AFA-Rapport: Innebär lågdosexponering för kvarts en cancerrisk?
Detta projekt har sin upprinnelse i en litteraturgenomgång inför skrivandet av en
kunskapssammanställning och ett kriteriedokument on kvarts-risker, där PI och en av medarbetarna
(JH) medverkade. Det framgick av dåtidens litteratur att höga doser kvartspartiklar behövdes för att
inducera DNA-skada i epitelceller medan betydligt lägre doser behövdes för att aktivera
inflammationsceller. Detta tolkades som att kvartsorsakad lungcancer, som beror på DNA-skada i
epitelceller, initierades av aktiverade inflammationsceller som sedan gav upphov till DNA-skada i
epitelceller. Den från epitelceller utgående cancerbildningen stimulerades dessutom av
inflammationscellernas stimulering av proliferation av de DNA-skadade epitelcellerna. Denna
hypotes framfördes bland annat av IARC år 2012 (1). IARCs bedömningar av carcinogener är mycket
inflytelserika, men just när det gäller kvarts bygger mekanismtänkandet på bräcklig grund. Ett
problem har nog också varit att den föreslagna mekanismen för kvarts-orsakad lungcancer kan tolkas
som att kronisk inflammation, d.v.s. silikos i kvartsfallet, alltid föregår cancerutveckling. Med andra
ord, kvarts-orsakad lungcancer skulle kunna ses som ett följdtillstånd till silikos. Detta synsätt har nog
bidragit till att riskhanterare bortsett från cancerrisker med kvarts, då ju ganska få fall av silikos
diagnosticeras nu för tiden.
En annan bakgrundsfaktor är att US och JH gjorde en genomgång av AFAs yrkescancerfall i ett
tidigare AFA-projekt, och att vi inte fann sådana fall som tillskrivits kvarts som enskild riskfaktor.
Detta var anmärkningsvärt med tanke på att hög kvartsexponering är ganska vanlig i yrkeslivet. Vi
drog slutsatsen att även AFAs bedömare litade på den mekanistiska förklaringen ovan och drog
slutsatsen ett kvartsorsakade cancer uppkommer som en följd av silikos.
Fortsatt litteraturstudier gav vid handen att nytillkomna studier utmanade den av IARC antagna
uppkomstmekanismen, och därmed också resonemang om vilken roll t.ex. kronisk inflammation och
silikos spelar för canceruppkomsten (2). Vidare var det angeläget att ta upp frågan om cancer kan
uppkomma vid lågdosexponering, då det kunde misstänkas att många gärna tolkar IARCs
förklaringsmodell som tecken på att bara höga exponeringar leder till cancer. Det var därmed
angeläget att starta detta projekt.
Tre delprojekt angavs i ansökan:
1. Förväntat antal fall av kvartsrelaterad cancer i Sverige.
2. Genomgång av senaste årens yrkesrelaterade cancerfall.
3. Mekanistiska studier; kan ”silikosmekanismen” kopplas till cancer?
Delprojekt 1 har rapporterats tidigare och medskickas. Rapporten anger att ca 100 lungcancerfall kan
tillskrivas kvartsexponering. Denna siffra ger ju en helt annan bild än den som vi fick vid genomgång
av AFAs fall. Vi tolkar det återigen som ett tecken på att kvarts cancerrisker är klart undervärderade
även av sakkunniga. När det gäller delprojekt 2 har vi på nytt gått igenom våra anteckningar från den
tidigare genomgången av 200 cancerfall som av AFA klassats som yrkesrelaterade. Vi har utvärderat
om kvarts övervägts av sakkunniga som ensam orsaksfaktor för lungcancer. Vi finner dock inga
sådana fall och detta förstärker vår slutsats från delprojekt 1. Dessa data har ännu ej publicerats,
men lämpar sig snarast för en debattartikel i t.ex. dagsmedia.
Delprojekt 3 baseras på experimentella studier. Dessa har sammaställts till ett manuskript som
medsändes. Manuskriptet kommer att insändas för publicering i samband med denna
slutrapportering (2). Vi har använt cellinjer från epiteliala lungceller och mätt inflammationsmarkörer
och DNA-skada efter kvartsexponering. Vi har använt väl definierade kvartspartiklar i doser som är
lägre en dem som användes i de artiklar som låg till grund för IARCs förklaringsmodell. Vi finner att
epitelceller är betydligt känsligare för DNA-skada än som tidigare visats. DNA-skadorna föregås av
aktivering av en central inflammationsmarkör (NLRP3), som alltså inte bara uttrycks i
inflammationsceller utan också i epitelceller. Detta var inte oväntat, men en total nyhet är att vi visar
att inflammationsmarkören och enzymet autotaxin (ATX) har en central roll för kopplingen mellan
inflammation och DNA-skada.
Vi visar att ATX aktiveras av ATM, som är en komponent i cellens svar på DNA-skada. ATXaktiveringen leder i sin tur till att ATX frisätts från cellen och bildar signalsubstansen LPA som aktivera
P2X7 via frisatt ATP. Detta leder till förnyad aktivering av NLRP3 och förnyad DNA-skada (se Fig 1).
Som framgår av Fig 1 bildar ATM- ATX-LPA en loop som förstärker den initiala effekten av tillsatt
kvarts. Man kan också tänka sig ATX och LPA påverkar närliggande epiteliala celler och på så sätt
sprider inflammationen med åtföljande DNA-skada. Denna förstärkningseffekt gör kvarts till en
effektiv inducerare av DNA-skada, och allmänna resonemang om carcinogener anger att effektiva
DNA-skadliga ämnen också är effektiva carcinogener.
silica
ATP
LPA
ATX
p2x7
ROS
NLRP3
Inhibited
DNA repair
DSB
ATM
Figur 1. Bilden visar en cell vars cellmembran anges av den ovala dubbellinjen. Kvarts aktiverar på
ett ännu oklart sätt P2X7 i cellmembranet. Detta leder till bildning av ”reaktive oxygen species” or
”ROS” som aktiverar inflammasomen NLRP3. Litteraturuppgifter, som stöds av våra data, anger att
NLRP3 inaktiverar DNA-reparationsenzymer och detta leder till ackumulering av DNA-skada (dvs
”dubbel strand breaks” eller ”DSB”). DSB aktiverar i sin tur ATM som aktivera ATX genom att ATX
utsöndras från cellen. Utanför cellen i blod eller i luftrörslumen kan ATX bilda LPA, som är en
signallipid som binder till receptorer på cellytan. Detta kan leda till cellproliferation, men också till
att ATP utsöndras från cellen. Sedan länge är det känt att ATP aktiverar P2X7, och våra data anger
att den ”loop” som frisatt ATX bildar (streckade pilar) ökar DNA-skadan. Förstärkningen markeras
av dubbla pilar. För enkelhetens skull visar bilden en förstärning i samma cell som kvarts-partikeln
angriper, men man kan också tänka sig att loopen medengagerar grannceller och på så sätt sprider
DNA-skadan till angränsande celler.
En ytterligare mekanistisk detalj är att studier av andra kristaller (mono-urat-kristaller) talar för att
NLRP3-aktivering hämmar DNA-reparation (3). I våra studier har vi inte direkt tittat på detta, men
indirekt får vi indikationer på så även sker vid kvartsaktivering av NLRP3. Andra studier har visat att
någon av de DNA-reparationsenzymer som inaktiveras mono-urat-kristaller (t.ex. BRCA 1 (3)) kan
leda till genomisk instabilitet vid cellproliferation (4). En hypotes som vi skall testa i framtida
fortsättningsprojekt är att den cellproliferation som kan framkallas av ATX skulle kunna leda till
genetisk instabilitet genom hämmad DNA-skadereparation (2).
En förändring, som kanske delvis beror på det specifika sätt med vilket kvarts DNA-skada förstärks, är
bildningen av DNA-innehållande blåsor på cellens kärna. Liknande blåsor har tidigare observerats i
genetiskt manipulerade celler och då angetts som led i en DNA-skade-beroende immunologisk
aktivering (5). De blåsor vi ser i kvarts-exponerade celler tror vi därmed är relaterat till det
förhållandet att kvarts inte bara ger silikos och cancer utan också ger autoimmunitet. Kvarts har t.ex.
förknippats med reumatoid artrit (6, 7), intressant nog en sjukdom där ATX antas spela en roll (8). Vi
tror därmed att våra resultat kan ange en riktning för fortsatta studier som leder till en förståelse av
kvarts förmåga att orsaka autoimmunitet.
Som framgår av det medsända manuskriptet bygger denna sammanfattning på en rad experiment
med olika celltyper och med användandet av många olika typer av tekniker som kompletterar eller
bekräftar varandra. Vi har också använd många andra ämnen än kvarts för att bekräfta effekterna av
kvarts. Sammantaget ger våra data en robust bild av händelseförloppen i en cell.
Vi planerar fortsättningsstudier. Dels vill vi bekräfta att ATX aktiveras av kvarts i lunga på
kvartsexponerade individer. Vi är i färd med att ta kontakt med forskare i USA som nyligen beskrev
kraftiga progressiva silikotiska förändringar hos gruvarbetare i Appalacherna (9). Vi hoppas att i
samarbete med dessa forskare kunna visa ökat ATX-uttryck i kvartsinnehållande lungor. En annan
fortsättning är att i samarbete med Lars Alfredsson, IMM, KI, kvantifiera ATX i blod från
kvartsexponerade reumatiker. Dels kan sådana studier ge belägg för att kvartsexponering aktivera
ATX i blodbanan, dels kan de stärka bilden av ATX som en mekanistisk koppling mellan
kvartsexponering och reumatoid artrit. Slår detta väl ut talar det för att ATX kan bli en mycket
användbar biomarkör för riskfylld kvartsexponering.
Sammanfattningsvis ger våra resultat följande slutsatser.
Behovet av upplysning kring kvarts som en potent carcinogen är stort. Okunskap eller feltolkningar av
tidigare data kan ha bidragit till ett bristande intresse. Arbetsmiljöverket lär vara i färd med att sänka
gränsvärdet för kvarts och det är mycket angeläget att så sker och att sänkningen blir stor. De nyligen
publicerade fallen med snabbt progredierande pneumoconiosfallen (9) kommer sannolikt också att
bidra till ett ökat intresse för kvarts som hälsorisk.
Våra experimentella data talar för att kvarts skall betraktas på samma sätt som andra carcinogener,
d.v.s. som riksfylld ner till mycket låga doser. Någon nedre gräns för cancereffekt kan ej anges i
dagsläget, men vi tror att fortsatta studier av den mekanism vi beskrivit i detta projekt bör kunna
leda till en klarare bild av den lägsta dos som ger skadliga effekter. Sannolikt är den som är känsligast
också den som leder till cancer. Man kan också anta att den också leder till silikos, och således att
cancer och silikos uppkommer parallellt, även om cancer är mer sällsynt därför att en stark
slumpfaktor har stort inflytande.
Förhoppningsvis kan vidare studier ge en biomarkär för riskfylld kvartsexponering och förståelse för
hur kvarts orsakar autoimmunitet.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
IARC (2012) Arsenic, metals, fibres, and dusts. IARC Monogr Eval Carcinog Risks Hum 100(Pt
C):355-407.
Zheng H, Högberg J, & Stenius U (2016) ATM-activated autotaxin (ATX) propagates
inflammation and DNA damage induced by low doses of silica particles in lung epithelial cells.
manuscript to be submitted.
Licandro G, et al. (2013) The NLRP3 inflammasome affects DNA damage responses after
oxidative and genotoxic stress in dendritic cells. Eur J Immunol 43(8):2126-2137.
Yakovlev VA (2013) Nitric oxide-dependent downregulation of BRCA1 expression promotes
genetic instability. Cancer Res 73(2):706-715.
Lan YY, Londono D, Bouley R, Rooney MS, & Hacohen N (2014) Dnase2a deficiency uncovers
lysosomal clearance of damaged nuclear DNA via autophagy. Cell Rep 9(1):180-192.
Stolt P, et al. (2010) Silica exposure among male current smokers is associated with a high
risk of developing ACPA-positive rheumatoid arthritis. Ann Rheum Dis 69(6):1072-1076.
Blanc PD, Jarvholm B, & Toren K (2015) Prospective risk of rheumatologic disease associated
with occupational exposure in a cohort of male construction workers. Am J Med
128(10):1094-1101.
Nikitopoulou I, et al. (2012) Autotaxin expression from synovial fibroblasts is essential for the
pathogenesis of modeled arthritis. J Exp Med 209(5):925-933.
Cohen RA, et al. (2016) Lung Pathology in U.S. Coal Workers with Rapidly Progressive
Pneumoconiosis Implicates Silica and Silicates. Am J Respir Crit Care Med 193(6):673-680.
