CDX1 和CDX2 在胃黏膜腸化生及胃癌中表達的研究進展

呂歡歡，祁瑩，曹亞萍，王潔，時永全,3*

（1.西安醫(yī)學院，陜西 西安 710021；2.空軍軍醫(yī)大學第一附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，陜西 西安 710032；3.腫瘤生物學國家重點實驗室，消化系病國家臨床醫(yī)學研究中心，陜西 西安 710032）

1 概述

胃癌(Gastric Cancer,GC) 是常見的消化道惡性腫瘤之一。據(jù)最新全球惡性腫瘤統(tǒng)計報告[1]，胃癌已成為世界發(fā)病率第五位、死亡率第三位的惡性腫瘤，2018 年全球新增超過100 萬例胃癌病人，其中每12 人中約有1 人死亡。在我國[2]，胃癌年新發(fā)病例數(shù)為40.3 萬，死亡病例數(shù)為29.1 萬，其發(fā)病率位居全國第二位，死亡率位居全國第三位。胃癌的發(fā)生發(fā)展是一個逐漸演變的過程，一般認為其遵循Correa 模型[3]：慢性淺表性胃炎-- 慢性萎縮性胃炎-- 胃黏膜腸化生(intestinal metaplasia, IM)-- 異型增生-- 胃癌。在東亞[4]，每年約有1.8%、10% 和73% 的萎縮性胃炎、IM 和異型增生患者進展為胃癌。IM 顯著增加了慢性胃炎到胃癌的發(fā)病率。

CDX1 和CDX2 是尾型相關同源盒基因家族的成員，同時也是腸特異性轉(zhuǎn)錄因子，于胚胎發(fā)育早期開始在腸內(nèi)表達，在調(diào)節(jié)腸道上皮細胞的早期分化和維持中起關鍵作用[5]。

越來越多的研究證實，CDX1 和CDX2 不僅在胚胎早期發(fā)育中發(fā)揮重要作用，在調(diào)節(jié)成人腸上皮細胞的增殖和分化中也至關重要[6]。在GC 周圍，異位表達CDX1 和CDX2 可誘導IM。CDX 在GC 中也有異常表達，提示胃腸道分化不良在GC 發(fā)生中起重要作用。因此，本文就CDX1 和CDX2在IM 及GC 中的表達做一綜述，并進一步探究二者在IM 及GC 中的作用，為IM 的逆轉(zhuǎn)治療及GC 的預防提供新的理論依據(jù)。

2 CDX1 和CDX2 的結(jié)構(gòu)、功能及表達

2.1 CDX1 和CDX2 的結(jié)構(gòu)

CDX1 基因位于5 號染色體5q31-33 位，它包含3 個外顯子和2 個內(nèi)含子，跨度為40kb，編碼蛋白包含265 個氨基酸。CDX2 基因位于13 號染色體13q12 位，包含3 個外顯子和2 個內(nèi)含子，全長7kb，編碼蛋白包括313 個氨基酸[7]。其中CDX1 基因的轉(zhuǎn)錄起始于TATA 盒下游，啟動子約30 個堿基對，TATA 盒與CDX1 基因的5’末端均位于CpG 島內(nèi)[8]。

在結(jié)構(gòu)上，CDX 蛋白包含幾個可識別的結(jié)構(gòu)域：同源結(jié)構(gòu)域、轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域以及A、B 和C 盒。CDX1 和CDX2 在同源結(jié)構(gòu)域中同一性為92%（60 個氨基酸中包含55 個），但在該區(qū)域以外的相似性較低。有關A、B 和C 結(jié)構(gòu)域的研究較少，但普遍認為它們都位于同源結(jié)構(gòu)域的氨基末端。A 結(jié)構(gòu)域包含可能參與亞細胞定位的DxE 基序，而B 區(qū)定位于CDX 基因的反式激活結(jié)構(gòu)域[7]。

2.2 CDX1 和CDX2 的功能

同源盒基因包括HOX 基因和非HOX 基因，通常在實體瘤中異常表達。HOX 基因是多細胞生物模型的重要組成部分，由一個基本螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)域結(jié)合DNA 組成[7]。分娩時，HOX 家族基因表達顯著降低，只有少數(shù)基因保持活躍。在胃腸道腫瘤中，大多數(shù)研究集中于非HOX 基因的功能，其中包括CDX1 和CDX2[9]。

CDX 基因最初是在果蠅中發(fā)現(xiàn)的，在小鼠和人類中有三種CDX 基因，包括CDX1、CDX2 和CDX4[5,7]。CDX1 和CDX2 的表達嚴格限制在腸道，從十二指腸到直腸，而在正常胃組織中不表達，CDX4 僅在胚胎階段表達，其功能尚不清楚[6]。CDX 蛋白在同源結(jié)構(gòu)域外保守性很差，但有研究報道[10]，其在神經(jīng)管閉合、軸向延伸和中胚層模式化過程中存在功能重疊。在胚胎發(fā)育過程中，CDX 基因?qū)φ{(diào)節(jié)前后模式至關重要，其中，CDX1 和CDX2 對胃腸道發(fā)育尤為重要[7]。

CDX1 和CDX2 在腸道的發(fā)育及分化中發(fā)揮著重要作用。有研究者構(gòu)建CDX2+/-和CDX2-/-小鼠模型，發(fā)現(xiàn)其在腸管中段、盲腸旁區(qū)域形成胃黏膜息肉。出生時，通常表現(xiàn)為回腸末端、盲腸或近端結(jié)腸小面積的復層鱗狀上皮，這提示CDX2 驅(qū)動了腸道表型的分化，如果在發(fā)育過程中其水平降至閾值以下，組織形成將會沿著“默認的”前胃途徑進行[11]。CDX2 主要通過調(diào)節(jié)腸特異性基因（包括鳥苷酸環(huán)化酶C、乳糖酶、蔗糖酶-異麥芽糖酶和LI-鈣粘素）的表達來維持成熟腸上皮細胞的分化表型[12]。其中蔗糖酶-異麥芽糖酶是第一個被發(fā)現(xiàn)由CDX2 調(diào)控的腸道特異性基因。此外，CDX2還調(diào)節(jié)控制細胞動力學的基因表達，包括粘附、增殖、細胞周期調(diào)節(jié)和凋亡等功能[13]。

當原始腸道的復層上皮開始轉(zhuǎn)化為簡單柱狀上皮時，CDX1 開始在胚胎中期的腸道中表達。有研究表明[11]，CDX1 基因敲除不會改變腸道形態(tài)，因此認為它與腸道發(fā)育無關。相反，有學者發(fā)現(xiàn)，在成人胃腸道中，CDX1 和CDX2的功能重疊，CDX1 缺失會導致腸道功能衰竭惡化，并出現(xiàn)新的結(jié)腸表型[14]。C Bonhomme[15]等構(gòu)建了Vil-Cdx1 轉(zhuǎn)基因小鼠，使其在Villin 啟動子作用下的腸上皮細胞中過表達CDX1，發(fā)現(xiàn)遠端結(jié)腸細胞中CDX1 過表達時，CDX2 的表達也隨之降低，因此，CDX1 過表達可能對CDX2 具有負性調(diào)節(jié)作用。目前有關CDX1 的研究較少，其在腸道發(fā)育中的作用尚存在爭議。

2.3 CDX1 和CDX2 的表達

CDX2 是胚胎發(fā)育過程中第一個表達的CDX 基因。在胚胎發(fā)育過程中，CDX2 在第3.5 天囊胚形成時，最先在內(nèi)胚層表達，接著表達于滋養(yǎng)外胚層。在第7.5 天時，外腔開始分裂為羊膜腔，CDX2 的表達精確定位于包括絨毛膜外胚層、外胎管、早期尿囊芽（中胚層）和羊膜外胚層相鄰的少數(shù)細胞中。在第8.5 天時，CDX2 在尾芽的所有組織中表達陽性，包括覆蓋的外胚層、延伸到尿囊根部的中胚層和后腸雛形的內(nèi)胚層，同時在神經(jīng)板、神經(jīng)管以及較少的脊索中表達陽性。從第12.5 天以后，CDX2 的胚胎表達僅限于腸內(nèi)胚層，并持續(xù)表達[16]。

在腸道水平軸中，第12.5 天時CDXl 開始在腸中表達，在遠端腸中有弱且不均勻的核染色。至第13.5 天時，CDXl在后腸中高表達，在前腸和中腸中低表達，而CDX2 僅在發(fā)育中的近端腸中表達。這表明在內(nèi)胚層- 腸道轉(zhuǎn)變之前，內(nèi)胚層中CDXl 和CDX2 的表達模式存在明顯差異。此后，最近端腸道形成十二指腸并主要表達CDX2，后腸形成結(jié)腸并主要表達CDXl。在腸道垂直軸中，第15.5 天時CDX1 開始在近端腸段呈梯度表達，在絨毛間區(qū)的表達強于絨毛，而在遠端小腸中則無垂直梯度表達。這種梯度表達從整個胚胎發(fā)育過程中一直持續(xù)到成年。相反，CDX2 無明顯梯度表達。在第18.5 天時，CDXl 在近端腸段低表達，在遠端空腸高表達，而CDX2 在遠端空腸、回腸和近端結(jié)腸均高表達，在近端腸段中，CDX2沿絨毛形成梯度呈不均勻表達，在絨毛末端表達最弱[17]。綜上所述，在腸上皮發(fā)育早期，CDX1 和CDX2 沿水平腸軸的表達模式明顯不同，CDX2 在近端腸段中表達，逐漸向后移動，而CDX1 在遠端腸段中表達，兩者在中間腸段重疊表達。這一模式提示CDX 基因的差異表達可能參與了近端腸至遠端腸的差異發(fā)育和上皮沿水平軸的均勻表型[17]。

在成人小腸和結(jié)腸中，CDX1 和CDX2 在腸上皮中表達存在差異。CDX1 沿前后軸表達增加，在遠端結(jié)腸中達最高。相反，CDX2 的表達從十二指腸到遠端腸段逐漸增加，在近端結(jié)腸上皮中達到最高。此外，CDX1 表達沿隱窩-絨毛軸分級，相對于絨毛，在隱窩中表達水平更高，而CDX2 沿該軸均勻表達，但磷酸化程度不同，表明CDX2 活性可能受翻譯后機制的調(diào)節(jié)[10,14]。同時有研究表明，CDX2 的表達不僅限于正常腸道細胞，在GC、結(jié)直腸癌、甲狀腺癌、卵巢癌、膀胱癌和前列腺癌中也有表達，這在臨床上可用于改善晚期癌癥患者預后的預測[18]。

3 CDX1 和CDX2 在不同亞型IM 中的表達

3.1 IM 及其亞型

IM 是GC 發(fā)生過程中Correa 級聯(lián)的中間步驟，通常被認為是GC 的癌前病變，其定義為胃泌酸或胃竇黏膜的表面、小凹或腺上皮細胞被腸上皮細胞所取代[19]。也有觀點認為IM是胃干細胞增殖轉(zhuǎn)向小腸細胞，如吸收細胞、杯狀細胞和潘氏細胞等[20]。

通過不同組織學和組化技術，IM 可以分為不同的亞型。其中使用最廣泛的是Jass ＆ Filipe 提出的分類系統(tǒng)。在該分類中，IM 分為完全型（小腸型/ Ⅰ型）和不完全型（結(jié)腸型/Ⅱ型和Ⅲ型）。完全型或Ⅰ型IM 組織中存在吸收細胞、潘氏細胞和分泌唾液粘蛋白的杯狀細胞，這與小腸的表型相對應。不完全型IM 包括Ⅱ型/Ⅱa 型和Ⅲ型/Ⅱb 型，其特征是存在柱狀細胞和杯狀細胞，分泌唾液粘蛋白或磺基粘蛋白，其中Ⅱ型IM 分泌中性和酸性唾液粘蛋白，Ⅲ型IM 分泌磺基粘蛋白。用高鐵二胺/阿利新藍染色可以區(qū)分硫粘蛋白和唾液粘蛋白。同時Ⅲ型腸化生還表現(xiàn)出明顯的腺體變形和潘氏細胞的缺失等特征[19,21]。有研究稱[22]，在14 項橫斷面研究中，其中有13 項結(jié)果顯示Ⅲ型IM 或不完全性IM 在GC 中的患病率顯著高于其他胃部病變，提示不同亞型的IM預后不同。

3.2 CDX1 和CDX2 在不同亞型IM 中的表達

如上所述，CDX1 和CDX2 參與了腸道的發(fā)育、分化及表型的維持，并且發(fā)揮重要作用。IM 是由正常胃黏膜向腸上皮的轉(zhuǎn)化，因此，CDX1 和CDX2 可能參與了IM 的過程。近期研究表明[6]，在IM 的發(fā)展中，異位表達CDX 基因被認為是必不可少的，因為CDX1 和CDX2 幾乎在所有IM 的胃黏膜中表達。此外，外源性轉(zhuǎn)導CDX 基因也可誘導IM 的發(fā)生。目前IM 發(fā)生發(fā)展的機制尚不完全明確，可能涉及與基因雜合性丟失、微衛(wèi)星不穩(wěn)定、端粒酶活化、三葉肽、絨毛蛋白、腫瘤抑制基因p53、CDX1/2 異位表達等相關，其中CDX2 的異位表達被認為是IM 發(fā)生的觸發(fā)事件，而與CDX1 相關的研究較少。CDX 基因參與IM 發(fā)生的機制還未完全被闡明。

有研究稱[23]，過表達CDX2 的轉(zhuǎn)基因小鼠引起了胃部廣泛的IM 的發(fā)生，這可能與CDX2 下游的腸道特異基因有關。因此，CDX2 被認為是胃IM 發(fā)生發(fā)展的觸發(fā)因子。據(jù)報道[23]，CDX2 是幾個與此表型相關的腸道特異基因的直接轉(zhuǎn)錄激活因子，其中包括MUC2、Villin-1、腸道脂肪酸結(jié)合蛋白、胰高血糖素和鳥苷酸環(huán)化酶等。因此，CDX2 在啟動IM 的發(fā)生發(fā)展中至關重要。

在動物實驗研究中，Silberg 等[24]通過觀察CDX2 轉(zhuǎn)基因小鼠，發(fā)現(xiàn)由CDX2 在胃中的表達誘導的組織學和分子變化模仿了在人類IM 中觀察到的變化，即胃上皮出現(xiàn)杯狀細胞和腸道特異性基因被激活。Foxa3 / CDX2 轉(zhuǎn)基因小鼠中產(chǎn)生的大多數(shù)腸型杯狀細胞都含有硫酸化粘蛋白。在人類中，這表明Ⅲ型腸化生具有更高的癌變傾向。IM 的特征在于在胃上皮黏膜內(nèi)存在杯狀細胞，吸收性細胞和Paneth 細胞[23]。Mutoh 等[25]對CDX2 轉(zhuǎn)基因小鼠進行連續(xù)觀察，在小鼠出生后的第19 天，檢測到幾個腺體壁細胞消失，增殖區(qū)從峽部移到腺體底部，至第37 天時，除腸嗜鉻細胞外，其余胃黏膜細胞均被IM 完全取代，CDX2 使胃黏膜細胞轉(zhuǎn)變?yōu)槟c細胞樣細胞、杯狀細胞和腸內(nèi)分泌樣細胞，表明CDX2 是這三種細胞系分化所必需的轉(zhuǎn)錄因子，同時表明CDX2 的表達可能是觸發(fā)人類IM 發(fā)生的早期事件。

Liu 等[9]收集了70 例經(jīng)外科手術切除的胃組織樣本，通過免疫組化染色發(fā)現(xiàn)，CDX2 在正常胃黏膜組織中不表達，而在IM 組織中高表達。此外，Song Xin 等[26]通過免疫組化方法檢測了CDX2 在胃竇部病理石蠟組織中的表達，結(jié)果表明，CDX2 在慢性淺表性胃炎及慢性萎縮性胃炎中均未表達，在IM、異型增生、胃腸腺癌中CDX2 陽性率分別為90.83%、51.61%、61.54%，主要表達于細胞核，部分表達于細胞質(zhì)，提示CDX2 可能是IM 發(fā)生的重要標志。Ma 等[27]應用免疫組化檢測經(jīng)手術切除的胃組織標本，結(jié)果提示，大部分病例胃黏膜上皮未見CDX1 表達，所有IM 病例中CDX1 均呈陽性表達，且大多數(shù)IM 病例CDX1 呈中度或強陽性表達，表明CDX1 可能在IM 的形成中起重要作用。

Carlos A 等[22]發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)試驗證據(jù)支持IM 亞型作為GC 風險預測因子的效用，將不完全IM 患者亞組確定為可能的內(nèi)窺鏡監(jiān)測對象。最新的流行病學研究[27]顯示，不完全性IM 進展為GC 的速度快于完全性IM。IM 可能從Ⅰ型進展為Ⅲ型，Ⅱ型和Ⅲ型IM 發(fā)生腸型GC 的風險明顯高于Ⅰ型IM。劉貴生等[28]通過免疫組化染色檢測不同亞型IM 中CDX2 的表達，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型IM 中CDX2 的陽性表達率分別為 85.19%，69.57%和36.6%，CDX2 在Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型IM 中表達率逐漸減低，其中Ⅲ型IM 中CDX2 的表達率明顯低于Ⅰ型。綜上，CDX1 和CDX2 在不同亞型IM 中發(fā)揮的作用可能不盡相同，其機制尚未完全明確。

4 CDX1 和CDX2 與GC

胃腺癌分為兩種亞型：腸型和彌漫型。腸型與腸上皮化生程度相關，而彌漫型則主要由遺傳因素決定。我國絕大多數(shù)GC 為腸型腺癌[19]。在GC 中研究最廣泛的同源盒基因是CDX1 和CDX2。

關于CDX 的異位表達如何影響胃癌的發(fā)生和發(fā)展仍存在爭議。有研究發(fā)現(xiàn)[6]，CDX1/CDX2 的外源表達可導致CDX缺陷GC 細胞G0-G1 期生長阻滯，并伴有腸道基因的誘導和胃基因表達的降低，CDX 標記陽性GC 的惡性特征明顯低于CDX 標記陰性GC，公開的數(shù)據(jù)庫顯示，CDX(CDX1/CDX2)表達的GC 明顯有更好的臨床預后。據(jù)報道[27]，CDX1 在正常胃黏膜中幾乎不表達，GC 組織中的CDX1 表達水平顯著高于對照組織，從IM 組到不典型增生組再到腸型GC 組CDX1 的表達逐漸降低，同時發(fā)現(xiàn)，CDX1 過表達可顯著抑制腸型GC細胞的侵襲，因此認為CDX1 在腸型GC 的發(fā)展中起著抑癌作用。

有觀點認為，CDX2 可能在胃癌的進展和癌變過程中發(fā)揮抑制作用。Saito 等[29]通過免疫組化方法評估了胃癌腫瘤標本中CDX2 的表達，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CDX2 表達陰性與腫瘤特異性生存率差顯著相關，但與總體生存率無關，其表達降低與低分化組織學類型的病例比例較高有關。一項對GC 中CDX2 表達的薈萃分析[30]包含了475 名患者的4 個不同隊列的組合，結(jié)果表明，CDX2 的過度表達與性別、臨床分期、分化程度、血管浸潤、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及5 年生存率密切相關，其中CDX2 陽性GC 患者的5 年生存率明顯高于CDX2 陰性患者，提示CDX2 的表達可能是GC 患者生存的一個良好的預后因素。Zhang 等[31]發(fā)現(xiàn)CDX2 在人GC 細胞中的強制表達能夠抑制人GC 細胞的生長和侵襲，并在體內(nèi)外逆轉(zhuǎn)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化。

相反，也有研究報道[32,33]，GC 組織中的CDX1 表達水平顯著高于對照組織，分化較差的GC 組織中的CDX1 表達高于分化良好的GC 組織，表明CDX1 在GC 的發(fā)生發(fā)展中起一定作用。Mutoh 等[25]研究發(fā)現(xiàn)CDX2 轉(zhuǎn)基因小鼠中腸化生均進展為胃癌，揭示CDX2 在胃癌的發(fā)生發(fā)展中可能起促進作用。

5 小結(jié)

綜上所述，CDX1 和CDX2 是腸道特異性轉(zhuǎn)錄因子，在腸上皮細胞的發(fā)育、表型維持和增殖中起重要調(diào)節(jié)作用。在不同亞型IM 中CDX2 的表達不同，Ⅰ型-Ⅲ型逐漸遞減，有關CDX1 在不同亞型IM 中的表達差異研究尚未見報道。CDX1和CDX2 在IM 中的表達均高于正常胃黏膜組織，表明CDX1和CDX2 在IM 的發(fā)生發(fā)展中至關重要。在GC 中CDX1 和CDX2 的表達均較IM 組織中降低，提示二者可能在GC 中發(fā)揮抑制作用。此外，也有研究結(jié)果表明二者在GC 中起促進作用，目前仍存在爭議。因此，進一步了解CDX1 和CDX2 在IM 及GC 中的功能及二者之間的相互作用，有助于明確IM進展至GC 的確切機制，為胃癌的預防提供新思路。