胃黏膜化生分子機制的研究進展

陳科，安方梅，占強

(南京醫科大學附屬無錫人民醫院消化內科，江蘇 無錫 214023)

國際癌癥研究機構2018年發布的全球癌癥新發病例統計數據顯示，在全球范圍內胃癌發病率在所有癌癥中居第5位，病死率居第3位[1]。根據Lauren病理學分型，胃癌可分為腸型、彌漫型和混合型，我國腸型胃癌的發病率明顯高于彌漫型胃癌和混合型胃癌[2]。胃癌的發生被認為是一個經歷了數個不同程度病變階段的漸進性過程，Correa[3]提出的“慢性非萎縮性胃炎-慢性萎縮性胃炎-腸上皮化生(intestinal metaplasia，IM)-異型增生-腸型胃腺癌”是目前被廣泛認可的胃腺癌形成的主要模式。有研究統計，早期胃癌5年生存率高達90%以上，晚期胃癌5年生存率不足20%[1]，胃癌的早診斷、早治療對于患者的預后至關重要。因此，充分認識胃癌癌前病變的形成過程及其發病機制，有助于胃癌的早期診斷與治療、改善患者預后。本文著眼于胃癌癌前病變的化生階段，對胃黏膜化生的發病機制和研究進展予以綜述，其中包括了目前常見的IM以及解痙多肽表達性化生(spasmolytic polypeptide-expressing metaplasia，SPEM)，以期為胃癌癌前病變的研究提供參考。

1 IM

化生是指同一組織中一種分化成熟的體細胞類型被另一種分化成熟的體細胞類型所取代，而后者本身不存在于該組織中。通常，化生是由環境刺激誘發，微生物和炎癥具有協同作用。化生被認為是低度異型增生的先兆，最終可發展為高度異型增生和癌[4]。研究表明，胃黏膜上皮壁細胞丟失會導致黏膜細胞化生，而腸型胃腺癌主要發生在壁細胞丟失和黏膜細胞化生的情況下[2]。

IM在胃體和胃竇均有發生，但主要發生于胃竇[5]。其組織學定義為正常胃黏膜中出現類似于腸腺的腺體結構改變以及原本只存在于腸道的特異性細胞(杯狀細胞和帕內特細胞)[6]。IM的分子特征為尾型同源盒轉錄因子(caudal type homeobox transcription factor，CDX)1和CDX2的表達[6]。其分為兩種類型：完全性IM和不完全性IM。其中，完全性IM在結構上類似于小腸腺，伴隨胃黏蛋白(mucoprotein，MUC)1、MUC5AC、MUC6的丟失，同時出現具有刷狀緣的嗜酸腸細胞、界限清晰的杯狀細胞，偶爾可見帕內特細胞；不完全性IM又被稱為胃型或混合型IM，其在結構上類似于結腸腺，通常同時表達胃MUC和腸MUC[4，6]。研究顯示，與完全性IM相比，不完全性IM具有更強的增殖能力，被認為是IM病變中較高級的階段，可能與胃癌的關系更為密切[6]。但目前完全性IM和不完全性IM之間是否存在相互轉化尚不清楚，有待進一步研究。

1.1幽門螺桿菌(Helicobacter pylori，Hp)感染與IM發病 研究顯示，Hp可引起慢性胃炎、萎縮性胃炎、IM和胃癌，其通過激活細胞毒素相關基因致病島依賴的細胞內信號通路，誘導胃上皮細胞發生遺傳和表觀遺傳學改變，最終以染色體不穩定性或微衛星不穩定性誘發胃癌[7]。細胞毒素相關基因A作為細胞毒素相關基因致病島基因的一部分，其包含的3個多態性位點與不完全性IM的發生風險相關[8]。一項長達10年的前瞻性研究顯示，感染Hp的患者的IM在根除Hp后逐漸出現逆轉，且與從未感染Hp的對照組相比，根除Hp達5年后，胃黏膜IM的差異性消失[9]。可見，IM的發生與Hp感染存在相關性。

胃黏膜中的Hp感染可上調促炎細胞因子白細胞介素(interleukin，IL)-6的表達，參與胃腫瘤的發生過程[10]，IL-6可促進下游信號轉導及轉錄激活因子3(signal transduction and activator of transcription 3，STAT3)的表達增加，通過IL6-STAT3-CDX2途經誘導IM的發生，從而誘導胃上皮細胞增殖和癌變[7]。此外，Hp誘導的炎癥還可通過IL-8/STAT3磷酸化上調人無調同源物1(human atonal homolog 1，Hath1)的表達，同時抑制發狀分裂相關增強子1的表達，進一步促進IM的發生[11]。體外細胞實驗證實，IL-1β能夠通過核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)相關通路促進人胃黏膜上皮細胞中CDX2信使RNA和蛋白的表達上調，提示IL-1β在IM發生中也發揮重要作用[12]。

骨形態發生蛋白(bone morphogenetic proteins，BMPs)/母親抗生物皮膚生長因子同源物4(mothers against decapentaplegic homolog 4，Smad4)通路是一種在正常腸道中被激活的通路，與腸道細胞的正常分化有關[7，13]。在伴隨Hp感染的IM中，BMPs/Smad4通路有過度激活的現象存在，同時伴隨CDX2的異常表達[13-14]。研究顯示，BMPs/Smad4通路的激活對CDX2有直接、正向的調控作用，BMP2和BMP4通過Smad4上調CDX2的表達[14]，同時也可以減少CDX2的抑制劑性別決定相關基因簇2的表達，從而間接上調CDX2[13]，最終CDX2通過與MUC2的增強子序列結合增加MUC2的表達[7]。而BMPs/Smad4通路的靶向損傷會導致腸道分化的喪失[13]。因此，BMPs/Smad4通路的激活在建立及維持腸道或其他異常部位的腸道表型方面發揮積極作用。

Ras/促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)通路激活是Hp(特別是細胞毒素相關基因致病島陽性菌株)感染胃上皮細胞的直接效應。研究顯示，Hp感染的小鼠和Ras轉基因激活的小鼠，其胃中形成長期存在的IM與Ras/MAPK通路激活有關[6]。

HpSlyD是一種與胃癌發生有關的蛋白，具有促進細胞增殖、惡性轉化、侵襲及抑制凋亡的能力[15]，感染SlyD陽性的Hp菌株與萎縮性胃炎有關[16]。翻譯控制腫瘤蛋白(translationally controlled tumor protein，TCTP)是在真核細胞中發現的一種高度保守的腫瘤相關蛋白[16]。絨毛蛋白1(villin 1，VIL1)是一種參與小腸微絨毛形成的結構蛋白，是CDX2的已知轉錄靶點，在IM中表達上調[16]。在IM形成過程中，Hp對胃中VIL1的誘導與ETS轉錄因子1(ETS transcription factor 1，ELK1)和血清反應因子(serum response factor，SRF)的激活以及ELK1和SRF協同結合到VIL1的近端啟動子有關[17]。研究顯示，HpSlyD通過TCTP介導的CDX2和VIL1的表達參與胃IM的發生[16]。可見，抑制HpSlyD-TCTP-CDX2/VIL1通路的激活可以作為干預Hp感染后IM形成的一個潛在方法。

1.2非Hp感染與IM發病 研究顯示，Wnt/β聯蛋白(β-catenin)信號通路通過CDX1或CDX2在建立和維持IM和癌變中發揮關鍵作用[7]。CDX1可誘導與干細胞相關的重編程因子Kruppel樣因子5和婆羅雙樹樣基因4的表達，Kruppel樣因子5和婆羅雙樹樣基因4可將胃上皮細胞轉化為干細胞樣細胞，再轉分化為腸上皮細胞[18]，提示CDX1誘導的不完全型IM去分化干細胞可能在癌前病變的發生發展中起重要作用。

膽汁酸反流對IM形成過程中CDX2的激活有促進作用[19-20]。在胃上皮細胞中，膽汁酸相關性胃炎誘導微RNA(microRNA，miRNA/miR)-92a-1-5p表達上調，導致叉頭框蛋白D1減少、NF-κB通路持續激活，進而促進CDX2轉錄和腸道分化。因此，miR-92a-1-5p可作為胃內化生演變過程中轉錄協調的調節因子[20]。對miR-92a-1-5p的阻斷可能是逆轉膽汁酸相關IM的一種可行方式。同時，膽汁酸可以激活法尼酯衍生物X受體(farnesyl X receptor，FXR)/NF-κB信號通路，通過FXR的調節使p50與CDX2啟動子結合，進而誘導正常胃上皮細胞中CDX2和腸化生標志物MUC2的異位表達[19]。研究顯示，人端粒酶反轉錄酶(human telomerase reverse transcriptase，hTERT)在IM中的表達水平明顯高于正常胃黏膜，hTERT通過NF-κB通路與p65結合激活Kruppel樣因子4的表達，從而激活CDX2啟動子。此外，hTERT還可以通過促進p50與CDX2啟動子的直接結合促進CDX2的表達[21]。

可見，Hp感染是導致IM發生、發展的重要因素，Hp感染機體后可通過激活下游信號通路促進胃黏膜病變。因此，有效阻斷Hp感染是防止胃黏膜由炎癥向化生甚至癌轉變的重要措施。但不論是Hp感染因素還是非Hp感染因素，最終均可導致CDX1或CDX2的過度激活和表達，而CDX1和CDX2作為IM的特征性標志物，是導致IM發生的關鍵，故深入探討其表達調控將為IM的精準干預提供有力的理論依據。

2 SPEM

SPEM是胃體黏膜中的另一種化生性病變[5，22]，其特征為三葉因子家族2(trefoil factor family 2，TFF2)在胃底腺基底的異位表達。TFF2也被稱為解痙多肽，通常在胃竇和小腸的上皮細胞中表達豐富，在胃體的胃底腺頸部區域也有少量表達[22]。病理學上，SPEM細胞的形態類似于十二指腸Brunner腺體，位于胃底腺較深的區域[2，23]。在胃癌患者中觀察到，SPEM幾乎存在于所有腫瘤組織周圍的非腫瘤性胃黏膜上皮中，且在大多數殘胃癌患者的胃活檢組織中也可見到SPEM[22]。而在感染Hp的蒙古沙鼠中也觀察到，SPEM最初出現在胃小彎的中間區域，隨后向胃大彎蔓延[24]。推測SPEM可能是較IM形成更早的一種化生類型，但具體機制尚不清楚。

2.1SPEM的細胞來源 在某些因素(如Hp)的作用下，正常胃底腺底部的主細胞逐漸消失，原本主細胞占據的位置被SPEM細胞所取代，故推測SPEM細胞可能是由主細胞轉化而來，處于成熟狀態的主細胞或許能夠重新獲得分化成其他細胞的能力[5]。在萎縮的胃黏膜中，胃底腺存在兩種不同的增殖灶：①頸部的干細胞區域；②腺體底部的主細胞區域。成熟的主細胞可以直接轉化為化生細胞，并表達TFF2，此過程被稱為SPEM[25]。正常情況下，壁細胞除了分泌胃酸，也分泌一些重要的黏膜生長因子，壁細胞萎縮會直接導致這些生長因子喪失，從而誘導主細胞向SPEM細胞轉變[5]。有病理學家提出，損傷可以導致已分化的細胞再次獲得干細胞的分化能力[26]。研究顯示，在其他器官(如胰腺)中，表達Mist1的腺泡細胞在損傷后重新獲得了類似于干細胞的分化能力[25]。當對小鼠胃中的Mist1進行追蹤時發現，Mist1在正常主細胞及SPEM細胞中均有表達，且兩者具有同源性，進一步揭示了正常主細胞與SPEM細胞間的聯系[5]。而在正常胃黏膜中，構成胃底腺的成熟細胞由位于腺體頸部的干細胞分化而來，且Mist1在頸部干細胞中也有表達，因此頸部干細胞也可能轉化為SPEM[27-28]。為了排除頸部干細胞來源的影響，Radyk等[29]使用5-氟尿嘧啶阻斷頸部干細胞的增殖分化，結果顯示，在腺體底部仍存在SPEM細胞，說明主細胞可以在無頸部干細胞參與的情況下發育成SPEM。這一發現為SPEM是由主細胞轉化而來提供了有力證據。另外，通過給小鼠腹腔注射他莫昔芬誘導的急性小鼠SPEM模型，在停藥后可以觀察到已經形成的SPEM細胞逐漸變回正常的主細胞，提示SPEM存在一定的可逆性[30]。

研究顯示，當胃黏膜處于慢性Hp感染環境下，分泌胃酸的壁細胞發生萎縮，隨著壁細胞的死亡，分泌消化酶的主細胞也陸續消失，取而代之的是表達TFF2的化生細胞，即SPEM細胞[24，29，31]。有學者將壁細胞和主細胞丟失的情況稱為慢性萎縮性胃炎[31]，而引起慢性萎縮性胃炎的最常見原因為慢性Hp感染[32]。因此，有研究者提出SPEM是胃黏膜上皮細胞通過調控基因轉錄、改變細胞表型和組織結構，從而對損傷刺激(如慢性Hp感染)做出的適應性改變[22]。研究表明，胃組織中SPEM的存在與超過90%的胃癌密切相關[2]，在同時含有SPEM及IM的胃底腺區域，SPEM細胞出現在腺體較深的區域，而在腺體的管腔部分可以觀察到IM細胞，由此猜測IM可能是從SPEM發展而來[23]。

2.2Hp感染與SPEM發病 研究顯示，Hp主要通過黏附素血型抗原結合黏附素和唾液酸結合黏附素分別與宿主上皮的糖基化受體Lewis B和sialyl-Lewis X(sLex)結合而附著于胃上皮細胞[33]。在人的胃標本中，sLex的表達只存在于SPEM，并不存在于IM中。在SPEM中，sLex的表達上調，Hp通過唾液酸結合黏附素與sLex相互作用，進而深入胃底腺深部的SPEM腺體，從而使Hp在誘導SPEM的同時顯著增加胃體定植[33]。Hp對SPEM的這一趨向特性有助于其在SPEM腺體部的聚集，可能在SPEM進一步進展過程中，甚至是在SPEM向IM轉變過程中起關鍵作用。

SLFN(Schlafen)4作為GLI家族鋅指蛋白1(GLI family zinc finger protein 1，GLI1)的靶基因，是一種與小鼠SPEM相關的髓系分化因子[34]。音猬因子是一種在壁細胞中高表達且與胃酸產生相關的信號因子[35]。對Hp感染的小鼠體內SLFN4的譜系追蹤顯示，在音猬因子信號因子及GLI1參與下，骨髓來源的SLFN4+細胞遷移到胃，在胃中表現為髓系來源抑制細胞，并獲得了抑制T細胞增殖的能力[34]。在人類，表達SLFN12L的髓系來源細胞也有類似于小鼠體內表達SLFN4的髓系來源細胞的遷移過程[34]。研究顯示，小鼠胃中SLFN4+細胞呈現高表達miR-130b的趨勢，上調的miR-130b靶向抑制Cyld基因，Cyld對NF-κB具有負性調控作用，NF-κB通過直接與miR-130b啟動子結合誘導其上調，從而形成miR-130b正反饋環路，進而促進SPEM的發生發展[36]。

2.3非Hp感染與SPEM發病 有關SPEM形成的機制及調控SPEM發生的信號通路，也是近年研究的熱點。在小鼠胃上皮細胞中，Ras/MAPK通路的激活可導致胃黏膜的快速萎縮、小凹上皮增生和SPEM的形成及進展；對胃黏膜組織進行免疫組織化學染色顯示，TFF2、GSII(Griffonia simplicifolia-II)凝集素和CD44v9均為陽性，而CDX1、CDX2免疫組織化學染色大多為陰性[37]。有研究通過在表達Mist1的主細胞中誘導Ras激活，不到1個月的時間就觀察到主細胞分化為SPEM細胞，并在4個月內進展為IM[38]。MAPK激酶(mitogen-activated protein kinase kinase，MEK)是Ras/MAPK通路的中間環節，用MEK抑制劑抑制MEK兩周后，可觀察到IM的消退和正常胃黏膜細胞的重現[38]，表明MEK抑制劑可逆轉胃黏膜化生的進展，為胃癌早期診治靶點的研究提供了一個新的方向。

哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是合成代謝和分解代謝過程的交匯點，其通過感知細胞內外營養物質的波動，調節細胞生長、代謝和存活[39]。在營養豐富的條件下，mTOR復合物1通過刺激生物合成途徑和抑制自噬途徑，抑制細胞分解代謝，促進細胞生長。有研究者對SPEM形成過程中主細胞的形態及分子學改變進行了探索，發現這一過程包括3個階段：①外界對胃黏膜的損傷導致胃主細胞中mTOR復合物1活性降低，阻止細胞周期重新進入S期；②溶酶體/自噬體大量上調，增加了性別決定相關基因簇9等與損傷相關的化生基因表達；③mTOR復合物1重新激活，正常胃黏膜細胞再次進入細胞周期[40]。這一過程被稱之為“paligenosis”，就像凋亡一樣是一個基本的過程，發生于分化細胞，以促進胃黏膜損傷后正常細胞的再生[40]。

胃型緊密連接蛋白18(stomach claudin 18，stCldn18)是胃緊密連接的主要和必需的組成部分，其在胃炎和胃癌人群中的表達普遍減少。有學者對stCldn18基因敲除小鼠的整個生命周期進行分析，結果顯示小鼠年輕時期即可形成SPEM，長期缺乏stCldn18會激活CXC趨化因子配體5的表達，促進Wnt信號通路下游的上皮-間充質轉化，從而在沒有Hp感染的慢性活動性胃炎下誘導胃腫瘤的形成[41]。另外，Notch信號通路與Wnt信號通路可協同調節胃干細胞的增殖和分化，且Notch的上調也參與了stCldn18基因敲除小鼠SPEM的發生，以及向胃腫瘤的進展[41]。

此外，巨噬細胞參與的慢性炎癥環境在SPEM的發生發展中也發揮重要作用[42]。正常情況下，IL-33表達于黏膜細胞表面，當壁細胞丟失后，在胃體黏膜出現了表達IL-33的M2a巨噬細胞，刺激IL-13的釋放，繼而參與SPEM的發生發展[42]。對膽汁酸誘導小鼠模型的研究顯示，巨噬細胞來源的外泌體可以作為細胞間相互作用的信使，而膽汁酸可能通過刺激巨噬細胞分泌外泌體促進胃SPEM的發生發展[43]。此前，膽汁酸已被證實可使胃黏膜發生IM樣改變[20]。但在膽汁酸誘導的情況下，SPEM和IM之間是否存在聯系仍有待進一步研究。

3 小 結

胃黏膜化生是重要的胃癌癌前病變，引起胃黏膜化生最常見的始動因素是由Hp引起的慢性感染，當然也包括其他非Hp感染相關因素的調控，目前主要的兩種化生形式IM及SPEM均與這兩大類因素有關。其中，CDX1及CDX2的過度激活是IM發生的關鍵，而SPEM的發生則與腫瘤相關信號通路的異常活化、炎癥因子過度激活、免疫細胞的異常調節等直接作用相關，但有關IM及SPEM發病的具體機制尚未完全清楚，有待于進一步探索。另外，關于IM和SPEM這兩者在胃癌發生過程中是否有一定的聯系，也仍是未來研究的方向。