胃黏膜化生分子机制的研究进展

陈科，安方梅，占强

(南京医科大学附属无锡人民医院消化内科，江苏 无锡 214023)

国际癌症研究机构2018年发布的全球癌症新发病例统计数据显示，在全球范围内胃癌发病率在所有癌症中居第5位，病死率居第3位[1]。根据Lauren病理学分型，胃癌可分为肠型、弥漫型和混合型，我国肠型胃癌的发病率明显高于弥漫型胃癌和混合型胃癌[2]。胃癌的发生被认为是一个经历了数个不同程度病变阶段的渐进性过程，Correa[3]提出的“慢性非萎缩性胃炎-慢性萎缩性胃炎-肠上皮化生(intestinal metaplasia，IM)-异型增生-肠型胃腺癌”是目前被广泛认可的胃腺癌形成的主要模式。有研究统计，早期胃癌5年生存率高达90%以上，晚期胃癌5年生存率不足20%[1]，胃癌的早诊断、早治疗对于患者的预后至关重要。因此，充分认识胃癌癌前病变的形成过程及其发病机制，有助于胃癌的早期诊断与治疗、改善患者预后。本文着眼于胃癌癌前病变的化生阶段，对胃黏膜化生的发病机制和研究进展予以综述，其中包括了目前常见的IM以及解痉多肽表达性化生(spasmolytic polypeptide-expressing metaplasia，SPEM)，以期为胃癌癌前病变的研究提供参考。

1 IM

化生是指同一组织中一种分化成熟的体细胞类型被另一种分化成熟的体细胞类型所取代，而后者本身不存在于该组织中。通常，化生是由环境刺激诱发，微生物和炎症具有协同作用。化生被认为是低度异型增生的先兆，最终可发展为高度异型增生和癌[4]。研究表明，胃黏膜上皮壁细胞丢失会导致黏膜细胞化生，而肠型胃腺癌主要发生在壁细胞丢失和黏膜细胞化生的情况下[2]。

IM在胃体和胃窦均有发生，但主要发生于胃窦[5]。其组织学定义为正常胃黏膜中出现类似于肠腺的腺体结构改变以及原本只存在于肠道的特异性细胞(杯状细胞和帕内特细胞)[6]。IM的分子特征为尾型同源盒转录因子(caudal type homeobox transcription factor，CDX)1和CDX2的表达[6]。其分为两种类型：完全性IM和不完全性IM。其中，完全性IM在结构上类似于小肠腺，伴随胃黏蛋白(mucoprotein，MUC)1、MUC5AC、MUC6的丢失，同时出现具有刷状缘的嗜酸肠细胞、界限清晰的杯状细胞，偶尔可见帕内特细胞；不完全性IM又被称为胃型或混合型IM，其在结构上类似于结肠腺，通常同时表达胃MUC和肠MUC[4，6]。研究显示，与完全性IM相比，不完全性IM具有更强的增殖能力，被认为是IM病变中较高级的阶段，可能与胃癌的关系更为密切[6]。但目前完全性IM和不完全性IM之间是否存在相互转化尚不清楚，有待进一步研究。

1.1幽门螺杆菌(Helicobacter pylori，Hp)感染与IM发病 研究显示，Hp可引起慢性胃炎、萎缩性胃炎、IM和胃癌，其通过激活细胞毒素相关基因致病岛依赖的细胞内信号通路，诱导胃上皮细胞发生遗传和表观遗传学改变，最终以染色体不稳定性或微卫星不稳定性诱发胃癌[7]。细胞毒素相关基因A作为细胞毒素相关基因致病岛基因的一部分，其包含的3个多态性位点与不完全性IM的发生风险相关[8]。一项长达10年的前瞻性研究显示，感染Hp的患者的IM在根除Hp后逐渐出现逆转，且与从未感染Hp的对照组相比，根除Hp达5年后，胃黏膜IM的差异性消失[9]。可见，IM的发生与Hp感染存在相关性。

胃黏膜中的Hp感染可上调促炎细胞因子白细胞介素(interleukin，IL)-6的表达，参与胃肿瘤的发生过程[10]，IL-6可促进下游信号转导及转录激活因子3(signal transduction and activator of transcription 3，STAT3)的表达增加，通过IL6-STAT3-CDX2途经诱导IM的发生，从而诱导胃上皮细胞增殖和癌变[7]。此外，Hp诱导的炎症还可通过IL-8/STAT3磷酸化上调人无调同源物1(human atonal homolog 1，Hath1)的表达，同时抑制发状分裂相关增强子1的表达，进一步促进IM的发生[11]。体外细胞实验证实，IL-1β能够通过核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)相关通路促进人胃黏膜上皮细胞中CDX2信使RNA和蛋白的表达上调，提示IL-1β在IM发生中也发挥重要作用[12]。

骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins，BMPs)/母亲抗生物皮肤生长因子同源物4(mothers against decapentaplegic homolog 4，Smad4)通路是一种在正常肠道中被激活的通路，与肠道细胞的正常分化有关[7，13]。在伴随Hp感染的IM中，BMPs/Smad4通路有过度激活的现象存在，同时伴随CDX2的异常表达[13-14]。研究显示，BMPs/Smad4通路的激活对CDX2有直接、正向的调控作用，BMP2和BMP4通过Smad4上调CDX2的表达[14]，同时也可以减少CDX2的抑制剂性别决定相关基因簇2的表达，从而间接上调CDX2[13]，最终CDX2通过与MUC2的增强子序列结合增加MUC2的表达[7]。而BMPs/Smad4通路的靶向损伤会导致肠道分化的丧失[13]。因此，BMPs/Smad4通路的激活在建立及维持肠道或其他异常部位的肠道表型方面发挥积极作用。

Ras/促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)通路激活是Hp(特别是细胞毒素相关基因致病岛阳性菌株)感染胃上皮细胞的直接效应。研究显示，Hp感染的小鼠和Ras转基因激活的小鼠，其胃中形成长期存在的IM与Ras/MAPK通路激活有关[6]。

HpSlyD是一种与胃癌发生有关的蛋白，具有促进细胞增殖、恶性转化、侵袭及抑制凋亡的能力[15]，感染SlyD阳性的Hp菌株与萎缩性胃炎有关[16]。翻译控制肿瘤蛋白(translationally controlled tumor protein，TCTP)是在真核细胞中发现的一种高度保守的肿瘤相关蛋白[16]。绒毛蛋白1(villin 1，VIL1)是一种参与小肠微绒毛形成的结构蛋白，是CDX2的已知转录靶点，在IM中表达上调[16]。在IM形成过程中，Hp对胃中VIL1的诱导与ETS转录因子1(ETS transcription factor 1，ELK1)和血清反应因子(serum response factor，SRF)的激活以及ELK1和SRF协同结合到VIL1的近端启动子有关[17]。研究显示，HpSlyD通过TCTP介导的CDX2和VIL1的表达参与胃IM的发生[16]。可见，抑制HpSlyD-TCTP-CDX2/VIL1通路的激活可以作为干预Hp感染后IM形成的一个潜在方法。

1.2非Hp感染与IM发病 研究显示，Wnt/β联蛋白(β-catenin)信号通路通过CDX1或CDX2在建立和维持IM和癌变中发挥关键作用[7]。CDX1可诱导与干细胞相关的重编程因子Kruppel样因子5和婆罗双树样基因4的表达，Kruppel样因子5和婆罗双树样基因4可将胃上皮细胞转化为干细胞样细胞，再转分化为肠上皮细胞[18]，提示CDX1诱导的不完全型IM去分化干细胞可能在癌前病变的发生发展中起重要作用。

胆汁酸反流对IM形成过程中CDX2的激活有促进作用[19-20]。在胃上皮细胞中，胆汁酸相关性胃炎诱导微RNA(microRNA，miRNA/miR)-92a-1-5p表达上调，导致叉头框蛋白D1减少、NF-κB通路持续激活，进而促进CDX2转录和肠道分化。因此，miR-92a-1-5p可作为胃内化生演变过程中转录协调的调节因子[20]。对miR-92a-1-5p的阻断可能是逆转胆汁酸相关IM的一种可行方式。同时，胆汁酸可以激活法尼酯衍生物X受体(farnesyl X receptor，FXR)/NF-κB信号通路，通过FXR的调节使p50与CDX2启动子结合，进而诱导正常胃上皮细胞中CDX2和肠化生标志物MUC2的异位表达[19]。研究显示，人端粒酶反转录酶(human telomerase reverse transcriptase，hTERT)在IM中的表达水平明显高于正常胃黏膜，hTERT通过NF-κB通路与p65结合激活Kruppel样因子4的表达，从而激活CDX2启动子。此外，hTERT还可以通过促进p50与CDX2启动子的直接结合促进CDX2的表达[21]。

可见，Hp感染是导致IM发生、发展的重要因素，Hp感染机体后可通过激活下游信号通路促进胃黏膜病变。因此，有效阻断Hp感染是防止胃黏膜由炎症向化生甚至癌转变的重要措施。但不论是Hp感染因素还是非Hp感染因素，最终均可导致CDX1或CDX2的过度激活和表达，而CDX1和CDX2作为IM的特征性标志物，是导致IM发生的关键，故深入探讨其表达调控将为IM的精准干预提供有力的理论依据。

2 SPEM

SPEM是胃体黏膜中的另一种化生性病变[5，22]，其特征为三叶因子家族2(trefoil factor family 2，TFF2)在胃底腺基底的异位表达。TFF2也被称为解痉多肽，通常在胃窦和小肠的上皮细胞中表达丰富，在胃体的胃底腺颈部区域也有少量表达[22]。病理学上，SPEM细胞的形态类似于十二指肠Brunner腺体，位于胃底腺较深的区域[2，23]。在胃癌患者中观察到，SPEM几乎存在于所有肿瘤组织周围的非肿瘤性胃黏膜上皮中，且在大多数残胃癌患者的胃活检组织中也可见到SPEM[22]。而在感染Hp的蒙古沙鼠中也观察到，SPEM最初出现在胃小弯的中间区域，随后向胃大弯蔓延[24]。推测SPEM可能是较IM形成更早的一种化生类型，但具体机制尚不清楚。

2.1SPEM的细胞来源 在某些因素(如Hp)的作用下，正常胃底腺底部的主细胞逐渐消失，原本主细胞占据的位置被SPEM细胞所取代，故推测SPEM细胞可能是由主细胞转化而来，处于成熟状态的主细胞或许能够重新获得分化成其他细胞的能力[5]。在萎缩的胃黏膜中，胃底腺存在两种不同的增殖灶：①颈部的干细胞区域；②腺体底部的主细胞区域。成熟的主细胞可以直接转化为化生细胞，并表达TFF2，此过程被称为SPEM[25]。正常情况下，壁细胞除了分泌胃酸，也分泌一些重要的黏膜生长因子，壁细胞萎缩会直接导致这些生长因子丧失，从而诱导主细胞向SPEM细胞转变[5]。有病理学家提出，损伤可以导致已分化的细胞再次获得干细胞的分化能力[26]。研究显示，在其他器官(如胰腺)中，表达Mist1的腺泡细胞在损伤后重新获得了类似于干细胞的分化能力[25]。当对小鼠胃中的Mist1进行追踪时发现，Mist1在正常主细胞及SPEM细胞中均有表达，且两者具有同源性，进一步揭示了正常主细胞与SPEM细胞间的联系[5]。而在正常胃黏膜中，构成胃底腺的成熟细胞由位于腺体颈部的干细胞分化而来，且Mist1在颈部干细胞中也有表达，因此颈部干细胞也可能转化为SPEM[27-28]。为了排除颈部干细胞来源的影响，Radyk等[29]使用5-氟尿嘧啶阻断颈部干细胞的增殖分化，结果显示，在腺体底部仍存在SPEM细胞，说明主细胞可以在无颈部干细胞参与的情况下发育成SPEM。这一发现为SPEM是由主细胞转化而来提供了有力证据。另外，通过给小鼠腹腔注射他莫昔芬诱导的急性小鼠SPEM模型，在停药后可以观察到已经形成的SPEM细胞逐渐变回正常的主细胞，提示SPEM存在一定的可逆性[30]。

研究显示，当胃黏膜处于慢性Hp感染环境下，分泌胃酸的壁细胞发生萎缩，随着壁细胞的死亡，分泌消化酶的主细胞也陆续消失，取而代之的是表达TFF2的化生细胞，即SPEM细胞[24，29，31]。有学者将壁细胞和主细胞丢失的情况称为慢性萎缩性胃炎[31]，而引起慢性萎缩性胃炎的最常见原因为慢性Hp感染[32]。因此，有研究者提出SPEM是胃黏膜上皮细胞通过调控基因转录、改变细胞表型和组织结构，从而对损伤刺激(如慢性Hp感染)做出的适应性改变[22]。研究表明，胃组织中SPEM的存在与超过90%的胃癌密切相关[2]，在同时含有SPEM及IM的胃底腺区域，SPEM细胞出现在腺体较深的区域，而在腺体的管腔部分可以观察到IM细胞，由此猜测IM可能是从SPEM发展而来[23]。

2.2Hp感染与SPEM发病 研究显示，Hp主要通过黏附素血型抗原结合黏附素和唾液酸结合黏附素分别与宿主上皮的糖基化受体Lewis B和sialyl-Lewis X(sLex)结合而附着于胃上皮细胞[33]。在人的胃标本中，sLex的表达只存在于SPEM，并不存在于IM中。在SPEM中，sLex的表达上调，Hp通过唾液酸结合黏附素与sLex相互作用，进而深入胃底腺深部的SPEM腺体，从而使Hp在诱导SPEM的同时显著增加胃体定植[33]。Hp对SPEM的这一趋向特性有助于其在SPEM腺体部的聚集，可能在SPEM进一步进展过程中，甚至是在SPEM向IM转变过程中起关键作用。

SLFN(Schlafen)4作为GLI家族锌指蛋白1(GLI family zinc finger protein 1，GLI1)的靶基因，是一种与小鼠SPEM相关的髓系分化因子[34]。音猬因子是一种在壁细胞中高表达且与胃酸产生相关的信号因子[35]。对Hp感染的小鼠体内SLFN4的谱系追踪显示，在音猬因子信号因子及GLI1参与下，骨髓来源的SLFN4+细胞迁移到胃，在胃中表现为髓系来源抑制细胞，并获得了抑制T细胞增殖的能力[34]。在人类，表达SLFN12L的髓系来源细胞也有类似于小鼠体内表达SLFN4的髓系来源细胞的迁移过程[34]。研究显示，小鼠胃中SLFN4+细胞呈现高表达miR-130b的趋势，上调的miR-130b靶向抑制Cyld基因，Cyld对NF-κB具有负性调控作用，NF-κB通过直接与miR-130b启动子结合诱导其上调，从而形成miR-130b正反馈环路，进而促进SPEM的发生发展[36]。

2.3非Hp感染与SPEM发病 有关SPEM形成的机制及调控SPEM发生的信号通路，也是近年研究的热点。在小鼠胃上皮细胞中，Ras/MAPK通路的激活可导致胃黏膜的快速萎缩、小凹上皮增生和SPEM的形成及进展；对胃黏膜组织进行免疫组织化学染色显示，TFF2、GSII(Griffonia simplicifolia-II)凝集素和CD44v9均为阳性，而CDX1、CDX2免疫组织化学染色大多为阴性[37]。有研究通过在表达Mist1的主细胞中诱导Ras激活，不到1个月的时间就观察到主细胞分化为SPEM细胞，并在4个月内进展为IM[38]。MAPK激酶(mitogen-activated protein kinase kinase，MEK)是Ras/MAPK通路的中间环节，用MEK抑制剂抑制MEK两周后，可观察到IM的消退和正常胃黏膜细胞的重现[38]，表明MEK抑制剂可逆转胃黏膜化生的进展，为胃癌早期诊治靶点的研究提供了一个新的方向。

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是合成代谢和分解代谢过程的交汇点，其通过感知细胞内外营养物质的波动，调节细胞生长、代谢和存活[39]。在营养丰富的条件下，mTOR复合物1通过刺激生物合成途径和抑制自噬途径，抑制细胞分解代谢，促进细胞生长。有研究者对SPEM形成过程中主细胞的形态及分子学改变进行了探索，发现这一过程包括3个阶段：①外界对胃黏膜的损伤导致胃主细胞中mTOR复合物1活性降低，阻止细胞周期重新进入S期；②溶酶体/自噬体大量上调，增加了性别决定相关基因簇9等与损伤相关的化生基因表达；③mTOR复合物1重新激活，正常胃黏膜细胞再次进入细胞周期[40]。这一过程被称之为“paligenosis”，就像凋亡一样是一个基本的过程，发生于分化细胞，以促进胃黏膜损伤后正常细胞的再生[40]。

胃型紧密连接蛋白18(stomach claudin 18，stCldn18)是胃紧密连接的主要和必需的组成部分，其在胃炎和胃癌人群中的表达普遍减少。有学者对stCldn18基因敲除小鼠的整个生命周期进行分析，结果显示小鼠年轻时期即可形成SPEM，长期缺乏stCldn18会激活CXC趋化因子配体5的表达，促进Wnt信号通路下游的上皮-间充质转化，从而在没有Hp感染的慢性活动性胃炎下诱导胃肿瘤的形成[41]。另外，Notch信号通路与Wnt信号通路可协同调节胃干细胞的增殖和分化，且Notch的上调也参与了stCldn18基因敲除小鼠SPEM的发生，以及向胃肿瘤的进展[41]。

此外，巨噬细胞参与的慢性炎症环境在SPEM的发生发展中也发挥重要作用[42]。正常情况下，IL-33表达于黏膜细胞表面，当壁细胞丢失后，在胃体黏膜出现了表达IL-33的M2a巨噬细胞，刺激IL-13的释放，继而参与SPEM的发生发展[42]。对胆汁酸诱导小鼠模型的研究显示，巨噬细胞来源的外泌体可以作为细胞间相互作用的信使，而胆汁酸可能通过刺激巨噬细胞分泌外泌体促进胃SPEM的发生发展[43]。此前，胆汁酸已被证实可使胃黏膜发生IM样改变[20]。但在胆汁酸诱导的情况下，SPEM和IM之间是否存在联系仍有待进一步研究。

3 小 结

胃黏膜化生是重要的胃癌癌前病变，引起胃黏膜化生最常见的始动因素是由Hp引起的慢性感染，当然也包括其他非Hp感染相关因素的调控，目前主要的两种化生形式IM及SPEM均与这两大类因素有关。其中，CDX1及CDX2的过度激活是IM发生的关键，而SPEM的发生则与肿瘤相关信号通路的异常活化、炎症因子过度激活、免疫细胞的异常调节等直接作用相关，但有关IM及SPEM发病的具体机制尚未完全清楚，有待于进一步探索。另外，关于IM和SPEM这两者在胃癌发生过程中是否有一定的联系，也仍是未来研究的方向。