胆汁酸、幽门螺旋杆菌等因素诱导尾型同源盒转录因子2表达致胃黏膜肠上皮化生研究进展

钟 爽,罗 慧,施智兰,李英豪,张晴朗,农复香,NGUYEN QUOC VIET(越南),唐梅文

(1.广西中医药大学研究生院,广西 南宁 530200;2.广西中医药大学第一附属医院,广西 南宁 530022)

胃黏膜肠上皮化生(Gastric intestinal metaplasia,GIM)是一种癌前组织病理学改变,其定义为胃柱状细胞被肠道形态的细胞替代,其特征是存在含黏蛋白的杯状细胞、Paneth细胞和吸收细胞,导致胃黏膜上皮正常,周围腺体被肠上皮和腺体替代[1]。Correa级联反应提示正常胃黏膜→慢性浅表性胃炎(Chronic superficial gastritis,CSG)→慢性萎缩性胃炎(Chronic atrophic gastritis,CAG)→肠上皮化生(Intestinal metaplasia,IM)→上皮内瘤变(Intraepithelial neoplasia,IN)→肠型胃癌(Intestinal-type gastric cancer,IGC)的线性发展[2]。GIM是胃癌癌前病变的一个非常重要的阶段[3]。

尾型同源盒转录因子(Caudal type homebox 2,CDX2)是调节肠上皮细胞表型的肠特异性转录因子,在指导肠道发育、分化和维持肠道表型方面起着关键作用,主要存在于小肠和结肠,在正常胃黏膜中很少表达[4]。已有研究[5]证明诱导CDX2表达可导致GIM的发生与发展,同时CDX2参与了GIM与胃癌的启动过程。

1 胆汁酸

近期研究表明,胆汁(Bile acid,BA)反流引起的胃黏膜慢性炎症是GIM的关键致病因素。胆汁反流通过胆汁酸受体激活IM生物标志物CDX2的表达。此外,内源性非编码RNA分子微小RNA(miRNA)、外泌体和表观遗传学也参与胆汁酸诱导CDX2表达导致GIM的发生和发展。目前,胆汁酸诱导胃肠道上皮细胞表型转化的分子机制尚未阐明。

1.1 miRNAs 这是一类小的内源性非编码RNA分子,通过与mRNA的碱基配对,导致特定靶基因的mRNA降解或翻译抑制[6]。它们可以参与一系列生理和病理过程,包括发育、分化、细胞增殖与凋亡、器官发生和稳态。在不同的癌症类型中,miRNA的表达与正常组织相比有很大差异[7]。Li等[8]发现miR-92a-1-5p在IM组织中升高,并由胆汁酸诱导,miR-92a-1-5p高水平与CDX2呈正相关;miR-92a-1-5p通过靶向人转录因子叉头族蛋白D1(FOXD1)/人转录因子叉头族蛋白J1(FOXJ1)轴和调节核因子κB (NF-κB)通路的激活,激活CDX2和下游肠道标志物。Wang等[9]在BA诱导的IM细胞模型中观察到肝细胞核因子4α(HNF4α)的异位表达,并验证了HNF4α对胃黏膜组蛋白脱乙酰基酶6(HDAC6)表达及黏蛋白分泌的刺激作用,表明miR-1通过靶向HDAC6和HNF4α来抑制CDX2的表达。Wang等[10]还发现BA诱导胃细胞法尼类X受体(FXR),增强的FXR导致蜗牛同源物2(SNAI2)的转录激活,进而抑制miR-1启动子,从而影响肠道标志物CDX2表达。目前仍需要进一步的研究来证实miRNA在GIM中的作用。

1.2 外泌体 这是一种直径约40～100 nm的膜囊泡[11],包含多种生物分子,如蛋白质、脂质和mRNA,在调节肿瘤发展、转移和耐药性方面发挥重要作用。Xu等[12]发现去氧胆酸诱导的巨噬细胞可分泌外泌体,外泌体可能通过hsa-miR-30a-5p靶向FOXD1促进CDX2的表达,抑制了人胃上皮细胞的增殖。关于外泌体影响CDX2的研究相对较少,仍需要进一步验证其在GIM中的作用。

1.3 表达遗传学 其定义是研究DNA和组蛋白的化学修饰,改变染色质的结构而不改变基础核苷酸序列。N6甲基腺嘌呤(m6A)是哺乳动物中最常见的mRNA修饰[13]。AlkB同源物5(ALKBH5)是目前发现的m6A脱甲基酶之一,在m6A的动态调节中起着重要作用。研究证明烷ALKBH5对胆囊酸诱导的GIM是必需的,并确定锌指蛋白基因333(ZNF333)是ALKBH5的一个新的m6A靶点。ALKBH5通过靶向ZNF333/圆柱瘤基因(CYLD)轴和激活NF-κB信号通路激活CDX2和下游肠道标志物,所以针对ALKBH5/ZNF333/CYLD/CDX2轴可能是一种有效的治疗胆汁反流患者GIM的策略[14]。转录因子Dickkopf(DKK)家族是一种特异性拮抗剂的Wnt信号通路,参与胚胎形成的许多发育过程,在维持成人组织稳态中发挥重要作用[15-16]。研究[17]表明,DKK1在各种癌症中的表达增强,可促进肿瘤细胞增殖、侵袭和迁移。Lu等[18]发现胆汁酸可以诱导胃上皮细胞中CDX2的表达,而DKK1在胆汁酸刺激下被下调;胆汁酸可诱导DKK1启动子部分甲基化,而5-氮杂胞嘧啶(5-aza)可增加DKK1的表达,同时降低胃上皮细胞CDX2的表达。

1.4 胆汁酸受体 其主要包括G蛋白偶联受体5(TGR5)、FXR、孕酮X受体(PXR)、组成型雄激素受体(CAR)和维生素D受体(VDR)等,具有调节胆汁酸代谢、葡萄糖利用、脂肪酸合成和氧化、能量稳态平衡、免疫细胞功能、神经活动等功能。在GIM中,FXR和TGR5被广泛研究。胆汁酸作为信号分子,通过激活核受体FXR或质膜受体TGR5调节下游信号。

1.4.1 FXR:胆汁酸激活的核受体FXR主要在肝脏和肠中表达,是信号通路和细胞功能的关键调节器,可在胆汁酸、脂质和胆固醇代谢中发挥重要作用[19]。有研究发现FXR的高表达水平与GIM的形成有关。研究发现鹅去氧胆酸刺激大鼠的正常胃上皮细胞通过激活FXR上调CDX2表达。Li等[20]发现去氧胆酸(DCA)激活FXR/NF-κB信号通路,从而上调正常胃上皮细胞中CDX2和黏蛋白2(MUC2)的表达。Zhou等[21]发现鹅去氧胆酸(CDCA)能够诱导CDX2的表达,而FXR的抑制或敲除可阻断CDX2的表达,表明FXR诱导参与了胆汁酸诱导的GIM病变中CDX2的表达。目前,关于胆汁酸通过激活FXR诱导IM的研究及报道越来越多。

1.4.2 TGR5:胆汁酸激活的膜受体TGR5广泛分布于肝脏、肠、棕色脂肪组织和免疫细胞,参与能量代谢、葡萄糖代谢和炎症反应的调节。有研究验证了二级BAs反应性K蛋白偶联胆汁酸受体1 (GPBAR1,也称TGR5)在IM标本中显著升高。此外,TGR5通过在转录水平上正向调控上皮锌指蛋白4(KLF4)和CDX2,促进去氧胆酸(DCA)诱导的化生表型,TGR5水平高与IM组织中CDX2水平高相关,HNF4α通过直接调控KLF4和CDX2介导DCA治疗的作用。所以,抑制TGR5-HNF4α信号级联反应可以阻止Correa级联反应的进展和胃癌的进展,此可以作为一个潜在的治疗靶点。

2 幽门螺旋杆菌

幽门螺旋杆菌与胃黏膜肠上皮化生有着密切的关系。幽门螺杆菌感染可诱导胃黏膜CDX2的表达,与无幽门螺旋杆菌感染患者相比,幽门螺旋杆菌阳性患者的表达水平明显升高。幽门螺旋杆菌感染引起的胃黏膜慢性炎症同样也是GIM的关键致病因素。幽门螺杆菌感染通过NF-κB信号通路及其下游的促炎因子、转化生长因子-β(TGF-β)信号通路以及增加CDX2的表达导致正常胃黏膜向IM的发展。

2.1 NF-κB信号通路 NF-κB转录因子家族被认为是炎症过程的中心介质,NF-κB通路的激活可以诱导促炎细胞因子的产生,如白细胞介素(IL)-1β和IL-6、肿瘤坏死因子-α。其在抑制凋亡、刺激细胞增殖以及促进与肿瘤进展相关的迁移和侵袭性细胞行为方面发挥重要作用。Cobler等[22]发现与幽门螺杆菌感染相关的胃黏膜炎症浸润增加了促炎细胞因子IL-6的存在,IL-6同时激活含Src同源2结构域蛋白酪氨酸磷酸酶(SHP-2)/细胞外调节蛋白激酶(ERK)/丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和非受体酪氨酸激酶(JAK)/信号转导子(STAT)信号通路;在IL-6处理的细胞中,MKN45细胞中应激活化蛋白激酶(c-JUN)和酪氨酸磷酸化转录因子3(p-STAT3)结合CDX2启动子;而在NUGC-4细胞中,p-STAT3结合CDX2启动子,c-JUN从CDX2启动子释放;IL-6上调CDX2在NUGC-4细胞中通过JAK/STAT通路,而在MKN45细胞中这两种通路都促进了CDX2的上调,证实IL-6激活的信号通路对CDX2的调控具有重要作用。这些信号通路可能在CDX2调节中发挥关键作用,并与GIM发生密切相关。幽门螺旋杆菌感染可激活机体的先天免疫反应,以抵抗其对胃黏膜的损伤。Asano等[23]发现细菌模式识别分子核苷酸结合寡聚结构域1(NOD1)可激活抑制剂肿瘤坏死因子受体作用因子3(TRAF3),降低NF-κB的活化,导致幽门螺杆杆菌感染的胃上皮细胞中CDX2低表达;CDX2的诱导依赖于NF-κB的激活,但被NOD1介导的TRAF3 (NF-κB的负调控因子)的激活所抑制,幽门螺杆菌感染的NOD1缺陷小鼠进一步证明了其因果关系,其基础是TRAF3低表达、CDX2高表达以及GIM的发展终点。

2.2 TGF-β信号通路 TGF-β家族成员具有多种生物学功能,可以促进细胞增殖、迁移、分化和凋亡。骨形态发生蛋白(BMP)是TGF-β生长因子超家族中最大的一个亚家族,可以通过调节其下游基因的活性来进一步发挥生物学功能,包括致癌。BMP是成人胃肠道发育及维持组织稳态的关键因素。Barros等[24]首次证实了BMP途径在肠上皮化生中的活性,该途径中的关键元素(BMP2蛋白和BMP4蛋白)与CDX2共定位,并在胃细胞系中上调CDX2的表达。他们对感染幽门螺杆菌的小鼠胃标本进行免疫组化实验,证实感染小鼠BMP通路表达和活性增加,CDX2上调并表达,这些结果为幽门螺杆菌感染与BMP通路调控肠、胃特异性基因提供了新的联系,可能与GIM相关。Runt相关转录因子3(RUNX3)是TGF-β信号通路下游的重要转录因子,是胃癌的关键抗肿瘤基因。在大多数幽门螺杆菌感染的IM患者中观察到RUNX3发生相应的改变。Ito等[25]发现RUNX3(-)/(-)小鼠用胃部解痉多肽表达性化生(SPEM)转化小鼠的胃上皮,并在相应的胃上皮区域检测到具有表达CDX2的肠道表型,表明GIM可能为RUNX3的缺失诱导CDX2进一步表达而形成的。

2.3 Sonic Hedgehog(Shh)基因 Shh作为一种形态原,参与小鼠和成人胃底腺的分化。Shh由胃底腺的壁细胞分泌以修复对胃上皮的损伤。随着壁细胞的失活,Shh的分泌也会同时减少。Shh基因的缺失和CDX2的异常表达是与肿瘤转化前胃黏膜出现肠化生相关的早期变化。在感染的早期阶段,在胃类器官的幽门螺杆菌感染中观察到的Shh表达的增加通过NF-κB信号通路的激活来调节。也可以理解为,Shh表达的意义可以看作为促进胃黏膜损伤的愈合。

3 其他因素

随着CDX2与GIM研究的不断更新与深入,目前研究已不局限于上述两大影响因素。随着人们的生活水平的不断提高,饮食上大量摄入高脂肪的食物已经十分常见。Inagaki-Ohara等[26]研究表明,在其实验组里使用高脂饮食喂养的小鼠,其胃黏膜增生明显,多数胃黏膜萎缩相关信号因子相继激活,使之导致的胃黏膜萎缩形态学改变以及CDX2的表达类似于与人类肠道化生相关的形态学改变。与之相反,由于GIM中CDX2甲基化明显,Yuasa等[27]研究表明CDX2甲基化与绿茶和十字花科蔬菜摄入量的减少有关,也与饱食或暴饮暴食习惯有关,并且符合流行病学结果。而且,Kim等[28]证明了在幽门螺杆菌阳性的非癌性胃组织中,CDX2启动子的甲基化随着年龄的增长而增加,一些黏膜细胞中CDX2病灶的存在可能是由于CDX2启动子甲基化不足,从而为肿瘤发生和胃癌的易感性奠定了表观遗传学基础,并发现CDX2启动子在IM和胃癌中发生去甲基化,提示CDX2在IM和胃肿瘤中的表达升高可能与启动子去甲基化有关。此外,还有很多因素导致GIM的形成,有待进一步去发掘。

4 结 语

GIM是胃癌的重要癌前病变,被认为是胃癌预防和控制的关键阶段,因为它为胃癌的临床干预提供了广阔的时间窗口。GIM的早期诊断和治疗对预防胃癌具有重要意义。目前,在GIM的分类、致病因素、防治方法等方面取得了一些成果。然而,各种因素诱导GIM的分子调控机制尚未完全阐明。因此,需要更多的研究来探索GIM的机制,其中各因素引起的GIM中CDX2的调节机制将有助于开发针对胃癌的早期干预和治疗策略的进一步靶向疗法,为早期胃癌的预防和治疗提供新的方案。