成和分泌,提高机体的睾酮水平[25]。③细胞膜上钙离子通道的转运会导致细胞质内钙离子水平升高,此过程也与睾丸Leydig细胞的睾酮分泌密切相关。槟榔碱可以通过激活大鼠Leydig细胞中的L-型钙通道,促进钙离子转运,从而提高睾酮的分泌作用。

值得一提的是,虽有文献表明在体外培养中,槟榔碱对于促性腺激素释放激素(GnRH)介导的黄体生成激素(LH)没有显着影响,但同时也有实验显示经过槟榔碱处理的大鼠,血清中LH和卵泡刺激素(FSH)含量明显升高,显着升高的血清LH可进一步刺激睾丸Leydig细胞合成和分泌睾酮,使血清内睾酮含量升高[25]。

2槟榔碱对女性生殖系统与妊娠的影响

2.1槟榔碱与卵细胞受损。Lin等在对中国仓鼠卵细胞(Chinesehamsterovarycells,CHO-K1)的研究发现,槟榔提取物以时间剂量依赖的方式,通过诱发氧化应激,生成过量ROS等降低CHO-K1细胞的活力并抑制其增殖,但有关槟榔提取物或槟榔碱对卵细胞损伤的机制目前仍相对缺乏。

2.2槟榔碱与妊娠。多项流行病学研究表明,孕妇长期咀嚼槟榔会导致新生儿出生结局(birthoutcome)受影响,如新生儿体质量减轻和婴儿死亡等。Deb等[8]对195名妊娠妇女进行调查后发现,妊娠期每日摄入生槟榔的剂量与其分娩的婴儿死亡率有显着关联,婴儿死亡率高的生育女性其槟榔摄入量明显高于对照组。Logistic回归分析显示,妊娠妇女每天摄入4枚或更多槟榔与其分娩的婴儿死亡经历(infant-death-experiences)独立相关(aOR=8,95%CI:1.9~34.3,P=0.005)[8]。世界卫生组织(WHO)认为高碳水化合物摄入和低硫胺素(thiamine)摄入的人群易出现轻度硫胺素缺乏症,而槟榔也被确定为一类抗硫胺素物质。因此,WHO同时强调摄入槟榔的妊娠妇女生育后其幼婴在第2~5个月的死亡与硫胺素缺乏高度相关。Berger等[30]调查了1171例帕劳妊娠妇女也发现,在咀嚼槟榔和吸烟者的足月新生儿有出生体质量偏低的风险(OR=2.4,P=0.049)。

但需要指出的是,Chue等[31]回顾性分析了1997年7月—2006年11月在泰缅边境产前诊所登记的9264名移民或难民妊娠妇女的常规记录,发现仅食用槟榔的妊娠妇女其新生儿平均体质量较既不食用槟榔也不吸烟者高51g(95%CI:21~80g,P=0.001),但是两者新生儿低出生体质量(lowbirthweight,LBW)发生率比较,差异无统计学意义(12.3%vs.10.4%)。此外,该研究对新生儿LBW的诱因进行单变量检验时发现,食用槟榔与不食用槟榔的妊娠妇女相比较,新生儿LBW的发生率差异无统计学意义(P=0.264)。该研究认为其统计结果与其他研究的差异在于,其他研究样本量偏小,不能控制样本误差。但该研究同时也指出,亚洲不同地区居民食用槟榔具体方式的不同会影响研究结果,故确认咀嚼槟榔对妊娠的影响仍需更严谨的流行病学调查设计及相应的基础实验加以佐证。

2.3槟榔碱与胚胎毒性。在禽类、小鼠和斑马鱼等多种动物胚胎模型中,槟榔碱均表现出明显的胚胎毒性[9,10]。其中,Chang等[9]在深入研究斑马鱼模型后发现,槟榔碱并不通过p53-p21通路损伤细胞,而是主要通过清除细胞内硫醇(thiol),如谷胱甘肽(glutathione,GSH)及其前体N-乙酰-L-半胱氨酸(N-acetyl-L-cysteine,NAC)产生胚胎毒性,影响胚胎发育,而通过向受槟榔碱影响的胚胎中添加GSH或NAC可以使胚胎恢复正常发育。

GSH是一种由谷氨酸、谷氨酸和半胱氨酸组成的三肽,也是真核细胞中含量最高的硫醇。肠半胱氨酸(enteralcysteine)、肠外半胱氨酸(parenteralcysteine)、甲硫氨酸(methionine)、NAC等均为组织合成GSH的前体[10]。过量的ROS通过与组织蛋白中半胱氨酸上的巯基(-SH)结合,氧化破坏该蛋白。GSH通过与过量的ROS结合生成混合二硫化物(mixeddisulfides,-SSG)保护组织蛋白,以此参与细胞的抗氧化防御[32]。因此,GSH具有结合活性代谢物或与之反应,并清除多余活性代谢物的作用,可参与细胞的抗氧化防御。同时,GSH也参与多个细胞进程(cellularprocess)。槟榔碱通过与GSH直接结合,减少了细胞内GSH含量,削弱了GSH抗氧化的作用,进而产生细胞毒性。

此外,研究还显示槟榔碱作用于毒蕈碱受体(muscarinicreceptor)和烟碱酸受体(nicotinicreceptor),可进一步导致胚胎心脏功能不全。这种由槟榔碱诱发的心功能不全也是胎儿后期(laterphase)死亡的一个重要诱因[9]。

3槟榔碱对泌尿系统的影响

槟榔碱可诱导小鼠慢性肾小管间质纤维化,从而导致CKD的发生,但分子机制尚不清楚,还有待进一步研究。此外,研究表明槟榔碱还可影响非肌肉浸润性膀胱癌(non-muscle-invasivebladdercancer)患者的复发风险[33-34]。

3.1槟榔碱与CKD。CKD的特征是进行性肾纤维化,包括肾小球硬化和肾小管间质纤维化,其可表现为肾小管上皮细胞损伤,纤溶酶原激活物抑制剂1(PAI1)和细胞外基质如胶原蛋白和纤维连接蛋白等积聚。槟榔碱可增加细胞中促纤维化的PAI1、c-Jun氨基末端激酶(JNK)和COX2的表达[35]。槟榔碱具有细胞毒性,并通过JNK增加TGF-β和促纤维化蛋白(纤连蛋白和PAI1)的表达、增加TGF-β基因转录水平和活性TGF-β1水平诱导肾小管间质纤维化,损伤近端肾小管细胞,而COX2是炎性肾损伤的主要介质之一[36]。

3.2槟榔碱与膀胱癌。对非肌肉浸润性膀胱癌患者的临床研究表明,戒除咀嚼槟榔的习惯可降低非肌肉浸润性膀胱癌患者首次复发的风险。此外,这对于该类患者肾功能的保留也可能有益[34]。槟榔和其成分经历代谢活化和亚硝化最终产生致癌物,导致正常细胞DNA突变和DNA链断裂,并会致使肿瘤抑制基因如P53、乳腺癌易感基因1(BRCA1)和BRCA2表达形式改变。另一方面,槟榔碱在牙龈上皮细胞中诱导基质金属蛋白酶2(MMP-2)和MMP-9分泌,促进肿瘤进一步发展[36],该机制在膀胱癌细胞中也存在。上述因素均加速了癌症的复发。同时,槟榔碱也会通过诱导代谢综合征的发生间接导致膀胱癌的恶化[37]。

4结语与展望

综上所述,槟榔会通过氧化应激机制、炎症机制和激素机制降低精子质量参数、刺激睾丸Leydig细胞异常分泌睾酮、促进COX-2高表达、破坏血睾屏障和诱导CKD及膀胱肿瘤复发等。我国是槟榔生产及消费的主要国家之一,虽然槟榔生物碱致口腔肿瘤的危害已被医学界广泛认识,同时也逐渐引起各地管理机构的关注,如近期湖南省槟榔食品行业协会已被要求停止其所属企业有关槟榔制品在国内的广告宣传。然而,现阶段槟榔碱对生殖系统和泌尿系统的影响却还远未引起足够重视,同样相对应的基础研究也相对缺乏,这就需要提升广大医务人员及公众对槟榔的危害有更广泛而足够的认识。

作者:周思安 刘斯薇 金力行 龙一婧 赵灵逸 权艳梅 丁之德 单位:上海交通大学医学院

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