姚莉雯（綜述），許樹長（審校）

同濟大學附屬同濟醫(yī)院消化科，上海200065

巴雷特食管（Barrett esophagus，BE）是指食管下段的正常復層鱗狀上皮被化生的柱狀上皮所取代，其化生包括胃底上皮樣化生、賁門上皮樣化生以及特殊腸型化生。其中腸上皮化生是發(fā)展為食管腺癌（esophageal adenocarcinoma，EAC）最重要的病理改變。而從BE到EAC的演變和進展成了BE的研究焦點。

1 BE癌變過程中的重要信號分子

1.1 p53抑癌基因

p53基因又稱為TP53，迄今發(fā)現(xiàn)與人類腫瘤相關性最高的基因，調(diào)節(jié)各種各樣基因的表達，包括細胞凋亡、生長抑制、抑制細胞周期進程、分化和加速DNA修復、基因毒性和細胞應激后的衰老等。該基因編碼一種相對分子質(zhì)量為53 000的蛋白質(zhì)［1］。p53的突變滅活可以導致無異型的BE向高度不典型增生發(fā)展［2］。通過比較有無進展的食管高度不典型增生和腺癌的患者組織發(fā)現(xiàn)，有進展的患者組織中的p53突變率明顯升高［3］。一項基因表達譜數(shù)據(jù)的meta分析提示，TP53和CDKN2A在兩種EAC亞型中均發(fā)生了顯著突變［4］。p53突變符合良好風險分層候選標記的標準，因為TP53突變可區(qū)分是否患有高度不典型增生，這是治療干預的重點。一項回顧性研究認為p53表達可預測BE患者中進展為晚期腫瘤的可能［5］。

p53突變的等位基因部分差異很大［2］，但是突變主要集中在DNA結(jié)合域中，這些突變主要是通過錯誤的變異，抑制p53蛋白與DNA的結(jié)合，從而抑制p53依賴的轉(zhuǎn)錄。攜帶p53基因的17p染色體的高頻的雜合性損失（loss of heterozygosity，LOH），可能成為BE腫瘤進展的生物標志物的新熱點［6］。在腫瘤發(fā)生的早期，p53蛋白的活性也受到非突變機制的抑制。在酸反流條件下，野生型p53蛋白具有明顯的抑制作用。一項研究［7］發(fā)現(xiàn)，一種機制闡述了p53蛋白加合物的形成：胃食管反流會產(chǎn)生反應性的異列烏甘素，由自由基誘導的脂質(zhì)過氧化和COX2酶產(chǎn)生的γ-酮醛家族，在p53分子上形成加合物，從而抑制p53的活性和蛋白質(zhì)沉淀。

1.2 受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RPTKs）

RPTKs是最大的一類酶聯(lián)受體，它既是受體，又是酶，能夠同配體結(jié)合，并將靶蛋白的酪氨酸殘基磷酸化。所有的RPTKs都是由三個部分組成的：含有配體結(jié)合位點的細胞外結(jié)構(gòu)域、單次跨膜的疏水α螺旋區(qū)、含有酪氨酸蛋白激酶（PTK）活性的細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域。RPTKs是許多多肽生長因子、細胞因子和激素的高親和性細胞表面受體。在人類基因組中鑒定的90種獨特的酪氨酸激酶基因中，有58種編碼RPTKs蛋白。RPTKs不僅被證明是正常細胞過程的關鍵調(diào)節(jié)因子，而且還在許多類型的癌癥的發(fā)展和惡化中起關鍵作用。

表皮生長因子受體（EGFR）、ERBB2/HER2、胰島素樣生長因子受體1（IGF1R）、肝細胞生長因子受體（HGFR/c-MET）和血管內(nèi)皮生長因子受體（VEGFR）等一大類PTK在EAC的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用［8］。異常的EGFR信號轉(zhuǎn)導的激活是由EGFR蛋白及其配體TGF-α和EGF的過量產(chǎn)生引起的。在22.2%～35%的BE和46.5%～80%的EAC患者中發(fā)現(xiàn)EGFR蛋白表達增加。有研究稱，EGFR表達與EAC患者生存率低下相關。體外研究發(fā)現(xiàn)，用酸性膽鹽處理食管細胞可以激活EGFR信號。除EGFR外，EGFR家族另一成員ERRB2/HER2的蛋白表達在食管異型增生和腫瘤中也明顯增加。

肥胖為EAC的高危因素，諸多肥胖相關的癌變被認為是通過胰島素和胰島素樣生長因子（IGF）家族的增殖作用來介導的。EAC中IGF1R通路也被強激活，43.2%的BE和70%的EAC患者中發(fā)現(xiàn)了磷酸化胰島素受體底物1（pIRS1）染色增強，該底物可從IGFR受體傳遞信號。BE患者血清中IGF-1配體水平升高。另一種酪氨酸激酶受體c-MET由肝細胞生長因子調(diào)節(jié)（HGF），在BE和EAC中高度誘導。c-Met免疫反應在100%的異常增生的BE和EAC患者中發(fā)現(xiàn)，并與預后不良相關。激活MET可以誘導EAC中β-連環(huán)蛋白。

血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）信號轉(zhuǎn)導在血管內(nèi)皮細胞中也增加，并在BE和EAC中調(diào)節(jié)血管生成。BE和腫瘤細胞都產(chǎn)生VEGF蛋白，其表達與食管血管形成相關。在VEGF成員中家族，VEGF-A，VEGF-C的表達在從BE向EAC的發(fā)展過程中增加，并提示與轉(zhuǎn)移和晚期疾病相關。其中，RAS和PI3K在EAC中經(jīng)常發(fā)生改變。一些研究報道了K-RAS激活突變和KRAS的擴增基因。在60%的EACs中，RAS下游的中樞效應通路（ERK/MAPK）被激活。類似地，絲氨酸/蘇氨酸激酶Akt，作用于PI3K途徑，在大約80%的高度不典型增生和EAC中被磷酸化和激活。低度發(fā)育不良病例均未顯示出強烈的p-Akt染色，而在部分化生的BE黏膜中僅觀察到弱的p-Akt活性，Akt在由BE引起的高度發(fā)育不良和EAC中被高度激活。這些發(fā)現(xiàn)表明p-Akt在BE發(fā)展為EAC中的作用。反流被認為是PI3K-Akt和ERK/MAPK通路激活的原因。

1.3 細胞周期調(diào)控

20多年前，D型細胞周期蛋白，其細胞周期蛋白D依賴激酶（CDK4和CDK6）以及多肽CDK4/6抑制劑p16（INK4）的生化和遺傳特性揭示了哺乳動物細胞如何調(diào)節(jié)進入DNA合成的過程細胞周期控制途徑。D型細胞周期蛋白，CDK4/6-PRB的失調(diào)在大多數(shù)癌癥中均有報道，這包括細胞周期蛋白的過表達（尤其是D1和E1）和CDK抑制劑（INK4A，INK4B和KIP1）和pRB的喪失。CDK6是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，其活性依賴于與D型細胞周期蛋白的結(jié)合（Cycin D1，D2和D3）和CDK4，它磷酸化并抑制pRB腫瘤抑制因子，使細胞周期在停滯有絲分裂的G1期早期。攜帶CDK6基因的7q21在35%的EAC中被發(fā)現(xiàn)，CDK4基因的擴增程度較小，約10%［9］。兩種基因的擴增均與EAC患者生存不良有關。

多細胞周期調(diào)控因子在EAC中受到影響，其中包括由CDKN2A基因編碼的腫瘤抑制因子p16INK4a和p14ARF。p16INK4a是細胞周期蛋白D/CDK4/6復合物的特異性抑制劑。它的抑制導致正常細胞周期的中斷和不受控制的細胞增長。免疫組化染色顯示，20%～68%的BE和60%～100%的EAC病 例 中，p16INK4a表 達 缺 失。p14ARF在20%的BE和75%的EAC的病例中下調(diào)。值得注意的是，p14ARF的下調(diào)干擾了p53的正常表達應答，因為p14ARF是p53的關鍵上游調(diào)節(jié)因子通過阻斷Mdm2介導的降解激活TP53。

另一種CDK抑制劑p27KIP1，通過抑制細胞周期蛋白E/CDK2和細胞周期蛋白D/CDK4復合物來調(diào)節(jié)細胞周期，在BE和EAC中也受到影響。30%～70%的BE和83%～100%的EAC病例中發(fā)現(xiàn)p27 KIP1蛋白低水平表達，并且與組織學分級、浸潤深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和生存率相關［10］。有研究將p27KIP1基因敲除的小鼠經(jīng)行食管造口術，遂發(fā)生BE和EAC。

此外，EAC的特點是上調(diào)了幾個周期蛋白。在25%～38%的BE和36%～44%的EAC患者中，細胞周期蛋白D1被上調(diào)。細胞周期蛋白D1的表達增加具有預后意義，并與EAC患者的低生存率相關。高細胞周期蛋白D1的表達可能反映了BE相關癌變過程中的早期事件。另一種細胞周期蛋白cyclin E的蛋白表達在從非異常增生性食管癌到高度異常增生的過程中顯著增加，5.8%的BE、19.0%的低度不典型增生、35.7%的高度不典型增生和16.7%的EAC的病例中均有高表達。同樣的研究發(fā)現(xiàn)，在19.0%的EAC病例中，編碼細胞周期蛋白E1的CCNE1基因擴增。

1.4 衰老相關基因（Sirt1）

高齡已被證明是食管腫瘤獨立的預后不良因素之一。Sirt1是一種新近發(fā)現(xiàn)的與衰老相關的組蛋白脫乙酰酶，參與調(diào)控通過多種亞細胞分子（如p53、叉頭轉(zhuǎn)錄因子、PGC-1α、NF-κB、Ku70和組蛋白）的去乙?；瘉韺崿F(xiàn)應激反應、營養(yǎng)代謝和衰老的多個關鍵步驟［11］。越來越多的證據(jù)提示Sirt1在腫瘤發(fā)生中起著復雜的作用。有研究使用組織芯片和免疫組化方法研究中國人近端胃癌（包括GEJ癌）中Sirt1基因的表達。研究提出與正常對照組相比，Sirt1基因在GEJ癌的一個亞組中表達顯著增高，與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移顯著相關，病理分期高，生存預后差，1年和3年生存率顯著降低（80%和49%），提示該分子對該癌癥患者的預后有預測價值。

1.5 環(huán)氧合酶-2（COX-2）

環(huán)氧合酶-2（COX-2）蛋白催化類前列腺的形成，有助于各種組織的炎癥和腫瘤的發(fā)生，在一半以上的BE和EAC患者中明顯上調(diào)。自抑制COX-2活性以來抑制炎癥和誘導凋亡，COX2被認為是食管癌預防和治療的靶點，并以其在正常腸道發(fā)育過程中的作用而聞名。酸和膽汁在體外和體內(nèi)強烈刺激COX2上調(diào)，促進有助于BE的發(fā)展。有學者研究了接受食管胃十二指腸吻合術的大鼠，發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)慢性食管炎，伴有食管血流下降和表皮生長因子（EGF），COX-2和TNF-α的黏膜表達增加，外源性EGF加劇了這些作用，從而提出在慢性食管炎發(fā)展為BE和EAC的發(fā)病機制中，EGF/EGFR，PG/COX-2和具有PPARγ途徑的促炎細胞因子之間的相互影響［12］。

2 BE癌變過程中的重要信號通路

2.1 轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）通路

轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）調(diào)節(jié)細胞的生長和分化，凋亡，細胞運動，細胞外基質(zhì)的產(chǎn)生，血管生成和細胞免疫。它在癌癥中具有矛盾的作用。在早期階段，它抑制細胞轉(zhuǎn)化并防止癌癥進展。在后期，TGF-β主要通過以下三種機制在促進腫瘤進展中起關鍵作用：促進上皮向間充質(zhì)轉(zhuǎn)變，刺激血管生成和誘導免疫抑制［13］。研究表明，與正常鱗狀上皮相比，BE中TGF-βmRNA水平?jīng)]有變化或下降［14］。但在EAC的晚期階段，TGF-β的表達顯著增加。EAC還表現(xiàn)為TGF-β相關蛋白BMP4和激活素A的高表達，這些蛋白被認為能促進侵襲性表型。接觸膽鹽會引起B(yǎng)MP4和TGF-β1。相反，TGF-β信號傳感器（SMAD）通常在EACs中丟失，其中，SMAD2和SMAD4的影響最大。30%～70%的EAC患者存在SMAD2/4表達缺失。在BE和EAC中TGF-β受體2的表達也被下調(diào)，導致TGF-β信號轉(zhuǎn)導失調(diào)。

2.2 Hedgehog（Hh）通路

Hedgehog（Hh）信號分子是一種由信號細胞所分泌的局域性蛋白質(zhì)配體，作用范圍很小，一般不超過20個細胞。Hedgehog信號通路控制細胞命運、增殖與分化，該信號通路被異常激活時，會引起腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。Hh信號通路對正常腸道發(fā)育至關重要，也有助于食管上皮腸化生的進展。Hh通路信號通過Hh配體與其跨膜受體“修補”（PTCH）結(jié)合而激活。在沒有配體結(jié)合的情況下，PTCH會抑制信號傳感器平滑（Smo）蛋白質(zhì)，配體結(jié)合后，SMO從PTCH抑制中釋放出來，激活Gli轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)下游靶基因。已有研究表明，正常食管上皮中的Hh信號轉(zhuǎn)導受到抑制，它在BE中被強烈激活，這可能是由于反流引起的。在96%的EAC患者中發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)Hh途徑的蛋白的強染色，大約90%的EAC患者也顯示了Gli1和Gli2蛋白的異常表達。食管鱗癌中這些蛋白質(zhì)的水平較低。最近在BE和EAC中上調(diào)的Shh靶蛋白中發(fā)現(xiàn)了FOXA2蛋白。這種轉(zhuǎn)錄因子被認為有助于BE的發(fā)展。Shh信號也可能通過誘導BMP4和SOX9而促進BE的發(fā)展。Wang等［15］通過研究食管鱗狀細胞系和鱗狀組織在體外暴露于酸和膽汁鹽或胃食管反流在體內(nèi)表現(xiàn)，證實在食管鱗狀細胞系中，Hh信號轉(zhuǎn)導誘導決定鱗狀上皮物表型的基因表達，從而促進BE發(fā)生。在反流性食管炎、BE化生和食管腺癌的大鼠手術模型中，用SMO抑制劑治療18周后顯著降低了BE和EAC的發(fā)病率，支持Hh通路抑制在GERD患者中防止Barrett化生的作用［16］。

2.3 Notch信號通路

Notch信號通路涉及正常發(fā)育和疾病的不同方面，從干細胞調(diào)節(jié)和組織形態(tài)發(fā)生到癌癥和其他疾病。從機制上講，Notch信號是由一組Notch受體介導的，這些受體由各種配體調(diào)節(jié)，如Delta樣和鋸齒狀配體。配體的結(jié)合導致受體發(fā)生一系列蛋白水解裂解，釋放Notch胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（NICD），NICD轉(zhuǎn)移到細胞核并激活多個靶基因的轉(zhuǎn)錄。在食管中，Notch信號在基底上皮上活躍，其抑制作用通過KLF4依賴機制促進BE的發(fā)展。反流可能在這個過程中起作用。與BE相反，EAC在72%的EAC病例中顯示NICD的誘導。Notch活性升高與EAC的分化狀態(tài)和臨床分期有關。EAC患者中JAG1/2、DDL1/3/4配體和Notch靶點Hes-1、EY1/2、NEYL的水平也增加。

2.4 Wnt信號通路

Wnt信號Wnt/β-catenin信號異常激活是常見于BE腫瘤轉(zhuǎn)化，是腫瘤進展的基礎。在LGD、HGD和EAC中，β-catenin在細胞核中有較強的表達；而β-catenin的核表達在正常食管組織和Barret的化生中是罕見的，即使在BE中β-catenin的激活但沒有核聚積。在與結(jié)腸和其他腫瘤相比，Wnt/β-catenin途 徑 的 失 調(diào) 很 少 是 由APC、AXIN1、CDH1或βcatenin基因突變引起的；在EAC中常常出現(xiàn)WNT2的上調(diào)、WNT抑制因子1（WIF1）的丟失以及sFRP1（分泌的Frizzled相關蛋白1）和APC基因的啟動子高甲基化。但進一步的作用相關受體，目前研究較少。有Wnt信號相關受體體外研究顯示EAC細胞中Fzd2，F(xiàn)zd3，F(xiàn)zd4，F(xiàn)zd5，F(xiàn)zd7和共受體LRP5/6的最高表達［17］。HGF和TNFα也可誘導食管細胞βcatenin的核積聚。Ki67作為Wnt靶基因，上調(diào)也與高度不典型增生有關。

3 BE癌變過程中的其他機制

3.1 線粒體變化

線粒體和線粒體DNA的改變已被證明與各種癌癥，包括食管癌有關。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)線粒體對氧化應激的反應，線粒體代謝的改變，線粒體膜電位的變化和線粒體遺傳突變與BE的發(fā)病機制有關［18］。有研究［19］提出，線粒體能量代謝在整個化生-異型增生-腺癌序列中有差異，并且氧化磷酸化譜在將Barrett的非進展者和進展者分離為腺癌中具有預測價值。在體外巴雷特病序列中，三個能量代謝基因（ATP12A，COX4I2，COX8C）發(fā)生了顯著改變。整個Barrett序列的體內(nèi)驗證證明了這些基因的差異表達。組織芯片顯示了體內(nèi)Barrett序列的上皮和間質(zhì)氧化磷酸化（ATP5B和Hsp60）和糖酵解（PKM2和GAPDH）蛋白標記都有顯著變化。

3.2 自噬

自噬是一種主要的生理溶酶體依賴性機制，可降解和回收細胞蛋白和細胞器，Beclin-1在自噬的調(diào)節(jié)中起著核心作用。Beclin-1在鱗狀上皮和非異型增生BE中高表達，而在異型增生BE和EAC中低表達。研究表明，長期暴露于膽汁酸不會影響B(tài)eclin-1的表達，因此會導致自噬缺陷。

Barrett癌變的相關機制復雜，涉及多種基因，飲食、行為和環(huán)境因素。當前接受的研究模式是GERD導致組織損傷和BE的發(fā)展，繼而發(fā)展為食管癌和浸潤性癌，強調(diào)了EAC的發(fā)展由反流引起的DNA持續(xù)損傷促進了基因組多種抑癌基因的不穩(wěn)定性，繼而引起各信號通路作用引起。在過去的二十年里，在發(fā)展中關鍵信號分子和途徑的定義EAC的選擇與進展，利用生物標志物來預測進展的風險也得到了廣泛的研究。其中一些候選標志包括p53表達、熒光原位雜交（FISH）檢測到的染色體拷貝數(shù)變化、甲基化DNA標志以及其他的上皮和間質(zhì)分子標志，得到研究。這些生物標志物的研究目的是確定低風險和高風險組，進行定期監(jiān)測隨訪（低風險組）、強化監(jiān)測或主動消融（高風險組）的分層管理。新技術的發(fā)展有助于為了更好地從分子和細胞基礎研究癌癥，有助于對患者進行分層治療［20］。然而，許多關于反流誘導機制的問題，如各信號通路之間的關聯(lián)，細胞損傷與各種信號網(wǎng)絡間的相互作用仍然沒有答案，需要進一步的研究解決這些難點，幫助識別新的分子靶點用于EAC診斷與治療。