肠上皮化生癌变相关分子标志物的研究进展

庞丽兴,陆才金综述 颜新审校

胃肠上皮化生(intestinal metaplasia,IM)是指肠型腺上皮细胞替代胃黏膜上皮的病理改变,目前被公认为胃的癌前病变。尽管每年仅少数IM患者具有癌变的风险,但与肠上皮化生密切相关的肠型胃癌却是胃癌(gastric cancer,GC)的最常见表达形式。因此,对于所有肠上皮化生患者,均需进行长期随访。内镜筛查仍是公认的筛查及随访早期胃癌及胃肠上皮化生的首选方法,然而目前国内外并没有明确的肠上皮化生内镜随访标准及病理分类效用共识,如何对于IM进展的危险分层患者进行个体化的内窥镜监测是亟待解决的问题。近年来关于多种基因和细胞分子与肠上皮化生癌变分子机制的研究进展,有助筛选出肠上皮化生癌变的分子标志物,对肠上皮化生可能出现GC的患者进行早期预测、干预以及随访等发挥重要作用。文章就该领域研究的热点分子标志物作一综述。

1 抑癌基因蛋白——P53

一般认为P53点突变是胃黏膜肠上皮化生癌变过程中的一个重要因素。P53基因突变引起细胞生长和分化的调节机制失控,细胞出现持续分裂而引起癌变。国内外已有较多关于P53突变与IM、GC的研究。研究指出P53蛋白水平在正常胃黏膜—肠上皮化生—胃癌进展过程中随着疾病进展而增加。TP53突变在IM和胃癌中经常被检测到[1]。数据表明,突变的TP53在早期胃癌(I～II期)病例中的检出率为64.46%。突变P53蛋白的表达与Lauren分级、淋巴结浸润和癌细胞浸润血管直接相关[2]。但也有研究表明,TP53突变在肠上皮化生细胞中较少被发现,而在胃癌中很容易被检测到[3]。P53蛋白在不完全性大肠型肠化的表达强度>不完全性小肠型肠化,提示其表达与肠上皮化生的类型有关。而不完全型大肠型肠化生与胃癌关系更密切,是一种真正的癌前病变[4],提示P53有可能成为预测肠上皮化生癌变及早期胃癌的分子标志物。

2 肿瘤干细胞——人类嗅素蛋白4(OLFM4)

肿瘤干细胞是肿瘤细胞具有强大分化潜能及自我更新能力的根源,也是肿瘤起源、进展、预后和耐药的重要因素。研究认为肿瘤复发和转移多数由于残留的肿瘤干细胞在局部或远处存活,并进一步分化繁殖引起,从而影响手术效果。Van der Flier等[5]研究发现胃肿瘤干细胞中Lgr5表达阳性,其表达阳性与胃肿瘤的发生、进展为癌密切相关,而OLFM4(olfactomedin 4)可作为Lgr5阳性胃干细胞特异性标志物。OLFM4也称为人类嗅素蛋白4,由人类13号染色体(13q14.3)通过转录、编码510个氨基酸形成的蛋白产物[6],其含有一个由250个氨基酸构成的Olfactomedin结构域,分子量约为64 kD,是嗅觉介导素蛋白家族的一员。它是一类分泌性细胞外基质糖蛋白,其分布广泛,被发现部分分布于线粒体、细胞核,部分分布于细胞质和胞膜,是近年来新发现一种胃癌高特异表达基因[7]。在胃癌细胞中,OLFM4的致瘤作用可通过调整细胞周期促进增殖,调节细胞黏附影响肿瘤细胞侵袭转移、调整免疫功能、抗细胞凋亡等多种方法影响肿瘤的发生发展[7],同时,OLFM4与多个信号通路有关,如NF-KB、Wnt-B-catenin、Notch等信号通路[8]。OLFM4蛋白主要于食管、胃、胰腺、结肠、胆囊等部位的肿瘤高表达,在其他部位很少表达,因此也常被用于消化道肿瘤的研究。国内研究发现OLFM4蛋白在Ⅰ期和Ⅱ期以及高分化的胃癌组织中高表达,而在分化低、转移灶和中晚期肿瘤组织中低表达水平,同时,低表达患者较高表达的预后效果差[9],这与国外研究基本一致[10-11]。OLFM4蛋白在肠型胃癌及癌前病变的肠上皮化生组织中均高表达。提示肠上皮化生进展为肠型胃癌可能伴随着肿瘤干细胞的转化。同时Jang等[11]研究指出,OLFM4表达在正常胃黏膜中缺失,在肠化组织中及癌组织中增加,而且出现于胃肿瘤另一分子标志物CDX2表达之前。Oue等[10]研究指出,联合检查血清OLFM4和Reg4可提高检出胃癌的敏感度和特异度,以上均提示OLFM4可能作为早期发现肠上皮化生癌变的分子标志物。

3 HMG 盒转录因子(SOX2)、肠特异性转录因子(CDX2)

SOX2以转录因子形式特异结合DNA序列,调控组织的增殖发育、细胞分化方向,在肺癌、乳腺癌、胃癌等多种肿瘤的发生、发展中扮演重要作用。近年来,越来越多的研究发现,胃癌的发生、进展及预后与SOX2的异常表达相关。孙丹等[12]实验表明,SOX2在正常胃组织、肠上皮化生组织和异形增生组织中均较胃癌组织中高表达(P<0.05),表达阳性率分别为89.02%、76.38%、71.01%、64.98%。而在胃肠混合型胃癌及肠型胃癌中低表达。在弥漫型胃癌(71.54%)表达显著高于肠型胃癌(58.25%),认为SOX2对胃表型的维持起重要作用,可能与弥漫型胃癌的发生关系更为密切。CDX2为肠特异性转录因子,在胚胎发育时期即被检测出,参与肠细胞增殖、分化、黏附及维持肠表型。CDX2在正常情况下只在人小肠及结肠黏膜上皮表达,而不在胃黏膜上皮中表达,石淼等[13]研究发现中CDX2在慢性胃炎、IM和胃癌组织的表达率分别为6.7%、46.0%和26.7%,IM和胃癌组织中CDX2表达较胃炎组织中表达显著升高。同时随着IM患者肠化生程度加重CDX2表达加强,提示其可能与胃黏膜上皮化生的进展以及肠型胃癌的发生有关。CDX2是一个抑癌基因,在胃癌组织中高表达患者的预后较低表达好,上调的CDX2表达能抑制肿瘤的发展[14]。消化道检测发现SOX2和CDX2表达呈现负相关,SOX2在正常的食管和胃上皮细胞中表达阳性,而CDX2表达阴性。CDX2在小肠和大肠上皮细胞中表达阳性,而SOX2表达阴性[15]。在胃癌尤其是肠型胃癌中CDX2则显著升高而SOX2基本不表达,说明肠上皮化生及胃癌的发生发展及组织分型可能是SOX2与CDX2共同参与及决定的结果[15]。随着研究的深入,很多学者认为CDX2是肠上皮化生及癌变的早期敏感和特异性指标。

4 细胞增殖凋亡异常——Bcl-2基因

Bcl-2是目前研究较为广泛的与凋亡有关的癌基因,Tsujimoto等[16]最早在滤泡性非霍奇金细胞淋巴瘤患者发现Bcl-2基因,并命名为B淋巴细胞瘤/白血病-2,定位于18q21染色体,编码239个氨基酸的蛋白质(Bcl-2α,分子量26 kD)和205个氨基酸的蛋白质(Bcl-2β,分子量22 kD)。参与抑制细胞凋亡。而凋亡受损现在被认为是肿瘤发生的关键步骤。细胞是否应该存活或死亡很大程度上取决于Bcl-2家族的抗凋亡和促凋亡调节因子[17]。研究发现Bcl-2在正常胃黏膜中的腺颈部和胃小凹细胞等增殖状态的细胞内弱表达,提示 Bcl-2可能对增殖细胞进行生理保护作用使其免于凋亡,促进其分化成熟,调控正常胃黏膜细胞凋亡,而Bcl-2表达上调可延长肿瘤细胞存活时间[18]。国内学者研究胃癌及癌前病变Bcl-2的表达情况[19],发现由正常—浅表性胃炎—萎缩性胃炎—肠上皮化生—不典型增生—胃癌,在肠上皮化生之前,细胞凋亡指数逐级别显著增加,而之后,细胞凋亡指数则明显减少。细胞凋亡指数在不典型增生与胃癌之间无显著差异,Bcl-2蛋白却逐级显著增高,说明在肠上皮化生以后,细胞凋亡调控异常与Bcl-2密切相关,应从肠化开始进行临床防治。朱玉侠等[20]研究发现,Bcl-2在慢性萎缩性胃炎、肠上皮化生、异型增生、胃癌组的阳性表达率分别为54.44%、62.03%、80.00%、82.30%,胃癌组Bcl-2阳性和异型增生组的表达阳性率均显著高于慢性萎缩性胃炎组和伴肠上皮化生组。说明胃癌发展过程中的早期即可出现Bcl-2过表达,过表达的Bcl-2蛋白可抑制胃癌细胞凋亡,促进其发生发展。同时,Bcl-2 表达与胃癌的浸润深度、淋巴结转移无关,推断Bcl-2 可能与癌变前期过程有关,与肿瘤进展无关。Bcl-2可作为监测胃黏膜早期癌变的重要指标,但Bcl-2 与胃癌分型的关系仍存在争议。有学者认为Bcl-2蛋白在肠型胃癌的表达与弥漫性胃癌的表达有差异[21],另有学者却认为两者无明显差异[22],仍需进一步研究。

5 生长因子与受体表达异常——HER2、VEGF

HER2是Slamon等[23]在1987年研究乳腺癌时发现的原癌基因,在肾癌、乳腺癌、肺癌、胶质细胞等存在高表达或异常表达,HER2 的致癌活性主要是由于基因扩增。研究发现7.3%～20%的进展期胃癌存在HER2过表达或扩增[24]。HER2在早期胃癌亦存在HER2基因扩增,提示HER2基因扩增可能参与早期胃癌的肿瘤进展[25]。HER2在正常组织中表达阴性或弱表达,在被激活后参与PI3K/AKT、MAPK、NF-κB、MMPs、VEGF等多条信号通路,抑制细胞凋亡、改变细胞周期、调整宿主免疫力、诱导肿瘤血管形成和生长,促进肿瘤的发生发展,增加侵袭力[26]。研究表明,HER2在肠上皮化生组织中过表达[27],从IM组到胃癌组,HER2表达阳性率上升,提示其与肠上皮化生及胃癌的形成有关。血管内皮生长因子(VEGF)是目前研究中被认为刺激肿瘤血管生长从而导致肿瘤发展和转移的关键因素[28],VEGF可以提供血液促进肿瘤过度生长,上调血管内皮VEGF受体水平促进血管新生,介导不成熟的树突细胞引起免疫逃逸[28-29]。VEGF在正常胃组织、肠上皮化生、不典型增生以及胃癌中不断升高。在胃癌组织中较正常胃组织、肠上皮化生组织显著增高,均预示着肿瘤发生过程中血管生成发生了早期转换[30],提示检测VEGF有助于对胃黏膜癌前病变的进展、早期胃癌的筛查及诊断。

6 黎蛋白2(MUC2)基因

黏蛋白2(mucin2,MUC2) 基因由Gum等在1989年于小肠cDNA库发现,定位于染色体11ql5.5上,可编码分泌型MUC2黏蛋白。MUC黏蛋白是一类分子质量>200×103的糖基化蛋白质,在胃肠道、呼吸道、生殖道等上皮的细胞中具有润滑和保护上皮细胞的作用。此蛋白在胃肠道杯状细胞丰富表达,是肠型上皮细胞分化的主要标志之一[31]。杨嘉力等[32]研究表明,MUC2黏蛋白在浅表性胃炎中不表达,在肠上皮化生组织中表达阳性率最高,在上皮内瘤变组织中表达也较高,提示胃黏膜肠上皮化生与MUC2蛋白异常表达有关及MUC2可能参与了肠上皮化生癌变的过程。杨玉霞等[33]认为,胃黏液蛋白(MUC5AC和MUC6)的表达降低和MUC2的新生表达阳性的表达模式出现在幽门螺旋杆菌感染的癌前病变及胃癌个体中,提示MUC2可能是可靠的早期检测幽门螺杆菌感染引起癌前病变及胃癌的标志物。MUC2的表达与胃癌的分化程度及肿瘤转移有一定的相关性,MUC2阳性表达以高中分化居多,在淋巴结转移的胃癌中呈低表达,无淋巴结转移的胃癌中高表达,是胃癌预后良好的标志[34]。但亦有研究认为[35],MUC2表达与淋巴结转移、临床分期和胃癌的分型之间无关,肠化内MUC2蛋白与肠化分型无关,而肠化分型与肠化癌变关系密切。笔者认为MUC2能否作为肠上皮化生发生发展、早期癌变的分子标志物仍需进一步大样本研究。

7 人端粒酶逆转录酶(hTERT)

端粒酶由人端粒酶RNA、端粒酶相关蛋白和人端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase,hTERT)三部分组成,与其他两部分相比,hTERT更依赖于端粒酶活性并发挥限速作用调节端粒,端粒酶活性与细胞无限增殖紧密相关,在肿瘤发生、发展中具有重要作用[36]。因hTERT表达高低水平基本与端粒酶活性一致,目前检测端粒酶活性的指标常以hTERT表达水平衡量[36]。贺晓慧等[37]研究表明,hTERT在癌旁肠上皮化生组的表达阳性率显著高于非癌旁肠上皮化生组,阳性率分别为51.52%、10.81%。而且癌旁肠化组织阳性对应的癌灶也是阳性,癌灶阴性者其癌旁肠化亦均是阴性,提示肠上皮化生伴hTERT阳性者患癌的危险性增高。在胃黏膜癌变过程中,随着肠上皮化生及癌变程度加重,hTERT和端粒酶的表达强度均加重。hTERT在正常黏膜、慢性胃炎、肠上皮化生和肠型胃癌中的表达持续升高[38]。hTERT可通过激活NF-κB信号通路从而促进CDX2的表达,影响胃黏膜的肠化生的发生发展及癌变[39]。随着研究的进一步深入,hTERT作为肠上皮化生癌变的一个标志物可能具有广阔的应用前景。

8 DNA 甲基化(DNA methylation)

DNA的启动子甲基化较基因突变在肿瘤的中更易出现,是肿瘤中普遍存在的现象。甲基化常发生于富含核苷酸区域5’CpG岛,引起抑癌基因沉默,是细胞恶化的重要步骤。肿瘤细胞的增殖失控也与DNA修复、细胞周期调控、凋亡、转录调控基和信号通路调控等基因的甲基化有关。而且,癌变早期经常出现异常启动子甲基化,因此,CpG岛的甲基化可能成为预测早癌前病变进展及早期肿瘤的分子标志物。p16基因被认为是仅次于TP53的第二重要的肿瘤抑制基因。它具有与细胞周期蛋白抑制相关的生物学特性,并具有相应的抗增殖和肿瘤抑制活性[40]。

国内研究发现,p16基因甲基化较C-myc及hMLH1在肠上皮化生、轻中重度异型增生、胃癌组的发生率均升高,其中在肠上皮化生发生率为40.38%,在胃癌发生率高达93.75%。而且随着病理严重程度的递增[41]。国外研究也发现p16甲基化在萎缩性胃炎、肠上皮化生、不典型增生的发生率较浅表性胃炎升高,以不典型增生发生率最高[42]。此外,Niu等[43]研究发现,SOX2基因启动子区甲基化阳性率在轻度胃炎、轻度肠上皮化生及中重度肠上皮化生组逐步上升,而CDX2基因启动子去甲基化阳性率在3组阳性率逐步下降,二者属于负相关关系。同时,CDX2启动子在IM和胃肿瘤中都是去甲基化状态[44],提示CDX2去甲基化可能在肠上皮发生、发展为胃癌过程中发挥重要作用。提示上述基因DNA甲基化对于肠上皮化生癌变的预测及早期胃癌的诊断有重要意义。

综上所述,肠上皮化生的演化及癌变过程中有多种基因蛋白参与细胞凋亡、增殖及血管生成从而影响IM的发生、进展、癌变及预后等,相应的指标表达异常具有一定的警示价值。目前临床常用的用于评估肠上皮化生增殖程度、恶性转化预警指标如CDX2、P53、MUC2、HER2等,特异性较高,但各指标之间缺乏大样本临床对比分析数据,目前仍未作为常规的肠上皮化生早期癌变的检测手段。其余指标临床运用相对较少,基本停留在科研方面,可能与指标的敏感度、特异度仍有争议及缺乏大样本的临床研究有关。肠上皮化生属癌前疾病,特别是不完全型大肠上皮化生容易向恶性转化,应积极寻找最具临床意义、结果更可靠、诊断价值更高分子生物学指标监控IM进展的危险分层患者,提高对肠上皮化生病理特征的认识,积极预防及减少其癌变从而降低GC患者的发病率,提高生存率。