結(jié)直腸側(cè)向發(fā)育型腫瘤分子遺傳學(xué)的研究進(jìn)展

楊秋玉,何璇昱,白楊

【提要】 結(jié)直腸癌是目前全球惡性腫瘤死亡的主要病因，其發(fā)病率和死亡率均高居前位。側(cè)向發(fā)育型腫瘤(LST)作為結(jié)直腸癌的癌前病變之一，具有獨(dú)特的病變形態(tài)、生長方式和生物學(xué)行為，且癌變潛能較高，可在3年內(nèi)發(fā)展成為結(jié)直腸癌，目前其具體分子機(jī)制尚不明確。LST發(fā)展和癌變過程是一個復(fù)雜過程，其中涉及原癌基因激活、抑癌基因失活、凋亡相關(guān)基因改變、錯配修復(fù)基因異常等一系列的基因改變，本文就該過程中主要的異常分子變化做一概述。

結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)是最常見的消化道惡性腫瘤之一，也是全球惡性腫瘤死亡的主要病因，其發(fā)病率和死亡率分別位于第四位和第二位[1]。早期結(jié)直腸腫瘤根據(jù)大體形態(tài)可分為隆起型、平坦型和凹陷型[2]。側(cè)向發(fā)育型腫瘤(laterally spreading tumor，LST)是由日本學(xué)者工藤進(jìn)英于1993年首次提及[3]的一種特殊形態(tài)的平坦型病變，具體定義為：直徑>10 mm，沿腸黏膜表面?zhèn)认蛏L或環(huán)腸壁生長的一種特殊形態(tài)的大腸表淺型病變，較少向腸腔深部發(fā)生浸潤。依據(jù)內(nèi)鏡下形態(tài)，LST可分為顆粒型(granular type，LST-G)和非顆粒型(non-granular type，LST-NG)兩個亞型，其中顆粒型細(xì)分為顆粒均一型(homogenous type，LST-G-H)和結(jié)節(jié)混合型(nodular mixed type，LST-G-M)，非顆粒型又分成扁平隆起型(flat elevated type，LST-NG-F)和假凹陷型(pseudo-depressed type，LST-NG-PD)[4]。LST是內(nèi)鏡形態(tài)學(xué)診斷，其病理組織學(xué)大多是腺瘤和黏膜癌，相較于隆起型腺瘤，LST癌變時間明顯縮短，動態(tài)追蹤觀察發(fā)現(xiàn)LST在3年內(nèi)即可發(fā)展成為進(jìn)展期結(jié)直腸癌[5]。結(jié)直腸癌的發(fā)生是一個多因素、多基因、多階段的復(fù)雜過程[6]，由多種遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)改變累積而逐步發(fā)生的[7]。LST與結(jié)直腸癌的關(guān)系密切，其發(fā)展成癌的過程涉及到原癌基因激活、抑癌基因失活、凋亡相關(guān)基因改變、錯配修復(fù)基因異常等一系列的基因改變，目前國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了一些相關(guān)基礎(chǔ)研究。本文就目前發(fā)現(xiàn)LST在發(fā)展和癌變過程中主要的異常分子做一概述。

1 致癌途徑

目前認(rèn)為，結(jié)直腸癌的致癌途徑包含了經(jīng)典的腺瘤-癌途徑、炎-癌途徑、de novo途徑以及鋸齒狀途徑。其中最常見的癌變途徑是經(jīng)典的腺瘤-癌途徑，約占結(jié)直腸癌的80%，通過染色體不穩(wěn)定和基因突變的順序累積引起腺瘤的發(fā)生和發(fā)展[8]。炎-癌途徑發(fā)生比例少，約有1%的結(jié)直腸癌來源于炎癥性腸病，特別是潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)，一項隊列研究的薈萃分析顯示，從初次確診為UC開始隨訪14年，發(fā)現(xiàn)UC患者發(fā)生結(jié)直腸癌的風(fēng)險較正常人高出2.4倍[9]，這與炎癥所引起的氧化應(yīng)激和自由基的增加有關(guān)。還有一部分少見的結(jié)直腸癌的發(fā)生是直接從正常黏膜到癌變，即de novo癌[10]，它不經(jīng)過腺瘤階段，組織病理不含任何腺瘤成分，具有發(fā)病隱匿、病灶微小，但惡性程度和浸潤轉(zhuǎn)移能力極高的特點，這種特殊的生物學(xué)特性其機(jī)制尚未闡明。近些年來，越來越多的證據(jù)表明結(jié)直腸癌也可以通過鋸齒狀途徑發(fā)展而來，最近的研究指出有15%～30%的結(jié)直腸癌是通過鋸齒狀前體病變發(fā)生的[11]。

LST是結(jié)直腸癌的癌前病變，與隆起型腺瘤相比，具有獨(dú)特的病變形態(tài)和生長方式，關(guān)于它的發(fā)生發(fā)展較早期有研究認(rèn)為顆粒型是由Ⅱa型的早期結(jié)直腸癌發(fā)展而來，向上生長則形成隆起型結(jié)腸癌，水平生長則發(fā)展成顆粒型LST[12]。Mukawa等[13]通過研究KRAS突變率以及環(huán)氧化酶2(cyclooxygenase-2，COX-2)和胃泌素過表達(dá)的頻率，發(fā)現(xiàn)LST-G和隆起型結(jié)直腸腫瘤相似，認(rèn)為LST-G具有與腺癌-癌序列類似的基因改變，這被認(rèn)為是LST-G發(fā)展為結(jié)直腸癌的主要途徑。另有研究認(rèn)為一些伴有高級別上皮內(nèi)瘤變的LST，可在中央凹陷區(qū)迅速向黏膜下浸潤，大體形態(tài)通常是Ⅱa和Ⅱa+Ⅱc，盡管病變較小，這些LST被認(rèn)為是通過de novo途徑發(fā)展的[14]。還有研究顯示在158例LST中存在10.8%病理證實為鋸齒狀腺瘤,推測部分LST可通過鋸齒狀途徑進(jìn)一步發(fā)展[15]。總之，由于LST的亞型較多，目前對于LST的致癌途徑尚無統(tǒng)一觀點，一般認(rèn)為不同亞型的LST的癌變途徑不同。

2 異常分子

2.1 原癌基因

2.1.1RAS基因RAS基因編碼一組與G蛋白同源的小分子蛋白(RAS蛋白)。RAS蛋白作為傳遞細(xì)胞信號的開關(guān)，正常情況下，RAS蛋白可在無活性的GDP結(jié)合狀態(tài)和有活性的GTP結(jié)合狀態(tài)相互轉(zhuǎn)化，具有GTP水解酶活性。RAS基因突變致使喪失GTP水解酶活性，激活下游信號通路，使細(xì)胞處于持續(xù)性增殖狀態(tài)，從而導(dǎo)致癌變的發(fā)生。RAS基因包括HRAS、KRAS和NRAS三類。雖然這三種癌基因發(fā)生突變時都有使正常細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化的能力，但在結(jié)直腸癌中KRAS基因突變最為常見，其突變率為40%～54%[16]。Sugimoto等[2]檢測隆起性腺瘤、LST-G和LST-NG三組中KRAS的突變率分別為30%、54.3%、21.1%，進(jìn)一步通過多因素分析表明不同亞型的LST與KRAS突變率顯著相關(guān)。Nakae等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在近端結(jié)腸中LST-G的KRAS突變發(fā)生率(69%)明顯高于LST-NG(6%)。Sakai等[18]檢測LST-G的KRAS突變率(70%)明顯高于LST-NG的KRAS突變率(26%)。國內(nèi)學(xué)者劉一品[19]、鐘選芳[20]報道的結(jié)果也與國外報道一致，提示在LST-G的發(fā)生發(fā)展過程中，KRAS參與的信號激活途徑扮演著重要的角色，而LST-NG的發(fā)生發(fā)展可能存在于其他途徑。

2.1.2β-catenin基因β-catenin基因能編碼一種具有介導(dǎo)細(xì)胞黏附及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)雙重活動性的多功能蛋白，即β-catenin蛋白，又稱連環(huán)蛋白。在β-catenin蛋白結(jié)構(gòu)中，肽鏈的N末端含有數(shù)個糖原合成激酶(glycogen synthase kinase，GSK)-3β的磷酸化位點，C末端含有活化相應(yīng)靶基因轉(zhuǎn)錄的功能，中間核心區(qū)形成α螺旋和連接環(huán)結(jié)構(gòu)，可與鈣黏蛋白(Cadherin)、腺瘤性息肉病蛋白(adenomatous polyposis protein of colorectum，APC)及核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子T細(xì)胞因子(T cell factor，TCF)結(jié)合，一方面形成與Cadherin形成復(fù)合體與細(xì)胞骨架相連，維持上皮細(xì)胞極性、粘附性等重要功能，另一方面β-catenin作為Wnt(wingless-type MMTV integration site family)信號通路的關(guān)鍵分子，在該通路上與TCF相互作用調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄[21]。已有較多研究證明β-catenin蛋白與結(jié)直腸癌的發(fā)生密切相關(guān)，且是結(jié)直腸癌發(fā)生的早期事件。Mikami等[22]發(fā)現(xiàn)有β-catenin在扁平型腫瘤的凹陷區(qū)表達(dá)高于非凹陷區(qū)，但這種差異無統(tǒng)計學(xué)意義。Hashimoto等[23]報道β-catenin在LST中處于高水平表達(dá)。另也有研究發(fā)現(xiàn)β-catenin在LST中表達(dá)較隆起性腺瘤明顯升高[24]，這些研究均提示β-catenin高表達(dá)在LST中起重要作用。即使是在LST的亞型之間表達(dá)也有差異，Sugimoto等[2]發(fā)現(xiàn)β-catenin在LST-NG的表達(dá)較LST-G顯著升高，Nakae等[17]的報道也得到一致結(jié)論，提示β-catenin在LST-NG的發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色。

2.1.3C-myc基因C-myc基因是myc細(xì)胞癌基因家族的主要成員之一，編碼由439個氨基酸組成的磷酸蛋白，即C-myc蛋白。C-myc在基因轉(zhuǎn)錄和細(xì)胞周期調(diào)節(jié)中具有“分子開關(guān)”作用，C-myc的表達(dá)通常受到生長因子和細(xì)胞外基質(zhì)所接觸到的環(huán)境調(diào)控。在靜止期細(xì)胞中，C-myc基因的表達(dá)水平很低，幾乎檢測不到；一旦進(jìn)入細(xì)胞周期G1期，C-myc mRNA和C-myc蛋白表達(dá)迅速增加并有一過性的劇增；隨后，在增殖細(xì)胞中C-myc的表達(dá)下降并維持在基礎(chǔ)表達(dá)水平[25]。研究表明約有70%的結(jié)直腸癌存在C-myc基因異常激活[26]。Shi等[27]通過比較20例隆起型腺瘤、20例LSTs、20例結(jié)直腸癌組織標(biāo)本中的C-myc蛋白表達(dá)量，結(jié)果顯示結(jié)直腸癌組的表達(dá)量明顯高于LST組，隆起型腺瘤組最低，間接說明LST相較于隆起型腺瘤有更高的惡變潛能。

2.2 抑癌基因

2.2.1APC基因APC基因編碼的蛋白質(zhì)有多個功能區(qū)，在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞分裂、細(xì)胞粘附和家族性結(jié)腸息肉的癌變中起重要作用。APC蛋白是Wnt信號通路的組成部分。Wnt信號通路有兩種不同途徑：經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑。APC蛋白是一種腫瘤抑制蛋白，在經(jīng)典的Wnt信號通路中發(fā)揮功能[28]。研究表明其在大多數(shù)結(jié)直腸癌的早期癌變中發(fā)揮重要作用，認(rèn)為APC基因是大腸黏膜上皮的“看門”基因，負(fù)責(zé)維護(hù)黏膜上皮細(xì)胞數(shù)量的自穩(wěn)性，APC基因的失活突變導(dǎo)致Wnt信號通路過度激活，引起細(xì)胞增殖和腺瘤的失調(diào)發(fā)展[29]。國內(nèi)學(xué)者張斌[30]研究顯示，APC基因蛋白產(chǎn)物在大腸腺癌組中呈顯著低表達(dá)，明顯低于大腸腺瘤組、LST良性組和正常黏膜組，說明APC蛋白產(chǎn)物的失表達(dá)與大腸癌的發(fā)生有關(guān)。Sugimoto等[2]發(fā)現(xiàn)LST-NG組的APC突變頻率(60%)明顯高于LST-G組(28%)，提示參與LST-NG的Wnt信號通路中APC基因突變?yōu)橹饕蛩?。但是Sugai等[31]報道在LST-G中的APC的突變率明顯高于LST-NG。而Sakai等[18]研究顯示，APC基因突變率在LST-G和LST-NG中分別為88%和82%，均表現(xiàn)出APC高頻率突變，差異無統(tǒng)計學(xué)意義，并且提示APC基因突變與LST的早期發(fā)展相關(guān)，可見APC基因在LST亞型中的作用尚未形成統(tǒng)一意見，還需將LST細(xì)分化并增加樣本量進(jìn)一步探究。

2.2.2p53基因p53基因作為最重要的抑癌基因之一，在細(xì)胞周期阻滯、細(xì)胞衰老、凋亡、分化及代謝過程中起著重要的作用，超過50%的人類腫瘤存在p53基因的突變[32]。p53基因編碼產(chǎn)物為“基因組守護(hù)者”之稱的轉(zhuǎn)錄因子p53蛋白，在細(xì)胞應(yīng)激的情況下(如DNA損傷，缺氧、原癌基因激活等)，p53可誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯、凋亡或者衰老。p53基因突變后，編碼的突變型p53蛋白不但失去了正常野生型p53蛋白的抑癌功能，而且還獲得了一系列類似于癌基因表達(dá)產(chǎn)物的功能，從而增強(qiáng)了腫瘤細(xì)胞的活動、侵襲與轉(zhuǎn)移能力，促進(jìn)了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[33]。研究顯示散發(fā)的結(jié)直腸癌中有40%～50%發(fā)生p53突變[32]。Nagai等[34]報道p53在LST-G的陽性率比LST-NG低，提示LST-G和LST-NG不同，后者更有類似于腫瘤的表型特征。Sakai等[18]通過多因素分析表明p53突變?yōu)長ST惡變的獨(dú)立危險因素，提示LST-NG惡性潛能可能高于LST-G，LST-NG更易發(fā)生黏膜下浸潤。

2.3 錯配修復(fù)基因

錯配修復(fù)基因發(fā)生突變或啟動子甲基化均可引起錯配修復(fù)基因失活，機(jī)體錯配修復(fù)功能的降低，造成基因組不穩(wěn)定，導(dǎo)致某些癌基因和抑癌基因的突變，從而引起腫瘤的發(fā)生。研究表明DNA錯配修復(fù)基因(常見的是MLH1和MSH2)的突變或甲基化導(dǎo)致的微衛(wèi)星不穩(wěn)定是結(jié)直腸癌發(fā)生的機(jī)制之一[35]。有研究認(rèn)為在微衛(wèi)星不穩(wěn)定有關(guān)的大腸癌中，發(fā)現(xiàn)錯配修復(fù)基因異常可能與CpG島甲基化表型(CpG island methylator phenotype，CMIP)有關(guān)[36]，Hiraoka等[37]發(fā)現(xiàn)在>1 cm的腺瘤中，LST-G中CpG島甲基化涉及2個或更多基因座(CpG島高甲基化)的比例(61%)明顯高于隆起型腺瘤(25%)。Konda等[38]研究顯示，LST-G的CIMP的比例(32%)高于LST-NG(6%)。但也有研究比較LST、隆起型腺瘤和進(jìn)展期結(jié)直腸癌的相關(guān)錯配修復(fù)基因的CMIP甲基化情況，并無顯著差異，提示錯配基因的高甲基化是結(jié)直腸癌的共同早期事件，此外，該研究還顯示APC的高甲基化狀態(tài)與LST的黏膜下浸潤呈負(fù)相關(guān)[39]。

2.4 修飾基因

環(huán)氧化酶(COX)是前列腺素合成初始步驟中的關(guān)鍵性限速酶，COX包含3種同工酶COX-1、COX-2和COX-3[40]。其中COX-2基因處于1號染色體，正常組織內(nèi)通常不表達(dá)，在各種損傷性化學(xué)、物理和生物因子的刺激下迅速產(chǎn)生，因此COX-2也被稱為誘生型環(huán)氧酶，進(jìn)而催化前列腺素合成參與炎癥反應(yīng)[41]。許多遺傳和生物學(xué)證據(jù)已經(jīng)明確表明COX-2在結(jié)直腸腫瘤發(fā)生中起重要作用。在LST中的作用也被報道，較早的一篇研究報道LST中的COX-2的表達(dá)較隆起性腫瘤明顯增加，推測COX-2蛋白可能在結(jié)直腸LST的腫瘤發(fā)生中起重要作用[42]。Mukawa等[13]通過檢測LST中COX-2表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)在結(jié)直腸隆起性腫瘤、LST-G、LST-NG中過表達(dá)比例分別為73.1%、88.2%、31.6%，結(jié)直腸隆起性腫瘤和LST-G的過表達(dá)比例明顯高于LST-NG，認(rèn)為COX-2的異常表達(dá)可能參與了LST的發(fā)生發(fā)展。

2.5 凋亡相關(guān)基因

LST由于其具有沿黏膜水平生長的特點，認(rèn)為可能與腫瘤細(xì)胞的異常增殖及凋亡有關(guān)。細(xì)胞凋亡受凋亡促進(jìn)因子和凋亡抑制因子的共同調(diào)節(jié)。Survivin基因編碼產(chǎn)生的蛋白由142個氨基酸組成，即Survivin蛋白，是近些年發(fā)現(xiàn)的一種腫瘤特異性凋亡抑制因子。Survivin蛋白的分子量在凋亡抑制蛋白家族中的一個重要成員，具有抑制細(xì)胞凋亡、促進(jìn)細(xì)胞增殖、調(diào)節(jié)細(xì)胞有絲分裂等功能，在大多數(shù)已分化的成熟組織內(nèi)，Survivin表達(dá)量很低以至不能檢測，但其在幾乎所有腫瘤中卻過表達(dá)，并與腫瘤的進(jìn)展、腫瘤復(fù)發(fā)率的升高和總生存期的縮短有關(guān)。研究顯示，在早期結(jié)直腸癌中Survivin表達(dá)上調(diào)可能參與了腫瘤進(jìn)展[43]。關(guān)于Survivin在LST中發(fā)揮的作用，目前研究尚少。國內(nèi)學(xué)者吳曉東[44]采用免疫組化的方法對比了LST、大腸腺瘤、大腸腺癌和正常組織中Survivin的表達(dá)，結(jié)果顯示LST組和腺瘤組明顯低于大腸腺癌組，推測從大腸正常組織到癌變的過程中Survivin的表達(dá)逐漸增加，并考慮Survivin過度表達(dá)是大腸癌發(fā)生的早期事件之一，即在腺瘤早期Survivin基因已被激活，表達(dá)出大量Survivin蛋白，抑制細(xì)胞凋亡，延長腫瘤細(xì)胞生存期，無論是水平生長還是垂直生長的大腸腫瘤都有其表達(dá)。

2.6 其他一些相關(guān)分子

除了上述提及的異常分子，還有一些其他分子也受到關(guān)注，如基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-7、軸蛋白(Axin)、轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF)-β1、Ki67、Cyclin D1等也在LST、結(jié)直腸癌和隆起型腺瘤的表達(dá)有不同程度的差異，較多集中在Wnt信號通路上的分子表達(dá)差異，推測其與LST的發(fā)生、發(fā)展有一定的聯(lián)系。此外，還有一些分子被首次發(fā)現(xiàn)，如Nong等[45]首次報道GNAS基因在LST中突變率高，這種突變與LST位置(直腸)和病理類型(絨毛狀)有關(guān)，GNAS是影響環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)生成的上游因子，因而推測突變的GNAS可能通過cAMP-COX2軸影響LST的發(fā)展。

3 結(jié)語

LST是特殊類型的結(jié)直腸腫瘤性病變，因其獨(dú)特的病變形態(tài)和生長方式以及生物學(xué)行為，近二十余年受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。LST在內(nèi)鏡下的表現(xiàn)不具有特異性，可僅出現(xiàn)黏膜褪色、發(fā)紅等局限性色澤改變，早期容易漏診[46]。隨著內(nèi)鏡醫(yī)生的重視和內(nèi)鏡檢查技術(shù)的成熟，LST的診斷率明顯增加。LST與結(jié)直腸癌密切相關(guān)，研究顯示LST合并大腸癌的發(fā)生率從8.4%～52.5%不等[5]，然而，其發(fā)病機(jī)制尚不明確，因此找出其分子遺傳學(xué)的診斷依據(jù)，探究其發(fā)病機(jī)制對于結(jié)直腸癌的發(fā)病機(jī)制有著重要意義。目前來看，對于LST的基礎(chǔ)研究仍然較少，普遍認(rèn)為不同亞型可能遵循不同的分子發(fā)生途徑，對其分型大多采用顆粒型和非顆粒型，但LST存在四種亞型，關(guān)于這四種亞型的系統(tǒng)研究極少。本文概述了與LST發(fā)病和惡變相關(guān)的主要異常分子，希望對今后LST分子機(jī)制的研究有所幫助。將LST各個亞型細(xì)化并闡明異常分子間的相互調(diào)控關(guān)系，明確其發(fā)病機(jī)制是未來努力的目標(biāo)。