癌癥進(jìn)化發(fā)育學(xué)的新證據(jù)：結(jié)直腸癌和肝細(xì)胞癌的研究發(fā)現(xiàn)

丁一波 陳一凡 曹廣文

作者單位：200433上海 海軍軍醫(yī)大學(xué)海軍流行病學(xué)教研室

惡性腫瘤目前居人類(lèi)非成熟死亡（在人群平均壽命之前的死亡）原因第一位。絕大多數(shù)癌癥的發(fā)生和發(fā)展依賴于慢性炎癥。慢性感染、環(huán)境暴露和免疫失衡會(huì)引起宿主慢性非可控性炎癥，而慢性炎癥為癌癥發(fā)生提供微環(huán)境并影響其發(fā)展全過(guò)程。癌癥發(fā)生發(fā)展過(guò)程既體現(xiàn)了“變異-選擇-適應(yīng)”的進(jìn)化過(guò)程，又存在與發(fā)育相反的“退化”過(guò)程。通過(guò)對(duì)乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）致肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）內(nèi)在機(jī)制的深入研究，并結(jié)合其他腫瘤二代測(cè)序研究結(jié)果，本團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次提出了“癌癥進(jìn)化發(fā)育學(xué)（Cancer Evo-Dev）”理論框架［1-7］。該理論框架基本內(nèi)容如下：在癌癥早期發(fā)生階段，癌前病變組織中某些細(xì)胞通過(guò)炎癥誘導(dǎo)核酸編輯酶表達(dá)，產(chǎn)生了體細(xì)胞變異，改變了原有細(xì)胞信號(hào)模式；通過(guò)炎癥微環(huán)境的進(jìn)化選擇，少數(shù)變異細(xì)胞生存下來(lái)，發(fā)生去表觀遺傳修飾（如去甲基化）的去分化過(guò)程，然后由上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，即EMT過(guò)程，從而賦予這些細(xì)胞克服“衰老”、掠奪營(yíng)養(yǎng)、獲得無(wú)限擴(kuò)增的能力，其中部分細(xì)胞進(jìn)一步進(jìn)化，被賦予了侵襲潛能。在“變異-選擇-適應(yīng)”的進(jìn)化過(guò)程中這些癌癥相關(guān)的共性或特性體細(xì)胞變異、信號(hào)網(wǎng)絡(luò)在癌癥進(jìn)化發(fā)育中起決定作用。從癌前病變到癌癥發(fā)生及早期侵襲等癌癥進(jìn)化發(fā)育過(guò)程中，存在表觀遺傳修飾、體細(xì)胞突變、動(dòng)態(tài)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控等系列分子事件。本文選擇結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）和HBV相關(guān)性肝細(xì)胞癌（HBV-HCC）兩種我國(guó)惡性腫瘤負(fù)擔(dān)較重且具有炎-癌轉(zhuǎn)化特征的代表性惡性腫瘤，闡述其發(fā)生和侵襲過(guò)程中的早期關(guān)鍵分子事件，以期確定何種癌前病變更易惡化以及何種癌癥更容易發(fā)生早期侵襲，從而實(shí)現(xiàn)CRC和HBV-HCC特異性預(yù)防和治療“關(guān)口前移”的目標(biāo)。

1 HLA-Ⅱ抗原和NF-κB等炎癥信號(hào)的遺傳易感性與慢性炎癥的關(guān)系及其在癌癥進(jìn)化發(fā)育中的作用

1.1 炎癥信號(hào)的遺傳易感性與慢性炎癥的關(guān)系

在HBV-HCC方面，既往研究表明免疫和炎癥信號(hào)關(guān)鍵通路分子如人類(lèi)Ⅱ類(lèi)白細(xì)胞抗原（human leukocyte antigen classⅡ，HLA-Ⅱ）-DP，-DQ和-DR，以及STAT3、NF-κB先天單核苷酸多態(tài)性-遺傳易感性與HBV感染慢性化相關(guān)。HLA基因先天遺傳多態(tài)性的少見(jiàn)基因型（或等位基因）與HBV感染慢性化呈顯著負(fù)相關(guān)，尤其在HBV基因型C感染者中關(guān)聯(lián)性更顯著［8-9］。研究發(fā)現(xiàn)提高NF-κB活性的遺傳多態(tài)性有助于B型HBV清除，而rs2233406變異基因型可能通過(guò)促進(jìn)HBV突變的免疫選擇而顯著增加HCC發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)［10］。STAT3相關(guān)研究提示SNPs與HBV突變的相互作用使HBV突變的宿主更易發(fā)生肝癌［11］。

在結(jié)直腸癌方面，潰瘍性結(jié)腸炎向CRC進(jìn)化過(guò)程中，調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）亞群IL-8+Foxp3+CD4+T細(xì)胞和KLRG1+T細(xì)胞增加，且兩者具有免疫抑制和促炎的雙功能活性［12］。同時(shí)，表觀調(diào)控分子PRC2復(fù)合體和EZH阻滯T細(xì)胞進(jìn)入轉(zhuǎn)化微環(huán)境，可強(qiáng)化免疫抑制網(wǎng)絡(luò)形成［13-14］。

綜上認(rèn)為，在某些遺傳因素主導(dǎo)的遺傳傾向下，外部環(huán)境的持續(xù)刺激是產(chǎn)生和維持慢性炎癥的基礎(chǔ)。以社區(qū)為基礎(chǔ)的流行病學(xué)研究對(duì)研究遺傳因素和環(huán)境因素在癌癥病因中的作用是不可替代的［15］。因此，病因?qū)W研究應(yīng)該加強(qiáng)流行病學(xué)、遺傳學(xué)、免疫學(xué)、分子生物學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)之間的聯(lián)系。

1.2 炎癥信號(hào)分子通過(guò)影響免疫HBV功能，從而影響對(duì)HBV變異的選擇作用

HLA-Ⅱ抗原基因的先天遺傳多態(tài)性以及在乙型病毒性肝炎致癌過(guò)程中起決定性作用的炎癥信號(hào)通路STAT3和NF-κB等關(guān)鍵分子基因的先天遺傳多態(tài)性決定了免疫系統(tǒng)參與的炎癥反應(yīng)，對(duì)HBV特征性變異具有明確的選擇作用。這些HLA-Ⅱ類(lèi)免疫基因以及STAT3和NF-κB等炎癥信號(hào)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵分子的主要遺傳多態(tài)性不但影響HBV感染的慢性化，還可促進(jìn)HCC相關(guān)HBV的變異選擇，體現(xiàn)了遺傳因素通過(guò)基因功能影響對(duì)環(huán)境致癌因素的“優(yōu)化”過(guò)程［4］。在“HBV攜帶-慢性HBV-肝硬化-HCC”發(fā)展過(guò)程中，HCC相關(guān)HBV高危突變逐漸積累但是T細(xì)胞受體多樣性卻逐漸降低。影響免疫如人類(lèi)Ⅱ類(lèi)白細(xì)胞抗原基因HLA-DR表達(dá)的遺傳多態(tài)性可顯著降低高危HBV突變A1762T/G1764A的頻率，并降低HCC發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)［16］。

1.3 慢性炎癥在癌癥進(jìn)化發(fā)育的早期共性和特性關(guān)鍵分子事件

本團(tuán)隊(duì)比較了外周血、癌旁肝組織和HCC組織中的HBV序列，發(fā)現(xiàn)HBV突變的復(fù)雜程度在外周血-癌旁肝組織-HCC組織中逐漸降低，但高危突變比例上升，呈現(xiàn)出典型的環(huán)境篩選特征。在腸道炎癥或腺瘤向CRC進(jìn)化過(guò)程中，真菌菌群出現(xiàn)多樣性和構(gòu)成的特征性篩選；白色念珠菌具有異?；罨c上皮Wnt/β-catenin信號(hào)通路和抑制趨化因子CXCL10等表達(dá)的“雙向”調(diào)控活性，是慢性炎癥促進(jìn)癌癥發(fā)生的關(guān)鍵分子事件［17］。

近期有研究利用多種致病肝纖維化動(dòng)物模型證實(shí)LECT2-Tie1、Slit2-Robo1信號(hào)可調(diào)控肝硬化進(jìn)程的早期肝纖維化過(guò)程［18］?；谔ジ蔚南嚓P(guān)研究表明胚胎期活躍的MBNL3-lncRNA-PXN調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是HBVHCC發(fā)生的早期關(guān)鍵事件，進(jìn)一步證實(shí)HCC發(fā)生的早期分子事件與肝臟組織的胚胎期發(fā)育事件密切相關(guān)［19］。慢性乙型病毒性肝炎患者外周血CD4+和CD8+T細(xì)胞中miR-155表達(dá)水平顯著升高，且可能與免疫活化呈正相關(guān)［20］。研究認(rèn)為一些新發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵分子有望為癌癥的早期診斷提供新的生物分子標(biāo)志物［21-22］?？梢?jiàn)癌癥發(fā)生早期分子事件大多與炎癥相關(guān)分子及早期胚胎表達(dá)分子有關(guān)。

2 慢性炎癥促進(jìn)癌前病變向癌癥轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵分子事件

2.1 APOBECs家族是連接慢性炎癥和癌癥的橋梁

癌癥的發(fā)生發(fā)展是慢性非可控性炎癥環(huán)境下的進(jìn)化發(fā)育過(guò)程，同自然環(huán)境下物種的進(jìn)化一樣遵循著“變異-選擇-適應(yīng)”的進(jìn)化規(guī)律。載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽（apolioprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide，APOBEC）家族是一類(lèi)高效的胞苷脫氨酶，其轉(zhuǎn)錄可被促炎癥細(xì)胞因子和趨化因子激活，并在固有免疫和抗體產(chǎn)生等獲得性免疫機(jī)制中發(fā)揮重要作用。APOBECs家族通過(guò)致突變抑制病毒復(fù)制的同時(shí)，也可驅(qū)使有促癌作用的病毒突變體形成，其基因編碼功能還可誘發(fā)有促癌作用的驅(qū)動(dòng)突變產(chǎn)生。作為在炎-癌轉(zhuǎn)化中發(fā)揮橋梁作用的標(biāo)志性酶，APOBECs家族對(duì)癌癥的進(jìn)化發(fā)育至關(guān)重要，是貫通炎-癌轉(zhuǎn)化過(guò)程的突破點(diǎn)［1］。

2.2 尿嘧啶DNA轉(zhuǎn)葡萄糖基酶

與APOBECs相互保持“促突變-修復(fù)”平衡的是尿嘧啶DNA轉(zhuǎn)葡萄糖基酶（UNG）。UNG通過(guò)減少由G∶C到A∶T過(guò)渡突變引起的誘變事件，在維持基因組完整性方面起關(guān)鍵作用。UNG啟動(dòng)了下游的多種修復(fù)通路，在消除突變C＞U的同時(shí)亦會(huì)產(chǎn)生少部分其他突變。如UNG切除尿嘧啶形成AP位點(diǎn)后，可在互補(bǔ)鏈合成時(shí)在沒(méi)有模板的情況下插入堿基，若再次插入鳥(niǎo)嘌呤，核酸鏈可修復(fù)到正常狀態(tài)；若插入腺嘌呤則會(huì)形成C/G到T/A突變。事實(shí)上，后者常常發(fā)生，這亦是APOBECs的特征性標(biāo)簽之一。同時(shí)，核內(nèi)亞型（UNG2）主要集中于細(xì)胞分裂G1期，意味著“突變-切除-修復(fù)/降解”的代謝更頻繁，對(duì)癌癥起始細(xì)胞等分裂旺盛的細(xì)胞起突變積累加速作用［7］。

2.3 APOBECs和UNG如何維持平衡

APOBECs與UNG的平衡關(guān)系主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：⑴UNG可識(shí)別APOBECs家族引起C＞U突變，并切除尿嘧啶，形成AP位點(diǎn)；⑴UNG包括線粒體亞型（UNG1）與UNG2兩類(lèi)，其中UNG2活性更強(qiáng)，這與APOBECs清除進(jìn)入細(xì)胞核的HBV cccDNA以及對(duì)人體基因組的誘變功能相對(duì)應(yīng)；⑶APOBECs家族對(duì)單鏈DNA脫氨基活性是雙鏈DNA的200～300倍，UNG2對(duì)單鏈DNA的尿嘧啶切除活性較雙鏈DNA高50倍。但是，UNG和APOBECs平衡作用的效果并不只是簡(jiǎn)單的相互制約、相互抵消，而是既牽制又配合［3-5，23］。

2.4 APOBECs和UNG的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子SNP在炎-癌轉(zhuǎn)化中的作用

“陰”和“陽(yáng)”炎癥因子可以誘導(dǎo)APOBECs和UNG失衡，進(jìn)而影響炎癥致癌過(guò)程。轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)域的SNP基因型rs2267401：APOBEC3B promoter（-338 bp：T→G）和rs3890995：UNG enhancer（-1 948 bp：T→C）可加強(qiáng)由“陰”性細(xì)胞因子IL-6引發(fā)的基因損傷-修復(fù)失衡，增加病毒突變概率，從而增加癌癥發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)［23］。腺瘤性息肉組織中APOBEC3B的表達(dá)水平顯著高于正常組織，達(dá)到CRC組織水平，并顯著富集了APOBEC標(biāo)簽性突變。在HBV慢性致癌的進(jìn)化前期階段（慢性肝炎、肝硬化），炎癥因子上調(diào)的APOBEC可促進(jìn)HBV基因組產(chǎn)生APOBEC相關(guān)突變，這些突變顯著增加HCC發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。研究發(fā)現(xiàn)激活炎癥通路，在HCC和CRC中均可顯著上調(diào)促進(jìn)基因突變的胞苷脫氨酶APOBECs家族的表達(dá)［23］。

3 原位癌向早期侵襲進(jìn)化的關(guān)鍵分子事件

“癌癥進(jìn)化發(fā)育學(xué)”理論闡述了驅(qū)動(dòng)癌癥進(jìn)化的關(guān)鍵分子事件通過(guò)調(diào)控“干性”信號(hào)通路、誘導(dǎo)以上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為代表的逆向進(jìn)化、改變能量代謝模式、影響微環(huán)境等方式賦予腫瘤細(xì)胞生存優(yōu)勢(shì)，使其適應(yīng)炎癥選擇壓力，不斷進(jìn)化從而導(dǎo)致侵襲發(fā)生。

3.1 “干性”信號(hào)通路調(diào)控促進(jìn)早期侵襲

研究發(fā)現(xiàn)，Cortactin和Prohibitin過(guò)表達(dá)可調(diào)控CRC細(xì)胞形成侵襲性偽足［24］；KRAS突變可抑制IRF2表達(dá)，從而抑制CXCL3-CXCR2軸，使髓源抑制細(xì)胞增多，進(jìn)而抑制免疫反應(yīng)和T細(xì)胞浸潤(rùn)，促進(jìn)CRC演進(jìn)［25］。在HCC中也明確了一批通過(guò)調(diào)節(jié)各類(lèi)干性信號(hào)通路而顯著促進(jìn)HCC進(jìn)化的關(guān)鍵分子事件，包括顯著富集在mTOR信號(hào)通路的HBV整合突變，激活SATA3信號(hào)通路的PRMT1，缺氧誘導(dǎo)的14-3-3ζ、ICR和ICAM異常上調(diào)［26］、lncRNA-FTX異常下調(diào)以及Bif-1介導(dǎo)的CDC42上調(diào)［27］。這些關(guān)鍵的信號(hào)分子均在癌癥“發(fā)育”過(guò)程中具有重要作用。

3.2 EMT促進(jìn)早期侵襲

EMT指上皮細(xì)胞通過(guò)特定程序轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型細(xì)胞的生物學(xué)過(guò)程。研究表明，F(xiàn)OXF1、TUSC3誘導(dǎo)的WNT/β-catenin和MAPK信號(hào)通路激活，miR-20a/miR-106a介導(dǎo)的WTX缺失均可促進(jìn)EMT，進(jìn)而促使CRC發(fā)生侵襲［28］。在HCC中，低表達(dá)miR-26a的巨噬細(xì)胞通過(guò)分泌TGF-β促使HCC細(xì)胞出現(xiàn)EMT，而CD31通過(guò)ITGB1-FAK-Akt信號(hào)通路誘導(dǎo)EMT，兩者均可促進(jìn)HCC轉(zhuǎn)移和侵襲［29］。其他研究顯示，腫瘤外泌體lncRNA能促進(jìn)HCC和CRC侵襲［30-31］。綜合國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果，有望發(fā)現(xiàn)突變致癌導(dǎo)致“逆向分化”的分子標(biāo)志和靶向干預(yù)的關(guān)鍵分子。

3.3 炎癥微環(huán)境和微生物促進(jìn)早期侵襲

研究發(fā)現(xiàn)，miR-25-3p通過(guò)外泌體從腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移到血管內(nèi)皮細(xì)胞中，可促進(jìn)腫瘤血管形成及增加血管通透性，進(jìn)而推動(dòng)轉(zhuǎn)移前微環(huán)境的形成，而檢測(cè)外周血循環(huán)外泌體的miR-25-3p表達(dá)水平可預(yù)測(cè)CRC遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移［32］。腸道菌群刺激產(chǎn)生的cathepsin K通過(guò)調(diào)節(jié)TLR4依賴的M2型巨噬細(xì)胞極化而促進(jìn)CRC侵襲和轉(zhuǎn)移［33］。其中特異性菌株可作為預(yù)測(cè)免疫治療效果的生物標(biāo)志物，相關(guān)菌群制劑以及菌群移植等腸道菌群干預(yù)方式有望成為腫瘤免疫治療的輔助手段［34］。

4 小結(jié)

本文在炎-癌轉(zhuǎn)化研究中，從慢性炎癥和癌癥的遺傳易感性角度出發(fā)，如人類(lèi)Ⅱ類(lèi)白細(xì)胞抗原（HLA-DP、-DQ、-DR）和炎癥相關(guān)基因表達(dá)與功能的遺傳易感性對(duì)維持慢性非可控性炎癥的作用等，利用流行病學(xué)各類(lèi)大規(guī)模人群隊(duì)列研究，建立了病因?qū)W時(shí)間序列上的聯(lián)系，深入研究從“慢性炎癥-癌前病變-原位癌-侵襲癌”這一完整的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的各類(lèi)“免疫-選擇-適應(yīng)”現(xiàn)象和關(guān)鍵分子事件。發(fā)現(xiàn)了與CRC和HCC發(fā)生和侵襲相關(guān)的分子均與促進(jìn)基因突變的APOBECs和變異修復(fù)的UNG間的平衡有關(guān)，因而提出APOBECs與UNG之間的平衡是促癌突變的重要步驟，是炎癥轉(zhuǎn)化的橋梁。還發(fā)現(xiàn)炎癥微環(huán)境同樣可促進(jìn)分化細(xì)胞發(fā)生去分化，具體表現(xiàn)在表觀遺傳修飾逐漸被去除，促使EMT發(fā)生，分化細(xì)胞向早期非分化的干細(xì)胞進(jìn)一步“退化”，呈現(xiàn)“逆向發(fā)育”過(guò)程。這些發(fā)現(xiàn)也進(jìn)一步豐富了癌癥進(jìn)化發(fā)育學(xué)各層級(jí)證據(jù)并完善了“癌癥進(jìn)化發(fā)育學(xué)”理論體系。“癌癥進(jìn)化發(fā)育學(xué)”理論體系今后仍需不斷完善，目前的證據(jù)支持“癌癥進(jìn)化發(fā)育學(xué)”理論的真實(shí)性，有望利用“癌癥進(jìn)化發(fā)育學(xué)”原理和方法，指導(dǎo)癌癥防治具體實(shí)踐，如確定何種癌前病變?nèi)巳焊装l(fā)生癌癥，找出癌癥特異性預(yù)防措施；確定何種早期癌癥會(huì)出現(xiàn)早期侵襲，從而開(kāi)展針對(duì)性治療以降低癌癥病死率，避免過(guò)度醫(yī)療。