综述：来自化石燃料的芳烃与乳腺癌

《iScience》：Aromatics from fossil fuels and breast cancer

该综述聚焦化石燃料芳烃与乳腺癌关系，揭示 PAHs 和 BTEX 化合物致癌风险及机制。

　　

乳腺癌的病因

乳腺癌是一种严重威胁女性健康的疾病，在美国，每八位女性中就有一人在一生中会患乳腺癌。传统观点认为乳腺癌是由单个起始基因突变，随后经历二次或更多次突变，进而驱动恶性转化。但近年来这种观点受到了质疑，实际上，一些情况下，表观遗传变化或单个突变就足以引发恶性转化。而且，肿瘤微环境（TME）中的免疫细胞、血管细胞、神经元细胞和基质成纤维细胞等都会影响转化细胞向肿瘤的进展。

肿瘤微环境中的免疫细胞具有双重作用，既能杀死并消除癌前细胞，也有些免疫细胞，如肿瘤相关巨噬细胞、调节性 T 细胞和髓源性抑制细胞等会促进肿瘤生长。肠道微生物组对肿瘤微环境中免疫细胞的浸润和激活有重要影响，其在癌细胞死亡、生长、转移以及对免疫疗法的反应等方面的作用正逐渐被揭示。这表明癌症并非仅仅是基因突变或表观突变的结果，其发生风险受到多种因素的影响。

目前已确定了多种增加乳腺癌风险的因素，可分为可改变和不可改变两类。可改变因素包括生殖和生活方式因素，如绝经后使用激素（尤其是孕激素）、绝经后肥胖、缺乏运动、上夜班、蔬菜水果和纤维摄入不足、不母乳喂养以及肠道菌群失调等。然而，社会经济因素会限制女性对这些因素的改变，比如影响获取新鲜食物和安全运动场所的机会。不可改变因素则有性别、年龄、种族、家族病史、初潮早、绝经晚、乳腺致密或患有良性乳腺疾病以及身高较高等。值得注意的是，三分之二的新诊断患者并没有这些传统的乳腺癌风险因素。近年来还发现高出生体重（>4,000g）以及在子宫内暴露于己烯雌酚（DES）或滴滴涕（DDT）等也是乳腺癌的风险因素，但具体机制尚不清楚。

乳腺癌的发病率逐年上升，2000 年至 2019 年，美国乳腺癌发病率每年增长 0.79%，其中 2016 年后的增长更为显著。大多数癌症在诊断前几十年就已开始发生，基于癌症驱动突变的计算表明，这些突变可能在诊断前几十年就已出现。有趣的是，家族性乳腺癌在所有新诊断乳腺癌中的比例也在增加，虽然家族乳腺癌病史（母亲和 / 或姐妹被诊断患有乳腺癌）目前约占所有乳腺癌的 15%，但至少一半有家族病史的女性并没有已知的乳腺癌突变，部分家族中癌症可能通过表观遗传改变遗传。

研究认为，散发性乳腺癌的发展需要两个因素：一是导致癌症起始和进展易感性增加的事件；二是诱变剂暴露。家族性乳腺癌的外显可能也需要两个因素：一是遗传的生殖系突变（或表观突变）；二是导致乳腺癌外显增加的事件。

乳腺癌致癌物：多环芳烃

导致女性乳腺癌恶性转化的诱变剂主要是辐射和致癌物，本文重点关注致癌物，尤其是多环芳烃（PAHs）和相关的挥发性 BTEX（苯、甲苯、乙苯和二甲苯）化合物。PAHs 和 BTEX 化合物来源于交通系统、热力和电力生产、垃圾焚烧、工业过程以及石油污染等。普通人接触汽油的一个重要途径是汽油从附属车库渗透到家中。

在临床前模型中，Rudel 等人在 2014 年确定了 13 种能在动物模型中引发乳腺肿瘤的 PAHs。其中，在啮齿动物中引发乳腺肿瘤的 5 种 PAHs 里，3 - 甲基胆蒽和 7,12 - 二甲基苯并 [a] 蒽（DMBA）是实验室产物，而苯并 [a] 芘（BaP）、二苯并 [a,h] 蒽和二苯并 [def,p] 芘是燃烧产物。最常用于在啮齿动物中引发乳腺肿瘤的致癌物是 DMBA，其致癌机制已被详细研究。DMBA 作为一种 PAH，需要被激活，产生的代谢物形成 DNA 加合物，进而导致突变，其主要致癌 DNA 加合物是二醇环氧化物。这些代谢物在肝脏中通过激活 P450 基因（如 CYP1A1 和 CYP1B1）形成，BaP 可上调 CYP1A1 基因，芳烃受体（AhR）是 CYP1A1 的转录调节因子，在 AhR 基因敲除小鼠中，BaP 不具有致癌性，DMBA 的致癌性也依赖于 P450 基因的激活。

给 50 日龄的 Sprague - Dawley 大鼠单剂量 10mg DMBA 灌胃，至少三分之二的大鼠会发展出雌激素受体阳性（ER+）乳腺肿瘤，模拟人类侵袭性 ER + 乳腺癌。DMBA 也可诱导小鼠产生乳腺肿瘤，但小鼠需要先用孕激素预处理，然后每周给予 4 次 1mg DMBA，在第 7 至 10 周给药。DMBA 引发的小鼠乳腺肿瘤有 ER + 管腔型和 ER 阴性基底型。选择在小鼠和大鼠青春期后、2 个月龄前给予 DMBA，是因为此时啮齿动物乳腺中含有可引发乳腺肿瘤的结构 —— 末端芽（TEBs），TEBs 中的细胞被认为是干细胞 / 祖细胞，可转化为恶性细胞。DMBA 诱导的乳腺肿瘤中存在多种突变，如 Pi3kca 和 / 或 Pten 突变（64% 的肿瘤）、Ras 突变等，这些突变在人类 ER + 乳腺癌中也存在，例如，30% - 40% 的人类 ER+/HER2 乳腺癌含有 PI3KCA 突变。

另一种能在大鼠中引发乳腺肿瘤的 PAH 是 2 - 氨基 - 1 - 甲基 - 6 - 苯基咪唑并 [4,5 - b] 吡啶（PhIP），它天然存在于人类环境中，主要在烤肉中。与 DMBA 相比，PhIP 诱导乳腺肿瘤需要多次暴露，且诱导出的肿瘤数量相对较少。还有 BaP，它是含碳有机产品不完全燃烧的副产物，主要暴露来源包括车辆排放、工业源以及食用烤肉等。研究对比了 BaP 和 PhIP 对大鼠乳腺肿瘤的诱导作用，发现两者诱导的乳腺肿瘤发生率相似，这表明在啮齿动物中，PAHs 能有效引发乳腺癌，尽管 DMBA 只需单剂量给药，且肿瘤发展速度是 BaP 或 PhIP 的两倍。

在人类研究方面，许多研究调查了空气污染与乳腺癌之间的联系，通过评估 PAHs、颗粒物或一氧化氮的暴露来进行。亚特兰大的一项生态研究表明，城市地区的乳腺癌发病率和 PAH 暴露水平高于农村地区。虽然该研究中两者可能没有因果关系，但另一项研究发现，血液中 PAH - DNA 加合物水平高的女性患乳腺癌的可能性比加合物水平最低的女性高 50%，这更有力地表明 PAH 暴露会增加乳腺癌风险。还有研究报告了 PAH 或特定的 BaP 暴露与乳腺癌风险增加之间的关联，例如，食用烤肉、合成木燃烧以及车辆排放等来源的 PAH 暴露，会使乳腺癌风险显著增加 30% - 50%。

研究还发现，暴露时间对乳腺癌风险至关重要。例如，在纽约州伊利县和尼亚加拉县进行的一项病例对照研究表明，在初潮前后暴露于高浓度交通排放物的女性，绝经前乳腺癌风险增加；在首次生育时暴露的女性，绝经后乳腺癌风险增加。吸烟与乳腺癌风险的关系也是如此，大多数研究表明吸烟本身不会增加乳腺癌风险，但如果在青少年早期和首次怀孕前开始吸烟，则会增加风险。这可能是因为 PAH 暴露在青春期开始到首次生育之间增加散发性乳腺癌风险，与生殖期乳腺上皮形态的变化有关。人类乳腺上皮树中的 TEB 样结构是终末小叶导管单位（TDLU），乳腺癌通常在 TDLU 中起始，研究发现 TDLU 数量和大小以及其中的腺泡数量越高，乳腺癌风险越高。怀孕对乳腺癌风险有双重影响，20 岁前怀孕可降低终生乳腺癌风险，而 30 岁后首次生育的女性风险增加，这可能是因为高孕期激素环境促进了 TDLU 中已有恶性细胞的生长，且怀孕还会导致乳腺癌风险短期增加，年龄较大的母亲风险更高。怀孕会影响 TDLU 的退化，这可能解释了为什么产后暴露于 PAHs 可能不会增加母亲的乳腺癌风险。

空气污染似乎也会增加乳腺癌风险，尤其是在家族风险较高的女性中。研究发现，家族乳腺癌风险评分最高且 PAH 暴露水平最高的女性，患乳腺癌的风险是未暴露女性的 4 倍。由于高家族乳腺癌风险女性的生殖系遗传或表观遗传突变常涉及保护细胞免受癌症起始 DNA 损伤的基因（如 BRCA1）沉默，所以她们对 PAH 诱导的 DNA 损伤特别敏感，BaP 已被证明可降低乳腺癌细胞系和暴露于 BaP 的怀孕小鼠后代中 BRCA1 的表达和蛋白水平。综合动物模型和人类研究结果，有力地证明了交通污染，尤其是 PAHs 具有致癌性，可引发乳腺癌。

BTEX 化合物与乳腺癌

挥发性有机化合物（VOCs），如 BTEX 化合物，在室内外环境中均有存在，对人类健康构成严重威胁。BTEX 化合物的主要来源包括石化过程、炼油厂和使用煤炭的行业。在城市地区，户外 BTEX 化合物主要来自交通燃料，即汽车和飞机尾气，即使使用电动汽车，如果电力由化石燃料（煤炭）发电厂生产，也无法消除 BTEX 化合物。标准的石化程序以及相关行业使用的溶剂和化学品会导致 BTEX 化合物释放到空气、土壤和水中，空气是人类接触 BTEX 化合物的主要来源，石油精炼厂的事故会进一步增加其释放。BTEX 化合物在家庭和公共室内环境中也有较高浓度，它们可从室内燃烧过程（烹饪和取暖）、建筑材料和家具（油漆、清漆）以及人类活动（吸烟）等多种来源挥发到空气中。除 BTEX 外，车辆尾气还含有其他挥发性有机化合物，如 1,3 - 丁二烯和环氧乙烷，它们与苯一样具有基因毒性，可增加啮齿动物模型中的乳腺肿瘤发生。

美国环境保护署（US EPA）设定了 BTEX 化合物的监管参考浓度。研究发现，在实验室环境中，标准汽车发动机使用 15% 乙醇汽油混合物（E15）时，产生的 BTEX 化合物比使用 0% 乙醇汽油（E0）时少 11 倍，使用 E15 时甲苯浓度降至检测限以下，在 30 mph 行驶和加速条件下，苯浓度也降至检测限以下，其他研究也表明添加乙醇可显著降低 BTEX 暴露水平。

BTEX 化合物被认为是汽油中最危险的成分之一，它们与肝脏、神经系统、心脏、肺和肾脏的损伤有关。在 BTEX 化合物中，苯被归类为致癌物，乙苯在动物研究中被认为是致癌物，但在人类研究中尚未确定，甲苯和二甲苯则不具有致癌性。然而，这四种化合物共同暴露对癌症风险的影响却很少受到关注。

在临床前研究方面，一项研究调查了产前暴露于包含苯、甲苯和乙苯的 23 种化学混合物（用于非常规油气作业）对 C57BL/6 小鼠的影响，发现这些化学物质会增加成年小鼠乳腺导管上皮密度。由于乳腺密度高是乳腺癌的一个重要风险因素，所以 BTEX 化合物可能会增加乳腺癌易感性，但不一定会引发癌症。不过，由于人类乳腺密度是衡量纤维腺组织的指标，且高密度与乳腺癌风险升高之间的关联可能反映的是组织硬度和胶原蛋白交联，而非致密上皮，所以不能直接从小鼠研究推断到人类。目前正在研究 BTEX 化合物是否会改变人类乳腺癌细胞系和斑马鱼中癌基因和抑癌基因的表达，初步数据表明，给予与环境暴露相关的平均至高剂量的 BTEX 化合物混合物，会剂量依赖性地降低 MCF - 7 人类乳腺癌细胞中 BRCA1 的表达，有趣的是，早期研究发现 BaP 在体外和体内均会抑制 BRCA1。

在人类研究中，很少有研究探索 BTEX 水平与乳腺癌之间的可能联系。Wei 等人的研究发现，1973 - 2007 年乳腺癌发病率与 1953 - 1987 年（提前 20 年）暴露于包括 BTEX 化合物在内的挥发性有机化合物之间存在高度显著的相关性。在伊朗德黑兰的一项涉及 1,148 名乳腺癌患者的研究中，发现单独或联合暴露于 BTEX 化合物与更具侵袭性的乳腺癌发病率增加有关。最有力的证据来自前瞻性多民族队列（MEC）研究，该研究对夏威夷和加利福尼亚的居民进行了跟踪调查，48,665 名女性参与者在招募时没有乳腺癌，通过夏威夷和加利福尼亚癌症登记处对她们进行诊断跟踪。在 1998 - 2003 年评估她们对 15 种疑似或已确定的致癌物的空气暴露，结果发现，暴露于苯、乙苯或甲苯至少 5 年后，ER + 和 ER 阴性乳腺癌的发病率均显著升高，这为 BTEX 暴露与乳腺癌风险增加之间的联系提供了令人信服的证据。

在底特律的 140 名怀孕的非裔美国女性中，居住地区户外空气污染水平导致 BTEX 化合物暴露最高的女性，在怀孕中期循环中的炎症细胞因子白细胞介素 - 1β（IL - 1β）和肿瘤坏死因子 α（TNF - α）水平高于 BTEX 暴露显著较低地区的女性。炎症是所有癌症的风险因素，包括乳腺癌，早期研究表明，导致母亲和后代慢性低度炎症的母体暴露（如孕期肥胖）也会增加后代的乳腺肿瘤发生。总之，这些少数人类研究结果表明，孕期母体 BTEX 暴露或乳腺癌诊断前的暴露可能会增加日后患乳腺癌的易感性。

诱变剂暴露和遗传突变单独都不会导致乳腺癌

即使一个人每天暴露于强诱变剂且持续数十年，这种致癌物也不会自动导致癌症，吸烟就是一个很好的例子。烟草烟雾中含有多种被国际癌症研究机构（IARC）归类为人类致癌物的化合物，如 PAH、2 - 萘胺、4 - 氨基联苯（芳香胺）、甲醛（醛）、苯（挥发性烃）、氯乙烯（有机化合物）以及砷、铍、镍、铬和镉等金属和无机化合物。虽然吸烟与多种癌症风险增加有关，尤其是肺癌，但只有 10% - 20% 的吸烟者会患肺癌，这说明仅暴露于吸烟，尽管香烟含有许多强致癌物，也不足以在大多数吸烟者中引发肺癌。同理，即使有强有力的证据表明 PAHs 对乳腺具有致癌性，仅 PAH 暴露也不太可能引发乳腺癌。

那么，哪些因素决定了暴露于高浓度 PAHs 的女性中哪些会患乳腺癌呢？是否存在其他增加女性对诱变剂易感性的因素？前面提到，乳腺中 TDLU 和腺泡数量较多的女性患乳腺癌的风险增加。研究表明，大鼠或小鼠乳腺中与人类 TDLU 等效的 TEB 数量越多，PAH 诱导的乳腺肿瘤就越多。还发现肿瘤抑制基因的表观遗传沉默或肠道菌群失调会增加 PAH 引发的乳腺肿瘤风险。确定增加乳腺中 TDLU/TEB 数量、导致肿瘤抑制基因表观遗传沉默或持续肠道菌群失调的因素，可能会有助于制定预防乳腺癌的策略。研究发现，子宫内暴露于雌二醇、炔雌醇、孕期母体雌激素水平因高 n - 6 多不饱和脂肪酸饮食升高，或孕期母体摄入致肥胖饮食，都会增加后代乳腺中 TEB 的数量，这些和其他母体暴露（如暴露于化学物质 DES 或 DDT）还会导致乳腺中的表观遗传变化并诱导肠道菌群失调。

对于携带生殖系 BRCA1 突变的人来说，生殖系乳腺癌起始基因的突变本身不足以导致这种疾病。人类仅遗传一个突变的 BRCA1 等位基因，如果胎儿同时遗传了来自父母的两个 BRCA1 突变等位基因，胎儿将无法存活。BRCA1 突变携带者要患乳腺癌，要么在成年后或更早使另一个等位基因沉默，要么获得另一个突变（如 p53 或 PTEN 基因的突变），要么拥有特定的增加乳腺癌风险的遗传变异。在临床前模型中，杂合 Brca1^+/-小鼠需要与其他基因工程改造的乳腺癌小鼠模型杂交或给予 DMBA 致癌物，才会发展出乳腺肿瘤。暴露于电离辐射也会增加 Brca1^+/-大鼠的乳腺肿瘤发生。在人类中，作为卡车司机暴露于高浓度交通污染的 BRCA1/2 突变男性携带者，比其他男性 BRCA1/2 携带者的乳腺癌外显率更高。Sister 研究发现，有乳腺癌家族史的女性暴露于含有 PAHs 和 BTEX 化合物的空气污染与乳腺癌风险增加之间存在显著相关性，在纽约居住的女性中也有类似发现，乳腺癌家族史强且 PAH 暴露水平最高的女性患乳腺癌的风险最高。

综合这些发现，表明成年后暴露于诱变剂更有可能在子宫内已暴露于增加日后 TDLU 数量、诱导肿瘤抑制基因表观遗传沉默和 / 或导致肠道菌群失调的化合物或饮食的女性中引发乳腺癌。子宫内通过怀孕母亲暴露的化合物可能包括 BTEX 化合物或低剂量的 PAHs（不会导致流产），这些都可能来自车辆排放。此外，高 PAH 水平与有乳腺癌家族史女性的乳腺癌之间的关联表明，促进家族性乳腺癌外显的因素之一是暴露于交通污染物。

交通污染物对乳腺癌风险的其他作用机制

除了形成 DNA 加合物，PAHs 还可能通过其他方式影响乳腺肿瘤发生。这些方式虽不会直接导致恶性转化，但会增加乳腺癌易感性或促进其转移。Guo 等人报告称，BaP 暴露通过上调 ROS 诱导的 ERK 信号通路，促进了人类和小鼠乳腺癌细胞的生长和转移潜能，进而激活了促进转移的 MMP9。另一项研究发现，人类乳腺癌细胞（MCF - 7 和 MDA - MB - 231）暴露于 BaP 会促进炎症通路，包括 TNF - α、核因子 κB（NF - κB）和 IL - 6。

这些变化可能涉及表观基因组。研究发现，BaP 暴露会对基因进行表观遗传修饰，它既能导致原癌基因低甲基化，从而激活致癌基因，也能使肿瘤抑制基因高甲基化，使其沉默。PAHs<