鈣-基因與結(jié)直腸腺瘤發(fā)病風(fēng)險關(guān)聯(lián)的研究進展*

賴小練 黃立敏 景楚瀅 魯朔焱 李丹 王慧敏 李勇

近年來我國結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）的發(fā)病率和死亡率在不斷上升。2020年世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(gòu)發(fā)布了全球最新癌癥負擔(dān)數(shù)據(jù)顯示[1]，中國CRC 發(fā)病率在中國惡性腫瘤中位居第二位，新發(fā)病例56 萬；死亡率位居第五，死亡人數(shù)29 萬例。美國癌癥協(xié)會發(fā)表癌癥統(tǒng)計報告[2]，預(yù)估2020年美國結(jié)直腸癌新發(fā)病例15 萬，新增死亡病例5 萬，在所有惡性腫瘤中均排第五，且發(fā)現(xiàn)美國結(jié)直腸癌發(fā)病率和死亡率在21世紀以來都經(jīng)歷了快速下降，這可能得益于美國癌癥防控措施，如早期結(jié)直腸鏡篩查。并且美國膳食鈣攝入量優(yōu)于中國[3]。因此，結(jié)直腸癌的早期發(fā)現(xiàn)、早期診療至關(guān)重要。正常結(jié)直腸黏膜-結(jié)直腸腺瘤-結(jié)直腸腺癌被認為是結(jié)直腸腺癌發(fā)生的經(jīng)典途徑[4]，因此探究結(jié)直腸腺瘤（colorectal adenoma，CRA）的發(fā)生發(fā)展機制尤其關(guān)鍵。CRA 的發(fā)生發(fā)展機制較為復(fù)雜，涉及多個基因間的相互作用，同時膳食也是影響CRA 發(fā)生發(fā)展的因素之一，研究證實鈣缺乏可能與CRA 相關(guān)，補鈣可降低其的發(fā)病風(fēng)險[5-7]。且發(fā)現(xiàn)人體對鈣的吸收存在差異，且鈣吸收量在很大程度上歸因于遺傳因素[8]。本文總結(jié)鈣影響結(jié)直腸腺瘤發(fā)生發(fā)展相關(guān)分子機制及相關(guān)基因研究進展，闡述鈣與基因作用同結(jié)直腸腺瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系。

1 鈣攝入與結(jié)直腸腺瘤的預(yù)防

膳食是影響結(jié)直腸腺瘤的最重要因素之一。高脂、低纖維膳食可導(dǎo)致結(jié)直腸腺瘤發(fā)生，高脂攝入會影響膽汁酸和脂肪酸的產(chǎn)生，致上皮組織及細胞過度增殖，繼而誘導(dǎo)結(jié)直腸腺瘤的發(fā)生。結(jié)直腸腺瘤的發(fā)病率隨動物性脂肪攝入量的增加呈上升趨勢，研究發(fā)現(xiàn)亞油酸可增加結(jié)直腸腺瘤的發(fā)病風(fēng)險并涉及K-ras基因的突變[9]。鈣與谷物纖維的攝入可降低結(jié)直腸腺瘤的發(fā)病風(fēng)險，谷物纖維可增加腸蠕動及抗性淀粉發(fā)酵為短鏈脂肪酸的濃度，還可增加腫瘤細胞凋亡及抑制細胞增殖[10]。鈣對脂類具有高度親和力，抑制腸上皮細胞突變，也起到抑制細胞增殖，促進細胞凋亡的作用[11]。關(guān)于結(jié)直腸癌的早期預(yù)防，一些研究表明鈣可能具有化學(xué)預(yù)防潛力[12]。Um 等[13]研究鈣和奶制品攝入量與散發(fā)結(jié)直腸腺瘤的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)高鈣攝入量降低散發(fā)性結(jié)腸直腸腺瘤的發(fā)病風(fēng)險，鈣可促進結(jié)直腸上皮細胞分化，并使散發(fā)性腺瘤患者的結(jié)直腸隱窩增生區(qū)正?；uang 等[14]研究發(fā)現(xiàn)維生素D 和鈣在結(jié)直腸腺瘤的發(fā)病率、惡性轉(zhuǎn)化和進展中起到化學(xué)預(yù)防作用，尤其是對女性和左側(cè)結(jié)直腸癌患者。

2 鈣影響結(jié)直腸腺瘤發(fā)生發(fā)展的機制

結(jié)腸癌發(fā)生的分子基礎(chǔ)是一個多步驟的過程，涉及APC、K-ras 和p53 的遺傳改變。作為結(jié)直腸癌重要的癌前病變，在結(jié)直腸腺瘤的發(fā)生發(fā)展過程中，涉及到了細胞增殖、分化和凋亡過程，也涉及APC 途徑、錯配修復(fù)(MMR)途徑。主要參與的遺傳生物標志物如表1，結(jié)直腸癌發(fā)生具體分子機制如圖1[15]。了解補鈣預(yù)防結(jié)直腸腺瘤的機制對于結(jié)直腸腺瘤的鈣膳食補充至關(guān)重要。研究表明，鈣攝入含量可通過影響以下基因的表達而影響結(jié)直腸腺瘤的發(fā)生發(fā)展。具體為：APC 途徑相關(guān)基因APC、β-catenin、E-cadherin；錯配修復(fù)基因MSH2，MLH1；轉(zhuǎn)化生長因子TGF-α、TGFβ1；CaSR 基因；相關(guān)炎癥因子COX-2、15-HPGD 以及腸黏膜屏障蛋白CLDNs、OCLDs、MUC12。

表1 結(jié)直腸腫瘤風(fēng)險的分子表型生物標志物[15]

圖1 結(jié)直腸癌發(fā)生分子基礎(chǔ)[15]

2.1 APC 途徑

APC 抑癌基因，染色體定位于5q22.2，編碼APC蛋白。APC 蛋白、β-連環(huán)蛋白（β-catenin）和鈣黏蛋白E（E-cadherin）是結(jié)直腸腺瘤發(fā)病風(fēng)險生物標志物，APC/β-catenin 途徑的功能障礙是結(jié)直腸癌中常見的早期事件。在正常的結(jié)直腸黏膜中，APC 蛋白可降解β-catenin，后者是Wnt 信號通路的效應(yīng)物，可控制結(jié)直腸隱窩干細胞協(xié)同擴增和分化。當(dāng)APC 基因發(fā)生突變，其表達降低，β-catenin 得不到降解在細胞核內(nèi)聚集，激活Wnt 的靶基因（c-myc，cyclinD1），促進細胞增殖和抑制分化。E-cadherin 通過與β-catenin結(jié)合穩(wěn)定細胞間黏附，調(diào)節(jié)β-catenin 的水平間接影響Wnt 信號通路。在正常結(jié)直腸粘膜中，APC、β-catenin 和E-cadherin 均高表達；在腺瘤-癌序列中，APC和E-cadherin 的表達顯著降低，β-catenin 的表達增加[16]。研究發(fā)現(xiàn)，散發(fā)性結(jié)直腸腺瘤患者的腸黏膜中APC/β-catenin 比值顯著低于健康對照組[17]。Liu 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，補充維生素D 和鈣，可在散發(fā)性結(jié)直腸腺瘤患者腸黏膜中增加APC 與β-catenin 的關(guān)聯(lián)，還可適度增加E-cadherin 的表達，降低結(jié)直腸腺瘤的發(fā)病風(fēng)險。

2.2 錯配修復(fù)基因

DNA 錯配修復(fù)基因（mismatch repair gene，MMR）的突變或甲基化，導(dǎo)致微衛(wèi)星不穩(wěn)定（microsatellite instability，MSI），是結(jié)直腸腺瘤發(fā)生的重要機制之一。錯配修復(fù)基因mutS 同源物2（MSH2）、mutL 同源物1（MLH1）表達錯配修復(fù)蛋白MSH2、MLH1。在15%散發(fā)性結(jié)直腸腺瘤中，錯配修復(fù)基因MLH1 啟動子甲基化失活是其主要的發(fā)生機制[19]。MLH1 和MSH2 蛋白在散發(fā)性結(jié)直腸腺瘤患者中表達較低，兩種蛋白的低表達導(dǎo)致錯配修復(fù)途徑異常，并導(dǎo)致了結(jié)直腸腺瘤的發(fā)生。Sidelnikov 等[20-21]發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸黏膜MSH2 和MLH1 的表達可作為結(jié)直腸腺瘤發(fā)病風(fēng)險的潛在生物標志物。鈣和維生素D3 可通過單獨增加結(jié)直腸黏膜中MLH1 和MSH2 蛋白的表達來降低結(jié)直腸腺瘤的發(fā)病風(fēng)險[22]。Kwan 等[23]評估維生素D 和鈣對散發(fā)性結(jié)直腸腺瘤患者中MSH2 表達的影響，結(jié)果表明維生素D3 與鈣結(jié)合，可增加散發(fā)性結(jié)直腸腺瘤患者中MSH2 表達水平。

2.3 轉(zhuǎn)化生長因子

轉(zhuǎn)化生長因子α 和β1（TGF-α、TGF-β1）是在結(jié)直腸隱窩中正常表達的自分泌/旁分泌生長因子，在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中其表達會發(fā)生改變。TGF-α 可促進細胞正常生長和增殖，在結(jié)直腸癌中過表達；相反TGF-β1 抑制細胞生長和增殖并誘導(dǎo)凋亡，在結(jié)直腸癌變早期可觀察到表達降低[24]。為了評估維生素D和鈣對散發(fā)性結(jié)直腸腺瘤患者轉(zhuǎn)化生長因子表達的影響，臨床試驗表明，維生素D3 與鈣結(jié)合可有利地調(diào)節(jié)散發(fā)性結(jié)直腸腺瘤患者中MSH2 和TGF-α、TGF-β1的表達水平[23]，影響結(jié)直腸腺瘤的發(fā)生發(fā)展。Tu 等[25]研究結(jié)果也提示補充鈣和維生素D3 可增加散發(fā)性結(jié)直腸腺瘤患者中TGF-β1 的表達，起到抑制結(jié)直腸腺瘤發(fā)生發(fā)展的作用。

2.4 炎癥因子

許多人類腫瘤的發(fā)生和發(fā)展都伴隨著慢性炎癥反應(yīng)，炎癥可釋放細胞因子，產(chǎn)生自由基，損傷DNA，促進血管生成和細胞增殖進而促進腫瘤進展，而結(jié)直腸腺瘤與慢性炎癥緊密關(guān)聯(lián)。前列腺素(PG)介導(dǎo)的炎癥與結(jié)直腸腫瘤的發(fā)展密切相關(guān)[26]。環(huán)氧合酶-2(COX-2)和15-羥基前列腺素脫氫酶(15-HPGD) 通過合成和分解前列腺素共同調(diào)節(jié)PG 介導(dǎo)的炎癥，是與結(jié)直腸腺瘤發(fā)生發(fā)展的重要炎癥生物標志物。COX-2 的增加和15-HPGD 的減少是結(jié)直腸腺瘤發(fā)生的重要驅(qū)動因素，與結(jié)直腸腺瘤形成相關(guān)[27]。研究表明[28]鈣和維生素D 通過調(diào)節(jié)結(jié)直腸腺瘤患者中COX-2 和15-HPGD 的表達平衡來影響其發(fā)生發(fā)展。

2.5 腸黏膜屏障蛋白

有害微生物和外來抗原在腸道內(nèi)可導(dǎo)致代謝性內(nèi)毒素血癥和炎癥，促進細胞增殖，腫瘤血管生成和抑制細胞凋亡導(dǎo)致結(jié)直腸腺瘤的發(fā)生。腸黏膜屏障主要由黏液層和上皮組成，是腸道抵御有害物質(zhì)的第一道防線。結(jié)直腸上皮層包含緊密連接和黏附連接，緊密連接是由多蛋白復(fù)合物組成，在相鄰上皮細胞之間形成選擇性可滲透的密封網(wǎng)，由CLDNs、OCLDs、連接黏附分子和其他跨膜蛋白組成，起到保護腸道黏膜的的作用。并且在結(jié)直腸腺瘤中有觀察到CLDNs、OCLDs 的低表達[29]。結(jié)直腸黏液層由黏蛋白組成，黏蛋白除了提供物理屏障和抵抗侵襲性病原體的第一層防御外，還可激活調(diào)節(jié)炎癥、細胞分化和凋亡的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，MUC12 是一種新的黏蛋白基因，參與上皮細胞的生長調(diào)節(jié)，且在結(jié)直腸癌中表達下調(diào)[30]。研究表明鈣和維生素D 也可能參與維持腸黏膜屏障的完整性[31]。Mandle 等[32]在一項臨床試驗研究中探索鈣和維生素D 補充對參與者腸黏膜蛋白的影響，結(jié)果顯示維生素D 和鈣劑補充組CLDN1、OCLD 和MUC12蛋白的表達較無補充組分別增加了14%、23%和22%。表明鈣可通過增加腸黏膜屏障蛋白的表達來降低結(jié)直腸腺瘤的發(fā)生。

3 鈣-基因交互作用與結(jié)直腸腺瘤

鈣攝入與結(jié)直腸腺瘤的預(yù)防存在一定的關(guān)系，高鈣攝入可以降低結(jié)直腸腺瘤發(fā)病風(fēng)險，且人體對鈣的吸收存在差異，這在很大程度上可能歸因于遺傳因素。鈣攝入水平與鈣吸收基因存在交互作用同結(jié)直腸腺瘤發(fā)病率相關(guān)。到目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)涉及鈣吸收的一些關(guān)鍵基因，這些基因的變異對鈣的穩(wěn)態(tài)影響顯著，包括SLC12A1、KCNJ1、SLC8A1、VDR、CASR、PTH、TRPM7。

3.1 離子泵通道基因

溶質(zhì)載體家族12 成員1（SLC12A1）基因位于染色體15q15-21，此序列編碼的蛋白質(zhì)為NKCC2，是位于髓襻升支粗段（TAL）的襻利尿劑敏感的Na-K-2Cl聯(lián)合轉(zhuǎn)運體。鉀內(nèi)向整流通道亞家族J 成員1（KCNJ1）基因位于染色體11q21-25，此序列編碼的蛋白質(zhì)是一種內(nèi)向整流鉀通道，稱為鼠外髓鉀通道（ROMK），其為NKCC2 的一種調(diào)控蛋白。Zhu 等[33]研究發(fā)現(xiàn)，在KCNJ1 和SLC12A1 基因攜帶變異等位基因的人群中，高鈣攝入與結(jié)直腸腺瘤的風(fēng)險降低相關(guān)。與KCNJ1 和SLC12A1 相似，編碼鈉鈣離子交換體的基因，溶質(zhì)載體家族8 成員1 是維持細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)和調(diào)節(jié)鈣轉(zhuǎn)運的另一個重要角色，Zhao 等[34]在田納西州結(jié)直腸息肉研究中，使用兩階段基因分型方法研究SLC8A1、KCNJ1 和SLC12A1 在鈣攝入和結(jié)腸直腸腺瘤風(fēng)險之間的聯(lián)合調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)攜帶至少兩個突變等位基因時，高鈣攝入降低30%～57%的結(jié)直腸腺瘤發(fā)病風(fēng)險。瞬時受體電位陽離子通道，M 亞家族，成員7（TRPM7）基因，編碼一種普遍表達的組成型離子通道，影響鈣鎂含量的攝入。Su[35]等研究證實，TRPM7 的Thr1482Ile 位點與腺瘤性息肉的鈣鎂攝入量顯著相關(guān)，發(fā)現(xiàn)攜帶至少一個等位基因且飲食中鈣鎂攝入量高的受試者患腺瘤的風(fēng)險較高。

3.2 鈣吸收受體基因

維生素D 通過結(jié)合VDR 基因調(diào)節(jié)鈣吸收相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄并參與Wnt/β-catenin 信號通路，此信號通路與結(jié)直腸腺瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。在正常結(jié)直腸細胞中，鈣可通過結(jié)合膽汁酸和脂肪酸以及調(diào)節(jié)細胞增殖、誘導(dǎo)細胞分化和刺激細胞凋亡來發(fā)揮作用。然而，在結(jié)直腸腫瘤發(fā)展過程中其作用是有限的，找到能對鈣攝取具有敏感性的標志物是至關(guān)重要的。鈣敏感受體（CaSR）基因被認為是影響鈣穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵分子，CaSR 基因編碼鈣結(jié)合G 蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)，其N 末端結(jié)構(gòu)域包含鈣結(jié)合位點，C 末端結(jié)構(gòu)域參與信號傳導(dǎo)[36]。Abhishek 等[37]研究表明，CaSR 介導(dǎo)了結(jié)直腸中鈣的抗腫瘤作用，CaSR 穩(wěn)定表達可減少癌細胞生長、增加分化和誘導(dǎo)凋亡并保護結(jié)腸上皮細胞免受惡性轉(zhuǎn)化。

3.3 PTH 基因

甲狀旁腺激素（PTH）在鈣和鎂的體內(nèi)平衡調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用，研究表明高鈣攝入與PTH 的一個單核苷酸多態(tài)性位點rs11022858 相互作用與降低64%結(jié)直腸腺瘤發(fā)病風(fēng)險顯著相關(guān)[38]。

4 結(jié)語與展望

近年來，中國結(jié)直腸癌的發(fā)病率和死亡率呈持續(xù)上升趨勢[1]，國民生活方式和飲食結(jié)構(gòu)的改變可能是重要原因之一。隨著內(nèi)鏡技術(shù)的發(fā)展和推廣，結(jié)直腸癌的早期診治已取得較大進展，但仍有部分患者確診時失去根治機會。因此，制定新的預(yù)防策略，開展早期干預(yù)是一項迫切的醫(yī)學(xué)任務(wù)。隨著對結(jié)直腸癌的深入研究，發(fā)現(xiàn)多基因、多靶點、多信號導(dǎo)致結(jié)直腸癌的發(fā)生。結(jié)直腸腺瘤被公認是結(jié)直腸癌主要的癌前疾病，其發(fā)病機制較為復(fù)雜，涉及多種分子及通路。大量事實揭示除了飲食中高脂肪和低纖維是結(jié)直腸腺瘤發(fā)生的危險因素外，鈣缺乏亦和結(jié)直腸腺瘤發(fā)病風(fēng)險有關(guān)，補鈣可降低其發(fā)病風(fēng)險。但目前鈣劑補充與結(jié)直腸腺瘤發(fā)病風(fēng)險之間的關(guān)系仍存在爭議，其降低結(jié)直腸腺瘤發(fā)病風(fēng)險的具體分子機制還有待更深入的研究。本綜述通過闡述補鈣可影響與結(jié)直腸腺瘤發(fā)病相關(guān)分子的表達水平、鈣和基因的交互作用與結(jié)直腸腺瘤發(fā)病風(fēng)險的關(guān)聯(lián)，希望可以在分子和基因水平上對結(jié)直腸腺瘤的發(fā)生發(fā)展進行更全面的了解，并為結(jié)直腸癌的早期診斷、早期治療提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。