碳烟与肿瘤的发生及进展的关联刍议

1、碳烟与肿瘤的发生及进展的关联刍议北京市海淀区教师进修学校附属实验学校韩鹏飞摘要 在中国大部分地区常年出现轻中度霾，在特殊时期时常出现重度霾。研究表明，霾为一级致癌物，且中国肺癌发病率连年上升。对于霾的组成成分及霾与肺病发生的关系已经有了大量研究，但对于主要成分的致病机理尚不明确。本文选择碳烟这一霾的重要组成成分，利用假说演绎的方法，以碳烟复合体模型及信号传导异常为核心，从细胞生物学、分子生物学、生物物理学及肿瘤学的角度假设，初步得出了碳烟通过影响信号通路的信息传导导致细胞周期加快、抑制死亡、逃过免疫机制、促进肿瘤血管生成及转移，并初步设计实验验证本文观点，为霾导致恶性肿瘤的预防及解决做基础理论

2、工作。关键词 碳烟 肿瘤 信号传导 霾是悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒的集合体，主要由气溶胶组成，使空气浑浊，水平能见度降低到10km以下的一种天气现象。霾的组成成分非常复杂，包括数百种大气颗粒物。其中有害人类健康的主要是直径小于10微米的气溶胶粒子，如矿物颗粒物、硫酸盐、硝酸盐、有机气溶胶粒子等。直径小于2.5微米的为细颗粒物，化学成分主要包括有机碳、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐等，它能直接进入并粘附在人体上下呼吸道和肺叶中，对人们的健康造成威胁。化石燃料燃烧是霾产生的主要原因之一。2015年底北京等地区出现了大面积霾污染，供暖期燃煤污染是重要来源，特别是城乡结合部和广大农村地区的原煤

3、散烧污染。煤中的微量元素有些是具有毒性，砷、汞、等有毒物质随烟气进入大气，煤在空气加热形成挥发物一氧化碳、硫化氢、氨气及多环芳香族碳氢化合物和碳烟等颗粒物。 由上海复旦大学公共卫生学院研究了雾霾对生物器官组织破坏。项目组历时5个月，使用大流量采样器在上海徐汇区非工业区采用玻璃纤维滤纸采集大气细颗粒物PM2.5制成颗粒物悬浊液，对实验大鼠气管滴注PM2.5悬浊液，建立肺损伤模型并观测不同对照组的体征、肺重比、各项关键生化指标以及鼠肺损伤程度。研究通过大鼠解剖后发现，PM2.5对照组大鼠经过隔天滴注总计6天后（144小时），肺组织变硬，缺乏弹性，呈暗红色，边缘色泽灰白，肺组织有明显可见的黑色颗粒物

4、弥散。研究项目组负责人复旦大学公共卫生学院环境卫生教研室主任、博士生导师宋伟民教授在接受采访时表示，“PM2.5颗粒对肺的损伤一旦形成，治疗的药物成本和时间成本就会大大增加，如果形成“黑肺”，彻底消除的难度大大增加，几乎无逆转可能。” 研究发现，PM2.5进入肺组织后不仅影响肺泡巨噬细胞的吞噬功能，而且会影响肺上皮细胞细胞膜的通透性和流动性，造成细胞内容物漏出，导致细胞死亡。同时，PM2.5会引起肺组织生化成分的改变以及炎症因子的释放，诱发炎症，严重而持久的炎症会引起组织增生纤维化，导致肺部疾病乃至肺癌的发生。世界卫生组织下属国际癌症研究机构指出，有充足证据显示，暴露于户外空气污染中会致肺癌，

5、接触颗粒物和大气污染的程度越深，罹患肺癌的风险越大。 世界卫生组织下属国际癌症研究机构发布报告，首次指认大气污染对人类致癌，并视其为普遍和主要的环境致癌物。室外空气中颗粒物污染成为全球第7大死因，中国第4大死因，全球超过300万人死于该污染引发的各种疾病，其中中国有123万多人因此死亡，2400多万人减寿。每年有近200万过早死亡病例与PM2.5等颗粒物污染有关。即便在欧盟国家中，由于暴露于人类活动产生的PM2.5 ，人均期望寿命也减少8.6个月。它对人的影响要大于其他任何污染物。*来自于新闻及互联网上的文章碳烟与肿瘤的发生及进展的关联刍议结构及内容简介1.碳烟的形成及特点煤粉燃烧碳烟的形成及

6、结构特点碳烟在人体内的行为制备本文实验用放射性碳烟2.碳烟与肿瘤发生的关系(1)碳烟与化学致癌物：碳烟形成的过程出产生的中间产物具有致癌性(2)碳烟与致癌微生物：碳烟的内部提供了一个较为封闭且适合微生物生存的环境（实验）(3)碳烟与信号传导异常1碳烟EGF 复合体的形成：在内环境中碳烟与 EGF 具有形状互补、疏水作用、电场作用2对三种复合物的物理分析：应用统计力学讨论碳烟EGFR、碳烟EGF、EGFEGFR 的结合概率、粒子数及解离度（实验）3RTK 信号通路异常（Ras/MAPK 通路及PI3K/Akt 通路）碳烟EGF 复合体降低了机体对 EGF的灭活程度并隐藏 EGF 不被发现碳烟、E

7、GF、EGFR 形成的复合体的相互作用（实验）形成碳烟EGFR 复合体导致受体被占用（实验）导致 RTK 通路持续激活，EGF、EGFR 过度表达细胞周期加快，抑制凋亡（实验）4JAK-STAT 信号通路异常：碳烟复合体影响受体内吞，通路关闭效率降低，作用时间加长，使更多肿瘤细胞逃过免疫5Hegdehog信号通路异常：碳烟Shh 复合体的形成影响 Ptc 的内吞，不能解除对 Smo 的抑制，进而使通路持续处于失活状态，阻止肿瘤形成 （实验）6 BMP信号通路及生长因子cyclin通路异常: 碳烟通过影响 BMP 通路，使 TGF-过度表达，影响对细胞周期的调控（实验）。碳烟、EGF、EGFR

8、形成的复合体的相互作用导致 cyclin 过度表达，细胞周期加快（实验）形成碳烟CDK和碳烟cyclin复合体，导致 CDK、cyclin 过表达，过多靶细胞磷酸化，细胞周期加快7碳烟与 PKC：形成碳烟DAG 复合体，使参加反应的DAG 减少，PKC 活性降低（实验）3. 碳烟与肿瘤进展的关系(1)碳烟与肿瘤细胞血管生长的关系：EGFR 过表达，导致 VEGF 过表达，形成碳烟、VEGF 与VEGFR复合体，下游持续激活，促进血管生长(2) 碳烟与肿瘤转移的关系：碳烟与刺激肿瘤生长、运动、侵袭的因子及受体相互作用，持续激活下游，形成碳烟MMP 复合体，导致 MMP 过表达，降解 ECM 作用

9、增强，促进肿瘤已侵袭和转移4.碳烟与肿瘤细胞死亡的关系：形成碳烟TNF 复合物，TNF 与肿瘤细胞持续作用，同时促进坏死因子，促进肿瘤细胞死亡1.碳烟的形成及特点 化石燃料（以煤为例）燃烧生成的颗粒物大部分为碳烟，主要由碳元素组成。碳烟的形成分为三个步骤。第一步是碳烟前体物的形成，在这个步骤中形成环状结构并与乙炔反应长大。在第二步通过化学和凝结作用形成了临界尺寸（3000-10000原子质量单位）的小颗粒。通过这一步，大分子转变成颗粒。接下来的第三步中，小的初始碳烟颗粒在随着燃料流向火焰运动的过程中，不断暴露在热解燃料形成的组分中，并不断长大和聚合。 对于碳烟形成的样貌问题，由于形成过程的复杂

10、性，会出现很多种聚合碳烟结构。8较小的碳烟颗粒，其内部氧化燃烧形成了中空的纳米结构。而碳烟颗粒氧化的各向异性，促进了碳烟颗粒边缘的石墨化，形成了胶囊状粒子。 碳烟在空气中为气溶胶形式存在，且具有胶体的性质。在溶液中含有与碳烟粒子所带电荷相反的离子，这些反离子被胶体表面所吸引。这些离子会受到胶体表面排斥，从而倾向于离开胶体表面。最终导致在碳烟粒子周围总有一团离子云，起所带的电荷与胶体表面电荷符号相反，但电量恰好相等；胶体粒子连同它的反离子形成一个电中性的体系。碳烟粒子在溶液体系中，既可以以正电粒子的形式，也可以以负电粒子的形成出现。碳烟结构特点总结：存在中空胶囊状碳烟粒子，在溶液体系中会在粒子表

11、面出现电荷，具有疏水性。霾中的碳烟作为一个超细颗粒，可深入到支气管及肺泡。当霾进入人体，关于碳烟的行为，据研究报道，在“细胞自噬”这一细胞的自我保护行为作用下，细胞会试图通过“自噬”包裹住碳烟等颗粒并降解。然而，由于这些含有大量无机碳、重金属等有毒物质，很难被细胞自噬降解。在一系列复杂过程下，最终导致了气道炎症和粘液的大量分泌，最终引发慢性呼吸道疾病。当碳烟进入肺泡后，I 型肺泡细胞胞质内有较多的吞饮小泡，内有细胞吞入的微小粉尘，可装运至间质清除，同时肺泡隔巨噬细胞具有活跃的吞噬功能，能清除异物，之后沉积在肺间质内，有的从呼吸道随粘液咳出，还有的进入肺淋巴管，在迁移至肺淋巴结。关于本文实验的碳

12、烟的制备，采用煤粉燃烧火焰区域中碳烟的结构及行为中的碳烟发生结构，将通入发生装置的空气换为模拟空气，由79%N2、21%18O2和稀有气体组成。收集的碳烟通过放射性检测，获得被放射性同位素标记的碳烟。将取样后的碳烟分级收集，利用超声波对聚酸碳酯膜上的碳烟进行分散分离，储存在模拟空气（氮气的体积分数为78%，氧气的体积分数为21%，其余为二氧化碳及稀有气体）或处理过的无生命的空气中，浓度约为发生霾时空气中碳烟的浓度。对于本文实验中的细胞培养，制备实验组I及对照组I。取两份等量人呼吸道上皮细胞于合成培养基及血清中体外培养，其中一份持续通入制备的含有放射性碳烟的模拟空气，另一份等时间、等流量持续通入

13、普通空气，培养一段时间。2.碳烟与肿瘤发生的关系*均假设碳烟颗粒已经进入内环境2.1.碳烟与化学致癌物 在碳烟的形成过程中，生成了大量PAH等致癌物。如燃烧中生成的苯并芘释放到大气中以后和碳烟等在大气中的微粒所形成的气溶胶结合在一起，经呼吸道吸入肺部，进而进入肺泡及血液。这些间接致癌物通过细胞色素 P-450等酶代谢活化为最终致癌物，如苯并芘最终代谢为7,8-二氢二羟基-9,10-环氧化苯并芘。这些最终致癌物通过与 DNA 分子加合，对 DNA 分子进行修饰或抑制DNA修复，致使DNA在合成期突变率增加，导致基因的不可逆损伤，开启细胞恶性转化。同时，在煤燃烧时，还存在微量着铍、镉、砷等有毒物质

14、随空气进入呼吸道，这些物质也能导致肿瘤的发生及恶化。2.2.碳烟与致癌微生物 微生物感染是人类发生肿瘤的重要原因之一，由微生物引发的肿瘤占整体肿瘤发生率的20%左右，EB 、HBV 、HCV 、HPV 、HP 等病毒均为人类常见致瘤病毒。中空胶囊状碳烟提供了一个空间，可以让微生物在其中生存，可以储存一些物质，如体液等，并有可能保护微生物逃过机体免疫。存在的问题。中空胶囊状碳烟的内部空间能否提供病毒等微生物生存的所需的条件。实验A：取一定体积的人体液于体外封闭环境，保持湿度45%55%、温度25（人最适环境）。将碳烟空气通入体液环境中，充分混合一段时间。将混合后的体液分散，分离出碳烟颗粒，获得碳

15、烟体液混合物。在体外培养 EB 病毒，将碳烟颗粒与病毒充分混合一段时间，再次分离出碳烟颗粒。体外培养人 B 淋巴细胞，将碳烟与细胞混合后培养。不同时间取样，检测 EB 病毒数量。由于 EB 病毒只能在 B 淋巴细胞中增殖，若结果显示病毒数量增多，则可判断该病毒可以在碳烟中生存。 （以EB 病毒为例）2.3.碳烟与信号传导异常2.3.1. 碳烟 EGF复合体的形成*仅以 EGF 为生长因子代表 EGF ，等电点4.6，分子量6045Da，由53个 AA 残基组成的分子多肽，含有3个链内二硫键。N端天冬酰酸（受体结合），C端为精氨酸，具有较高的稳定性，其二级结构只有折叠，三级结构为致密环状，片层占

16、25%。无规则卷曲占75%。且分子结构较为柔软，多肽链上几乎所有残基的芳香侧链都在分子表面成簇存在，形成疏水的袋。EGF 在人体体液中解离为阴离子，同时颗粒表面其他亲水集团，吸引水分子，形成水化膜。911 碳烟可以与 EGF 形成碳烟EGF复合体。首先，中空胶囊状碳烟粒子与 EGF 具有形状互补的结构，有利于形成复合体。其次，碳烟粒子与 EGF 之间有静电作用。碳烟粒子具有正电，EGF 解离为阴离子，两者通过电场作用结合形成复合体。且碳烟粒子不溶于水，其中的有机结构具有疏水性质， EGF 中具有亲水及疏水集团，两者通过疏水作用结合。从而形成了碳烟EGF 复合体。2.3.2对三种复合体（碳烟EG

17、F、碳烟EGFR、EGFEGFR）的物理分析 正常人血液中EGFR 浓度51.2 ng/ml2，即2.8×10-10mol/L ，EGF 浓度190.17 ng/L3 ，即 3×10-11mol/L。冬季北京日平均 PM2.5浓度108 g/m3 4，其中碳烟属于次生有机碳，碳烟颗粒多为球状及胶囊状，假设胶囊状占碳烟颗粒总量的50%， 约占PM2.5总量的6%7%5，即浓度约为7 g/m3，取纳米结构碳烟颗粒质量4×10-18 g，则浓度约为3×10-14mol/L。（以上关于碳烟的数据来自网络及不同文献，本文可能存在引用或处理错误）将细胞视为力学及化学

18、平衡的系统，于是可以利用统计力学探究配体及受体的一些问题。需要讨论的问题有：（1）复合体的结合概率；（2）复合体的解离率。1用玻尔兹曼分布考虑配体受体结合的概率 p。p=状态结合状态结合+状态未结合引入配体受体结合能b ，配体在溶液中的能量sol ，=1/kBT，取 T=310.15K，则 =2.3×1020 J-1，做盒子模型，受体在盒子里，系统允许的盒子数，配体数 L，由此得到配分函数，即概率的分母，ZL,=e-Lsol!L!(-L)+e-Lbe-(L-1)sol!L-1!-L-1! 通过近似处理，引入=b-sol，参考浓度 c0=/Vbox，通常取1mol/L，配体浓度c=L/

19、Vbox，得到p的表达式，p=cc0e-1+cc0e- 碳烟和受体结合与EGF和受体的作用是竞争关系，设=x·kBT，为使趋势比较更明显，将 p 扩大一定倍数，做出 p(x)曲线。p与的关系比较大，当-较大时，p 趋近于1；在一定的范围内，EGF与受体结合的概率高于受体与碳烟的结合概率。由上文分析得知，碳烟与受体有更多的作用力，放出的能量较多，但具体需要实验判断能量范围，从而确定概率。 EGF与受体和碳烟与 EGF 的结合同样是竞争的关系，p(x)曲线与上图相似。由上文分析，碳烟与 EGF 的结合放出的能量较多，但具体需要实验判断能量范围，从而确定概率。2应用化学热力学定律，考虑配体

20、受体反应L+RLR，dU=TdS-pdV+dN当化学反应进行时Ni的变化 ， dN=i ，其中为微量，i为变化的克分子数。对于上述反应 v L=vR=-1，vLR=1。当均匀系统达到平衡后，外界与它没有物质交流，则只能有两个独立变数iii=0由已知，i=i0+kBTlncicio得到质量作用定律，并定义解离常数Kd（可实验测得）。1Kd=i=1Ncii=(i=1Nci0i)e-ii0i/kBT并有，Kd=LRLRKd的取值范围为0Kd1，则配体受体复合物的浓度为，LR=LRKd 对于碳烟EGF、碳烟EGFR、EGFEGFR，三者的浓度都很小，当解离常数趋近于0的时候，复合体才能与单体处于同一数

21、量级。 关于本节中物理数据的获取，应用ITC 的方法测量：碳烟EGF、碳烟EGFR、EGFEGFR的摩尔结合焓及解离常数。2.3.3. RTK 信号通路的异常 EGFR，是配体 EGF 的受体，是原癌基因 C-erbB-1的表达产物，具有酪氨酸激酶活性，广泛的分布于哺乳动物的上皮细胞，定位于细胞膜上。 第一，当形成复合体的时候，碳烟的中空胶囊状的结构对结构柔软的 EGF 是一种保护，避免 EGF 与外界环境接触，降低了对 EGF的灭活程度。当 EGF 与 EGFR 解离后，碳烟EGF 复合体依然存在，EGF 未能被灭活，而由于碳烟的存在，机体有可能不能发现还存在着 EGF，通过负反馈调节，由基

22、因正常的转录翻译出的 EGF 分子。假如，继续形成碳烟EGF 复合体，由于 EGF 的分子量较大，结构较复杂，使得复合体同样具有 EGF 活性。由此，导致了机体内出现大量的有活性的 EGF，并且碳烟EGF 复合体与单独 EGF 都能与 EGFR 结合，导致产生更多的 EGFR。第二，碳烟微粒具有电性，有一定概率可以与受体蛋白成键，加强柔软的 EGF 与受体的作用力，保护EGF 与受体之间的作用并导致有可能持续与受体作用，在没有蛋白激酶 C 的调节下，持续激活下游通路。 第三，当碳烟与单独的受体蛋白成键，导致受体被占用，转录出更多的 EGFR。 Ras/MAPK通路：首先， 部分配体EGF与所有

23、受体 EGFR作用，为使剩余的配体与受体作用，原癌基因 C-erbB-1加快转录进而翻译出更多的 EGFR。此时，有超过正常数量的配体受体复合物。EGF 介导二聚化，并磷酸化EGFR 胞内区的酪氨酸残基。然后 EGFR 与接头蛋白 Grb2中介导信号分子与含磷酸酪氨酸的蛋白分子结合的 SH2结构域结合，Grb2中介导信号分子与富含脯氨酸的蛋白分子结合的 SH3结构下游的 SOS结合，SOS 从血浆中招募 Ras-GDP 至细胞膜，使之转化为活性的 Ras-GTP，激活下游的 Raf、MAPKK、MAPK。6由于配体受体复合物过多，更多活化的 MAPK 进入细胞核，通过磷酸化作用激活转录因子，调

24、控细胞周期，加上上文所述的通路持续激活，使得细胞增殖周期变短，细胞分裂变快。细胞周期是严格按照顺序执行的。细胞在分裂中有一系列避免发生错误机制。由于磷酸化增多，导致其失调，使本来应停止的增殖或发生凋亡的细胞没有正常作用，致使 DNA 损伤或复制错误未能及时纠正，细胞就会带着错误信息进入周期循环而造成恶变。此种碳烟复合体导致的结果，发生 DNA 突变或其他机理导致癌变的细胞继续增殖，肿瘤持续恶性发展。同时，原癌基因C-erbB-1 过度表达，从而导致肿瘤的形成。 PI3K/Akt 信号通路：生长因子通过刺激PI3K/Akt通路刺激 Akt 的活化。同上文所述，碳烟EGF复合体的出现，形成较正常水

25、平较高的配体受体复合物，导致信号通路的过度活化。当 Akt 被过度激活后，能够向细胞质或细胞核转运，并与相应部位的底物蛋白发生作用，使底物蛋白特定部位的丝氨酸/苏氨酸发生磷酸化而激活或灭活底物蛋白，从而抑制细胞凋亡。13同时，Akt 磷酸化 GSK3和 mTOR ，从而上调 cyclin D，以及磷酸化一系列抑制蛋白，加快细胞周期。 存在的问题。第一，碳烟与 EGF 复合体的结合程度及结合稳定程度，与其他作用力相比，是否存在拮抗的作用而影响复合体的形成及分解。第二，受体 EGFR胞内区的第645位苏氨酸残基的磷酸化作用调节受体激酶活性，其可被蛋白激酶 C 磷酸化，由此降低该受体对配体的亲和力，

26、使配体通过受体活化酪氨酸蛋白激酶的作用减弱。这种作用是否能调节上述信号通路异常。第三，解离后的碳烟EGF 复合体的结合程度，能否被机体发现解离后的 EGF 未被灭活，有多少没有被机体发现。第四，EGFR 及 EGF的过度表达程度有多少。第五，其他作用于 RTK 通路的生长因子，由于配体蛋白的结构和功能不同，是否均有同样的作用。第六，碳烟与受体结合的趋势能对配体受体复合物多少作用力，对复合物解离的影响有多大。 实验B：利用抗原抗体反应、同位素标记及荧光标记等方法，检测在碳烟影响下RTK 信号通路中EGFR 的磷酸化情况。i/制备无 EGF的血清。提取人表皮生长因子（EGF），将一定量的 EGF注

27、入小鼠体内，使小鼠 B 淋巴细胞产生EGF 的抗体。利用单克隆抗体技术，获得大量EGF抗体。向血清中加入一定量的 EGF 抗体一段时间，将抗原抗体复合物沉淀，去除血清中的 EGF。ii/制备含同位素标记的 EGF的血清。找出人细胞编码EGF基因片段，通过基因工程的方法，并用含15N的唯一氮源培养，获得同位素标记的EGF。将同位素标记的 EGF 加入到上步制备的无普通 EGF 的血清中，且EGF 浓度为3×10-11mol/L。iii/制备碳烟影响下的细胞。制备一定量的 32P标记的磷酸，加入到合成培养基中。利用处理过的血清及合成培养基，分为实验组II和对照组II，体外培养人呼吸道上皮

28、细胞，并置于一封闭空间内，同时持续缓慢地通入空气。将实验组的普通空气换为上文所述制备的含有放射性碳烟的空气，通入封闭空间内一段时间同时对照组通入等量普通空气。iv/取一定量实验组的细胞，显微观察膜外相邻有多处高放射性的位置且放射性强度不同并标记在膜上；取一定量对照组的细胞，显微观察膜外有一处高放射的位置并标记在膜上。观察两组标记位置的胞内放射强度，记录高放射性存在的时间。v/比较实验组和对照组的高放射性存在的时间。 高放射性存在的时间，对应为 EGFR 活化的时间。若实验组的时间较长，则证明形成的碳烟EGF 复合体影响了 RTK 信号通路，使其持续激活。 实验C：探究碳烟EGFR复合体数量及膜

29、上 EGFR 受体数量。i/制备EGFR胞内区蛋白的荧光标记抗体。分离获得EGFR胞内区，通过上文的方法制得有荧光标记的单克隆抗体。ii/取一定量的细胞，加入大量蒸馏水，使细胞涨破并分离细胞器与细胞膜。取一定量的细胞膜，分为实验组及对照组。实验组为通入含放射性的碳烟空气，对照组为等时间、等流量通入的普通空气，一段时间后加入EGFR胞内区蛋白抗体。显微下观察荧光并标记位置，检测标记位置的放射性强度。统计实验组一个细胞高放射性点的数量，即碳烟EGFR复合体数量。统计实验组与对照组细胞膜上的荧光标记数量。即EGFR数量。 实验D：探究碳烟对细胞内 Ras、Akt 等酪氨酸蛋白激酶介导的信号通路中的蛋

30、白含量的影响。i/制备实验组I及对照组I。ii/制备荧光标记的通路蛋白抗体。iii/ 加入抗体培养一段时间后，加入大量蒸馏水，使细胞吸水胀破，分离得到胞浆溶液。iv/显微观察实验组及对照组的荧光数量。若实验组数量大于对照组，即证明碳烟使 RTK 通路过度激活，细胞周期加快，抑制凋亡。2.3.4. JAKSTAT 信号通路异常 JAKSTAT 通路主要由细胞因子（如白介素27，EGF，INF）激活，在正常细胞中，该信号通路激活后对 STAT 的激活是快速且短暂的，受体内吞为关闭方式之一。当碳烟与细胞因子形成复合体时，由受体介导内吞作用，但由于配体被碳烟外壳的保护并形成大的颗粒结构，无法降解配体，

31、所以只能依靠JAK/STAT信号通路激活诱导表达的细胞因子信号转导抑制蛋白家族的负反馈调节关闭通路，导致关闭效率降低。 配体受体结合后引起受体分子的二聚化，当关闭效率降低时，与受体偶联的 JAK 激酶相互接近并通过交互的酪氨酸磷酸化作用而持续活化。JAK 激活后催化受体上的酪氨酸残基发生磷酸化修饰，继而这些磷酸化的酪氨酸位点与周围的氨基酸序列形成停泊位点，同时含有 SH2结构域的 STAT 蛋白被招募到停泊位点。之后，激酶 JAK 催化结合在受体上的 STAT 蛋白发生磷酸化修饰，持续活化的 STAT 蛋白以二聚体的形式进入细胞核内与靶基因结合，调控基因转录。13JAK/STAT 通路的持续激

32、活，使肿瘤细胞具有了免疫逃逸功能，降低机体对肿瘤细胞的免疫杀伤功能。 存在的问题。当受体介导的内吞作用减弱时，依靠JAK/STAT信号通路激活诱导表达的细胞因子信号转导抑制蛋白家族的负反馈调节关闭通路，此时关闭效率有多少降低，降低能使 STAT 蛋白持续活化的时间较正常相比相差多少，这些都有待进一步讨论。2.3.5.Hedgehog 信号通路异常 Hh 信号通路主要由Hedgehog配体（Shh）、跨膜蛋白受体 Ptch 和 Smo 和下游转录因子 Gli 蛋白等。在没有配体刺激下，Ptch 和 Smo 结合在一起，Ptch 抑制 Smo 的活性，此时信号通路失活状态。当出现Hedgehog配

33、体时，配体与受体 Ptch 结合后，解除了 Ptch 对 Smo 的抑制，引发 Smo 移向细胞表面，此时的Smo 引发下游信号，激活转录因子 Gli。当形成碳烟Shh 复合体时，由于碳烟与受体的作用，使得有相互结合的趋势，当碳烟Shh复合体时， Shh 与Ptc 结合后不能内吞入细胞使 Ptc 被降解，进而不能解除对 Smo 的抑制。在没有其他蛋白调控的情况下，使下游转录信号不能激活，抑制肿瘤的形成。 存在的问题。碳烟Shh 复合体被内吞的程度影响了 Smo的活性，进而影响转录。 实验E：探究碳烟对Hedgehog 信号通路活性的影响。利用荧光标记的抗原抗体反应，检测细胞表面 Smo 的数量

34、。i/制备荧光标记的 Smo 抗体。ii/取实验组I和对照组I，加入上步制备的抗体，培养一段时间后，观察荧光数量。若对照组数量高于实验组，即实验组细胞表面 Smo 数量减少，则证明碳烟降低了 Hh 通路活性。2.3.6. BMP信号通路及生长因子cyclin通路异常 BMP 是 TGF-超家族重要成员。若形成碳烟BMP 复合体，同上文所述， 导致 BMP、BMPR 过度表达，通路活化时间加长。当 BMP与受体结合后，BMPR2磷酸化 BMP1，活化的 I 型受体通过胞内区段的丝氨酸/苏氨酸激酶活性，磷酸化 R-Smad C 端的丝氨酸残基，并将信号进一步传给细胞内的 Smad，进而影响细胞转录

35、及增殖。过度表达的TGF-调节 CKI 的表达，影响细胞周期，同时，通过诱导一些转录因子的表达，促进了上皮间充质转化。 细胞周期调控机制的核心是CDK和cyclin 形成复合物，引起关键的靶蛋白发生磷酸化，促进细胞进入细胞周期。当形成碳烟CDK 复合体和碳烟cyclin复合体时，两个结构结合后，两个中空胶囊状碳烟形成结合结构，导致内环境内游离的 CDK 和cyclin 减少。通过负反馈调节，产生正常数量的两种游离的蛋白，其与两种碳烟复合体同时作用，形成超过正常数量的磷酸化，周期加快。 未受到生长因子刺激时，CKI 通过抑制 cyclinCDK 复合物的活性，使 Rb 保持去磷酸化状态，去磷酸化

36、的 Rb 与 E2F 形成复合物，阻断了 E2F 的转录活性。生长因子通过与其受体的作用，通过信号传递促进 cyclin 基因表达，cyclin 与相应的 CDK 结合为激酶复合物对 Rb 进行磷酸化；磷酸化的 Rb 释放 E2F，推进细胞周期。同上文所述，当形成碳烟生长因子复合体时，cyclin 基因过度表达，引起更多的 Rb 磷酸化，大量的 E2F 调控细胞周期。 存在的问题。当形成碳烟CDK 和碳烟cyclin复合物后，生物活性集团有多少能露在碳烟颗粒外面，引起靶蛋白磷酸化。 实验 F：同实验 D，利用荧光标记的抗原抗体反应探究碳烟对胞浆 CKI 含量的影响，若实验组少于对照组，则证明碳

37、烟抑制细胞周期抑制蛋白，细胞周期加快。 实验 G：同实验 B，利用荧光标记的抗原抗体反应及同位素标记探究在碳烟影响下 BMPR 的磷酸化情况。2.3.7.碳烟与PKC PKC可通过两种途径参与基因表达的控制。一种途径是蛋白激酶激活一个磷酸化的级联系统，使MAP蛋白激酶磷酸化，磷酸化的MAP蛋白激酶将基因调节蛋白Elk-1磷酸化，使之激活。激活了Elk-1与SRE结合，然后与SRF共同调节基因表达。另一种途径是蛋白激酶磷酸化并激活抑制蛋白I-B，释放基因调节蛋白NF-B，使之进入细胞核激活特定基因的转录。 PKC广泛分布于多种组织、器官和细胞，静止细胞中PKC主要存在于胞浆中，当细胞受到刺激后，

38、PKC以Ca2+依赖的形式从胞浆中移位到细胞膜上，此为激活的标志。PKC的活性依赖于钙离子和磷脂的存在，由于DAG能增加PKC对底物亲和力，所以只有DAG 的存在下，生理浓度的钙离子才起作用。PIP2在磷脂酶-C作用下水解生成DAG和IP3。IP3促进细胞内钙离子的释放，在激活PKC过程中与DAG起协同作用。 DAG，二酰甘油，一分子甘油与两分子脂肪酸酯化形成的甘油酯，是一种小分子量的分子，与碳烟颗粒的分子量相比相差很大，与碳烟中空胶囊状结构有一定的结构互补，且具有一定的疏水性及静电作用。从而，形成碳烟DAG 复合体，可能被碳烟完全包裹住，使得机体内的游离的DAG 大量减少。由于稳态的负反馈调

39、节，细胞产生正常数量的独立DAG，进而又形成碳烟DAG 复合体。由于 DAG 的分子量较小，结构较简单，导致DAG 数量的减少使得PKC 活性下降，从而影响了细胞核转录，影响细胞分化和增殖。 存在的问题。第一，由于二者形状结构相差较大，碳烟对 DAG 分子的包裹程度。第二，机体对碳烟DAG 复合体能否体现 DAG 活性，且能否发现复合体的 DAG 活性。 实验H：探究碳烟对PKC活性的影响。同实验 D，利用荧光标记的抗原抗体反应，检测PKC的数量。若对照组数量高于实验组，则碳烟使活性 PKC数量减少，降低了 PKC 活性。3.碳烟与肿瘤发展的关系3.1.碳烟与肿瘤细胞血管生长的关系 由上文RT

40、K 信号通路的异常可知，碳烟可以使得肿瘤细胞的 EGFR 等过度表达，导致 VEGF 高表达。VEGF 是一种很强的有丝分裂原，促进内皮细胞移动、增殖。同时，VEGF 可以改变血管内皮细胞的基因表达方式，有利于新血管生成及延长血管内皮细胞寿命。当 VEGF 与 VEGF-R 结合后，受体二聚化。若形成碳烟VEGF 复合体，同上文所述，配体受体复合物作用时间加长，下游信号持续激活，促进血管的形成，增加血管的通透性，促进营养物质进入，有利于肿瘤细胞生长和增殖。（实验、问题同上文 RTK 通路）3.2.碳烟与肿瘤转移的关系 肿瘤细胞的运动的促进与抑制与碳烟形成的复合体有关。许多因子可以促使肿瘤细胞运

41、动，这些因子影响肿瘤细胞表面受体的分布，通过改变受体与配体间的结合密度来协调细胞的黏附与去黏附的周期过程，调节细胞与细胞之间、细胞与基质之间的黏合。首先，若碳烟与能刺激肿瘤细胞生长、运动和侵袭的因子形成复合体，可能持续激活下游。其次，如上文所述，肿瘤细胞的生长因子高表达。故，碳烟对肿瘤转移是促进作用的。关于 MMPs 对 ECM 的降解作用。形成碳烟MMP 复合体，通过上文中所述机制，产生过量的 MMP，导致 ECM 的降解作用增强，促进肿瘤细胞的转移。 存在的问题。碳烟与运动、侵袭的因子及 MMP复合体一系列问题（同上文碳烟EGF 复合体。4.碳烟与肿瘤细胞死亡的关系 在细胞凋亡的过程中，T

42、NF 及其受体家族在细胞凋亡中起到关键作用。如上文所述，碳烟通过与 TNF 形成复合体，使TNF 与肿瘤细胞作用时间加长，促进了其凋亡。 同时，TNF 刺激，可诱导促坏死复合体 RIP1-RIP3的形成，从而活化多种坏死介质。在 mTOR 通路中，碳烟对生长因子的影响导致激活持续活化，抑制了细胞凋亡；在细胞自噬机制下，mTOR活化抑制细胞自噬，使肿瘤细胞无法应对代谢压力而死亡，具有拮抗作用。5. 从物理学角度考虑肿瘤组织的形成5.1.量子纠缠对肿瘤组织的形成的作用 肿瘤的发生于原癌基因的表达有关。当一个正常的原癌基因激活时，它就具备了转化为肿瘤细胞的能力。假设细胞内存在不同的种类的量子状态的结

43、构，这些结构能控制细胞的一些功能。应用量子纠缠理论，考虑这个量子态结构控制的是否可能是基因。若在细胞中一种量子态的结构，这些结构调控基因的选择性表达及细胞分化。当一个细胞的量子态结构使其分化表达为 A 类细胞时，通过量子纠缠效应，使与其纠缠的细胞也分化表达为 A 类细胞，从而形成由大量有特殊功能的细胞的组织，如上皮组织、结缔组织等。于是，可以从这个角度讨论一个肿瘤细胞通过其中的量子态结构使另一个细胞的量子态结构所控制的基因选择性表达发生变化，从而使正常细胞的原癌基因表达，导致其变为肿瘤细胞。5.2.电磁波对肿瘤组织的形成的作用 肿瘤可以说是一种细胞周期性疾病，其特征之一即为增殖迅速，由此使细胞

44、内的蛋白质、核苷酸、脂质、无机盐等含量及一些结构与正常细胞不同。肿瘤细胞的仅由糖酵解作用释放能量，使得与正常细胞的电子传递也不同。在细胞膜上的离子通道，会有相应的离子电流；在蛋白质分子和水中质子沿氢键链或环的定向运动产生质子电流；电子在线粒体、DNA 上的迁移，也会产生磁性；生物组织内中也有磁性的元素及化合物，几种金属都具有顺磁性而这些物质都具有自己不同的电磁特性。细胞内的电性多以偶极子方式呈现，肿瘤细胞内部的某些场的强度、热效应等物理指标与正常有区别。由此，在不断不均匀变化的电场和磁场中，由细胞产生并发生了微弱的电磁波，其中由 DNA 的电子迁移引起的电磁效应是较为重要的，其可能影响了基因的

45、选择性表达，同理由正常细胞 A转化的肿瘤细胞 A 的电磁波的各项指标会变化。 在上皮组织中，若正常细胞内的各物理量为a i，其表现了该细胞的生理状态，由于正常上皮细胞功能相似，ai也是相似的，而由正常细胞转化生成的肿瘤细胞，由于发生恶性增殖的途径不同，肿瘤细胞内部的结构及化合物含量亦不同。则记肿瘤细胞的 各物理量为bij。当两种细胞发出电磁波时，发生干涉效应，得到干涉后的电磁波的物理量不同于以前的两个。同时，各个细胞也在接受从外界来的电磁波等物理信息，影响这细胞内部生化反应。因此，应该对活性的正常生物组织、肿瘤组织及单个正常细胞、肿瘤细胞的电磁特性做探测。主要研究分析的内容有三点。(i=1,2,3