结直肠癌化学预防的研究进展

何鹏展综述 董卫国审校

结直肠癌(colorectal cancer，CRC)是最常见的消化道恶性肿瘤之一，据国际癌症研究机构制定的GLOBOCAN 2018癌症发病率和病死率估计值数据显示：2018年全球范围内CRC发病率在男性中居第三位，女性第二位；病死率仅次于肺癌，居恶性肿瘤第二位[1]。在我国，结直肠癌是近些年发病率上升最快的癌症，过去10年间新发病数和死亡数均多了1倍，且仍在以年均4%～5%的速度递增。CRC的进展是一个多阶段的过程，从正常上皮到异常隐窝病灶，再到良性腺瘤性息肉，最后到侵袭性癌症和转移，病程长达几十年，而这一缓慢的过程为及时发现肠息肉并且阻断其向癌症的转变赢得了时间和机会。然而，CRC起病较隐匿，早期症状不明显，许多CRC患者在诊断时已是进展期甚至晚期,错过最佳治疗时机，因此预防愈显重要，临床上亟需寻找有效的预防手段。癌症化学预防(chemoprevention)最早是由Sporn等于20世纪70年代初提出[2]，其定义是利用天然或人工合成的化学物质来预防、抑制或者逆转癌症的发生发展过程,从而降低癌症发生率和病死率，是癌症预防研究的热点，而其中最容易预防的便是CRC。目前研究所涉及药物十分广泛，本文针对阿司匹林、叶酸、维生素D和钙剂、膳食纤维和肠道菌群等物质对CRC预防作用的研究进展及相关的作用机制进行综述。

1 阿司匹林对结直肠癌的化学预防

近年来，有研究证实阿司匹林对多种肿瘤有一定的化学预防作用，尤其在预防CRC方面，阿司匹林是研究最多的化学物质，也是是最有前景的药物[3]。

Tsoi等[4]进行的一项回顾性研究，纳入了612 509例患者，结果表明长期服用阿司匹林可降低CRC的发病率和病死率。随机对照试验(randomized controlled trials, RCTs)显示，在有腺瘤或结直肠癌病史的患者中，阿司匹林降低了结直肠腺瘤的风险，而结直肠腺瘤几乎是所有CRC的前兆。Rothwell等[5]进行了为期20年的随访，发现每日规律服用75 mg阿司匹林5年以上可以将CRC的发病风险降低24%，而高剂量并不比低剂量更有效，反而增加消化道出血、溃疡等不良反应发生的风险。随后的队列研究还发现阿司匹林介导的CRC长期风险降低可能与体质量有关,低剂量阿司匹林(75～100 mg)可降低体质量<70 kg的受试者患CRC的风险，却不能降低70 kg及以上受试者的风险[6]。目前为止的临床试验、队列研究及多项RCTs结果大部分肯定了阿司匹林预防CRC的有效性，并建议把每天服用75～325 mg阿司匹林作为长期预防CRC的安全有效的措施[7]。

阿司匹林预防CRC的作用机制可能分为环氧合酶(COX)依赖性途径和非COX依赖性途径(见表1)[8-14]。前者可能与其抑制COX活性，导致前列腺素合成减少和血小板活性受抑制有关。后者可能与调控肿瘤细胞内多个信号传导通路有关。

2 叶酸对结直肠癌的化学预防

叶酸(folic acid，FA)是一种天然的水溶性B族维生素，由于其在DNA合成、修复和甲基化中的功能，FA在癌症预防中的潜在作用已日益受到重视。研究者就FA对CRC发病率的影响进行了相关的研究，却发现有不同的结果。

研究表明，补充FA对结直肠腺瘤有积极的预防作用,对炎性肠病的患者效果更显著[15]。一项Meta分析也显示，高水平的FA摄入可降低CRC的发病风险[16]。但另一项研究分析得出不一样的结论，认为补充FA对CRC并没有预防作用。Passarelli 等[17]对进行的RCTs也发现，FA补充剂摄入对CRC风险没有显著影响。甚至，最近的一项多中心RCT结果还发现补充FA与CRC风险增加有关[18]。对此，研究者提出，结果之间的差异可能与FA干预的时间不同有关。动物研究表明FA可能具有双重作用，这取决于给药的时间。在肠道内形成肿瘤病灶之前可以观察到有益的作用；然而，一旦出现肿瘤病变，高水平的FA摄入可能会促进肿瘤进展[19]。

FA通过调节DNA生物合成、修复和甲基化来维持基因组稳定(见图1)。目前关于FA抗癌作用可能的机制有2种[20]：DNA合成的碳源以及DNA甲基化的调控。(1)FA作为核苷酸从头合成的碳源，FA缺乏会使核苷酸合成前体的来源减少而导致DNA损伤，使得核苷酸库失衡。而这种失衡会导致尿嘧啶与DNA的错误结合、DNA错配和双链断裂。因此，当正常细胞FA水平低时，细胞将积累DNA损伤从而更易发生恶性转化，故适当补充FA可以降低CRC风险。同时这一机制还可解释肿瘤病变发生后，补充FA可能会促进肿瘤的发生和进展，而FA缺乏则对肿瘤生长产生抑制作用。转化后的细胞相对于正常细胞具有更快的复制速率和更高的核苷酸需求，而低水平的FA则严重限制核苷酸的生物合成，抑制DNA复制和减缓肿瘤的生长。(2)FA对DNA甲基化模式的调节，一方面，研究发现基因组低甲基化与CRC发生之间的联系，证明了与正常组织相比，原发肿瘤样本在特定的基因中呈现显著低甲基化[21]，所以补充FA可以通过防止低甲基化和降低基因组对损伤的易感性来提供预防保护。但另一方面，相关研究还发现，特定基因启动子如CpG岛中的甲基化可能是正常结直肠黏膜产生肿瘤的触发因素，所以如果CRC发生依赖于甲基化，则在某些情况下限制DNA甲基化甲基的产生实际上是有益的，即在CRC的背景下，这个观点可以解释小鼠模型试验中FA缺乏的抗肿瘤作用[22]。

表1 阿司匹林用于预防结直肠癌的作用机制

注：PGE2.前列腺素E2; PGs.前列腺素；VEGF.血管内皮生长因子；p-S6.磷酸化核糖体S6蛋白；EMT.上皮-间质转化；蛋白磷酸酶2A.PP2A；SOCE.钙库操纵性钙内流；NFAT.活化T细胞核因子；NF-κB.核因子κB；EGFR.表皮生长因子受体

注：DNMT.DNA甲基转移酶；MTHFR.亚甲基四氢叶酸还原酶； MAT.S-腺苷甲硫氨酸合成酶； SAH.S-腺苷同型半胱氨酸； TS.胸苷酸合成酶；VDRE.维生素D反应元件

图1 FA调节DNA合成和甲基化的机制

3 维生素D和钙剂对结直肠癌的化学预防

维生素D和钙因对骨骼健康的重要性而广为人知，但近来它们在预防癌症方面的可能性越来越受到重视。流行病学研究表明维生素D和钙在CRC发生中具有保护作用，但尚缺乏大规模的RCTs支持。

1980年Garland等[23]研究发现UV-B辐射暴露时间少的人群，CRC的发病率和病死率均较高，而UV辐射与人体维生素D合成直接相关，从而提出维生素D是CRC保护性因素的假设，并得到后续研究的支持。最近，McCullough等[24]的队列研究结果显示：循环25-羟基维生素D[25(OH)D]不足(<30 nmol/L)时，CRC风险增加31%；25(OH)D水平为75～<87.5 nmol/L和87.5～100 nmol/L时，CRC风险分别降低19%和27%；25(OH)D≥100 nmol/L时，风险并不降低。但也有研究发现，与安慰剂组相比，补充维生素D并不能降低CRC的发病率[25]。目前认为造成这一差异的原因可能有以下两点：一是补充的维生素D剂量过低，未能增加循环25(OH)D的血清水平；二是维生素D途径基因的单核苷酸多态性(SNPs)，尤其是维生素D受体(VDR)基因的多态性。Barry等[26]进行的RCT显示：每日补充维生素D33～5年对晚期结直肠腺瘤风险的影响会根据VDR基因3′末端的2个SNP的基因型差异而发生显著变化。例如rs7968585 AA基因型的个体补充维生素D3，新的晚期结直肠腺瘤的发生风险降低了64%，但在有1或2个G等位基因的个体中，风险增加了41%。目前，体内、体外的研究支持维生素D通过抑制细胞增殖，促进细胞分化，刺激细胞凋亡，抗炎和抑制血管生成，来降低CRC的风险[27]。研究还发现，补充维生素D可通过调节APC/β-catenin途径，增加APC蛋白的表达和降低β-catenin的表达来抑制WNT信号传导，从而抑制细胞增殖，并通过诱导E-钙黏蛋白表达促进细胞黏附和分化[28]。

钙是维持骨骼和牙齿健康的必需营养素，也常被用来研究对CRC风险的影响。研究者发现，膳食钙对CRC有保护作用，从饮食中摄取高剂量钙会降低CRC的风险[29]。Bonovas 等[30]的RCT结果支持补充钙剂36～60个月对复发性结直肠腺瘤有适度的化学预防作用。目前关于钙降低CRC风险的机制主要有2个假说，即胆汁酸结合假说和细胞周期调控假说[31]：钙通过与有毒的二级胆汁酸和离子化脂肪酸结合，在结肠中形成不溶性钙皂，降低结直肠癌的风险；钙还可以通过抑制细胞增殖，刺激分化，调节CRC相关细胞信号通路和诱导结肠黏膜凋亡抑制CRC发展。另有研究指出，钙敏感蛋白也参与介导钙的抗肿瘤作用[32]。

4 膳食纤维和肠道菌群对结直肠癌的化学预防

研究表明食用含有膳食纤维的食物可以预防CRC。膳食纤维是肠道细菌发酵的主要物质，能够产生一系列有益代谢物，主要是短链脂肪酸(SCFA)，包括丁酸盐、乙酸盐和丙酸盐[33]。SCFA可通过抑制组蛋白去乙酰化酶的活性和与结肠上皮细胞表面的G蛋白偶联受体相互作用来抑制炎性反应，从而调节许多癌症相关基因的表达，以及通过调节调节性T细胞(Tregs)的功能来支持肠道免疫稳态[34]。

人类微生物组研究已经表明，肠道的细菌群落结构在CRC和其他疾病状态(如IBD)中经常受到干扰，与对照组相比，CRC病例中的特异性细菌数量发生了显著变化。例如，在CRC病例中，产肠毒素脆弱类杆菌、具核梭杆菌和大肠埃希菌的比例过高，而乳酸杆菌和产丁酸盐细菌的比例偏低[35]。而近来研究还发现，较高的纤维摄入量可以增加肠道中的乳酸杆菌和丁酸盐产生细菌，如双歧杆菌、梭菌、厌氧菌等，从而纠正肠道菌群结构改变，恢复菌群多样性[36]。因此，膳食纤维和肠道菌群可能在癌症预防和抗癌治疗中发挥更大的作用

5 其他药物对结直肠癌的化学预防

观察性研究还发现二甲双胍、熊去氧胆酸(ursodeoxycholic acid，UDCA)、他汀类药物等也可能具有CRC的预防作用，但一些RCTs的结果却不一致，尚需要进一步研究。

日本研究者最近进行的一项Ⅲ期临床试验，将151例有腺瘤性息肉切除病史的非糖尿病患者随机分为二甲双胍组和安慰剂组，结果显示低剂量二甲双胍减少了术后腺瘤或息肉的复发率和数量，但研究对象是根据有腺瘤性息肉病史选择的，因此尚需要更大规模的研究，以验证其结果是否具有普遍性[37]。UDCA是一种合成胆汁酸，可用于治疗胆汁淤积性肝病和原发性硬化性胆管炎(PSC)，研究发现UDCA，特别是低剂量时，可降低PSC-IBD患者患CRC的风险[38]，但也有研究指出UDCA的长期摄取与IBD发生恶性转化无关[39]。研究分析发现，他汀类药物降低CRC的风险，在队列研究和病例对照研究中差异有统计学意义，在随机对照试验中却没有[40]。

6 小 结

综上，关于化学预防剂和CRC患病风险的研究得以大量开展，并取得了一定的研究成果，但还没有足够的证据支持在一般风险人群中应用化学预防剂。最有力的证据是，非甾体类抗炎药可减缓息肉进展，持续使用低剂量阿司匹林会降低CRC的长期发病率。正在进行的结直肠腺瘤/癌症预防方案试验3(CAPP3)将有可能确定其最安全的剂量。FA由于在不同的试验中结果截然相反，有2种机制假说来解释这一现象，故尚需开展针对性的研究探讨其具体机制。血清25(OH)D水平和CRC风险呈负相关性,但维生素D抑制肠道肿瘤的作用尚存在争议，口服维生素D仍需进一步研究。此外，膳食钙、膳食纤维等化学预防剂与CRC患病风险亦需要进一步研究和证实。

总之，CRC化学预防的研究已经取得了一定的进展，大量研究提出多种化学药物都有可能抑制肿瘤进展或降低侵袭性，其临床前景是十分乐观的，但作为化学预防剂需要长期使用,不仅要求药物专一有效,更重要的是安全性好,不良反应少，尚需要开展更多临床试验来进行风险-收益评估。