Barrett's 食管危险因素及发生机制的研究进展

陈思，赵月，侯康，李苏艳，李凯园，邹珂，乔隽，褚传莲

（1.山东第一医科大学（山东省医学科学院），山东 济南；2.山东大学附属济南市中心医院保健消化科，山东 济南；3.山东大学，山东 济南；4.潍坊医学院，山东 潍坊）

0 引言

BE 是由胃食管反流所引起的食管慢性损伤的结果，其可以通过肠上皮化生- 低度异型增生（Lowgrade dysplasia，LGD）- 高度异型增生（High-grade dysplasia，HGD）最终导致EAC 的发生。在我国，随着现代化的生活方式的改变，BE 的发生率逐年增加。目前研究表明，BE 的发生、发展涉及多基因、多环节及多途径改变，但其具体分子机制尚不明确。研究BE 的危险因素及发生机制能够更好的为BE 及EAC 的预防及治疗提供新的思路和线索。以下就近年来国内外学者关于BE 危险因素及发生机制的研究加以综述。

1 BE 相关危险因素

1.1 胃食管反流病（Gastroesophageal reflux disease,GERD）

GERD 是指胃内容物反流至食管而引起一系列症状的消化道动力障碍性疾病[1]，是BE 发生的主要原因，据统计约有10%-15%的GERD 患者会发展为BE[2]。近年来，全球GERD 患病率显著上升，我国 GERD 的发病率由原来的不足5%上升至17.3%[3-4]。诸多研究证实BE 的发生与GERD 关系密切，在长期慢性的反流物刺激下，正常的食管鳞状上皮（stratified squamous epithelia，SSE）被耐受性强的单层柱状上皮所取代，从而形成BE。由GERD 导致BE 的具体病理生理机制尚不清楚，相对于早期研究已证明的胃酸及胃蛋白酶对食管黏膜造成的化学损伤，由胆汁酸参与的食管远端黏膜的炎症反应对化生上皮的发展具有更加重要的意义[5]。然而尚有一些严重反流性食管炎（Reflux Esophagitis，RE）却没有发展为BE，也有一些无典型GERD 症状且经胃镜检查未发现食管炎症的患者发展为BE 甚至EAC，其具体机制尚不清楚。

1.2 食管内微生态环境紊乱

正常食管中定植的优势微生物是链球菌属，Dong等研究证实，食管上、中、下段没有明显的微生物偏好，但不同的食管疾病微生物群有所不同[6]。在胃十二指肠反流物长期刺激下，BE 拥有独特的生态环境和特征性的微生物群落，主要表现为链球菌物种的种类减少，革兰氏阴性厌氧菌/ 微需氧菌所占比例增大[7-8]。目前研究认为当胃内菌群随反流物反流入食管可引起食管远端黏膜发生慢性炎症反应，导致食管下段菌群寄生环境异常，食管内菌群发生变化又进一步为BE 的发生创造条件[9]。Zaidi 等在BE 患者和小鼠模型的胃食管交界处发现促炎细胞因子和Tollike 受体（Tollike receptor，TLR）水平升高[10]，TLR 可以造成菌群失调并诱导趋化因子白介素-8（interleukin-8,IL-8）的激活，进而引起全身炎症反应，加速BE 的进展[11]。食管黏膜免疫系统是预防菌群失调的第一道防线，微生态环境紊乱与BE 的发生有着密不可分的联系。

1.3 肥胖

早期研究已证实肥胖、腹围增加和代谢综合征与BE 相关，BE 患者的平均体重指数（Body Mass Index，BMI）明显高于普通人群[12]。已有研究证实当BMI 校正后或反酸、烧心等症状得到改善后，腹型肥胖的患者患BE 的风险较无腹型肥胖患者高出一倍，说明BE 与腹型肥胖更为相关，提示腹型肥胖是BE 发生的一个独立危险因素[13]。腹型肥胖将导致食管下段括约肌（Low esophageal sphincter，LES）长期处于松弛状态，胃内压力升高且胃酸反流增加，使食管长期暴露于酸性环境中，导致RE 甚至发展为BE；除此之外，肥胖者体内脂肪组织的代谢增加，血浆中肿瘤坏死因子-α、脂肪素水平增加，脂联素水平降低，这些都可能与 BE 的发生相关。

1.4 生活习惯

研究证实吸烟和饮酒都可以使LES 压力降低，促进反流发生。此外，吸烟会减少富含碳酸氢盐的唾液产生，碳酸氢盐对食管中的酸性物质的缓冲和清除有至关重要的作用。目前研究已证实吸烟与GERD 患病风险增加相关[14]。酒精对食管粘膜也有直接的伤害作用，容易引起酸性化学损伤，但大部分研究未能确定饮酒和GERD 之间有任何关联。目前现有的最大研究，是来自挪威的一项有43363 名参与者的嵌套病例对照研究，这项研究显示在过去2 周内饮酒超过10 次与GERD 的发病风险增加无关（OR=1.0，95%CI,0.8～1.3）[15]。新近一项对 14916 名参与者进行的前瞻性队列研究发现，每周至少饮酒1 次不影响新发GERD 的风险（OR=0.9 95% CI,0.7～1.2）[16]。因此，戒烟可以降低GERD 的风险，由饮酒引发反流症状的患者应鼓励避免饮酒。

1.5 遗传因素

研究显示有BE 或EAC 家族史的患者患BE 风险远高于正常人[17-18]，目前发现许多关于BE 或EAC 的家族聚集的报道，这些病例表现为常染色体显性遗传模式，与其他BE 病例相比诊断年龄更早[19]。基因测序的出现为在遗传性疾病家族中寻找高危基因开辟了新的策略，一些研究发现MSR1、ASC1、CRTC1 和BARX1 等基因在BE 和EAC 呈家族性发病中扮演着重要角色[20]。深入了解BE 易感基因的遗传机制可能为BE 治疗确定新的靶点。

1.6 幽门螺杆菌感染（Helicobacter pylori Infection，HPI）

众所周知，HPI 是引起胃癌的原因之一，其可通过引起炎症反应或改变胃上皮细胞的表观遗传学导致肿瘤的发生。较早的研究在BE 上皮中发现幽门螺杆菌的定植，但对HPI 与BE 的发生、发展相关性尚不明确。最近的几项研究均表明HPI 对BE 的发展具有一定的保护作用[21-23]，并证实在细胞毒素相关蛋白基因A（cytotoxin associated gene product A，CagA）菌株阳性的BE 个体中，HPI 与BE 之间存在较强的负相关[24]，CagA 阳性是非贲门胃癌重要的危险因素，这种感染可能导致胃酸生成减少，从而降低了胃食管反流病的发生。由此可以推测幽门螺杆菌随胃反流物进入食管中，可能改变了酸和胆汁反流造成的炎症反应，从而防止了BE 化生的发生，除此之外HPI 还可以通过改变上消化道微生物群影响BE 的发生。

1.7 其它因素

经研究证实男性、老年人、白种人、饮食、糖尿病、代谢综合征等都是BE 发生的危险因素[25-27]。

2 参与BE 发生主要调控因子

2.1 干细胞标记物

目前关于BE 上皮的起源主要有以下观点：相邻胃的柱状上皮细胞直接延伸到食管附近；食管黏膜下腺体的重新聚集；食管干细胞重新编码；骨髓干细胞的播散；胃食管交界处残留的胚胎细胞机会性生长[28]。目前与BE 发生相关的干细胞表型和生物学信息仍然很少。LGR5/GPR49 被证明是肠道干细胞的分子标记物，有研究在LGR5-CreERT2 杂交的小鼠模型中发现，鳞柱状上皮交接（Squamous and columnar junction，SCJ）处LGR5 细胞可以产生发育不良的BE 腺体隐窝，且LGR5 细胞数量与BE 恶性程度之间存在显著的相关性[29]；DCLK1 是胃肠道肿瘤干细胞的分子标记物，有研究在BE 和EAC 小鼠模型中观察到LGD 的BE中DCLK1 细胞增加，并随着恶性程度增加DCLK1 细胞消失，由此推测DCLK1 可作为癌前病变进展的标志[29]；Musashi-1 也被认为可以作为肠道干细胞的分子标记物，目前已有多个研究在肿瘤组织中观察到了Musashi-1 的高水平表达。最新研究发现Musashi-1在BE 和早期EAC 中表达升高且几乎相似[30]，由此推测Musashi-1 在BE 向EAC 发展的过程中发挥了重要作用。分子生物学技术的发展为寻找BE 干细胞分子标记物提供了途径，干细胞分子标记物在BE 向EAC进展的风险预测中有着巨大的前景。

2.2 小分子 RNA（MicroRNA ，miRNA）

miRNA 是由内源基因编码的长度约为20-25 个核苷酸的非编码单链RNA，miRNA 可以通过与mRNA结合从而抑制基因的表达。miRNA 已被证实参与包括细胞增殖和凋亡、病毒防御、脂肪代谢等生命活动，并且与肿瘤的发病和预后密切相关。较早的一项研究发现miR-196a 在正常食管、BE、EAC 中的表达有显著性差异，由此推测miRNA 具有促进细胞增殖和抗凋亡的能力。最新一项研究在BE 及正常食管组织中对15 个miRNA 进行表达谱分析后发现有11 个miRNA（miR-215、miR-194、miR-192、miR-196a、miR-199b、miR-10a、miR-145、miR-181a、miR-30a、miR-7 和miR-199a）在BE 组织中的表达较正常食管组织中显著升高[31]，但仍需要进一步的研究来阐明这些miRNA 在BE 发病机制中的具体作用机制。

2.3 癌基因与抑癌基因

c-m y b[32]、c-m y c[33]、M c l-1[34]、M M P-7[35]、AURKA[36]、Ki-67[37]作为重要的癌基因是目前的研究热点，其异常表达与多种恶性肿瘤的增值与分化相关。研究已证实上述基因的表达异常与BE 向EAC 进展过程关系密切，可随病变严重性呈表达升高趋势，由此推测其可作为BE 及EAC 发生、发展过程中的预测预测指标；p16[38]、p53[39]、DAPK[40]、FHIT[41]均是与人类肿瘤相关的抑癌基因，是判断肿瘤恶性程度、转移、预后的重要指标，近年来多项研究证实当上述基因通过甲基化、突变等途径可导致BE 甚至EAC 的发生，但其具体的作用机制还需进一步研究。

2.4 其它基因

细胞周期蛋白 CyclinB1[42]、CyclinD1[43]、CyclinE[44]、CyclinA[45]，血管内皮生长因子受体（vascular endothelial growth factor ,VEGF）[46]、转 化 生 长 因 子基 因 -β（transforming growth factor-β, TGF-β）[47]、表皮生长因子受体（epithelial growth factor receptor,EGFR）[48]，线粒体基因 BAK1、FIS1 和 SFN[49]等均被证实与BE 的发展密切相关。最新一项研究[50]通过检索BE 及正常胃贲门基因表达谱，在250 个差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs）中筛选出CFTR、KIT、MYB、IMPDH2、FLT1 可作为 BE 的生物标记物的基因。

3 参与BE 发生的信号传导通路

3.1 SHH-BMP4/pSMAD 信号通路

SHH(Sonic hedgehog) 信号通路仅在参与组织修复时可被激活，在正常组织中不表达。研究发现SHH通路与消化道肿瘤的发生密切相关[51-52]。SHH 信号传导由2 个跨膜蛋白质受体Ptch 和Smo 组成的受体复合物介导。正常情况下，Ptch 抑制Smo 的活性，当SHH 与Ptch 结合后，Ptch 对Smo 的抑制作用被解除，Smo 释放并引发细胞内的信号传导，随后激活Gli 家族转录因子的移位，进而调节包括BMP4 在内的多个基因的表达。已有研究证实BMP4 有诱导鳞状上皮柱状化生的作用[53]。在Barrett 活检中发现SHH 及其受体PTCH 表达增加，BMP4 及其下游靶点pSMAD 也高表达[54]。在通过食管空肠吻合术诱导酸和胆盐反流的小鼠模型中，pSMAD 和BMP4 在食管炎和化生上皮中表达增加[55]。这些结果表明SHH 信号传导通路可能通过其下游基因在BE 的发生病起关键作用。

3.2 Notch 信号通路

Notch 信号通路广泛参与细胞发育、增殖、分化和凋亡的调控过程，通常被认为是决定细胞命运的重要信号途径。较早的一项研究在大鼠模型中发现抑制Notch 通路可以诱导杯状细胞分化和减少细胞增殖，并可以促进BE 的进展[56]。Tamagawa 等人用胆汁酸刺激正常食管细胞及BE 细胞系后发现，BE 中Notch 信号通路下游因子Hes1 的表达明显低于正常食管细胞，而Notch1 在BE 和正常食管中的表达无显著差异[57]。最近的一项体外研究发现盐酸及脱氧胆酸对Notch 信号通路都有抑制作用，Notch 信号通路相关的大部分基因在BE 上皮较正常食管上皮表达下降[58]。以上提示，抑制Notch 信号通路在BE 的发生中具有重要作用。

3.3 NF-κB 信号传导通路

研究发现NF-κB 信号通路在正常食管鳞状上皮细胞中没有表达，但在GERD 上皮中可以被激活，并诱导一系列炎症介质的生成[59]。NF-κB 信号通路可由多种信号触发，这些信号的共同靶点是细胞质内的IκB-NF-κB-PKAc 复合物。IκB 蛋白的磷酸化会导致复合物的降解，释放PKAc 和p65 亚基，触发IκB 降解的信号还可以激活PKAc 使p65 磷酸化，使p50/p65异二聚体的形成，并刺激p65 转录活性。研究发现酸和胆盐在正常食管鳞状上皮细胞中可以激活NF-κB信号通路[60]。与NF-κB 一样，研究发现酸和胆盐能提高大鼠模型和人食管鳞状细胞尾型同源盒转录因子 -2（caudal-related homeobox transcription factor-2,Cdx-2）启动子的活性，增加Cdx-2 mRNA 的表达[61]，Cdx-2 作为肠特异性转录因子，可以指导肠上皮形成。最近一项研究发现在酸和胆盐的刺激下BE 细胞中与IκB 和PKAc 结合的p65 的明显减少，并伴随细胞质中p50/p65 异二聚体形成增加，当p65 基因被敲除后，由酸和胆盐诱导的Cdx-2 启动子活性增加也随之减少[62]。这些研究表明，Cdx-2 的表达可能是NF-κB信号通路激活的结果并且预示着BE 的发展。

3.4 Wnt/β-catenin 信号通路

Wnt/β-catenin 信号通路在维持早期正常肠道表型及胃肠道肿瘤的发生中具有重要作用。Wnt 通路在激活状态下，会与细胞膜上的膜状卷曲受体（Frizzled，Fzd）结合，并与脂蛋白受体相关蛋白（Lipoprotein Receptor Related Protein，LRP）结合，激活细胞内的蓬乱蛋白（Dishevelled，Dsh）。活化的 Dsh 可切断 β-catenin的降解途径，使β-catenin 积聚在细胞质中并到达细胞核，与TCF/LEF 转录因子家族成员相互作用，并启动靶基因 Cyclin D1、Axin2、C-myc 等的转录。Wnt 通路的关键分子是β-catenin，它与胚胎发育异常相关的肠道标志物如SOX-9 和Cdx-1 的转录相关[63]。已有研究证实β-catenin 在BE 向EAC 进展过程中发挥着重要作用，DKK-2（Dickkopf-2）被描述为 Wnt/β-catenin信号通路的拮抗剂，Schiffmann 等发现DKK-2 的表达与未接受新辅助化疗的EAC 患者生存期延长相关[64]。Lyros 等发现BE 上皮中Wnt 通路下游分子Cyclin D1、Axin2、C-myc 和Wnt3a 较正常鳞状上皮明显上调[65]。Wnt/β-catenin 信号的异常激活在BE 进展的晚期已有报道[66]，但 Wnt/β-catenin 信号在 Barrett 化生早期是否被激活至今尚未完全阐明。

总之，对BE 发生机制研究的逐步进展是基于多种细胞因子及分子信号通路研究的结果，这些分子机制通常与肠道和其他器官的发育及稳态相关，特定的转录因子被激活后可导致特定的肠靶基因的表达，进而驱动肠上皮化生的形成。随着分子生物学技术的不断发展，更新颖、敏感的生物学标记将被不断发现，进一步探究BE 发生相关危险因素及分子机制对BE 的逆转及其治疗有一定的临床指导意义。