炎症性腸病癌變機制的研究進展

IBD是一種病因和發病機制尚未完全闡明的慢性複發性腸道炎性反應性疾病，主要包括UC和CD兩種臨床類型。文獻報道，腸道菌群的改變、腸黏膜屏障功能受損、免疫應答異常激活、遺傳易感性和環境因素共同參與了IBD的發生和發展。結腸炎相關性結腸癌(CAC)是IBD患者的嚴重併發症之一，IBD患者發展為結腸癌的風險顯著高於健康人群，病程30年以上的UC患者發生癌變的概率高達18％，且CAC致死率也顯著高於散發性結腸癌。

與散發性結腸癌「突變累積腺瘤癌變」的發病機制不同，CAC主要遵循「慢性炎性反應低度/高度異型增生癌變」的演變過程。其中，持續慢性炎性反應是CAC形成的必要條件，參與腫瘤發生和發展的整個過程。首先，炎性環境下的氧化應激及其誘導的DNA損傷是CAC的主要誘發因素；在腫瘤形成與進展階段，各種促炎因子的大量產生和NF-kB、信號轉導子與轉錄激活子3(STAT3)等信號通路的持續激活則發揮更為重要的作用。另外，表觀遺傳修飾引起的腫瘤相關基因表達異常以及腸道菌群失調導致的免疫應答紊亂對IBD癌變的促進作用亦不容忽視。

炎性因子與相關信號通路

IBD患者腸黏膜中浸潤的固有免疫細胞和CD4+T淋巴細胞可產生大量的炎性細胞因子，包括TNF-α、IL-6、IL-17A等促炎因子和IL-10、TGF-β等抗炎因子兩種類型，二者比例失衡可直接導致機體免疫應答紊亂，促進炎性反應及腫瘤的形成。

TNF-α是IBD發病過程中關鍵的促炎因子，研究表明IBD患者腸黏膜中TNF-α表達水平顯著高於健康人群，抗TNF-α單克隆抗體(英夫利西單克隆抗體)能顯著緩解IBD患者的腸道炎性反應，且在臨床上已得到廣泛應用。使用氧化偶氮甲烷(AOM)/葡聚糖硫酸鈉(DSS)構建小鼠CAC模型發現，腫瘤壞死因子受體(TNFR)小鼠炎性反應及腫瘤形成情況明顯輕於野生型小鼠，英夫利西單克隆抗體治療亦能顯著抑制小鼠CAC的發生。NF-kB信號通路的持續性激活是TNF-α介導的主要促炎機制，且與IBD和CAC的發生、發展密切相關。在AOM/DSS小鼠模型中，條件性敲除腸上皮細胞NF-kB相關蛋白核因子-kB激酶抑製劑(IKK)β能顯著增加腸上皮細胞凋亡，從而降低腫瘤的發生率；而骨髓免疫細胞中特異性敲除IKKβ則可通過減少促炎因子的產生以緩解腸道炎性反應，並抑制其癌變。

IL-6在IBD及相關腫瘤的發生過程中也起到重要作用。NF-kB信號通路的激活以及中性粒細胞分泌的IL-1β都可誘導巨噬細胞和效應T細胞產生大量IL-6，IL-6可進一步導致Janus激酶(JAK)及其下游轉錄因子STAT3磷酸化激活，從而發揮促癌效應。研究表明，在IBD患者腸黏膜以及UC相關性結腸癌患者的腫瘤組織標本中，IL-6及磷酸化STAT3的表達水平均顯著高於正常組織，抑制IL-6/STAT3信號通路能明顯降低小鼠CAC的發生率。除JAK/STAT3途徑外，IL-6亦能通過促進Thl7增殖分化，抑制Treg細胞功能從而加重IBD患者腸道炎性反應，促進腫瘤發生。

Thl7是一類新發現的CD4+T淋巴細胞亞群，其介導的免疫應答被認為是IBD重要的發病機制之一。Thl7主要通過產生IL-17A、IL-21和IL-6等多種促炎因子，或直接轉變為Thl/Thl7，從而分泌IFN-γ，促進腸道炎性反應。IL-17A不僅具有強烈的促炎性效應，對腫瘤形成也有顯著促進作用。Hyun等研究表明，在AOM/DSS誘導的小鼠CAC模型中，IL-17A小鼠能顯著下調STAT3和絲氨酸/蘇氨酸激酶(AKT)信號通路的激活，減少IL-6和TNF-α的產生，抑制實驗性CAC的形成；同時，抗IL-17A抗體治療亦能顯著降低癌細胞增殖能力，從而減緩CAC進展。

TGF-β主要作為抗炎因子參與IBD的免疫調節，然而其在腫瘤中卻具有雙重作用。TGF-β能通過抗增殖、促凋亡以及抑制具有促腫瘤活性的炎性因子的產生，發揮其抗癌效應。研究表明，T淋巴細胞中TGF-β信號失活可明顯促進炎性反應相關的自發性腸道腫瘤形成。然而，TGF-β也能促進上皮-間質轉化(EMT)，抑制免疫細胞的抗腫瘤活性，從而加速腫瘤的轉移。

氧化應激

氧化應激是導致IBD從炎性反應向腫瘤轉變的重要機制之一。IBD腸道局部浸潤的固有免疫細胞尤其是中性粒細胞和巨噬細胞可產生大量的活性氧類和活性氮類(RNS)。然而，IBD患者腸黏膜中超氧化物歧化酶(SOD)以及還原型谷胱甘肽等抗氧化物的表達明顯減少，其血清總抗氧化能力也顯著低於健康人群。這種氧化與抗氧化失衡直接導致IBD患者體內自由基超載，引起腸上皮細胞氧化應激。

氧化應激可直接誘導DNA損傷，造成p53、APC和p16INK4a等基因發生改變；也可加快染色體端粒縮短速度，導致染色體不穩定(CIN)。同時，活性氧類可作為化學信號直接激活NF-kB和p38/MAPK信號通路，從而影響細胞的增殖、分化和凋亡，促進腫瘤的形成。此外，抗氧化因子硒蛋白P1單倍型不足不僅會引起活性氧類累積和基因不穩定，還可直接導致M2型巨噬細胞產生增加，形成典型的促腫瘤微環境。

基因改變

Robles等通過全基因組外顯子測序的方法，對31例IBD相關結腸癌患者的腫瘤組織與正常腸黏膜組織進行對比分析發現，腫瘤組織中3254個基因序列存在位點突變，包括DNA錯配修復基因MLH1和MSH6、DNA聚合酶相關基因POLE和POLD1，這些基因改變共同促進了腸道炎性反應向腫瘤的轉變。

IBD患者異常改變基因有p53和p16INK4a。p53是與人體多種腫瘤的發生普遍相關的抑癌基因，可通過阻滯細胞周期、誘導細胞凋亡等途徑抑制腫瘤發生，而突變型p53基因能通過維持結腸癌細胞中NF-kB信號通路的激活狀態，發揮促癌效應。研究表明，85％的UC相關性結腸癌患者和63％高度異型增生患者的組織標本中存在p53雜合性丟失(LOH)。在無任何異型增生或癌變徵象的UC患者中，也有50％以上的腸黏膜標本可見p53基因突變，說明p53基因異常改變發生於IBD腸黏膜癌變的早期階段，可能成為臨床上評估IBD患者有無癌變的篩選指標之一。周期素依賴激酶抑制因子p16INK4a也是一種抑癌基因，主要通過Rb依賴性途徑阻滯細胞周期進程，從而抑制細胞增殖。研究表明，p16INK4a基因LOH可見於50％以上的UC相關性高度異型增生患者。另外，在CAC患者腫瘤組織中，p16INK4a基因啟動子存在高度甲基化，也是導致其基因失活的重要機制。

CIN是IBD癌變過程中另一種常見的基因改變形式，直接參与正常上皮向異型增生及癌細胞的轉變，其發生主要與氧化應激引起的端粒縮短有關。研究表明，UC相關性結腸癌患者其異型增生和癌變部位的細胞端粒縮短速度顯著快於正常細胞，且常有多種DNA異倍體出現，CIN發生率高達85％，而病程少於8年、癌變低風險的UC患者，卻不存在染色體異常的表現。

表觀遺傳修飾

表觀遺傳修飾是指在不改變DNA序列的基礎上，基因發生的可遺傳性表型變化，主要機制包括DNA甲基化、RNA干擾和組蛋白修飾。生理狀態下，機體表觀基因組可通過有絲分裂遺傳給下一代，從而保持其穩定性。然而，DNA複製保真度不高或環境改變均可引起表觀基因組的動態變化，使其具有一定的可塑性。IBD發生時，各種炎性因子的持續刺激以及腸道菌群失調、飲食變化等環境因素都會造成細胞表觀遺傳學改變，進而影響機體免疫應答，促進腸道炎性反應。

1．DNA甲基化：DNA甲基化通常指在DNA甲基轉移酶(DNMT)的作用下，基因組CpG島結構中的胞嘧啶5』碳原子被甲基修飾的現象。DNMT主要包括5種類型：DNMTl、DNMT2、DNMT3a、DNMT3b和DNMT3L，其中DNMTl主要用於維持甲基化狀態，而DNMT3a和DNMT3b主要參與DNA從頭甲基化。DNA過度甲基化是IBD及其癌變過程中的典型特徵，常可直接導致某些基因表達靜默。研究表明，在活動期UC患者手術切除的腸黏膜組織中，MYOD1、膠質細胞源性神經營養因子(GDNF)、HPPl和CDH1等腫瘤相關基因位點的甲基化水平異常增高，且與炎性反應狀態密切相關。在CAC患者的癌組織甚至鄰近正常腸黏膜組織中，DNA修復基因MLH1和MGMT1、抑癌基因APC和RNUX3、細胞周期抑制基因p16INK4a和p14ARF均存在過度甲基化現象，尤其是p16INK4a啟動子過度甲基化可見於所有的癌變組織。Scarpa等指出，CAC腫瘤組織中的DNMT1和DNMT3a表達水平顯著高於散發性結腸癌，可能是導致CAC患者DNA異常甲基化的直接原因。

2．miRNA：miRNA造成的RNA干擾也是表觀遺傳修飾的重要機制之一。miRNA是一類由18～24個核糖核苷酸組成的內源性非編碼小分子RNA，主要通過與靶基因mRNA的3"非翻譯區結合，在轉錄後水平抑制該基因的表達，發揮各種生物學效應。通常一種miRNA能夠作用於多個目標基因，而一個目標基因也可以同時被多種miRNA調控，這種錯綜複雜的調節網路賦予了miRNA強大的功能，使其幾乎參與機體內包括細胞增殖、分化、凋亡與免疫應答等各方面的調節。

研究發現，miRNA-301a、miRNA-10a、miRNA-21、miRNA-31等多種miRNA在IBD腸黏膜中表達失調，且可通過調節CD4+T淋巴細胞增殖分化、固有免疫細胞應答與腸上皮屏障功能等各種機制參與IBD的發生和發展。在IBD向CAC的轉變過程中，miRNA也發揮著關鍵作用。Polytarchou等研究表明，miRNA-214在UC患者炎性黏膜及CAC患者腫瘤組織中表達顯著升高，而在CD及散發性結腸癌患者的表達量卻與健康人群無明顯差異。探討其機制發現，STAT3作為轉錄因子可直接促進miRNA-214表達，而miRNA-214又可通過靶向抑制PTEN和PDLIM2，促進AKT和NF-kB信號通路的激活，發揮促炎和促癌效應。miRNA-21是在UC患者腸黏膜中表達升高明顯的miRNA之一。最新研究指出，miRNA-21在CAC和結腸癌患者腫瘤組織中的表達水平也顯著上調。在AOM/DSS誘導的小鼠CAC模型中，與野生型小鼠相比，miRNA-21小鼠產生的IL-6、IL-17A、IL-23等促炎因子明顯減少，其靶基因PDCD4表達顯著升高，也進一步抑制了NF-kB信號通路的激活並促進癌細胞的凋亡，從而導致CAC形成受抑。此外，miRNA-124在CAC和散發性結腸癌腫瘤組織中的甲基化水平顯著高於正常腸黏膜，可能成為評估UC患者有無癌變風險的有效指標。

3．組蛋白修飾：組蛋白修飾是指組蛋白在各種酶作用下發生甲基化/去甲基化、乙醯化/去乙醯化、磷酸化等的過程。關於組蛋白修飾在IBD及其癌變中的研究主要是對組蛋白去乙醯化酶(HDAC)抑製劑功能效應的探討。研究表明，HDAC抑製劑能顯著抑制NF-kB信號通路的激活，以及促進Treg產生，從而緩解小鼠腸道炎性反應。然而，其在CAC發生過程中的功能機制仍有待進一步研究。

腸道微生態

腸道菌群失調是IBD發病過程中的關鍵因素之一。約有數百萬億共生菌定居於人體腸道內，共同參與碳水化合物吸收、腸上皮細胞代謝、CD4+T淋巴細胞分化和免疫應答過程，從而維持腸道穩態。生理狀態下，絕大多數腸道共生菌屬於厭氧菌，主要包括4種類型：厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門和放線菌門。2011年研究發現，IBD患者腸道菌群中放線菌門和變形桿菌門明顯增多，菌群多態性和穩定性較健康人群顯著下降。腸道菌群的失調可進一步導致腸上皮屏障功能受損、持續性免疫應答異常激活與各種促炎和促癌因子的分泌，從而促進IBD及CAC的發生。腹腔注射AOM誘導CAC時，普通環境下IL-10小鼠均可發展為結腸癌，且腫瘤數目與腸道炎性反應的嚴重程度呈正相關，而無菌環境下的小鼠腸道黏膜仍保持完整，無CAC發生，說明腸道菌群在炎性反應和腫瘤發生過程中的確發揮著關鍵作用。臨床研究也證實，抗菌藥物輔助治療或服用益生菌均明顯利於活動期IBD患者誘導緩解。

固有免疫細胞和腸上皮細胞表面常表達TLR，可直接識別微生物脂多糖等病原體相關分子模式(PAMP)並與之結合，通過髓樣分化因子(MyD88)依賴性途徑導致NF-kB、磷脂醯肌醇-3-羥激酶(PI3K)/AKT與MAPK等信號通路激活，引起炎性免疫應答。Uronis等研究發現，AOM誘導IL-10小鼠後，TLR/MyD88信號通路缺失能明顯抑制CAC的發生。在野生型小鼠CAC模型中，使用MyD88抑製劑阻斷TLR/MyD88信號通路後，不僅能降低結腸上皮細胞的增殖能力並促進其凋亡，而且能抑制CD4+T淋巴細胞和固有免疫細胞在炎性反應部位的浸潤，減少TNF-α、IL-6、IL-17A的產生，顯著緩解腸道炎性反應，從而抑制腫瘤形成。

其他

Thl和Th2型CD4+T淋巴細胞介導的免疫應答在維持IBD腸黏膜慢性炎性反應中起重要作用。研究表明，Th2對CAC的發生和發展起促進作用，而Thl及其分泌的細胞因子卻主要發揮抑癌功能。骨髓源性抑制細胞(MDSC)常見於IBD患者炎性反應部位及腫瘤組織，是一類具有免疫應答抑制功能的未成熟髓樣細胞，可通過抑制CD8+T淋巴細胞的毒性殺傷作用，促進CAC的發生和發展。腫瘤相關成纖維細胞分泌的上皮調節蛋白(Ereg)在CAC組織中的表達水平顯著高於正常人群，且能直接通過ERK/MAPK信號通路誘導腸上皮細胞增殖，促進腫瘤形成。

綜上所述，CAC的發生是一個多因素參與的複雜過程。其中，慢性炎性反應介導的促炎因子產生和氧化應激是結腸炎癌變的核心機制，腸道菌群失調、表觀遺傳修飾改變和基因突變亦發揮了不可或缺的作用。深入研究以上各種IBD癌變機制，可為CAC患者的早期診斷與治療提供有力幫助。

來源：中華消化雜誌. 2017, 37(6)

作者：馬彩雲 石岩 劉占舉

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