小腸腫瘤罕見原因

那睿思 郭影， 時(shí)佳琪 綜述 鄭桐森，，3 審校

小腸自上而下分為十二指腸、空腸和回腸三個(gè)部分。十二指腸是膽管和胰管將其內(nèi)容物排入小腸的部位，空腸起于十二指腸空腸曲，其下回腸與結(jié)腸相連續(xù)。雖然小腸占胃腸道全長(zhǎng)的四分之三，巨大的表面積與致癌物不斷接觸，但小腸腫瘤非常罕見，發(fā)病率約為2.5/10萬[1]。小腸腫瘤不僅難以診斷，漏診率高，而且缺乏有效的治療手段，患者的預(yù)后較差(5年生存率<30%)[2]。

小腸腫瘤發(fā)病率低的原因是歷史遺留的非常有趣的命題。20世紀(jì)70年代，Lowenfels等[3]和Calman等[4]提出小腸的保護(hù)性免疫系統(tǒng)是腫瘤不易發(fā)生的原因之一。隨著突破性技術(shù)的出現(xiàn)，科學(xué)家主要圍繞基因、微生物及免疫，對(duì)小腸展開了深層次的探索，試圖闡明其機(jī)制。

由于其腫瘤發(fā)病率低，小腸在人類科學(xué)探索中未受足夠重視。以小腸腫瘤為例，對(duì)累及少數(shù)人的罕見病進(jìn)行探索將為腫瘤防治及生命科學(xué)研究提供啟示。本文將回顧以往研究并結(jié)合最新進(jìn)展，就以上問題進(jìn)行綜述。

1 原發(fā)性小腸惡性腫瘤現(xiàn)狀

小腸惡性腫瘤的發(fā)病率僅占消化道惡性腫瘤的0.5%，主要的組織學(xué)類型包括腺癌(40%)、神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤(40%)、肉瘤、胃腸道間質(zhì)瘤和淋巴瘤(20%)。小腸惡性腫瘤多發(fā)于十二指腸(60%)，其次為空腸(25%～29%)和回腸(10%～13%)[5]。近十幾年小腸惡性腫瘤的發(fā)病率逐步上升[6]。小腸腫瘤的病因尚未明晰，危險(xiǎn)因素包括克羅恩氏病、潰瘍性結(jié)腸炎和家族性腺瘤性息肉病等。由于早期癥狀不典型，且內(nèi)窺鏡和結(jié)腸鏡等常規(guī)檢查難以探及小腸黏膜，多數(shù)小腸腫瘤患者確診時(shí)已出現(xiàn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。即使膠囊內(nèi)鏡和小腸鏡可協(xié)助診療，但由于操作難度高，臨床普及率低[7]。

小腸腫瘤的主要治療方法包括手術(shù)治療、化療和放療。對(duì)于早期及身體健康的小腸腫瘤患者，手術(shù)是最主要的治療方法。而對(duì)于進(jìn)展期患者，以全身化療為主的綜合治療是首選方案[8]。不同類型的小腸癌治療方案不同。由于小腸腺癌(Small intestine adenocarcinoma，SBA)的PD-1/PD-L1表達(dá)較高，SBA很可能從免疫治療中獲益。帕博利珠單抗已被批準(zhǔn)用于治療高度微衛(wèi)星不穩(wěn)定型的SBA[9]。小腸與結(jié)腸的生物學(xué)特性大相徑庭，美國國立綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)于2019年首次發(fā)布了針對(duì)SBA的臨床實(shí)踐指南。對(duì)于已擴(kuò)散小腸神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤，放射性生長(zhǎng)抑素類似物的治療可用于控制腫瘤進(jìn)展。小腸肉瘤的治療取決于癌癥的位置，其治療方法包括手術(shù)、化療和放療。對(duì)于小腸淋巴瘤，化療和放療有助于控制癥狀。

目前小腸腫瘤的診療仍然面臨許多挑戰(zhàn)。首先，小腸腫瘤缺乏特異性生物標(biāo)志物；其次，晚期小腸腫瘤臨床數(shù)據(jù)非常匱乏，大多研究是小規(guī)模的或回顧性的[10-11]；所以小腸腫瘤治療策略進(jìn)展非常緩慢。

2 小腸腫瘤罕見的潛在原因

2.1 小腸暴露的致癌物有限

小腸時(shí)刻經(jīng)歷著病毒、細(xì)菌、毒素和化學(xué)物質(zhì)等致癌物的侵襲，在極其惡劣的環(huán)境中進(jìn)行營養(yǎng)吸收。小腸的防御體系主要功能是降低小腸與有害物接觸的風(fēng)險(xiǎn)。

分節(jié)運(yùn)動(dòng)和蠕動(dòng)沖是小腸特有的運(yùn)動(dòng)形式。進(jìn)食時(shí)，蠕動(dòng)沖將小腸內(nèi)容物推送到結(jié)腸?？崭箷r(shí)，移行性復(fù)合運(yùn)動(dòng)沿著小腸緩慢遷移，止于結(jié)腸近端。無論進(jìn)食與否，小腸將內(nèi)容物運(yùn)送到結(jié)腸，以“清道夫”的方式防止細(xì)菌過度增長(zhǎng)。小腸內(nèi)快速通過的致癌物，與其接觸機(jī)會(huì)減少[12]。

小腸富含具有抗菌作用的消化酶和膽汁，形成不利于微生物生存的惡劣環(huán)境。小腸菌群數(shù)量約比結(jié)腸少1010倍，因此小腸產(chǎn)生的致癌物更少，小腸相比結(jié)腸接觸的抗原更少[13]。小腸較低的細(xì)菌密度也是其腫瘤發(fā)病率低于盲腸的原因。

為適應(yīng)營養(yǎng)吸收功能，小腸表面形成一層高度帶電的凝膠，其內(nèi)糖蛋白可捕獲粘液中的細(xì)菌。作為小腸干細(xì)胞的守護(hù)者，集中分布于小腸的潘氏細(xì)胞包繞腸干細(xì)胞周圍并分泌抗菌蛋白、溶菌酶等，防止微生物對(duì)隱窩底部進(jìn)行攻擊；同時(shí)，為干細(xì)胞提供了維持增殖和分化平衡的生態(tài)位信號(hào)[14]。因此，小腸暴露于有限的污染物是小腸不易發(fā)生腫瘤的原因之一。

2.2 小腸具有獨(dú)特的基因調(diào)控系統(tǒng)

近年的研究挑戰(zhàn)了經(jīng)典癌癥模型，表明致癌物并非導(dǎo)致基因突變的必要條件，但凡DNA復(fù)制，基因突變就可能發(fā)生[15]；而細(xì)胞癌變依賴于基因突變的積累[16]。小腸干細(xì)胞處于高速更新狀態(tài)卻不足以積累足夠的DNA突變是目前科研人員關(guān)注的問題。

回溯半個(gè)世紀(jì)以前，Cairns提出的“永生DNA鏈假說”為此提供合理的解釋：小腸干細(xì)胞根據(jù)“子”細(xì)胞成為干細(xì)胞與否，對(duì)DNA進(jìn)行選擇性保留。具體而言，干細(xì)胞始終保留原始DNA鏈，而突變DNA則進(jìn)入前體細(xì)胞內(nèi)，從而保證干細(xì)胞DNA不受影響[17]。然而，干細(xì)胞保留原始DNA的特點(diǎn)并非小腸干細(xì)胞所特有，不足以對(duì)小腸規(guī)避腫瘤的特性做出完美的解釋。直至20世紀(jì)末，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一些線索。小腸的一部分干細(xì)胞在穩(wěn)態(tài)條件下自發(fā)凋亡，以“自毀”的方式減少了正常細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)變的機(jī)會(huì)；相反，細(xì)胞凋亡在結(jié)腸的發(fā)生率較低[18-19]。為了進(jìn)一步保護(hù)小腸干細(xì)胞的基因組免受損傷，分裂中的小腸LGR5+干細(xì)胞端粒酶活性較高，端粒長(zhǎng)度較長(zhǎng)，進(jìn)行染色體隨機(jī)分離[20]。2015年Tomasetti等[21]發(fā)現(xiàn)癌癥風(fēng)險(xiǎn)與細(xì)胞分裂次數(shù)密切相關(guān)，提出干細(xì)胞的DNA復(fù)制過程中產(chǎn)生的隨機(jī)突變是癌變的原因。小腸干細(xì)胞分裂次數(shù)低于結(jié)腸干細(xì)胞分裂次數(shù)，積累的隨機(jī)錯(cuò)誤相對(duì)更少，終生患癌風(fēng)險(xiǎn)較結(jié)腸更低。

小鼠空腸細(xì)胞的DNA碎片可能招募DNA修復(fù)相關(guān)蛋白在DNA雙鏈斷裂位點(diǎn)上進(jìn)行快速修復(fù)，并重組損傷的DNA[22]。缺失任意一個(gè)錯(cuò)配修復(fù)蛋白可導(dǎo)致微衛(wèi)星復(fù)制錯(cuò)誤累積及遺傳不穩(wěn)定性。SBA的高度微衛(wèi)星不穩(wěn)定性及高腫瘤突變負(fù)荷發(fā)生率相比結(jié)直腸癌更高，因此，對(duì)小腸的進(jìn)一步探究有望揭示DNA錯(cuò)誤復(fù)制基因突變驅(qū)動(dòng)疾病發(fā)生的原因[23]。

2.3 小腸微生物維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)

人體宿主-微生物的共生關(guān)系是維持穩(wěn)態(tài)所必需的。腸道微生物相關(guān)研究集中于結(jié)腸。隨著基因組學(xué)和蛋白組學(xué)的發(fā)展，小腸菌群在維持局部和全身穩(wěn)態(tài)中的作用日益凸顯。

研究報(bào)道，微生物可重塑突變基因的功能[24]。突變型p53是癌癥發(fā)生發(fā)展的重要原因[25]。然而，Kadosh團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在p53突變小鼠的近端腸道，突變型p53比野生型p53更具有抑癌潛能；在遠(yuǎn)端腸道，突變型p53具有顯著致癌作用。事實(shí)上，腸道植物乳桿菌和枯草芽孢桿菌的代謝產(chǎn)物沒食子酸驅(qū)動(dòng)了p53突變的致癌作用。小腸的沒食子酸濃度較結(jié)腸低，因此小腸相比結(jié)腸不易發(fā)生腫瘤[24]。

腸道菌群與宿主免疫系統(tǒng)間的相互作用是維持腸道動(dòng)態(tài)平衡的關(guān)鍵。由于小腸中的微生物組成及代謝產(chǎn)物與結(jié)腸不盡相同，一定條件下小腸菌群激發(fā)的免疫應(yīng)答與結(jié)腸截然相反。慢性炎癥可觸發(fā)腫瘤的發(fā)生發(fā)展，且已被證實(shí)是腫瘤發(fā)生的標(biāo)志之一。進(jìn)入結(jié)腸的膽汁酸經(jīng)細(xì)菌轉(zhuǎn)化為次級(jí)膽汁酸，介導(dǎo)結(jié)腸的炎癥反應(yīng)，促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞增殖[26]；但是，小腸的細(xì)菌膽汁酸代謝產(chǎn)物在黏膜體液免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)下，限制了小腸炎癥性疾病[27]。

微生物群在免疫調(diào)節(jié)中的作用為腫瘤的免疫治療開辟了全新的領(lǐng)域。小腸菌群可直接影響癌癥治療效果及預(yù)后?；啬c的脆弱擬桿菌和丹毒絲菌對(duì)回腸上皮細(xì)胞(Intestinal epithelial cells，IECs)的耐受性和免疫原性細(xì)胞死亡具有決定作用，通過誘導(dǎo)PD-1+濾泡輔助性T細(xì)胞影響結(jié)直腸癌預(yù)后[28]。小腸菌群E.hirae轉(zhuǎn)移到次級(jí)淋巴結(jié)，通過提高腫瘤內(nèi)CD8/Treg細(xì)胞比例影響環(huán)磷酰胺療效[29]。由于來自有益腸道菌群供體的糞便移植可恢復(fù)由化療誘導(dǎo)的小腸黏膜炎[30]，調(diào)節(jié)小腸微生物擁有協(xié)同抗癌和防止抗癌藥物發(fā)生不良反應(yīng)的雙重前景。

共生關(guān)系只有通過精密調(diào)控才能保持。在炎癥性腸病和結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展過程中，細(xì)菌失調(diào)發(fā)揮驅(qū)動(dòng)作用[31]。由于炎癥性腸病是SBA發(fā)病的危險(xiǎn)因素，小腸菌群失調(diào)可能是小腸發(fā)生癌變的潛在原因。

2.4 小腸是獨(dú)特的免疫器官

人體的免疫系統(tǒng)具有強(qiáng)大的清除癌細(xì)胞的能力。小腸是巨大的免疫細(xì)胞庫，相比其他消化道器官最突出的特點(diǎn)是免疫細(xì)胞富集。在胎兒出生前，小腸的免疫細(xì)胞已較結(jié)腸更多[32]；出生后，嬰兒的免疫系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)育，小腸成為人體免疫監(jiān)視的主要部位。早在1974年，Calman等[4]已發(fā)現(xiàn)缺乏T細(xì)胞的小鼠小腸腫瘤發(fā)病率與胃腫瘤發(fā)病率相同，提出局部免疫反應(yīng)可抑制小腸腫瘤的發(fā)展。

小腸大部分免疫反應(yīng)發(fā)生在黏膜中，很大程度可以獨(dú)立于外周免疫系統(tǒng)而啟動(dòng)免疫應(yīng)答。派爾集合淋巴結(jié)是小腸黏膜內(nèi)的一組淋巴濾泡，集中分布于回腸末端及肛門直腸區(qū)域[33]，其內(nèi)的生發(fā)中心是適應(yīng)性免疫啟動(dòng)的重要位點(diǎn)[34]。為了更有效地激發(fā)免疫應(yīng)答，小腸表達(dá)特異性歸巢分子，與淋巴細(xì)胞表面歸巢受體相結(jié)合，選擇性誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞遷移至小腸[35]。

免疫系統(tǒng)不斷識(shí)別腫瘤并對(duì)其進(jìn)行應(yīng)答。一部分胎兒發(fā)育時(shí)期形成并長(zhǎng)期駐留于組織的固有淋巴細(xì)胞-1型天然淋巴細(xì)胞(Innate lymphoid cell 1，ILC1)發(fā)揮與NK細(xì)胞相似的功能，分泌穿孔素和顆粒酶殺傷腫瘤細(xì)胞[36]。在IECs之間，長(zhǎng)期駐留的上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞(Intraepithelial lymphocytes，IELs)構(gòu)成人體最大的T細(xì)胞室[37]，監(jiān)視并消除異常增殖或損傷的上皮細(xì)胞[38]。IELs通過與腫瘤細(xì)胞直接接觸抑制腫瘤；而IELs在結(jié)腸中非常罕見，可能是小腸腫瘤發(fā)生率低于結(jié)腸的原因之一[39]。

隨著高通量RNA測(cè)序技術(shù)的發(fā)展及優(yōu)化，對(duì)小腸干細(xì)胞與免疫細(xì)胞之間相互作用的認(rèn)識(shí)不斷深入。在小腸再生過程中，免疫細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子參與干細(xì)胞的調(diào)節(jié)[40]。此外，由于芳香烴受體在小腸近端的腸上皮中表達(dá)水平最高，調(diào)控ILC3表達(dá)IL-22，小腸干細(xì)胞的DNA損傷可被有效修復(fù)[41]。

小腸的免疫耐受機(jī)制防止自身免疫。小腸正常組織為逃避免疫系統(tǒng)的攻擊，附近淋巴結(jié)的基質(zhì)細(xì)胞向免疫系統(tǒng)呈遞正常細(xì)胞的抗原[42]。此外，小腸黏膜的體液免疫通過調(diào)節(jié)細(xì)菌膽汁酸代謝，限制了小腸的炎癥性疾病[43]。

3 探索小腸不易發(fā)生腫瘤原因的啟示

在基因?qū)用?，小腸與抗衰老之間千絲萬縷的聯(lián)系將為“如何延緩衰老”等科學(xué)問題開拓新思路。DNA損傷信號(hào)、端?？s短和損傷及癌基因激活共同推動(dòng)了衰老的進(jìn)程[44]。相反，小腸干細(xì)胞通過DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)、較高的端粒酶活性、逆轉(zhuǎn)突變的癌基因?yàn)椤耙职┗颉本S持了細(xì)胞的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。因此，小腸干細(xì)胞可作為研究衰老的強(qiáng)大體內(nèi)模型，助推DNA自我修復(fù)能力的研究；結(jié)合四代基因測(cè)序及基因編輯技術(shù)，有望為延緩衰老和抗癌治療提供新型策略。

在微生物層面，小腸腸道菌群與宿主穩(wěn)態(tài)息息相關(guān)。小腸微生物通過晝夜節(jié)律調(diào)控先天免疫[45]，在飲食驅(qū)動(dòng)下調(diào)節(jié)宿主適應(yīng)性免疫[46]，影響腫瘤治療療效及預(yù)后[27]，與腫瘤共同生長(zhǎng)，促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移[47]。全面了解小腸菌群及其代謝產(chǎn)物與宿主相互作用的機(jī)制，對(duì)腫瘤的免疫治療、細(xì)菌療法和飲食干預(yù)具有重要意義。未來將微生物群與疾病相關(guān)的高通量測(cè)序數(shù)據(jù)整合，利用數(shù)學(xué)建模研究菌群、細(xì)胞及分子互作網(wǎng)絡(luò)，將揭示腸道菌群與宿主之間的復(fù)雜對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于腫瘤很可能進(jìn)化出逃逸機(jī)制，數(shù)據(jù)分析需要與相應(yīng)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和臨床研究相結(jié)合。

在免疫層面，小腸作為免疫器官，調(diào)控局部及全身免疫狀態(tài)。未來癌癥治療可能需要將先天免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，以及作用于癌細(xì)胞本身的治療相結(jié)合。深入探究小腸先天免疫將為小腸及其他組織的腫瘤預(yù)防及診療提供新的策略。左半和右半結(jié)直腸癌在單細(xì)胞層面的顯著差異再次強(qiáng)調(diào)了依據(jù)組織的不同解剖部位及發(fā)育起源對(duì)相同器官進(jìn)行分層的重要性[48]。

4 小結(jié)與展望

腸道并非單一同質(zhì)器官，為適應(yīng)功能，維持穩(wěn)態(tài)，小腸采取了獨(dú)特的策略。小腸獨(dú)特的物理屏障、基因調(diào)控系統(tǒng)、共生菌群和免疫功能等機(jī)制為“為什么小腸腫瘤發(fā)生率低”提供部分合理解釋。由于人類可供研究的小腸組織可及性低，對(duì)人類小腸的認(rèn)識(shí)仍非常有限。

小腸腫瘤是罕見病的代表之一。對(duì)小腸腫瘤及小腸不易發(fā)生腫瘤原因探索的價(jià)值重申了開展罕見病研究的重要性。鑒于大多數(shù)罕見病為遺傳性疾病，罕見病的探索研究將有助于推進(jìn)常見疾病的研究，進(jìn)而開發(fā)有效的診斷指標(biāo)及治療手段。但目前對(duì)罕見病的關(guān)注不足。如何鼓勵(lì)更多“孤兒藥”的研發(fā)，如何完善罕見病的信息網(wǎng)絡(luò)仍然面臨諸多亟待解決的問題。期待更多針對(duì)小腸的科學(xué)探索為整個(gè)生物科學(xué)領(lǐng)域帶來突破。