炎癥性腸病相關(guān)結(jié)直腸腫瘤發(fā)生機(jī)制研究進(jìn)展

王美玲，朱 磊，劉基巍

(1.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 腫瘤科，遼寧 大連 116011；2.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 消化內(nèi)科，遼寧 大連 116011)

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)是一類(lèi)異常免疫介導(dǎo)的腸道慢性炎癥，病因不明，有終生復(fù)發(fā)傾向，主要包括克羅恩病(Crohn’s disease, CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)。研究顯示，有IBD病史的患者，患某些結(jié)直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)增加[1-2]。

與散發(fā)性結(jié)直腸癌相比較，IBD導(dǎo)致的結(jié)直腸癌在發(fā)病機(jī)制、臨床表現(xiàn)及預(yù)后等方面存在差異，這種由炎癥導(dǎo)致的結(jié)直腸癌被統(tǒng)稱為炎癥相關(guān)結(jié)直腸癌(colitis-associated colorectal cancer，CAC)。有研究表明CAC的發(fā)病率為95/10萬(wàn)[3]，由于IBD治療的進(jìn)步及內(nèi)鏡監(jiān)測(cè)技術(shù)的提高，IBD癌變率呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)[4]，然而2015年歐洲克羅恩病和結(jié)腸炎組織(European Crohn's and Colitis Organization, ECCO)的共識(shí)認(rèn)為CAC的病死率有逐年下降的趨勢(shì)，而發(fā)病率并無(wú)明顯降低[5]。

研究已發(fā)現(xiàn)很多與CAC相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)因素，包括疾病的病程長(zhǎng)短、嚴(yán)重程度、病變范圍、病變位置、胃腸道腫瘤家族史以及性別等。Eaden等[6]對(duì)UC癌變的研究進(jìn)行Meta分析提示：IBD總體癌變率為3.7%。病變位置方面，左半結(jié)腸癌變率低于右半結(jié)腸。病變的范圍方面，病變僅限于直腸的UC患者癌變率最低，全結(jié)腸或廣泛性的UC患者癌變率高。CD病變僅局限于結(jié)腸時(shí)癌變率較低，侵犯至小腸時(shí)癌變率明顯增加[7]。此外隨著病程的延長(zhǎng)，CAC呈逐年上升的趨勢(shì)，研究顯示，確診IBD后10年的癌變發(fā)生率為2%，20、30年的癌變發(fā)生率分別為8%、18%。一項(xiàng)關(guān)于CD的癌變研究證實(shí)確診CD后22年癌變率為8%。結(jié)直腸癌家族史方面，具有IBD家族史的患者癌變發(fā)生率比非IBD患者高2倍[8]。另外，有研究報(bào)道男性也是CAC的高危因素之一，一項(xiàng)基于IBD 患者的人群研究表明，男性IBD 患者更容易合并CAC，然而這種危險(xiǎn)因素發(fā)生有限制條件，僅限于病程超過(guò)10年且發(fā)病早于45歲的患者。原發(fā)性硬化性膽管炎也是IBD 癌變的高危因素之一，有研究發(fā)現(xiàn)合并原發(fā)性硬化性膽管炎的IBD患者癌變的風(fēng)險(xiǎn)超過(guò)50%[7]。

CAC的發(fā)生被認(rèn)為是多個(gè)階段、多種因素、多種基因共同參與的過(guò)程。炎癥被認(rèn)為是CAC發(fā)生的始動(dòng)因素，慢性炎癥導(dǎo)致IBD癌變可能機(jī)制包括：基因組學(xué)、炎癥因子、異常免疫應(yīng)答、微衛(wèi)星不穩(wěn)、染色體不穩(wěn)、氧化應(yīng)激和微生物群的改變等。

1 炎癥因子在CAC中的作用

IBD是一種腸道慢性炎癥性疾病，炎癥在CAC中可能的作用機(jī)制為：炎癥通過(guò)激活效應(yīng)性T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，釋放大量的細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)、白介素-6(interleukin-6, IL-6)和白介素-17(interleukin-17, IL-17)等，這些細(xì)胞因子在炎癥微環(huán)境中通過(guò)使腫瘤抑制因子沉默、造成細(xì)胞DNA的損傷以及上調(diào)抗凋亡蛋白基因等促進(jìn)CAC的發(fā)生和發(fā)展[9-10]。

1.1 TNF-α

TNF-α主要由巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，是參與細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和凋亡的最重要的促炎細(xì)胞因子。既往針對(duì)TNF-α的研究表明，TNF-α可抑制腫瘤的發(fā)生，但近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)TNF-α也能夠促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)、增殖、血管生成、侵襲和轉(zhuǎn)移，在癌癥的發(fā)生發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。TNF-α促進(jìn)腫瘤的發(fā)生與核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-κB, NF-κB)的激活有關(guān)，NF-κB是炎癥程序的中樞激活因子之一，NF-κB促使腫瘤細(xì)胞增殖和腫瘤血管生長(zhǎng)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡[11]，通過(guò)阻斷NF-κB促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的凋亡，可使IBD癌變的發(fā)生率降低。Bhat AA等[12]研究發(fā)現(xiàn)TNF-α還能夠通過(guò)細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK1/2)和類(lèi)固醇受體輔激活劑(steroid receptor coactivator, Src)的磷酸化來(lái)增加緊密連接蛋白1的表達(dá)，通過(guò)緊密連接蛋白1表達(dá)的增加來(lái)影響上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的增殖和轉(zhuǎn)移。

1.2 TGF-β

TGF-β通常由正常細(xì)胞或轉(zhuǎn)化的細(xì)胞以大分子滅活蛋白的形式分泌，被認(rèn)為是抑制炎癥的重要的細(xì)胞因子，當(dāng)機(jī)體遭遇刺激時(shí)被激活，通過(guò)與細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β受體I(transforming growth factor β receptor I, TβRI)和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β受體II(transforming growth factor β receptor II, TβRII)結(jié)合，將生物信號(hào)傳導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)，使靶基因的表達(dá)受磷酸化Smads 蛋白調(diào)節(jié)，從而發(fā)揮生物學(xué)效能。TGF-β能夠促進(jìn)上皮細(xì)胞增殖和分化，這是其主要的生物學(xué)功能，然而在腫瘤發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中卻有著雙重作用。在CAC的初期，TGF-β能夠促進(jìn)細(xì)胞凋亡、抑制細(xì)胞周期，進(jìn)而抑制腫瘤增長(zhǎng)；然而當(dāng)進(jìn)入CAC的晚期，TGF-β就通過(guò)誘導(dǎo)上皮間質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)化來(lái)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、分化、轉(zhuǎn)移等[13]。TGF-β雖然可抑制免疫反應(yīng)和腫瘤細(xì)胞的增殖，但是在某些特定狀況下能夠促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展，比如通過(guò)抑制腫瘤特異性CD8+T細(xì)胞。Oshima H等[14]研究發(fā)現(xiàn)TGF-β通過(guò)激活基質(zhì)金屬蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2)促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。

1.3 IL-6

研究表明，IL-6的高表達(dá)與結(jié)直腸腺瘤的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)[15]。IL-6與可溶性白介素-6受體(soluble interleukin-6 receptor, sIL-6R)結(jié)合形成 IL-6-sIL-6R復(fù)合體，此復(fù)合體是一種主要的致癌轉(zhuǎn)錄因子，它可抑制細(xì)胞凋亡，而且可通過(guò)激活信號(hào)傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3, STAT3)促進(jìn)腫瘤血管的形成，還可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增生、分化和遷移[16]。有研究顯示UC癌變患者中腸道黏膜及血液中IL-6明顯高于健康對(duì)照組，同時(shí)伴隨NF-κB的活化和STAT3的激活以及細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子3(cytokine signaling 3, SOCS3)水平顯著下降。SOCS3是JAK/STAT 信號(hào)通路重要的抑制信號(hào)因子[17]，在CAC模型中，敲除SOCS3基因后小鼠腫瘤形成數(shù)目增加、腫瘤體積明顯增大，推測(cè)這可能與IL-6引起NF-κB和STAT3激活有關(guān)[18]。還有研究顯示IL-6同時(shí)下調(diào)腫瘤抑癌基因P53，并在結(jié)腸上皮細(xì)胞中上調(diào)癌基因c-myc，參與腫瘤的生長(zhǎng)[19]。

1.4 IL-17

IL-17由輔助性T 細(xì)胞17(T helper cell 17, Th17)分泌，是體內(nèi)重要的促炎細(xì)胞因子，包括IL-17A、IL-17B、IL-17C、IL-17D、IL-17E、IL-17F。其中IL-17A在IBD形成及IBD癌變過(guò)程中起著十分重要的作用。許多研究表明，在促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和血管生成方面，IL-17具有顯著作用[20-21]。IL-17通過(guò)抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)，對(duì)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展發(fā)揮重要作用[22-23]，可能機(jī)制為IL-17激活了Src/PI3K/Akt/NF-κB、MAPK、STAT 3和環(huán)氧合酶-2(cyclooxygenase 2，COX-2)通路，這些途徑在腫瘤的發(fā)生、血管生成和轉(zhuǎn)移中起著重要的作用[24-25]。有研究發(fā)現(xiàn)IL-17可通過(guò)JNK1/2、 ERK1/2信號(hào)通路調(diào)控下游信號(hào)蛋白的表達(dá)來(lái)發(fā)揮促腫瘤的作用[26]。在CAC中， IL-17A的表達(dá)升高，并加重疾病的進(jìn)展[27-28]。由微生物驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的IL-17C支持腸上皮細(xì)胞存活，同時(shí)促進(jìn)結(jié)腸癌的發(fā)生[29]。在APC/MIN模型中，IL-17F的丟失對(duì)腸道腫瘤的發(fā)生具有重要作用，而致癌劑氧化偶氮甲烷(AOM)/致炎劑葡聚糖硫酸鈉(DSS)模型則抑制IBD和CAC[30]。他們還發(fā)現(xiàn)IL-17F和IL-17A具有協(xié)同作用，能夠促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。

1.5 IL-1β

白介素-1β(interleukin-1, IL-1β)是一種分泌型糖蛋白，是炎癥調(diào)控的一種關(guān)鍵細(xì)胞因子，在腫瘤血管形成中也起著重要作用[31]。其作用機(jī)制可能為IL-1β間接作用于內(nèi)皮細(xì)胞，通過(guò)在靶細(xì)胞中建立一個(gè)促進(jìn)炎癥的程序來(lái)促進(jìn)血管生成[31-32]。在結(jié)腸癌血管生成過(guò)程中，COX-2在APCmin/+腸致瘤模型中的長(zhǎng)期抑制作用導(dǎo)致結(jié)腸腫瘤微血管密度和IL-1β表達(dá)增加，提示IL-1β與血管生成相關(guān)[33]。

2 免疫在CAC中的作用

UC的發(fā)生與機(jī)體的免疫細(xì)胞關(guān)系緊密，此外，免疫細(xì)胞還通過(guò)釋放活性氮和活性氧造成腸上皮細(xì)胞基因突變，又可造成 DNA甲基化和結(jié)腸癌的發(fā)生。但某些研究表明炎癥因子及免疫細(xì)胞的亞群促進(jìn)了突變腸道上皮細(xì)胞蛋白修飾，導(dǎo)致K-ras、P53、Bcl-2和APC等基因表達(dá)量的變化，進(jìn)而影響細(xì)胞凋亡，能夠抑制腫瘤。但是當(dāng)炎癥持續(xù)存在，形成了炎癥的微環(huán)境[34]，導(dǎo)致免疫監(jiān)視功能減弱和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞減少[35]時(shí)可向異型增生甚至腫瘤的方向發(fā)展[36]。

3 微衛(wèi)星不穩(wěn)定在CAC中的作用

微衛(wèi)星不穩(wěn)定(microsatellite instability，MSI)發(fā)生于CAC的早期階段，可通過(guò)抑制MSI的發(fā)生預(yù)防CAC[37]。在UC的患者中MSI約占20%～50%，當(dāng)UC出現(xiàn)癌變時(shí)，MSI發(fā)生率可達(dá)55%，其中高度MSI占36%，而且隨著異型增生的程度加深，MSI發(fā)生率隨之增高。MSI可能與很多因素有關(guān)，主要包括TNF-α、IL-6及白介素-8(interleukin-8，IL-8)。研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)使上述炎癥因子刺激結(jié)直腸癌細(xì)胞株，MSI的發(fā)生分別提高了1.7倍、1.6倍及1.2倍，提示炎癥因子在MSI的發(fā)生發(fā)展中起到了至關(guān)重要的作用[38]。

4 染色體不穩(wěn)在CAC中的作用

與散發(fā)性結(jié)直腸癌的基因突變相比較，CAC的突變順序有所不同，在IBD癌變?cè)缙?，普遍認(rèn)為P53突變占有重要地位。Kobayashi等[39]研究表明P53可以作為 CAC的早期標(biāo)記物，病變晚期可出現(xiàn)APC突變，使疾病進(jìn)一步進(jìn)展[40]。有研究表明，P53 缺失率隨著不典型增生的進(jìn)展而逐漸增加，高度不典型增生P53的缺失率將近63%。Wnt/β-catenin通路的研究證實(shí)IBD異型增生和癌變的組織中β-鏈蛋白(β-catenin)的陽(yáng)性率分別為82.1%和100%，明顯高于散發(fā)性結(jié)直腸癌的46.7%和58.3%[41]，為IBD癌變提供了可靠的依據(jù)。

5 DNA甲基化在CAC中的作用

DNA甲基化可提高遺傳基因突變率，通過(guò)沉默抑癌基因、激活促癌基因來(lái)參與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。DNA 的甲基化可由TNF-α、IL-6等多種炎癥因子介導(dǎo)，但機(jī)制尚不確切。研究表明，CAC的DNA甲基化率高于健康對(duì)照人群及UC患者[42]。2個(gè)癌基因(RUNX3、MINT1 基因)和4個(gè)衰老相關(guān)基因(YOD、 P16 exon 1、ESR及EYA4)的甲基化與CAC關(guān)系密切[43]。DNA甲基化與某些基因(例如hMLH1和P16等)的高甲基化有所差別，這些基因甲基化發(fā)生時(shí)間更早，致使微衛(wèi)星不穩(wěn)定，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生[44]。

6 氧化應(yīng)激在CAC中的作用

在CAC發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，氧化應(yīng)激同樣發(fā)揮著十分重要的作用。機(jī)體在受刺激時(shí)炎癥細(xì)胞被激活，產(chǎn)生了活性氮和活性氧(ROS)，主要包括：超氧自由基、過(guò)氧化氫和羥自由基，引起 DNA、RNA合成異常和MSI現(xiàn)象，其中最重要的是P53的突變，導(dǎo)致結(jié)直腸癌的產(chǎn)生。一項(xiàng)研究表明一種潛在的結(jié)腸癌生物標(biāo)志物GPRC5A，它通過(guò)刺激vanin-1的表達(dá)和結(jié)腸炎相關(guān)癌癥的氧化應(yīng)激促進(jìn)腫瘤發(fā)生[45]。

7 微生物群的改變?cè)贑AC中的作用

近年來(lái)，許多研究發(fā)現(xiàn)，在CAC發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，腸道微生物群的改變也發(fā)揮著作用。在小鼠CAC模型中，當(dāng)老鼠無(wú)菌或者用抗生素治療時(shí)，癌癥沒(méi)有發(fā)展[46-47]。研究表明結(jié)腸癌患者組與對(duì)照組相比，顯示出微生物菌群的差異，這表明宿主基因之間有著復(fù)雜的相互作用，結(jié)腸上皮細(xì)胞受體和管腔微生物群創(chuàng)造了一種有利于致癌的環(huán)境。與對(duì)照組相比，來(lái)自結(jié)腸癌患者的糞便樣本具有更高水平的大腸桿菌、腸球菌和鏈球菌的消耗，尤其是產(chǎn)生基因毒素的大腸桿菌菌株[48-49]。但是，目前研究?jī)H發(fā)現(xiàn)特定的胃腸道微生物與癌癥有一定的關(guān)系，但是具體的原因和相互影響仍然不清楚，或許胃腸道微生物對(duì)腫瘤有著潛在的治療價(jià)值。近期一項(xiàng)研究表明，精確編輯腸道微生物群代謝和組成可以降低CAC小鼠模型中腫瘤發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[50]。

綜上，CAC可能的發(fā)生機(jī)制是：長(zhǎng)期炎癥刺激和微生物群的改變導(dǎo)致炎癥因子激活，在炎癥因子的介導(dǎo)下，釋放出大量炎癥介質(zhì)，炎癥介質(zhì)在炎癥微環(huán)境中引起基因突變等異常變化導(dǎo)致遺傳不穩(wěn)定，激活一系列異常信號(hào)通路，進(jìn)而導(dǎo)致CAC的發(fā)生。隨著研究的深入，使CAC發(fā)生機(jī)制更加明確，對(duì)于預(yù)防和治療炎癥性腸病相關(guān)結(jié)直腸癌重要的意義。