食管癌的主要發(fā)病因素及其機制

杜娟+鄔麟+陳柏林+羅以

[摘要] 食管癌是消化系統(tǒng)中最常見的惡性腫瘤之一，具有高發(fā)病率，高侵襲性以及預后差等特點。過去大量的研究發(fā)現(xiàn)多重因素增加了食管癌的發(fā)病風險。這些因素主要包括吸煙酗酒、不合理的飲食、巴雷斯特食管癥和基因突變等。本文將對這些因素是誘導食管癌發(fā)生的機制進行深入的探討。

[關鍵詞] 食管癌；吸煙酗酒；不合理的飲食；巴雷斯特食管癥；基因突變

[中圖分類號] R735.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）03（a）-0040-05

Inducing factors of esophagus cancer and the underlying mechanisms

DU Juan1， WU Lin CHEN Bolin LUO Yi

1.University of South China， Hu'nan Province， Hengyang 421000， China； 2.Second Department of Thoracic Medicine， Hu'nan Cancer Hospita， Hunan Province， Changsha 410000， China； 3.Department of Head and Neck Medicine， Hu'nan Cancer Hospital， Hunan Province， Changsha 410000， China

[Abstract] Esophagus cancer is a common malignent tumor in digestive system， with characteristics of high incident， high invasive capacity and poor prognosis. Numerous researches find that tumorigenesis of esophagus cancer is the results of various factors， including smoking， alcohol abuse， unhealth diet， Barretts esophagus disease and gene mutation. This review discusses mechanisms by which these factors induce the tumorigenesis in detail.

[Key words] Smoking； Alcohol abuse； Unhealth diet； Barrett's esophagus disease； Gene mutation

食管癌是消化系統(tǒng)中最常見的惡性腫瘤之一，具有高發(fā)病率，高侵襲性以及預后差等特點。即使腫瘤被成功切除以后，患者3年和5年存活率均只有6%～35%[1]。在2012年，全球約有456 000人被診斷出患有食管癌，400 000人死于食管癌。在美國，2013年食管癌的新發(fā)患者數(shù)為17 990，同時約有15 210名患者死于食管癌。食管癌在男性癌癥致死率中排第5位，在女性癌癥致死率中排第7位。食管癌主要由鱗癌和腺癌構(gòu)成，其中鱗癌占70%[2]。流行病學研究顯示這兩種癌有明顯的地域性差異，黃種人和黑人好發(fā)食管鱗癌，而食管腺癌多發(fā)于白人[2]。由于食管癌的早期癥狀不明顯，因此診斷出食管癌時，其已多位于晚期。中晚期食管癌患者通常伴有吞咽困難等癥狀。疾病發(fā)展到這個階段，多余50%的患者有淋巴結(jié)節(jié)點轉(zhuǎn)移。食管鱗癌是侵襲能力很強的癌癥，通常伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和腫瘤入侵鄰近器官，甚至是在食管癌的早期階段。食管癌在術后的復發(fā)率較高，這直接影響了患者的預后和生存率[3]。導致食管癌發(fā)生的因素有很多，這主要包括吸煙喝酒、不合理的飲食、巴雷斯特食管癥和基因突變等因素。本文將對食管癌產(chǎn)生的因素及其機制進行深入的探討。

1 長期吸煙酗酒與食管鱗癌的發(fā)生

流行病學研究顯示有長期吸煙喝酒史的人患食管鱗癌的概率明顯增高。Talukdar等[4]通過對有吸煙習慣的食管鱗癌患者的研究發(fā)現(xiàn)長期吸煙與多種抑癌基因啟動子區(qū)域高度甲基化呈顯著正相關。抑癌基因啟動子區(qū)域高度甲基化將導致抑癌基因表達水平下降，進而促進癌癥的發(fā)生。異常的DNA甲基化有可能影響癌癥發(fā)生相關信號通路，包括那些調(diào)控細胞周期，DNA損傷修復，以及Wnt、TGF-β和NF-κB介導的信號通路。煙草中含有4-（N-甲基-N-亞硝胺）-1-（3-吡啶基）-丁酮[其也被稱之為尼古丁亞硝胺酮（NNK）]和苯并（α）芘。這些物質(zhì)能夠調(diào)節(jié)基因甲基化。研究發(fā)現(xiàn)NNK能誘導小鼠和老鼠肝臟和肺部腫瘤中多種腫瘤抑制基因的甲基化[5]。另一項研究在人肺癌中發(fā)現(xiàn)NNK抑制了DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMT1）的分解，使其在細胞核內(nèi)聚集，誘導腫瘤抑制基因啟動子的甲基化[6]。苯并（α）芘及其衍生物苯并（α）芘二醇環(huán)氧化物（BPDE）已經(jīng)被證明可以誘發(fā)抑癌基因（如在P53和KRAS基因）的突變。還有研究表明，BPDE通過調(diào)控DNA（胞嘧啶-5）甲基轉(zhuǎn)移酶3α （DNMT3A）誘導RARβ2啟動子區(qū)域甲基化[7]。脆性組氨酸三聯(lián)體基因（fragile histidine triad，F(xiàn)HIT）啟動子的甲基化也與吸煙有顯著相關性。FHIT功能的抑制，增加了基因組不穩(wěn)定性和癌癥的發(fā)生和發(fā)展。mutS homolog 3（MSH3）基因甲基化水平在吸煙人群中也有顯著升高。MSH3是一種DNA錯配修復蛋白。MSH3的甲基化水平升高將抑制MSH3的功能，導致DNA錯配的幾率升高，增加癌癥發(fā)生的風險[8-9]。

眾多研究證實酗酒容易導致食管鱗癌的產(chǎn)生，并且酗酒導致食管鱗癌的產(chǎn)生概率高于酗酒導致其它癌癥產(chǎn)生的概率[5]。在肝臟，乙醇脫氫酶（alcohol dehydrogenase enzymes，ADH）誘導乙醇被氧化成乙醛。乙醛的破壞作用能導致體內(nèi)S-腺苷甲硫胺酸、葉酸和甜菜堿的缺乏，進而導致了體內(nèi)甲基含量的不足[10-11]。體內(nèi)甲基的缺乏使得體內(nèi)一些致癌基因的甲基化水平降低，進而導致癌癥的發(fā)病率增加。有意思的是，酗酒也能導致抑癌基因的甲基化水平的升高，但是目前仍不清除導致這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。有報道稱酗酒能導致SRY盒包含基因17（SRY-box containing gene 17，SOX17）的甲基化水平升高[12]。甲基化的SOX17進而促進Wnt信號激活。經(jīng)典的Wnt信號途徑參與許多生物過程，包括胚胎發(fā)生和致癌作用。異常激活的Wnt/β-catenin信號通路可以促使Myc基因，細胞周期蛋白D1基因和其他下游基因的過表達，進而促進細胞的增殖，發(fā)揮致癌作用。SOX17甲基化水平的升高和表達水平的降低也常常預示著食管鱗癌預后不良[13]。

2 飲食與食管腺癌的發(fā)生

薈萃分析（Meta-analyses）顯示多吃水果能使食管腺癌發(fā)病率降低27%，多吃蔬菜也能使其降低24%，多吃水果和蔬菜能使之降低32%[14-15]。水果和蔬菜含有多種潛在抗癌物質(zhì)，如維生素、礦物質(zhì)、纖維和其它植物化學物質(zhì)，它們可以抑制炎癥的產(chǎn)生，防止氧化應激，同時能抑制細胞的增殖或促進細胞凋亡。研究顯示某些維生素（如維生素E和維生素C）、類胡蘿卜素和礦物質(zhì)（如硒）能抑制自由基對DNA的氧化損傷，降低自由基對細胞膜的傷害，防止脂質(zhì)過氧化反應[16]。食管癌的發(fā)生通常涉及到細胞DNA的損傷。薈萃分析顯示補充β胡蘿卜素和維生素C可使食管腺癌的發(fā)病率分別降低54%和51%[17-18]。補充維生素E也能降低食管腺癌的風險，但是不同實驗的研究結(jié)果差異較大，其降低食管腺癌的風險從10%～87% 不等[17-19]。之前的研究報告顯示補充適量葉酸降低30%～52%的食管腺癌的發(fā)病風險。一項針對愛爾蘭人的病例對照研究顯示補充適量維生素B6減少了60%食管腺癌的風險，但是補充B12可使食管腺癌的風險增加近4倍[20]。硒的攝入量對患食管腺癌的發(fā)病風險存在較大爭議。澳大利亞和愛爾蘭的病例對照研究均表明硒的攝入使食管腺癌的風險降低了15%～20%[21-22]。荷蘭的病例對照研究通過考察趾甲中硒的水平和食管腺癌的發(fā)病率得出硒能使食管腺癌的風險降低24%，但用同樣的方法，愛爾蘭的一項研究卻發(fā)現(xiàn)趾甲中硒的水平和患食管腺癌之間沒有顯著相關性[23-24]。另有研究顯示血清中硒濃度的升高使患食管腺癌的風險增加40%[25]。導致這種研究結(jié)果的差異可能與不同的研究方法和的研究不同的人群有關。膳食中鋅攝入不足有可能提高食管鱗癌的風險。老鼠采食低鋅飼料（鋅含量低于3 mg/kg）5周表現(xiàn)出食管上皮增生[26]。食用低鋅飼料23周后，與癌癥相關的炎性反應增強，如果此時暴露在低劑量的環(huán)境致癌物n-甲基芐基亞硝胺中，小鼠將發(fā)生食管癌[27]。

長期食用含有高碳水化合物的食物可以刺激胰島素和胰島素樣生長因子1的大量分泌，進而促進細胞增殖和抑制細胞凋亡，增加癌癥發(fā)生的風險[28-29]。美國最近的一項研究顯示糖（或碳水化合物）攝入量過高將使食管腺癌的發(fā)病風險增加62%[30]。長期食用含有高碳水化合物的食物可能導致慢性高血糖和高胰島素血癥。肉的長期大量攝入也與食管腺癌的發(fā)病率呈正相關，尤其是食用熏制和高溫燒烤的紅肉。紅肉中的鐵和脂肪均是誘導食管腺癌發(fā)生的危險因素。研究發(fā)現(xiàn)紅肉中的血紅素鐵能使食管腺癌的發(fā)病率增加47%～211%，這可能與鐵能增加體內(nèi)氧化應激的發(fā)生有關[31-34]。此外熏制和高溫燒烤使紅肉中的亞硝酸鹽/硝酸鹽、雜環(huán)胺和多環(huán)芳烴等致癌物質(zhì)顯著增加，這進一步增加了食管腺癌的發(fā)病風險。多吃魚被發(fā)現(xiàn)能降低食管腺癌的發(fā)生（大概能降低14%）。

3 巴雷斯特食管癥

巴雷斯特食管癥（Barrett's esophagus）是誘導食管腺癌發(fā)生的一個重要因素，同時也是食管腺癌的癌前病變，因此巴雷斯特食管癥對預測食管腺癌的發(fā)生有重要意義。大多數(shù)的巴雷斯特食管癥是由于胃酸和膽汁逆流進入食管產(chǎn)生。學者[35]2016年通過手術誘導小鼠膽汁/胃酸反流進食管構(gòu)建巴雷特食管模型，和食管腺癌模型。巴雷斯特食管癥最顯著的特征是食管黏膜的鱗狀上皮細胞被柱狀上皮細胞所取代，同時在上皮細胞之間出現(xiàn)腸胃型的杯狀細胞，這使得食管上皮的生理功能發(fā)生了顯著變化。巴雷斯特食管癥中存在著食管上皮細胞發(fā)育不良或畸形，異常增生，這些細胞最終可發(fā)展成為食管腺癌。據(jù)統(tǒng)計，有2～4%的巴雷特食管患者一生中有可能發(fā)生食管腺癌。

胃酸和膽汁可誘導食管組織中氧化應激的產(chǎn)生，氧化應激能破壞細胞中的DNA。用膽汁酸處理食管上皮細胞可導致細胞中8-羥基脫氧鳥嘌呤核苷和磷酸化的組蛋白p-H2AX（S139）顯著上升，這兩者分別是DNA氧化損傷和DNA雙鏈斷裂的特征性指標[36]。由于自由基具有很強的氧化性，自由基不僅能導致DNA損傷（如DNA脫氧核糖的改變和DNA雙鏈斷裂），還能誘導細胞膜的損傷，破壞細胞中蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和碳水化合物等大分子物質(zhì)。氧化應激還可誘使細胞內(nèi)信號紊亂。例如氧化應激可使增殖蛋白激酶（MAPKs）家族中c-Jun和p38過度激活。這些信號通路被證實與細胞的生長、分化、存活和死亡有重要聯(lián)系，因而這可能是氧化應激誘導癌癥發(fā)生的重要機制。

腸上皮細胞的一個重要的特點是其為腸道細菌的定殖提供了許多有利的條件，而這些細菌反過來影響腸細胞的發(fā)育和腸道黏膜免疫系統(tǒng)功能。在巴雷斯特食管癥中，食管上皮的鱗狀上皮細胞開始向柱狀上皮細胞轉(zhuǎn)化，因此有學者認為食管上皮此時開始向類似于腸道上皮轉(zhuǎn)化，并且食管上皮的生理功能也變得類似于腸道上皮的生理功能，這為多種細菌定植于食管奠定了基礎[35]。有研究在食管活檢中發(fā)現(xiàn)鏈球菌、普氏菌和韋永球菌屬是食管中最普遍的菌屬[37-38]。研究人和小鼠食管癌組織樣本發(fā)現(xiàn)，食管癌上大腸埃希菌和肺炎鏈球菌的數(shù)量明顯增加。有學者將食管微生物群分為兩個亞型：Ⅰ型微生物是以鏈球菌為主，這代表了食管正常的微生物群體；而在Ⅱ型微生物群中，革蘭陰性厭氧菌占主導地位，這些細菌可誘導巴雷特食管癥，食管炎和食管癌[39-40]。消化道微生物群紊亂和食管鱗狀上皮發(fā)育不良有顯著的聯(lián)系，食管鱗狀細胞發(fā)育不良食管癌前重要的病變。

4基因突變與食管癌的發(fā)生

近些年來，全基因組相關性分析的發(fā)展使得人們發(fā)現(xiàn)多種基因的突變與食管癌的發(fā)生發(fā)展有關。有研究對比1852例巴雷特食管癥組織樣本和5172例正常食管組織樣本發(fā)現(xiàn)，在染色體6p21位于HLA基因和染色體16q24，靠近FOXF1基因有明顯差異[41]。Levine 等[42]對比1633例含巴雷特食管癥組織樣本和食管腺癌組織樣本和3209例正常食管組織樣本發(fā)現(xiàn)染色體19 p13靠近CRTC1基因、染色體9q22位于BARX1基因和染色體3p13位于FOXP1基因有明顯差異。此外還有研究顯示，GDF7（rs3072）基因和TBX5（rs2701108）基因的變異增加了食管腺癌的風險[43]。Jia等[44]通過對360 例來自中國漢族人群食管癌樣本和310例正常食管樣本的全基因組相關性分析發(fā)現(xiàn)染色體10q23（rs2274223）位于PLCE1基因，染色體6p21（rs10484761）靠近UNC5CL基因，染色體16q12（rs47 85204）位于HEATR3基因，染色體22q12（rs4822983）位于CHEK2基因和染色體22q12（rs738722）位于CHEK2基因的突變和食管癌的發(fā)生有顯著聯(lián)系。

異常的DNA甲基化通常涉及到腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。一方面抑癌基因啟動子區(qū)高甲基化將抑制抑癌基因的表達；另一方面致癌基因啟動子區(qū)低甲基化將導致致癌基因的過度表達。DNA甲基化主要發(fā)生在CG二核苷酸（CpG位點）的胞嘧啶殘基，含有豐富的CpG位點的基因組區(qū)稱之為CpG島。一項針對250 例樣本（包括125例食管腺癌，19例巴雷斯特食管癥，85例食管鱗癌和21例正常食管組織）全基因組分析得出食管腺癌中基因的甲基化位點和甲基化程度與巴雷斯特食管癥類似，但不同于食管鱗癌。食管腺癌和巴雷斯特食管癥中基因的甲基化位點組要發(fā)生在CpG島區(qū)域，總共有18 575個CpG位點（涉及5538個基因）甲基化水平異常，60%的甲基化異常影響到了基因的表達水平。這些甲基化水平異常的基因包括調(diào)控細胞黏附、TGF和WNT信號通路、染色體分離和紡錘體形成等，這些過程在腫瘤發(fā)生中起了重要作用[45]。

日本的一項研究發(fā)現(xiàn)在日本人食管癌組織基因中胞嘧啶脫氧核苷酸替換為胸腺嘧啶脫氧核苷酸，即所謂的C替換為T，和胞嘧啶脫氧核苷酸替換為鳥嘌呤脫氧核苷酸或胸腺嘧啶脫氧核苷酸，即所謂的C 替換為G/T，均非常普遍。前者主要出現(xiàn)在CpG signature部位，后者則主要出現(xiàn)在APOBEC signature部位。同時此研究還發(fā)現(xiàn)眾多突變出現(xiàn)在細胞周期的調(diào)控基因（如TP53、CCND1、CDKN2A和 FBXW7）、表觀遺傳基因（MLL2、 EP300、CREBBP和TET2）、NOTCH 信號調(diào)控基因（如Notch1和 Notch3）、WNT信號調(diào)控基因（FAT1、YAP1和AJUBA）和受體酪氨酸激酶調(diào)控基因（如PIK3CA、EGFR和ERBB2）。其中，最常見的突變出現(xiàn)在TP53，在93.1%的食管癌患者中存在基因突變，其次依次為NOTCH1（18.6%）、MLL2（18.6%）、NFE2L2（16.7%）、ZNF750（16.7%）、FAT1（14.6%）、PIK3CA（10.4%）、EP300（8.3%）、CDKN2A（8.3%）、CREBBP（7.6%）、NOTCH3（7.6%）、TET2（6.3%）、FBXW7（5.6%）、TGFBR2（5.6%）和AJUBA（4.2%）[46]。

綜上所述，導致食管癌發(fā)生的因素是多種多樣的，既有先天因素，如基因突變和基因多態(tài)性，又有后天的因素，如吸煙、酗酒和不健康的飲食。因此，在日常生活中，人們應該盡可能的養(yǎng)成好的生活習慣，以減小食管癌的發(fā)病風險。

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