4　胃癌癌变的遗传机制

导致胃癌癌变的遗传机制复杂,认识不够完全。胃癌与大肠癌在遗传机制上有很大的区别,约90%的大肠癌患者有大肠腺瘤样息肉基因( adenomatous polyposis coli, APC)的变异,而胃癌出现是由一系列基因和表观遗传学的改变引起的。

基因组不稳定是胃癌遗传水平研究中最早的发现。胃癌中有两种基因组不稳定现象,即表型相关的染色体或染色体内改变、表型相关的微卫星不稳定^{[ 10 ]} 。最早由Toyota等^{[ 11 ]}在大肠癌中提出的一种新的分子表型也可以应用到胃癌的遗传表型中,这个新的分子表型即第3种,称为鸟嘌呤岛甲基化表型。这3种分子遗传表型的分布在肠型和弥漫型腺癌中不同,即使同一种病理亚型中也有差异,因此这3种亚型与组织学无关。

染色体不稳定表型的特点是控制染色体分离的基因发生变异。染色体重排和染色体的缺失和增加,能够导致原癌基因的活化或者抑癌基因的失活。而且胃癌中发生改变或者变异的基因往往具有重要的生物学功能,如控制细胞增殖和凋亡(如p53) 、微血管生长(如血管表皮生长因子) 、信号转导(如K2ras) 、细胞黏附(如CDH21、β2连锁蛋白)和染色体分离(如APC) 。

微卫星不稳定表型能够导致DNA 复制修复功能缺陷。微卫星是基因组中重复的DNA短序列,微卫星不稳定是指一些细胞中(如肿瘤细胞)的DNA发生改变,即微卫星的重复次数与祖细胞不同。错配修复基因(MLH1、MLH2、MSH2)能够校正DNA,修复DNA损伤后的自发复制错误^{[ 12 ]} 。这些基因的失活或者缺陷能够导致微卫星不稳定和编码氨基酸的序列发生框移,这些能够导致蛋白质功能的缺失,或者形成无功能的截短蛋白。

鸟嘌呤岛甲基化表型是指胃癌中基因的甲基化模式。胞嘧啶和鸟嘌呤富含区的异常甲基化可以导致基因功能的下降或者沉默,这在肿瘤中非常常见。基因甲基化事件可以分为两种类型,即年龄相关型和肿瘤特异型。甲基化导致抑癌基因的失活可以导致无限制的细胞生长、血管浸润和肿瘤转移。常见的甲基化基因包括p16、MLH21、CDH21^{[ 13 ]} 。

4. 1　肠型胃癌　根据由Correa^{[ 5 ]}提出并广泛接受的模型,肠型胃癌发生是多步骤过程,起始于慢性胃炎,逐步进展为萎缩性胃炎、肠上皮化生、不典型增生至最后的胃癌。HP感染能够引起萎缩性胃炎,诱导遗传学和表观遗传学的异常,从而增加发展为恶性肿瘤可能。变异、杂合度缺失、微卫星不稳定、染色体不稳定和表观遗传学改变在肠型胃癌中均有。

4. 1. 1　p53　p53是一种基因抑制基因,在胃癌发生早期起重要的作用。p53失活还可以是由杂合度缺失导致,杂合度缺失在肠型胃癌中占60%～70%。p53蛋白是细胞内发现和修复DNA的主要调节因子。p53功能缺陷的细胞不能诱导肿瘤细胞凋亡,也不能控制肿瘤细胞的生长。

4. 1. 2　APC /β2连锁蛋白　大约60%的肠型胃癌患者伴有APC基因变异或杂合度缺失,但是APC基因异常在不典型增生中却没有发现,提示APC基因功能异常参与胃黏膜不典型增生向胃癌转化的最终过程。此外,β2连锁蛋白变异在肠型胃癌中出现的比例较高。β2连锁蛋白能够抑制生长因子(淋巴样促进因子)的生成[ 14 ]。APC基因的甲基化在胃癌的癌前病变中非常常见,属于胃癌发展早期的重要事件。

4. 1. 3　细胞周期基因　p16和p27是细胞周期依赖性蛋白激酶抑制剂,能够使细胞周期稳定在G1 期,在超过50%的胃癌患者中二者的表达下降。p16基因失活是高度甲基化的结果,而甲基化的程度随着恶性程度进展而增加。p27基因表达下降也见于肠上皮化生和胃腺瘤中,但是目前导致p27基因下降的遗传机制尚不明确。最近的研究提示, p27基因缺陷导致HP感染的小鼠更易发展为胃癌。总之, p16和p27基因功能缺陷可能是导致患者发展为胃癌的早期事件。周期素E1 是促进细胞进入S期的激酶。这种酶在肿瘤细胞中表达失调,与胃癌的形成密切相关。基因芯片对HP感染和癌前病变患者进行表达谱研究发现周期素E1 处于高表达状态,说明周期素E1 是胃癌早期事件中另一个重要的因素。

4. 1. 4　原癌基因　K2ras基因是细胞信号转导中重要的成分,在胰腺癌和大肠癌的发病中发挥重要的作用。K2ras基因变异在HP相关性胃炎和肠型胃癌中出现概率较低,分别是6. 1%和8. 3% , 慢性萎缩性胃炎也发现了K2ras基因变异^{[ 15 ]} 。但K2ras基因变异在胃癌发展过程中的作用仍不十分明确。

细胞膜表面受体人上皮生长因子受体2和表皮生长因子受体在一系列肿瘤中表达均增加,胃癌也不例外。肠型胃癌患者血清人上皮生长因子受体2的含量明显高于弥漫型胃癌患者。肠型胃癌切除术后的患者高水平的人上皮生长因子受体2与无肿瘤复发时间短和生存期短密切相关,提示人上皮生长因子受体2是预测肠型胃癌患者预后的重要指标,也是分子靶向治疗的重要目标^{[ 16 ]} 。

表皮生长因子受体在调节胃肠道肿瘤细胞增殖、黏附、浸润中发挥重要的功能。HP感染导致的胃黏膜的损伤促进表皮生长因子受体的表达,随后细胞增殖和凋亡的抑制(通过丝裂原活化蛋白激酶途径和细胞周期氧化酶2表达) ,导致表皮生长因子受体的活化和其他生长因子表达增加。体外细胞模型证实HP产生的VacA毒素能够诱导血管生长因子的表达,血管表皮生长因子在肠型胃癌中表达也是高于正常胃黏膜。因此, HP感染导致一些生长因子增加在慢性胃炎向胃癌转变的过程中也相当重要。

4. 1. 5　微卫星不稳定　微卫星是基因组中反复出现的重复DNA序列。微卫星不稳定在肿瘤细胞中的出现,说明DNA错配修复功能的缺陷。遗传性非息肉性大肠癌存在DNA错配修复基因MLH1和MLH2基因的缺陷,导致大肠癌的发生,而HNPCC患者中有11%患有胃癌。微卫星不稳定仅出现在20%～30%的胃癌患者中,尽管DNA错配修复基因在胃癌患者中缺陷的频率不高,但是MHL1基因甲基化是导致基因失活的主要模式^{[ 17 ]} 。携带有微卫星不稳定的胃癌患者更趋向于胃窦癌,其预后较好,而p53基因变异的发生低于没有微卫星不稳定的胃癌患者。

4. 2　弥漫型胃癌　弥漫型胃癌患者的特点是没有癌前病变和组织分化程度较低。弥漫型胃癌与HP感染相关,表现为胃壁增厚和硬度增加,即革囊胃。遗传性弥漫型胃癌中发现一些致病基因是遗传学中比较成功的案例。

4. 2. 1　E2钙黏蛋白基因　E2钙黏蛋白基因变异首先在新西兰一个遗传性弥漫型胃癌毛利人家系中发现。遗传性弥漫型胃癌仅占胃癌的1% ～3%。E2钙黏蛋白基因能够调节同种细胞之间的相互作用,保持细胞的极性。E2钙黏蛋白基因表达下降会导致肿瘤细胞与基质分离,促进胃癌细胞的转移和浸润。CDH1基因变异在散发性胃癌患者中占50% ,弥漫型胃癌患者中有51%出现E2钙黏蛋白表达下降。E2钙黏蛋白基因的第2种损害是整个基因的剔除或者基因启动子区甲基化导致的基因沉默,后者在所有类型的胃癌中占50% ,在弥漫型胃癌中占83%。E2钙黏蛋白通过α和β细胞骨架连接蛋白与细胞骨架结合, 2 /3的胃癌患者α骨架连接蛋白表达下降或完全缺失。此外, E2钙黏蛋白表达下降与转移增加和存活率下降密切相关。因此, E2钙黏蛋白缺失及其与细胞骨架相互结合的缺陷在弥漫型胃癌的发病过程中起尤其重要的作用^{[ 18 ]} 。

4. 2. 2　K2sam基因　K2sam基因属于成纤维细胞生长因子受体家族,在约50%的弥漫型胃癌中高表达。事实上, K2sam基因最早是在胃癌细胞株株KATO2Ⅲ中分离的高表达基因。目前尚没有发现胃癌与K2sam之间相互存在自分泌或旁分泌的现象,但是K2sam高表达与弥漫型胃癌的进展和转移密切相关^{[ 19 ]} 。