胃癌前病變解痙多肽表達化生的研究進展

陳萬群, 楊小軍, 張金衛(wèi)

陳萬群, 楊小軍, 重慶市中醫(yī)院消化科 重慶市 400037

張金衛(wèi), 重慶市中醫(yī)院皮膚美容科 重慶市 400037

核心提要： 解痙多肽表達化生是胃黏膜受損后的初始化生應答, 乃癌前化生的初始步驟, 在調(diào)節(jié)腸化生、異型增生和癌變的下游事件中起到了重要作用.

0 引言

目前, 胃癌仍然是發(fā)病率及致死率均位居世界前列的惡性腫瘤, 我國作為胃癌高發(fā)國家之一, 防治胃癌一直是我國醫(yī)學研究的重要任務[1].幽門螺桿菌(Helicobacter pylori,H.pylori)持續(xù)感染, 由慢性非萎縮性胃炎-萎縮(chronic atrophic gastritis, CAG)-腸化(intestinal metaplasia,I M)-異型增生進展至胃癌這一經(jīng)典瀑布式反應已成為業(yè)界共識[2].

現(xiàn)有研究認為胃黏膜細胞系改變可加速胃癌的發(fā)生及發(fā)展, 并且顯示H.pylori感染可誘導胃黏膜細胞系改變, 即以慢性炎癥應答為主要表現(xiàn), 繼而出現(xiàn)以壁細胞缺損為主要特征的泌酸腺體萎縮.在胃體中, 壁細胞缺損引起與腸型胃癌高度相關的兩種化生形式： 以腸型細胞為主要特征的IM, 和以深部胃竇腺體表達三葉因子2(trefoil factor 2, TFF2)為主要特征的解痙多肽表達化生(spasmolytic polypeptide expressing metaplasia, SPEM),此兩種化生形式均被稱為胃癌前病變[3](圖1).

腸化生已經(jīng)被公認為腸型胃癌的癌前病理形式, 現(xiàn)有報道關于腸化的治療手段極其有限, 如作為推薦治療手段之一的內(nèi)鏡下射頻消融術, 隨訪發(fā)現(xiàn)雖然該手術的確可使大部分患者胃黏膜病理得到改善, 但IM病灶仍不能完全消除而持續(xù)存在[4].其原因在于IM乃至胃癌的形成是多因素綜合作用的結果, 不管在人體還是動物實驗中, 人們對于胃黏膜細胞化生的來源的認識仍很局限.既往多個動物實驗研究已經(jīng)證實IM起源于SPEM,雖然亦有動物實驗發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌屬感染所致的造模SPEM小鼠僅進展到異型增生, 而不會進展至腸化, 但這些實驗均證實SPEM為癌前級聯(lián)反應的初始步驟[5-8].因此, 探索SPEM的起源及進展機制, 即可有效遏制SPEM病理形態(tài)的產(chǎn)生, 阻斷SPEM進展到IM或異型增生, 從而真正減少腸型胃癌的發(fā)病率.

1 SPEM的起源

SPEM在既往研究中曾被描述為假幽門腺化生、黏膜化生或胃體的胃竇化, 而只有SPEM這一描述兼顧強調(diào)了細胞系來源, 現(xiàn)在普遍認為胃體萎縮與SPEM的進展相關, 而CAG的病理診斷即為固有腺體萎縮, 故CAG這一疾病實際涵蓋了SPEM這一病理形態(tài)[7].化生與胃癌的關系早在20年前就已被提出, 早在1999年, Schmidt等[9]報道了胃癌旁化生胃體表達TFF2而被稱為解痙多肽.在美國的初始隊列研究中, 相比包含杯狀細胞的腸化生而言, SPEM被發(fā)現(xiàn)的概率更高, 而且在蘇格蘭有關早癌的研究中同樣被證實[10].SPEM譜系具有深部胃竇腺體或十二指腸腺體細胞的特征, 在最初的描述中, SPEM譜系進一步被描述為淀粉酶PAS陽性譜系, 同時表達TFF2及GSII凝集素結合Muc6, 與黏液分泌的深部胃竇腺體相似[11].同時, SPEM譜系也表達CD44v9及clusterin在內(nèi)的竇系標記物[12-14].蛋白酶抑制劑HE4在SPEM中表達特異, 但在胃竇中表達陰性[15,16].所有這些研究都顯示SPEM譜系與深部胃竇腺體具有強烈的相似性.既然基底部SPEM腺體通常表達TFF1/Muc5AC, 這些可修復腺體包含了胃竇腺體形態(tài)[17,18].因此, SPEM代表了描述假幽門腺化生或幽門化生組織類型的分子形態(tài).

SPEM和假幽門腺化生可以用耐淀粉酶胭脂進行組織染色得以辨識[19], 但僅依賴于組織染色并不能確定細胞系中分子性質(zhì)為修復性還是癌前性質(zhì).SPEM起源于一系列急性損傷或潰瘍內(nèi)[14,18,20,21].通過試驗觀察發(fā)現(xiàn), 經(jīng)DMP-777、L635以及高劑量他莫昔芬處理后, 因急性壁細胞缺失導致SPEM快速形成[8,18,22].SPEM似乎解決了黏膜受損所致的問題, 并且通?？杀憩F(xiàn)為高度局部化的黏膜現(xiàn)象[10,18,22].因此, 急性胃黏膜潰瘍受損與潰瘍周邊形成SPEM相關, 繼而SPEM有助于這些病灶的黏膜愈合[14,21,23].正如數(shù)十年前被證實的十二指腸球部潰瘍愈合一樣, 局部胃黏膜受損導致幽門化生的進展——SPEM, 代表黏膜愈合后的應答方式.但是, 最近研究已顯示SPEM在炎癥因子(尤其是活躍的巨噬細胞)影響下更易進展到腸化生[13,24,25].此外, 越來越多的證據(jù)顯示SPEM代表了胃黏膜受損后的初始化生應答, 而慢性黏膜損害及炎癥可能引起SPEM進一步向杯狀細胞為特征的腸化生進展[11,26].因此, 胃黏膜幽門腺化生起初為黏膜的自我修復, 而慢性炎癥條件下的長期持續(xù)則可導致惡性腫瘤.

圖1 胃黏膜化生的進展模型.壁細胞缺損導致來源于主細胞轉(zhuǎn)化的腺體基底部解痙多肽表達化生進展.SPEM: 解痙多肽表達化生.

2 基于SPEM穩(wěn)定模型研究其產(chǎn)生及進展機制

為了研究SPEM產(chǎn)生及進展的機制, 經(jīng)過持續(xù)研究構建了SPEM的穩(wěn)定模型： 即分別運用貓胃螺桿菌(Helicobacter Felis, H.felis)慢性感染、缺乏炎癥的DMP-777干預、炎癥狀態(tài)下L635干預以及注射選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑他莫昔芬, 上述四種方法均可引起壁細胞缺失, 進而在小鼠胃基底部形成SPEM[7,24,27].區(qū)別在于：H.felis造模胃黏膜形成慢性炎癥且可進展至異型增生,DMP-777、L635試劑價格昂貴而難以獲得, 他莫昔芬造模不僅胃黏膜缺乏炎癥且在3 wk后可自恢復.通過H.felis慢性感染小鼠后, 炎癥所致大量壁細胞缺損, 引起幾乎全部來源于主細胞轉(zhuǎn)化的SPEM細胞系增殖, 持續(xù)感染1年后, SPEM進展至異型增生; DMP-777模型證實壁細胞缺損為SPEM起源的充分條件, 而炎癥為SPEM進展至異型增生的必要條件; L635作為缺乏彈性蛋白酶抑制劑的DMP-777的質(zhì)子載體類似物, 可引起類似于H.felis感染所致的炎癥應答, 該模型提示炎癥為化生進展到異型增生的前提條件.綜上所述, 只有在炎癥狀態(tài)下,SPEM才會進展為IM或異型增生.但SPEM的起源一直具有爭議, 現(xiàn)有關SPEM的研究主要基于機制探索、起源等方面.

經(jīng)持續(xù)研究發(fā)現(xiàn), 化生的形成均需要調(diào)控表皮生長因子(epidermal growth factor, EGF)配體或受體(Areg、EGF受體), 激活內(nèi)分泌通路(胃泌素、組胺)及炎癥因子[γ-干擾素(Interferon-γ, IFN-γ)、白細胞介素(interleukin,IL)-11]; 使用動物模型證實, 壁細胞缺失的SPEM可誘導化生及巨噬細胞極化, 其機制為調(diào)控細胞因子信號通路IL-33/IL-13, 聯(lián)合應答因內(nèi)在黏膜及浸潤的M2巨噬細胞所造成的損害[25].最新研究發(fā)現(xiàn)在慢性炎癥條件下所產(chǎn)生的細胞因子IFN-γ可直接促進胃上皮細胞凋亡, 進而形成慢性萎縮性胃炎及SPEM, 故其可被視為一個至關重要的決定胃癌風險的因子[28].

此后相關研究多以上述模型構建方式為原型, 如在此基礎上敲除相關免疫因子, 結果發(fā)現(xiàn)小鼠模型化生組織中M2巨噬細胞在炎癥狀態(tài)下促進了SPEM的進展[13].此后研究發(fā)現(xiàn)在壁細胞缺損條件下, 表皮相關細胞因子IL-33、IL-13為主細胞轉(zhuǎn)化成化生的必要條件;壁細胞缺損后, 通過調(diào)節(jié)IL-33/IL-13細胞因子信號通路, 誘導化生和巨噬細胞兩極化相輔相成, 構成了由內(nèi)源性黏膜機制和M2巨噬細胞浸潤共同存在的損傷應答, 因此拮抗IL-33/IL-13可作為逆轉(zhuǎn)胃黏膜化生的潛在治療方法[25].由此可見,H.pylori感染所致的胃黏膜免疫應答失調(diào)可能為SPEM進展至IM直至胃癌的機制之一.

3 SPEM細胞來源的假設

SPEM細胞的來源一直具有爭議, 目前主要有兩種來源假設： 起源于干細胞增殖或分化, 或者起源于胃腺基底部胃酶主細胞有絲分裂后.但研究證實具有干細胞功能的G蛋白偶聯(lián)受體5存在于胃泌酸黏膜小彎側(cè), 雖然具有轉(zhuǎn)錄活性, 但未發(fā)現(xiàn)其與化生具有相關性[29].通過觀察小鼠模型發(fā)現(xiàn)在受損的泌酸胃黏膜中, 同樣具有干細胞特性的免疫球蛋白樣域1可使起源于胃體的上皮細胞具有再生能力, 進而分化成正常胃黏膜細胞, 為未來靶向治療受損胃黏膜快速修復提供了方向[30].然而上述研究均未提供令人信服的證據(jù)證實SPEM細胞起源于干細胞, 最新研究通過分析胃腺癌患者手術后標本組織發(fā)現(xiàn), 正常的胃酶主細胞僅在腺體基底部轉(zhuǎn)化成SPEM細胞, 而并不在干細胞增殖區(qū)域, 進而推測SPEM可起源于現(xiàn)有細胞(主細胞)的重組[31].Chen等[32]研究者通過激光捕獲顯微切割分辨SPEM細胞后以檢測微衛(wèi)星穩(wěn)定性,結果發(fā)現(xiàn)SPEM腺體具有基因不穩(wěn)定性所致癌變傾向極為顯著, 但提示SPEM并非胃癌變的單一起源,而干細胞所具有的基因不穩(wěn)定性在癌變過程中起了關鍵作用.由此可見, 胃內(nèi)細胞突變可能是SPEM的起源, 而研究導致原細胞突變的關鍵因素可能成為解密SPEM起源的重要突破口.

既往研究顯示化生及癌變均以基因表達譜改變?yōu)樘卣? 作為基因表達調(diào)節(jié)器之一的非編碼小RNA(microRNAs, miRNAs), 可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后的基因表達, 可能參與調(diào)節(jié)SPEM的起源與進展.現(xiàn)有從miRNAs著手研究SPEM的報道相對較少, 如通過檢測人腸型胃癌術后標本及動物模型組織發(fā)現(xiàn), miR-30和miR-194共同調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子肝細胞核因子4γ及核受體亞家族, F組, 第2號成員NR2F2, 調(diào)節(jié)腸化關鍵因子CDX2, 可抑制腸化的發(fā)生發(fā)展[33].此研究顯示在胃癌形成的級聯(lián)反應過程中, 胃黏膜化生組織中miRNA改變可能為早期事件, 癌前病灶中早期miRNA改變的辨識及其分子效應特征有望發(fā)展成為早期診斷及治療胃癌的生物學標記物.

壁細胞缺失后, 主細胞轉(zhuǎn)化成黏液細胞化生——SPEM.Shimizu等[34]研究者檢測了主細胞中miRNAs的表達, 以及所涉及的主細胞轉(zhuǎn)換成SPEM中的miRNAs表達, 結果顯示miR-148a在主細胞中表達強陽性且具有特異性, 而在主細胞轉(zhuǎn)換過程中其表達顯著降低.此外, 在永生主細胞系中, 抑制miR-148a表達可誘導SPEM早期發(fā)展階段的轉(zhuǎn)錄子——CD44多樣體9, 以及miR-148a的靶標脫氧核糖核酸甲基轉(zhuǎn)移酶1(DNA methyltransferase 1, Dnmt1)的上調(diào).免疫染色顯示在使用DMP-777或L635誘導出現(xiàn)急性泌酸腺體萎縮的小鼠模型之前, Dnmt1在SPEM細胞及主細胞中均上調(diào).同時,不管在敲除xCT的小鼠或在使用柳氮磺胺吡啶抑制xCT所導致的急性泌酸腺體萎縮模型中, miR-148a表達均下調(diào).這些發(fā)現(xiàn)證實在主細胞轉(zhuǎn)化成SPEM的過程中, miR-148a表達改變是一個早期事件.

4 SPEM與H.pylori的關系及其重要作用

Gastroenterology最新研究證實, SPEM為H.pylori破壞胃黏膜提供了庇護所： 即H.pylori通過胃黏膜上皮的結合位點SabA, 連接到SPEM腺體增加的糖基化受體路易斯寡糖(sialyl-Lewis X, sLex)上, 從而使H.pylori由胃竇擴展到胃體并最終致癌[35].H.pylori通過深部連接與受損的胃體上皮相互作用, 以sLex表達升高為特征性表現(xiàn), 在腺體修復的細胞增殖和分化改變過程中, 可以誘導化生細胞累積突變.實際上, sLex表達升高為胃腺癌預后不良的一個標記物.總之, 在慢性炎癥條件下,H.pylori與SPEM腺體中sLex相互作用不僅關鍵決定了胃黏膜發(fā)展的自然史, 而且對胃癌前病變的產(chǎn)生及對患者整個致癌風險具有重要的影響.此外, 為了研究H.pylori感染誘導下胃炎到胃癌的發(fā)展過程, Muthupalani等[36]研究者發(fā)現(xiàn)：MUC5AC具有保持胃竇上皮穩(wěn)態(tài), 抑制H.pylori定植及相關炎性病變(如SPEM)的作用.

那么, 如果沒有H.pylori誘導情況下, SPEM的產(chǎn)生與進展又與哪些蛋白相關呢？胃黏膜上皮細胞骨架構成了胃黏膜屏障, 該屏障可抵御包括胃酸在內(nèi)的胃內(nèi)物質(zhì)的侵襲, 既往研究已經(jīng)證實胃型緊密連接蛋白18(stomach-type claudin-18, stCldn18)在胃炎及胃癌中表達下降, 為了進一步研究stCldn18的病理作用, Suzuki等[37]作者研究了長期缺乏stCldn18小鼠胃病理改變過程, 研究認為缺乏stCldn18誘導的慢性活動性胃炎促進了SPEM細胞中腫瘤導向的改變.

5 損傷誘導化生的穩(wěn)態(tài)研究

同時, 為了研究急性藥物及慢性炎癥對胃黏膜的損害所導致的轉(zhuǎn)錄改變, Bockerstett等[38]通過單細胞RNA測序的方法, 發(fā)現(xiàn)SPEM相關的經(jīng)典基因在急性藥物損害及慢性炎癥所致SPEM中均表達, 而在慢性炎癥誘導的SPEM細胞中更常發(fā)現(xiàn)許多免疫調(diào)節(jié)相關的基因.這個研究證實SPEM是一個高度保守的轉(zhuǎn)錄程序, 在正常黏膜中并不表現(xiàn).同時, 這個研究擴展了SPEM的內(nèi)涵和外延為： 在慢性炎癥條件下, TFF2轉(zhuǎn)錄表達細胞陽性而成熟主細胞基因表達陰性即為SPEM.在炎癥條件下,SPEM同時扮演轉(zhuǎn)錄角色參與免疫應答, 對于調(diào)節(jié)腸化生、異型增生、癌變的下游事件起到了重要作用.

某種損傷導致胃黏膜泌酸壁細胞凋亡, 進而引起以共表達主細胞及頸黏液細胞基因的創(chuàng)傷應答標記物(如TFF2、解痙多肽), 該病灶即被稱為SPEM.既往多個基于追蹤基因譜系的實驗均證實SPEM細胞起源于主細胞的可塑性.但仍有人質(zhì)疑主細胞是SPEM主要來源這一觀點, 尤其在人胃黏膜穩(wěn)定模型中更難辨識, 因為頸黏液細胞的主要使命是變成主細胞, 而主細胞主要由頸黏液細胞分化提供.為了研究損傷誘導化生的相關穩(wěn)態(tài)表現(xiàn), Burclaff等[39]作者通過分別給予他莫昔芬構建SPEM小鼠模型, 以及幽門螺桿菌灌胃導致小鼠慢性胃黏膜損傷, 通過采取不同方式給予溴尿苷干預后, 研究者發(fā)現(xiàn)頸黏液細胞在穩(wěn)態(tài)條件下不會變成主細胞, 而主細胞可能通過不頻繁的自我復制維持其原有數(shù)量保持不變.而在化生誘導損傷條件下, 主細胞變成SPEM細胞, 在損傷恢復后SPEM細胞可再轉(zhuǎn)化為主細胞, 即二者可相互轉(zhuǎn)換.

6 結論

綜上所述, SPEM與IM均為胃癌前病變, SPEM為癌前病變初始步驟, 現(xiàn)有研究顯示從炎癥應答及主細胞系改變?nèi)胧? 探索化生細胞來源及形成機制成為逆轉(zhuǎn)化生、減少胃癌發(fā)病率的關鍵.