食管癌的主要发病因素及其机制

杜娟+邬麟+陈柏林+罗以

[摘要] 食管癌是消化系统中最常见的恶性肿瘤之一，具有高发病率，高侵袭性以及预后差等特点。过去大量的研究发现多重因素增加了食管癌的发病风险。这些因素主要包括吸烟酗酒、不合理的饮食、巴雷斯特食管症和基因突变等。本文将对这些因素是诱导食管癌发生的机制进行深入的探讨。

[关键词] 食管癌；吸烟酗酒；不合理的饮食；巴雷斯特食管症；基因突变

[中图分类号] R735.1 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）03（a）-0040-05

Inducing factors of esophagus cancer and the underlying mechanisms

DU Juan1， WU Lin CHEN Bolin LUO Yi

1.University of South China， Hu'nan Province， Hengyang 421000， China； 2.Second Department of Thoracic Medicine， Hu'nan Cancer Hospita， Hunan Province， Changsha 410000， China； 3.Department of Head and Neck Medicine， Hu'nan Cancer Hospital， Hunan Province， Changsha 410000， China

[Abstract] Esophagus cancer is a common malignent tumor in digestive system， with characteristics of high incident， high invasive capacity and poor prognosis. Numerous researches find that tumorigenesis of esophagus cancer is the results of various factors， including smoking， alcohol abuse， unhealth diet， Barretts esophagus disease and gene mutation. This review discusses mechanisms by which these factors induce the tumorigenesis in detail.

[Key words] Smoking； Alcohol abuse； Unhealth diet； Barrett's esophagus disease； Gene mutation

食管癌是消化系統中最常见的恶性肿瘤之一，具有高发病率，高侵袭性以及预后差等特点。即使肿瘤被成功切除以后，患者3年和5年存活率均只有6%～35%[1]。在2012年，全球约有456 000人被诊断出患有食管癌，400 000人死于食管癌。在美国，2013年食管癌的新发患者数为17 990，同时约有15 210名患者死于食管癌。食管癌在男性癌症致死率中排第5位，在女性癌症致死率中排第7位。食管癌主要由鳞癌和腺癌构成，其中鳞癌占70%[2]。流行病学研究显示这两种癌有明显的地域性差异，黄种人和黑人好发食管鳞癌，而食管腺癌多发于白人[2]。由于食管癌的早期症状不明显，因此诊断出食管癌时，其已多位于晚期。中晚期食管癌患者通常伴有吞咽困难等症状。疾病发展到这个阶段，多余50%的患者有淋巴结节点转移。食管鳞癌是侵袭能力很强的癌症，通常伴有淋巴结转移和肿瘤入侵邻近器官，甚至是在食管癌的早期阶段。食管癌在术后的复发率较高，这直接影响了患者的预后和生存率[3]。导致食管癌发生的因素有很多，这主要包括吸烟喝酒、不合理的饮食、巴雷斯特食管症和基因突变等因素。本文将对食管癌产生的因素及其机制进行深入的探讨。

1 长期吸烟酗酒与食管鳞癌的发生

流行病学研究显示有长期吸烟喝酒史的人患食管鳞癌的概率明显增高。Talukdar等[4]通过对有吸烟习惯的食管鳞癌患者的研究发现长期吸烟与多种抑癌基因启动子区域高度甲基化呈显著正相关。抑癌基因启动子区域高度甲基化将导致抑癌基因表达水平下降，进而促进癌症的发生。异常的DNA甲基化有可能影响癌症发生相关信号通路，包括那些调控细胞周期，DNA损伤修复，以及Wnt、TGF-β和NF-κB介导的信号通路。烟草中含有4-（N-甲基-N-亚硝胺）-1-（3-吡啶基）-丁酮[其也被称之为尼古丁亚硝胺酮（NNK）]和苯并（α）芘。这些物质能够调节基因甲基化。研究发现NNK能诱导小鼠和老鼠肝脏和肺部肿瘤中多种肿瘤抑制基因的甲基化[5]。另一项研究在人肺癌中发现NNK抑制了DNA甲基转移酶（DNMT1）的分解，使其在细胞核内聚集，诱导肿瘤抑制基因启动子的甲基化[6]。苯并（α）芘及其衍生物苯并（α）芘二醇环氧化物（BPDE）已经被证明可以诱发抑癌基因（如在P53和KRAS基因）的突变。还有研究表明，BPDE通过调控DNA（胞嘧啶-5）甲基转移酶3α （DNMT3A）诱导RARβ2启动子区域甲基化[7]。脆性组氨酸三联体基因（fragile histidine triad，FHIT）启动子的甲基化也与吸烟有显著相关性。FHIT功能的抑制，增加了基因组不稳定性和癌症的发生和发展。mutS homolog 3（MSH3）基因甲基化水平在吸烟人群中也有显著升高。MSH3是一种DNA错配修复蛋白。MSH3的甲基化水平升高将抑制MSH3的功能，导致DNA错配的几率升高，增加癌症发生的风险[8-9]。

众多研究证实酗酒容易导致食管鳞癌的产生，并且酗酒导致食管鳞癌的产生概率高于酗酒导致其它癌症产生的概率[5]。在肝脏，乙醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase enzymes，ADH）诱导乙醇被氧化成乙醛。乙醛的破坏作用能导致体内S-腺苷甲硫胺酸、叶酸和甜菜碱的缺乏，进而导致了体内甲基含量的不足[10-11]。体内甲基的缺乏使得体内一些致癌基因的甲基化水平降低，进而导致癌症的发病率增加。有意思的是，酗酒也能导致抑癌基因的甲基化水平的升高，但是目前仍不清除导致这种现象产生的原因。有报道称酗酒能导致SRY盒包含基因17（SRY-box containing gene 17，SOX17）的甲基化水平升高[12]。甲基化的SOX17进而促进Wnt信号激活。经典的Wnt信号途径参与许多生物过程，包括胚胎发生和致癌作用。异常激活的Wnt/β-catenin信号通路可以促使Myc基因，细胞周期蛋白D1基因和其他下游基因的过表达，进而促进细胞的增殖，发挥致癌作用。SOX17甲基化水平的升高和表达水平的降低也常常预示着食管鳞癌预后不良[13]。

2 饮食与食管腺癌的发生

荟萃分析（Meta-analyses）显示多吃水果能使食管腺癌发病率降低27%，多吃蔬菜也能使其降低24%，多吃水果和蔬菜能使之降低32%[14-15]。水果和蔬菜含有多种潜在抗癌物質，如维生素、矿物质、纤维和其它植物化学物质，它们可以抑制炎症的产生，防止氧化应激，同时能抑制细胞的增殖或促进细胞凋亡。研究显示某些维生素（如维生素E和维生素C）、类胡萝卜素和矿物质（如硒）能抑制自由基对DNA的氧化损伤，降低自由基对细胞膜的伤害，防止脂质过氧化反应[16]。食管癌的发生通常涉及到细胞DNA的损伤。荟萃分析显示补充β胡萝卜素和维生素C可使食管腺癌的发病率分别降低54%和51%[17-18]。补充维生素E也能降低食管腺癌的风险，但是不同实验的研究结果差异较大，其降低食管腺癌的风险从10%～87% 不等[17-19]。之前的研究报告显示补充适量叶酸降低30%～52%的食管腺癌的发病风险。一项针对爱尔兰人的病例对照研究显示补充适量维生素B6减少了60%食管腺癌的风险，但是补充B12可使食管腺癌的风险增加近4倍[20]。硒的摄入量对患食管腺癌的发病风险存在较大争议。澳大利亚和爱尔兰的病例对照研究均表明硒的摄入使食管腺癌的风险降低了15%～20%[21-22]。荷兰的病例对照研究通过考察趾甲中硒的水平和食管腺癌的发病率得出硒能使食管腺癌的风险降低24%，但用同样的方法，爱尔兰的一项研究却发现趾甲中硒的水平和患食管腺癌之间没有显著相关性[23-24]。另有研究显示血清中硒浓度的升高使患食管腺癌的风险增加40%[25]。导致这种研究结果的差异可能与不同的研究方法和的研究不同的人群有关。膳食中锌摄入不足有可能提高食管鳞癌的风险。老鼠采食低锌饲料（锌含量低于3 mg/kg）5周表现出食管上皮增生[26]。食用低锌饲料23周后，与癌症相关的炎性反应增强，如果此时暴露在低剂量的环境致癌物n-甲基苄基亚硝胺中，小鼠将发生食管癌[27]。

长期食用含有高碳水化合物的食物可以刺激胰岛素和胰岛素样生长因子1的大量分泌，进而促进细胞增殖和抑制细胞凋亡，增加癌症发生的风险[28-29]。美国最近的一项研究显示糖（或碳水化合物）摄入量过高将使食管腺癌的发病风险增加62%[30]。长期食用含有高碳水化合物的食物可能导致慢性高血糖和高胰岛素血症。肉的长期大量摄入也与食管腺癌的发病率呈正相关，尤其是食用熏制和高温烧烤的红肉。红肉中的铁和脂肪均是诱导食管腺癌发生的危险因素。研究发现红肉中的血红素铁能使食管腺癌的发病率增加47%～211%，这可能与铁能增加体内氧化应激的发生有关[31-34]。此外熏制和高温烧烤使红肉中的亚硝酸盐/硝酸盐、杂环胺和多环芳烃等致癌物质显著增加，这进一步增加了食管腺癌的发病风险。多吃鱼被发现能降低食管腺癌的发生（大概能降低14%）。

3 巴雷斯特食管症

巴雷斯特食管症（Barrett's esophagus）是诱导食管腺癌发生的一个重要因素，同时也是食管腺癌的癌前病变，因此巴雷斯特食管症对预测食管腺癌的发生有重要意义。大多数的巴雷斯特食管症是由于胃酸和胆汁逆流进入食管产生。学者[35]2016年通过手术诱导小鼠胆汁/胃酸反流进食管构建巴雷特食管模型，和食管腺癌模型。巴雷斯特食管症最显著的特征是食管黏膜的鳞状上皮细胞被柱状上皮细胞所取代，同时在上皮细胞之间出现肠胃型的杯状细胞，这使得食管上皮的生理功能发生了显著变化。巴雷斯特食管症中存在着食管上皮细胞发育不良或畸形，异常增生，这些细胞最终可发展成为食管腺癌。据统计，有2～4%的巴雷特食管患者一生中有可能发生食管腺癌。

胃酸和胆汁可诱导食管组织中氧化应激的产生，氧化应激能破坏细胞中的DNA。用胆汁酸处理食管上皮细胞可导致细胞中8-羟基脱氧鸟嘌呤核苷和磷酸化的组蛋白p-H2AX（S139）显著上升，这两者分别是DNA氧化损伤和DNA双链断裂的特征性指标[36]。由于自由基具有很强的氧化性，自由基不仅能导致DNA损伤（如DNA脱氧核糖的改变和DNA双链断裂），还能诱导细胞膜的损伤，破坏细胞中蛋白质、脂质和碳水化合物等大分子物质。氧化应激还可诱使细胞内信号紊乱。例如氧化应激可使增殖蛋白激酶（MAPKs）家族中c-Jun和p38过度激活。这些信号通路被证实与细胞的生长、分化、存活和死亡有重要联系，因而这可能是氧化应激诱导癌症发生的重要机制。

肠上皮细胞的一个重要的特点是其为肠道细菌的定殖提供了许多有利的条件，而这些细菌反过来影响肠细胞的发育和肠道黏膜免疫系统功能。在巴雷斯特食管症中，食管上皮的鳞状上皮细胞开始向柱状上皮细胞转化，因此有学者认为食管上皮此时开始向类似于肠道上皮转化，并且食管上皮的生理功能也变得类似于肠道上皮的生理功能，这为多种细菌定植于食管奠定了基础[35]。有研究在食管活检中发现链球菌、普氏菌和韦永球菌属是食管中最普遍的菌属[37-38]。研究人和小鼠食管癌组织样本发现，食管癌上大肠埃希菌和肺炎链球菌的数量明显增加。有学者将食管微生物群分为两个亚型：Ⅰ型微生物是以链球菌为主，这代表了食管正常的微生物群体；而在Ⅱ型微生物群中，革兰阴性厌氧菌占主导地位，这些细菌可诱导巴雷特食管症，食管炎和食管癌[39-40]。消化道微生物群紊乱和食管鳞状上皮发育不良有显著的联系，食管鳞状细胞发育不良食管癌前重要的病变。

4基因突变与食管癌的发生

近些年来，全基因组相关性分析的发展使得人们发现多种基因的突变与食管癌的发生发展有关。有研究对比1852例巴雷特食管症组织样本和5172例正常食管组织样本发现，在染色体6p21位于HLA基因和染色体16q24，靠近FOXF1基因有明显差异[41]。Levine 等[42]对比1633例含巴雷特食管症组织样本和食管腺癌组织样本和3209例正常食管组织样本发现染色体19 p13靠近CRTC1基因、染色体9q22位于BARX1基因和染色体3p13位于FOXP1基因有明显差异。此外还有研究显示，GDF7（rs3072）基因和TBX5（rs2701108）基因的变异增加了食管腺癌的风险[43]。Jia等[44]通过对360 例来自中国汉族人群食管癌样本和310例正常食管样本的全基因组相关性分析发现染色体10q23（rs2274223）位于PLCE1基因，染色体6p21（rs10484761）靠近UNC5CL基因，染色体16q12（rs47 85204）位于HEATR3基因，染色体22q12（rs4822983）位于CHEK2基因和染色体22q12（rs738722）位于CHEK2基因的突变和食管癌的发生有显著联系。

异常的DNA甲基化通常涉及到肿瘤的发生和发展。一方面抑癌基因启动子区高甲基化将抑制抑癌基因的表达；另一方面致癌基因启动子区低甲基化将导致致癌基因的过度表达。DNA甲基化主要发生在CG二核苷酸（CpG位點）的胞嘧啶残基，含有丰富的CpG位点的基因组区称之为CpG岛。一项针对250 例样本（包括125例食管腺癌，19例巴雷斯特食管症，85例食管鳞癌和21例正常食管组织）全基因组分析得出食管腺癌中基因的甲基化位点和甲基化程度与巴雷斯特食管症类似，但不同于食管鳞癌。食管腺癌和巴雷斯特食管症中基因的甲基化位点组要发生在CpG岛区域，总共有18 575个CpG位点（涉及5538个基因）甲基化水平异常，60%的甲基化异常影响到了基因的表达水平。这些甲基化水平异常的基因包括调控细胞黏附、TGF和WNT信号通路、染色体分离和纺锤体形成等，这些过程在肿瘤发生中起了重要作用[45]。

日本的一项研究发现在日本人食管癌组织基因中胞嘧啶脱氧核苷酸替换为胸腺嘧啶脱氧核苷酸，即所谓的C替换为T，和胞嘧啶脱氧核苷酸替换为鸟嘌呤脱氧核苷酸或胸腺嘧啶脱氧核苷酸，即所谓的C 替换为G/T，均非常普遍。前者主要出现在CpG signature部位，后者则主要出现在APOBEC signature部位。同时此研究还发现众多突变出现在细胞周期的调控基因（如TP53、CCND1、CDKN2A和 FBXW7）、表观遗传基因（MLL2、 EP300、CREBBP和TET2）、NOTCH 信号调控基因（如Notch1和 Notch3）、WNT信号调控基因（FAT1、YAP1和AJUBA）和受体酪氨酸激酶调控基因（如PIK3CA、EGFR和ERBB2）。其中，最常见的突变出现在TP53，在93.1%的食管癌患者中存在基因突变，其次依次为NOTCH1（18.6%）、MLL2（18.6%）、NFE2L2（16.7%）、ZNF750（16.7%）、FAT1（14.6%）、PIK3CA（10.4%）、EP300（8.3%）、CDKN2A（8.3%）、CREBBP（7.6%）、NOTCH3（7.6%）、TET2（6.3%）、FBXW7（5.6%）、TGFBR2（5.6%）和AJUBA（4.2%）[46]。

综上所述，导致食管癌发生的因素是多种多样的，既有先天因素，如基因突变和基因多态性，又有后天的因素，如吸烟、酗酒和不健康的饮食。因此，在日常生活中，人们应该尽可能的养成好的生活习惯，以减小食管癌的发病风险。

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