概述
世界卫生组织国际癌症研究机构（IARC）发布的2020年全球癌症数据显示：结直肠癌(colorectal cancer，CRC)以10.2%的发病率位居全球恶性肿瘤发病谱第三位，9.2%的死亡率位列全球第二，在中国以12.2%的发病率位列第二，造成严重的健康和经济负担。CRC发病机制非常复杂，目前公认的有两种途径：隐窝灶经腺瘤癌化，锯齿状息肉癌化。两者分别以APC和CTNNB1突变驱动。然而临床数据显示仍然存在一定数量的CRC发病并非源于上述两种途径，成为目前CRC发病机制的理论孤岛。近年来研究发现侧向发育性肿瘤（laterally spreading tumor，LST）是CRC的重要癌前病变，其发病率约1%，形态学特征隐匿，极易误诊或者漏诊，可在3年内进展为结直肠癌，预后极差。LST与结直肠息肉或者腺瘤具有一定的相似性，后两者癌化的分子机制已被揭示，但LST目前的研究多聚焦于病理学、临床形态、症状及治疗，对于其如何发展成为CRC的分子生物学研究鲜有报道，其发病机制尚不明确。因此深入系统地探索LST恶性转化为CRC全过程的分子生物学机制，对CRC的早期诊断和精准治疗具有非常重要的理论意义和临床价值。
主要内容
与腺瘤和息肉不同，1993年日本学者发现一类新的下消化道病变：沿大肠黏膜面侧向表浅生长的病变，表面有颗粒样特征，将其命名为大肠黏膜颗粒集簇样病变，又被称为表浅扩展型肿瘤、葡行性肿瘤或花瓣样病损。随着研究的深入，发现该病变的非颗粒型存在，至此，将这类病变正式命名为侧向发育型肿瘤。LST 是直径≥10mm、非垂直生长的侧向扩展性表浅病变，包括颗粒型与非颗粒型两种表面形态，前者可分为颗粒均一型、结节混合型两个亚型，后者有假凹陷型和扁平隆起型两个亚型。来自于台湾地区、意大利、日本的研究显示，LST在无症状人群中的发病率在2010年左右分别达到0.42%，0.92%和1.26%，并且呈现出随时间推移逐渐增高的趋势。2015年我国大陆地区无症状人群的LST检出率达到0.79%，发病率较高。LST的好发年龄在50-70岁，发生率随年龄上升而增加。国外大规模对照研究显示，LST患者合并结直肠癌的可能性为8.4%-52.5%，LST病变可在3年内发展为晚期结直肠癌。此外，恶性潜能在不同类型LST中的表现也不尽相同，当病变直>20mm，假凹陷型LST发生黏膜下癌的可能性大幅增加，可达46%。
隐窝灶经腺瘤到癌的过程：以 APC 基因突变为主启动，之后伴随着 KRAS/NRAS 突变，继而是 SMAD4 突变，最后诱发 TP53 突变；另一模型是从锯齿状息肉到癌的转化过程：以 CTNNB1 为驱动突变，继发 KRAS/BRAF 突变，然后是 PIK3CA 突变，最终导致 TGFRB2 过表达，其中主要涉及信号通路 Wnt，MAPK，PI3K / Akt，TGFβ和 TP53 途径的过度激活。尚有其他多种信号通路，包括 Hedgehog，ErbB，RHOA，Notch，BMP，Hippo，AMPK，NF-κB 和 JNK 等亦参与了结肠癌的发生与发展过程。在基因突变方面，不论是在突变频率还是在肿瘤发展的不同阶段，APC 突变在 CRC 发展过程中都是极其重要的突变。
作为大肠黏膜上皮的“看门”基因，APC是一个调节结肠上皮细胞稳态平衡、细胞极性和细胞移动的关键分子。APC基因是结直肠癌抑癌基因，80%的散发性结直肠癌存在APC基因突变，并被广泛地认为是大肠恶性肿瘤的早期事件。大多数体细胞APC点突变主要发生在“突变簇区域 (mutation cluster region，MCR)”，也有研究表明，除了突变簇区域外，整体APC基因也在整个蛋白编码区存在着不同程度和形势的突变。MCR区域突变后的最主要细胞事件是APC的结构截短（1362到1540氨基酸序列即APC-2,3重复序列⊿23)，并缺乏Axin、β-catenin、微管等的结合位点。截短APC突变会引起APC与微管结合特性丧失，并进一步导致微管稳定性降低。研究表明，APC截短突变使其丧失了正常的抑癌基因的特性，产生了“获得性”原癌基因特性，包括细胞的增殖异常、细胞存活、染色体不稳定性、迁移增加。截短APC能够结合并激活鸟苷酸交换因子(APC-stimulated guanine nucleotide exchangefactor，Asef), 后者与肌动蛋白重构和移动密切相关，可引起细胞结构与功能发生显著的改变。ASEF或APC截短突变敲低表达会导致细胞迁移明显减少，但全长APC的过表达并没有增加Asef介导的细胞迁移。高尔基复合体是一种动态的细胞器，其作用主要通过分泌途径对蛋白质进行分类、加工、运输以及调节翻译后的蛋白修饰，对维持细胞结构的稳定性至关重要。在年龄相关性疾病，包括阿尔海默氏症、帕金森症和癌症中会观察到高尔基体的碎片化(Fragmentation)现象。因此，高尔基体可能与疾病的发生、发展密切相关，但对高尔基体碎片化的机制和意义仍然知之甚少。有研究表明：APC截短突变会诱导高尔基体的碎片化发生，并导致细胞骨架蛋白和肌动蛋白发生结构重组，引起细胞的生物学行为异变，比如极性丧失和迁移能力增加。因此，APC截短突变驱动的高尔基体碎片化，是正常细胞恶变的非常重要的细胞事件。
LST 是 CRC 的癌前病变。当使用 PCR-SSCP 法检测正常大肠黏膜、LST、大肠腺癌和大肠腺瘤标本中的 APC 基因突变密集区情况时，大肠正常黏膜中几乎没有 APC 基因突变，而该基因突变率在 LST、大肠腺瘤、大肠腺癌中则分别为 25%、30%和 27.8%，与其它文献报道的 LST 标本 APC 基因突变率 15.5%-42.4%基本一致。近期的两项研究显示：LST 中 APC 基因突变频率分别是 80%（10 例样本）和57%（14 例样本）。提示 LST 的发生发展过程中，APC 基因突变起到非常重要起始驱动作用。
作为重要的抑癌基因，P53 基因的主要生物学功能在于修复细胞损伤。P53 基因能够对基因组 DNA 的完整性进行实时监视，当 DNA 在各种因素作用下发生损伤时，P53 蛋白能够使细胞分裂过程停止在 G1/S 期，以帮助细胞争取足够修复损伤的时间，对于无法修复的 DNA 损伤，P53 蛋白能够通过启动细胞凋亡，避免可能发生癌变的突变细胞产生。研究表明：P53 基因突变主要发生在癌变的中晚期。大量的 P53 突变弱化了野生型 P53 的比例及功能，为肿瘤的发生提供了条件。
有关 P53 和 LST 关系的研究很少。近期基于 TCGA 的一项研究对基因组、表观基因组和转录组进行了全面和无偏的筛选，对 11 个 LST 样本数据进行了生物信息学整合，并在另外 84 个良性结直肠损伤样本队列中进行了验证，发现了一些高频的遗传、表观遗传和转录改变。比如，染色体缺失发生在 1p，5q， 14q 和18 号染色体，染色体倍增主要发生在 7，8，13，19 和 20 号染色体，并且这些改变在结肠和直肠腺癌验证组中非常普遍。与 LST 相关的信号通路主要有 Axonalguidance，Thyroid cancer，hESC Pluripotency（NANOG）和 Wnt/β-catenin。队列验证研究中将 10 个 LST 与 212 个 CRC 相比较，结果显示主要改变的信号通路有五个，分别是 Wnt，TGFβ，PI3K，MAPK 和 p53 信号通路，其中 TGFβ和 p53 两个信号通路的改变具有显著的统计学差异。该研究结果还提示，p53 通路上一个非常重要的分子 ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated)显著升高，它可稳定 P53 分子；另一个非常重要的分子 ANO5(Anoctamin-5)显著降低，导致线粒体结构碎片化。
我们基于 TCGA 数据分析的结果亦证实了在 LST 中 ANO5 显著低表达。高尔基体碎片化相关分子 ATM 和 ANO5 表达差异显著，弱化了野生型 P53 转录因子 MDM2，TP73 等的表达，进而调节 p53 信号通路中 P53 的稳定性。这两种重要的信号分子与 P53 突变体的稳定性密切相关。以上资料提示 P53 突变极有可能在 LST 恶变为 CRC 的过程存在着不同于息肉和腺瘤的独特的分子机制（虽然三者均在上游与 APC 相关，在下游以 P53 为作用点，但中游的机制完全不同）。
研究者认为，LST进展为CRC具有与普通息肉或腺瘤癌变不同的独特的分子发生机制，提出从LST到CRC过程的两阶段级联突变假说，驱动阶段：APC截短突变驱动细胞的高尔基体碎片化，导致细胞的结构蛋白重组，极性异常，出现横向生长；癌化阶段：高尔基体结构碎片化进一步通过影响热休克蛋白MDM2，TP63，TP73对P53碱基错配的修复，导致突变P53稳定性增加并促进LST的癌化。
图1 腺瘤性息肉病大肠截断突变调控P53促进肿瘤向结直肠侧移的机制示意图
目前国内外对 LST 的研究多聚焦于其病理诊断和内镜下切除技术方法的创新等方向，鲜有 LST 癌化的分子机制的研究报道。因此，基于 TCGA 数据库应用 R 语言 limma 包分析了与 LST 相关的差异基因表达变化的信息，发现在 LST 样本中与高尔基体或线粒体碎片化密切相关的两个产物（ATM，ANO5）的表达水平发生显著变化，与研究者提出的由 APC 和 TP53 基因级联突变促进 LST癌化的假说高度一致，提示前期的 APC 突变诱发了高尔基体碎片化事件，弱化了野生型 TP53 转录因子 MDM2，TP73 等的表达，增加突变 TP53 稳定性，最终促进了 LST 的癌化进程。结合最近文献对相同组织来源的 CRC 和 LST 组织中表达水平差异显著的 PI3K 和 p53两个信号通路上基因突变的频率和水平进行比对分析结果，假定 PI3K 信号通路是支撑假说的信号通路，针对 PIK3CA 蛋白构建了 3 个 SiRNA（PIK3CA-SiRNA-1，PIK3CA-SiRNA-2，PIK3CA-SiRNA-3），在 LS174T 和 SW1116两个细胞株中进行了干扰实验，结果显示：与空白对照组相比，PIK3CA 蛋白的表达水平并无显著差异，提示 LST 在癌化进程中与 PI3K 信号通路关联性不密切。紧接着，通过生信分析和大数据挖掘，发现了共济失调-毛细血管扩张症突变基因（ATM）、厌氧酰胺 5（ANO5）、腺瘤性息肉病（APC）和肿瘤蛋白 53 （TP53）在正常和泛癌样本中的表达水平变化规律与假说高度一致，并且与癌症预后的关系拟合结果也与文献报道的一致。
图2 正常和泛癌组织中共济失调毛细血管扩张突变基因、氨基酸5、腺瘤性大肠息肉病和肿瘤蛋白53的表达分析。
图3 共济失调-毛细血管扩张突变基因、氨基辛胺5、腺瘤性大肠息肉病和肿瘤蛋白53与癌症患者预后的关系。
杨建设
通讯作者
博士，教授，博导。Academician of The World Academy of Sciences（TWAS），同济大学临床核医学中心科研部主任，兼任CUHK-SZ生命与健康科学学院临床博士生导师，安徽理工大学医学院兼职教授，博士生导师，甘肃医学院特聘教授。中国科学院研究所“百人计划” 及“西部之光”人才计划获得者，海南省领军人才（第一层次），中华医学会核医学分会放射性药物学组委员，教育部研究生与学位中心专家库成员，甘肃省科技专家库专家。Journal of Exploratory Research in Pharmacology，Future Integrative Medicine，Micro and Nanosystems, International Journal of Radiology, World Journal of Gastrointestinal Pathophysiology, Medicine International 等多本国际期刊编委、编辑以及高影响力期刊（IF>10）审稿人。参加和主持NSFC等各类项目19项。在Science等刊物发表论文120余篇，其中25篇IF>10，被引3000+。主要研究领域：消化系统肿瘤发生新机制，固有生物纳米限域调控肿瘤转移（国际上首次提出iBNCs概念），核素治疗废液中放射性物质处理技术。
本文“Future therapeutic implications of new molecular mechanism of colorectal cancer”在期刊World Journal of Gastroenterology上发表。
Lu S, Jia CY, Yang JS. World J Gastroenterol. 2023 Apr 28;29(16):2359-2368. doi: 10.3748/wjg.v29.i16.2359.
原文链接：https://www.wjgnet.com/1007-9327/full/v29/i16/2359.htm
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