膽汁酸、幽門螺旋桿菌等因素誘導尾型同源盒轉錄因子2表達致胃黏膜腸上皮化生研究進展

鐘 爽,羅 慧,施智蘭,李英豪,張晴朗,農復香,NGUYEN QUOC VIET(越南),唐梅文

(1.廣西中醫藥大學研究生院,廣西 南寧 530200;2.廣西中醫藥大學第一附屬醫院,廣西 南寧 530022)

胃黏膜腸上皮化生(Gastric intestinal metaplasia,GIM)是一種癌前組織病理學改變,其定義為胃柱狀細胞被腸道形態的細胞替代,其特征是存在含黏蛋白的杯狀細胞、Paneth細胞和吸收細胞,導致胃黏膜上皮正常,周圍腺體被腸上皮和腺體替代[1]。Correa級聯反應提示正常胃黏膜→慢性淺表性胃炎(Chronic superficial gastritis,CSG)→慢性萎縮性胃炎(Chronic atrophic gastritis,CAG)→腸上皮化生(Intestinal metaplasia,IM)→上皮內瘤變(Intraepithelial neoplasia,IN)→腸型胃癌(Intestinal-type gastric cancer,IGC)的線性發展[2]。GIM是胃癌癌前病變的一個非常重要的階段[3]。

尾型同源盒轉錄因子(Caudal type homebox 2,CDX2)是調節腸上皮細胞表型的腸特異性轉錄因子,在指導腸道發育、分化和維持腸道表型方面起著關鍵作用,主要存在于小腸和結腸,在正常胃黏膜中很少表達[4]。已有研究[5]證明誘導CDX2表達可導致GIM的發生與發展,同時CDX2參與了GIM與胃癌的啟動過程。

1 膽汁酸

近期研究表明,膽汁(Bile acid,BA)反流引起的胃黏膜慢性炎癥是GIM的關鍵致病因素。膽汁反流通過膽汁酸受體激活IM生物標志物CDX2的表達。此外,內源性非編碼RNA分子微小RNA(miRNA)、外泌體和表觀遺傳學也參與膽汁酸誘導CDX2表達導致GIM的發生和發展。目前,膽汁酸誘導胃腸道上皮細胞表型轉化的分子機制尚未闡明。

1.1 miRNAs 這是一類小的內源性非編碼RNA分子,通過與mRNA的堿基配對,導致特定靶基因的mRNA降解或翻譯抑制[6]。它們可以參與一系列生理和病理過程,包括發育、分化、細胞增殖與凋亡、器官發生和穩態。在不同的癌癥類型中,miRNA的表達與正常組織相比有很大差異[7]。Li等[8]發現miR-92a-1-5p在IM組織中升高,并由膽汁酸誘導,miR-92a-1-5p高水平與CDX2呈正相關;miR-92a-1-5p通過靶向人轉錄因子叉頭族蛋白D1(FOXD1)/人轉錄因子叉頭族蛋白J1(FOXJ1)軸和調節核因子κB (NF-κB)通路的激活,激活CDX2和下游腸道標志物。Wang等[9]在BA誘導的IM細胞模型中觀察到肝細胞核因子4α(HNF4α)的異位表達,并驗證了HNF4α對胃黏膜組蛋白脫乙?；?(HDAC6)表達及黏蛋白分泌的刺激作用,表明miR-1通過靶向HDAC6和HNF4α來抑制CDX2的表達。Wang等[10]還發現BA誘導胃細胞法尼類X受體(FXR),增強的FXR導致蝸牛同源物2(SNAI2)的轉錄激活,進而抑制miR-1啟動子,從而影響腸道標志物CDX2表達。目前仍需要進一步的研究來證實miRNA在GIM中的作用。

1.2 外泌體 這是一種直徑約40～100 nm的膜囊泡[11],包含多種生物分子,如蛋白質、脂質和mRNA,在調節腫瘤發展、轉移和耐藥性方面發揮重要作用。Xu等[12]發現去氧膽酸誘導的巨噬細胞可分泌外泌體,外泌體可能通過hsa-miR-30a-5p靶向FOXD1促進CDX2的表達,抑制了人胃上皮細胞的增殖。關于外泌體影響CDX2的研究相對較少,仍需要進一步驗證其在GIM中的作用。

1.3 表達遺傳學 其定義是研究DNA和組蛋白的化學修飾,改變染色質的結構而不改變基礎核苷酸序列。N6甲基腺嘌呤(m6A)是哺乳動物中最常見的mRNA修飾[13]。AlkB同源物5(ALKBH5)是目前發現的m6A脫甲基酶之一,在m6A的動態調節中起著重要作用。研究證明烷ALKBH5對膽囊酸誘導的GIM是必需的,并確定鋅指蛋白基因333(ZNF333)是ALKBH5的一個新的m6A靶點。ALKBH5通過靶向ZNF333/圓柱瘤基因(CYLD)軸和激活NF-κB信號通路激活CDX2和下游腸道標志物,所以針對ALKBH5/ZNF333/CYLD/CDX2軸可能是一種有效的治療膽汁反流患者GIM的策略[14]。轉錄因子Dickkopf(DKK)家族是一種特異性拮抗劑的Wnt信號通路,參與胚胎形成的許多發育過程,在維持成人組織穩態中發揮重要作用[15-16]。研究[17]表明,DKK1在各種癌癥中的表達增強,可促進腫瘤細胞增殖、侵襲和遷移。Lu等[18]發現膽汁酸可以誘導胃上皮細胞中CDX2的表達,而DKK1在膽汁酸刺激下被下調;膽汁酸可誘導DKK1啟動子部分甲基化,而5-氮雜胞嘧啶(5-aza)可增加DKK1的表達,同時降低胃上皮細胞CDX2的表達。

1.4 膽汁酸受體 其主要包括G蛋白偶聯受體5(TGR5)、FXR、孕酮X受體(PXR)、組成型雄激素受體(CAR)和維生素D受體(VDR)等,具有調節膽汁酸代謝、葡萄糖利用、脂肪酸合成和氧化、能量穩態平衡、免疫細胞功能、神經活動等功能。在GIM中,FXR和TGR5被廣泛研究。膽汁酸作為信號分子,通過激活核受體FXR或質膜受體TGR5調節下游信號。

1.4.1 FXR:膽汁酸激活的核受體FXR主要在肝臟和腸中表達,是信號通路和細胞功能的關鍵調節器,可在膽汁酸、脂質和膽固醇代謝中發揮重要作用[19]。有研究發現FXR的高表達水平與GIM的形成有關。研究發現鵝去氧膽酸刺激大鼠的正常胃上皮細胞通過激活FXR上調CDX2表達。Li等[20]發現去氧膽酸(DCA)激活FXR/NF-κB信號通路,從而上調正常胃上皮細胞中CDX2和黏蛋白2(MUC2)的表達。Zhou等[21]發現鵝去氧膽酸(CDCA)能夠誘導CDX2的表達,而FXR的抑制或敲除可阻斷CDX2的表達,表明FXR誘導參與了膽汁酸誘導的GIM病變中CDX2的表達。目前,關于膽汁酸通過激活FXR誘導IM的研究及報道越來越多。

1.4.2 TGR5:膽汁酸激活的膜受體TGR5廣泛分布于肝臟、腸、棕色脂肪組織和免疫細胞,參與能量代謝、葡萄糖代謝和炎癥反應的調節。有研究驗證了二級BAs反應性K蛋白偶聯膽汁酸受體1 (GPBAR1,也稱TGR5)在IM標本中顯著升高。此外,TGR5通過在轉錄水平上正向調控上皮鋅指蛋白4(KLF4)和CDX2,促進去氧膽酸(DCA)誘導的化生表型,TGR5水平高與IM組織中CDX2水平高相關,HNF4α通過直接調控KLF4和CDX2介導DCA治療的作用。所以,抑制TGR5-HNF4α信號級聯反應可以阻止Correa級聯反應的進展和胃癌的進展,此可以作為一個潛在的治療靶點。

2 幽門螺旋桿菌

幽門螺旋桿菌與胃黏膜腸上皮化生有著密切的關系。幽門螺桿菌感染可誘導胃黏膜CDX2的表達,與無幽門螺旋桿菌感染患者相比,幽門螺旋桿菌陽性患者的表達水平明顯升高。幽門螺旋桿菌感染引起的胃黏膜慢性炎癥同樣也是GIM的關鍵致病因素。幽門螺桿菌感染通過NF-κB信號通路及其下游的促炎因子、轉化生長因子-β(TGF-β)信號通路以及增加CDX2的表達導致正常胃黏膜向IM的發展。

2.1 NF-κB信號通路 NF-κB轉錄因子家族被認為是炎癥過程的中心介質,NF-κB通路的激活可以誘導促炎細胞因子的產生,如白細胞介素(IL)-1β和IL-6、腫瘤壞死因子-α。其在抑制凋亡、刺激細胞增殖以及促進與腫瘤進展相關的遷移和侵襲性細胞行為方面發揮重要作用。Cobler等[22]發現與幽門螺桿菌感染相關的胃黏膜炎癥浸潤增加了促炎細胞因子IL-6的存在,IL-6同時激活含Src同源2結構域蛋白酪氨酸磷酸酶(SHP-2)/細胞外調節蛋白激酶(ERK)/絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和非受體酪氨酸激酶(JAK)/信號轉導子(STAT)信號通路;在IL-6處理的細胞中,MKN45細胞中應激活化蛋白激酶(c-JUN)和酪氨酸磷酸化轉錄因子3(p-STAT3)結合CDX2啟動子;而在NUGC-4細胞中,p-STAT3結合CDX2啟動子,c-JUN從CDX2啟動子釋放;IL-6上調CDX2在NUGC-4細胞中通過JAK/STAT通路,而在MKN45細胞中這兩種通路都促進了CDX2的上調,證實IL-6激活的信號通路對CDX2的調控具有重要作用。這些信號通路可能在CDX2調節中發揮關鍵作用,并與GIM發生密切相關。幽門螺旋桿菌感染可激活機體的先天免疫反應,以抵抗其對胃黏膜的損傷。Asano等[23]發現細菌模式識別分子核苷酸結合寡聚結構域1(NOD1)可激活抑制劑腫瘤壞死因子受體作用因子3(TRAF3),降低NF-κB的活化,導致幽門螺桿桿菌感染的胃上皮細胞中CDX2低表達;CDX2的誘導依賴于NF-κB的激活,但被NOD1介導的TRAF3 (NF-κB的負調控因子)的激活所抑制,幽門螺桿菌感染的NOD1缺陷小鼠進一步證明了其因果關系,其基礎是TRAF3低表達、CDX2高表達以及GIM的發展終點。

2.2 TGF-β信號通路 TGF-β家族成員具有多種生物學功能,可以促進細胞增殖、遷移、分化和凋亡。骨形態發生蛋白(BMP)是TGF-β生長因子超家族中最大的一個亞家族,可以通過調節其下游基因的活性來進一步發揮生物學功能,包括致癌。BMP是成人胃腸道發育及維持組織穩態的關鍵因素。Barros等[24]首次證實了BMP途徑在腸上皮化生中的活性,該途徑中的關鍵元素(BMP2蛋白和BMP4蛋白)與CDX2共定位,并在胃細胞系中上調CDX2的表達。他們對感染幽門螺桿菌的小鼠胃標本進行免疫組化實驗,證實感染小鼠BMP通路表達和活性增加,CDX2上調并表達,這些結果為幽門螺桿菌感染與BMP通路調控腸、胃特異性基因提供了新的聯系,可能與GIM相關。Runt相關轉錄因子3(RUNX3)是TGF-β信號通路下游的重要轉錄因子,是胃癌的關鍵抗腫瘤基因。在大多數幽門螺桿菌感染的IM患者中觀察到RUNX3發生相應的改變。Ito等[25]發現RUNX3(-)/(-)小鼠用胃部解痙多肽表達性化生(SPEM)轉化小鼠的胃上皮,并在相應的胃上皮區域檢測到具有表達CDX2的腸道表型,表明GIM可能為RUNX3的缺失誘導CDX2進一步表達而形成的。

2.3 Sonic Hedgehog(Shh)基因 Shh作為一種形態原,參與小鼠和成人胃底腺的分化。Shh由胃底腺的壁細胞分泌以修復對胃上皮的損傷。隨著壁細胞的失活,Shh的分泌也會同時減少。Shh基因的缺失和CDX2的異常表達是與腫瘤轉化前胃黏膜出現腸化生相關的早期變化。在感染的早期階段,在胃類器官的幽門螺桿菌感染中觀察到的Shh表達的增加通過NF-κB信號通路的激活來調節。也可以理解為,Shh表達的意義可以看作為促進胃黏膜損傷的愈合。

3 其他因素

隨著CDX2與GIM研究的不斷更新與深入,目前研究已不局限于上述兩大影響因素。隨著人們的生活水平的不斷提高,飲食上大量攝入高脂肪的食物已經十分常見。Inagaki-Ohara等[26]研究表明,在其實驗組里使用高脂飲食喂養的小鼠,其胃黏膜增生明顯,多數胃黏膜萎縮相關信號因子相繼激活,使之導致的胃黏膜萎縮形態學改變以及CDX2的表達類似于與人類腸道化生相關的形態學改變。與之相反,由于GIM中CDX2甲基化明顯,Yuasa等[27]研究表明CDX2甲基化與綠茶和十字花科蔬菜攝入量的減少有關,也與飽食或暴飲暴食習慣有關,并且符合流行病學結果。而且,Kim等[28]證明了在幽門螺桿菌陽性的非癌性胃組織中,CDX2啟動子的甲基化隨著年齡的增長而增加,一些黏膜細胞中CDX2病灶的存在可能是由于CDX2啟動子甲基化不足,從而為腫瘤發生和胃癌的易感性奠定了表觀遺傳學基礎,并發現CDX2啟動子在IM和胃癌中發生去甲基化,提示CDX2在IM和胃腫瘤中的表達升高可能與啟動子去甲基化有關。此外,還有很多因素導致GIM的形成,有待進一步去發掘。

4 結 語

GIM是胃癌的重要癌前病變,被認為是胃癌預防和控制的關鍵階段,因為它為胃癌的臨床干預提供了廣闊的時間窗口。GIM的早期診斷和治療對預防胃癌具有重要意義。目前,在GIM的分類、致病因素、防治方法等方面取得了一些成果。然而,各種因素誘導GIM的分子調控機制尚未完全闡明。因此,需要更多的研究來探索GIM的機制,其中各因素引起的GIM中CDX2的調節機制將有助于開發針對胃癌的早期干預和治療策略的進一步靶向療法,為早期胃癌的預防和治療提供新的方案。