胃癌分子生物学研究现状.docx

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胃癌分子生物学研究现状

2021年胃癌分子生物学研究现状

摘要

随着对胃癌发病分子机制的深入研究，发现胃癌的进展与一系列分子水平的变化有关，包括相关基因的突变、非编码RNA表达失调、信号通路的调节异常、肿瘤微环境改变及胃癌干细胞分化异常等，使分子靶向治疗在抗肿瘤治疗中逐渐显示出良好的应用。

但由于胃癌具有较高的肿瘤异质性,导致其缺乏稳定高效的治疗选择性及可靠的用来预测病人预后和治疗反应的肿瘤标记物。

目前，仍然亟需更加深入的硏究胃癌分子生物学机制，以解决胃癌腹膜转移、耐药等难题。

胃癌在全球范围内仍旧是威胁人类健康的恶性肿瘤之一，在2018年新增病例＞100万例，死亡约78.3万例（相当于全球每12例死亡中有1例死于胃癌）。

男性的发病率是女性的2倍，对于男性来说,在包括伊朗、土库曼斯坦和吉尔吉斯斯坦等西亚国家中，胃癌的诊出率和癌症死亡率均为最高。

在东亚，尤其是我国,胃癌的发病率也呈显著上升趋势［1］。

尽管近年来发病率和死亡率出现下降，并且在流行病学、病理学、分子机制以及治疗选择和策略的理解和硏究方面都取得了重要进展，但胃癌对公共卫生的威胁程度仍然很高［2］。

大多数胃癌病例可能与幽门螺杆菌感染有关［3-4］。

在由幽门螺杆菌感染引起的慢性炎症以及随后的致癌过程中，各种因素（包括细菌、宿主和坏境因素）相互作用以促进损伤修复。

不断的细胞增殖、凋亡和对抑癌基因的某些表观遗传修饰，最终可能导致炎症相关的肿瘤发生［5］。

一些持续性幽门螺杆菌感染的病人出现胃萎缩，随后肠上皮化生，最终可能演变为异型增生和腺癌［6］。

实际上，Eurogast-EPIC硏究结果发现93.2%的胃癌病人幽门螺杆菌感染呈阳性［7］;而在日本，＞99%的胃癌病人幽门螺杆菌感染呈阳性［8］。

此外，约10%（1.3%-20.1%）的胃癌病人表现为与EB病毒（EBV）相关［9］。

这种病原体存在于80%患有淋巴样基质胃癌病人的恶性细胞中，但在正常的上皮细胞中却没有。

多种因素促成肿瘤发生，包括EBV驱动的抑癌基因甲基化过度,胃黏膜的炎症改变，EBV对宿主的免疫逃避以及细胞周期途径的改变。

EBV相关胃癌具有独特的分子特征，例如程序性死亡配体1（PD-L1）过表达，突显了将EBV用作预测免疫治疗疗效的生物学标记物的潜力［10-12］。

一些非传染性因素，如咸食摄入量、食用保存不良、烟熏或长期腌制的食物、食用受黄曲霉毒素、硝酸盐和真菌污染的食物、恶性贫血和吸烟等也证明与胃癌的发生有关［13-14］。

水果和蔬菜的低摄入增加了患胃癌的风险［15］o

胃癌的基础硏究是胃癌临床诊疗的基础。

本文对胃癌分子生物学研究现状作一介绍。

1分型

1.1组织学分型尽管大多数胃癌都属于胃腺癌，但其在结构

和生长、细胞分化、组织发生和分子发病机制方面呈现出高度异质性。

这种多样性部分地解释了组织病理学分类方案的多样性。

比较常见的组织分型为Lauren分型［16］和WHO分型［17］。

1.2分子分型癌症基因组图谱研究网络已经发表了295个原发性胃腺癌的全基因组图谱结果［18］。

长期以来，TP53被认为是包括胃癌在内的癌症中最常见的突变基因之一［19］。

50%的胃癌带有TP53体细胞突变或沉默［20］。

然而，TP53变化在胃癌新疗法中的作用正在评估中,迄今为止仍未获得令人满意的结果。

此外，胃癌中经常发现启动子CpG岛超甲基化（CIMP）。

几项独立的硏究结果报道，CIMP水平高与胃癌不良预后相关，通常出现在年轻病人中，并与癌基因突变相关［包括CTNNB1（编码cateninpiz也称为卩-catenin）,ERBB2（也称为HER2）,KRAS和PIK3CA］［21-22］o近年来，胃癌分子表征的鉴定取得了长足的进步，遗传分析表明，胃癌可以潜在地分为几种分子亚型。

TCGA分析是目前最全面的基因分析，基于几种肿瘤特征报告了胃癌的4种基因型：

EBV相关胃癌、微卫星不稳定型（MSI）胃癌、基因组稳定的胃癌和染色体不稳定型（CIN）胃癌［18］o但是，临床数据结果大多未包括在分析中，因此不能很好地确定各种亚型的预后意义。

来自亚洲癌症硏究小组（ACRG）的另一项硏究结果确定了4种基因型：

具有完整TP53的微卫星稳定型（MSS/TP53）、MSI高型、MSS并表达上皮-间质转化特征型（MSS/EMT）和带有TP53突变的MSS型（MSS/TP53-）。

尽管使用了与TCGA分型不同的术语，但ACRG的分型基本（但不完全）验证了TCGA的结论。

与TCGA不同的是，ACRG的硏究包括更多的病人数据结果：

MSI高或与EBV相关的胃癌病人比MSS/EMT亚型病人生存期更长。

复发率也可能因分子亚型而异。

例如，在一项分析中，MSS/EMT型病人的复发率高于高MSI型（63%vs.23%）,并且更常发生腹膜转移。

这些分析可为一些治疗靶点更加深入的硏究作较好的前期铺垫［23］。

由于具有显著的治疗意义，因此，针对胃癌引入了基于HER2（也称为ERBB2）表达状态的分子分型。

HER2是人类表皮生长因子受体（EGFR）蛋白质家族的成员，是一种调节细胞增殖、分化和存活的跨膜酪氨酸激酶受体［24］。

12%〜20%的胃腺癌呈HER2阳性（通过基因扩增、蛋白过表达或两者兼有）［25］。

一些研究结果认为，胃癌中HER2阳性状态与预后恶化、疾病的侵袭性增加以及生存期缩短有关［26-28］。

ToGA试验结果显示，曲妥珠单克隆抗体联合化疗，可延长HER2阳性晩期胃癌病人的总体生存期和无进展生存期［29］o因此，HER2检测被用作晚期胃癌的常规检测。

如果免疫组织化学强度评分为（+++）或（++）,且荧光原位杂交阳性,则胃癌定义为HER2阳性。

只要在仅需的组织活组织病理学检查样品中的5个簇集癌细胞或手术切除标本中至少10%的癌细胞的免疫染色结果显示基底或膜阳性，即可达到这些评分。

2胃癌进展及转移相关分子机制

2.1Hippo信号通路调节Hipp。

信号通路和该通路中的转录因子YAP1在调节器官生长发育中具有重要作用。

其上游的激酶和调节物的失调会导致癌基因的激活和肿瘤干性增强。

选择性地敲除通路中的几个蛋白后，基于对YAP1表达的调节［30］,会导致肿瘤形成、增生以及转移［31-32］。

Song等［33-34］的硏究发现YAP1调节SOX9的表达并促进EMT，赋予非肿瘤细胞和肿瘤细胞类似干细胞的特性。

而且通过单细胞测序证明在胃癌病人的腹腔积液细胞中YAP1高表达，此特征赋予肿瘤细胞更具有侵袭性的表型，有助于促进肿瘤细胞发生腹膜转移。

在动物模型中,敲除YAP1后明显抑制腹膜转移的发生［32］。

Hippo通路的蛋白与很多其他信号通路发生交互作用，导致肿瘤对化疗耐药［35-36］。

2.2Hedgehog信号通路异常Hedgehog信号对于维持胃癌的干细胞特性和侵袭性表型至关重要［37-38］。

尽管所有3个Hh配体都通过结合PTCH1激活相同的信号级联，但是这些配体的分布表现出极强的组织特异性。

其中SHH和IHH在胃肠道中表达最高［39-40］。

在成年胃中，Hh通路对于胃上皮细胞的分化和成熟的调节是必不可少的［41］。

上皮细胞分泌的Hh配体（通常在胃中为SHH）被基质细胞上的受体识别,从而启动了基质细胞中Hh信号级联反应并增加了下游靶基因的转录。

GLI3和ZIC4（编码转录因子）在微卫星稳定的胃癌中发生的频率较低（约5%），但TCGA对478例胃癌病人（www.cbioportal.org）的分析显示，GLI3发生包括突变、扩増和mRNA上调的频率较高（13%）。

Yoon等［42］发现在3种胃癌细胞系中CD44的富集通常伴随舂Hh通路中关键分子和某些自我更新标记蛋白（SOX2、OCT4和NANOG）水平的增加。

在这些胃癌细胞系中，用SMOshRNA或小分子抑制剂抑制Hh可显显著抑制肿瘤成球和肿瘤细胞的增殖。

此外，尽管CD44（+）细胞对化疗（5-氟尿0密唳和顺钳）高度耐药，但这种化疗抵抗可因Hh抑制而逆转［42］。

2.3WMT/p-catenin通路突变WNT/p-catenin通路是关键的致癌通路，其在包括胃癌［43］在内的许多实体肿瘤的发生发展中起重要作用。

在相当一部分肠型和弥漫型胃癌中被检测到CTNNB1的突变［44］,但在肠型胃癌中更为常见［45］。

除此之外，Wnt信号通路中的一些负向基因编码调控因子（APC、RNF43、AXIN1和AXIN2）同样常出现于胃癌中。

据报道，APC基因在胃癌中突变的发生率甚至可以达到30%〜34%;在Axin1和Axin2中还出现了失活突变［46］。

全基因组测序还表明，泛素酶RNF43在胃癌中经常发生突变并随后下调［47］。

在高度突变的胃癌中，33%的肿瘤带有RNF43突变［18］。

RNF43的失活突变也已在3种胃癌细胞系中得到证实。

另外，RNF43的突变与细胞增殖具有显著相关性，并表现为更高的Ki67活性［48］o

2.4TGF-p/SMAD4调节异常在正常和癌变前细胞中,TGF-P信号传导维持体内平衡。

然而.TGF-P信号传导可能会因失去其配体SMAD4而失去抗癌能力。

在22%的胃癌病人中出现SMAD4改变。

小鼠模型显示SMAD4杂合性导致了胃癌前病变和胃癌的发展［49］,而PTEN敲除小鼠中SMAD4的缺失赋予了肿瘤细胞更具有侵袭性的表型［50］。

此外z食管腺癌（被认为与胃腺癌相似）中阳SP（—种TGF-p信号或SMAD4配体）的缺失会激活Notch信号［51］o

2.5NF-kB信号通路异常NF-kB系统是连接炎症和胃癌的基础，是指一组转录因子（RelA、RelB、c-RelsNF-kB1/p50和NF-kB2/p52）,它们形成同型和异型二聚体并上调或抑制许多基因的表达［52］。

NF-kB驱动的基因产物包括细胞因子或趋化因子IL-1、IL-8、TNF、IL-6、MCP-1，促凋亡和抗凋亡因子cIAP、c-FLIP、A20、Bcl-XL,血管生成调节剂内皮生长因子（VEGF）,基质全属蛋白酶（MMP）-2,MMP-9等，这些因子在非转化细胞或肿瘤细胞中对多种刺激（包括生长因子、细胞因子、激素、微生物和化学化合物）产生反应［53］,导致炎症细胞募集和激活从而触发肿瘤进展和转移。

2.6细胞周期调节大部分（66%）的胃癌具有以下细胞周期相关基因的至少1种改变：

RB、CCND1、CCNE1、CDK2、CDK4、CDK6、CDKN2A、CDKN2B、E2F1、E2F2、E2F3和E2F4［18］。

通过对这些基因的抑制可以调控胃癌细胞的细胞周期进程［54］。

2.7非编码RNAIncRNA的生物学作用非常多样且不同，这

取决于其在亚细胞中的定位［55］。

IncRNA可以控制染色质修饰、染色体环化、DNA转录，编辑和稳定mRNA并影响其翻译，或直接与蛋白及其他RNA种类相互作用［56］。

在胃癌中zlncRNA-PVT1在大样本的胃癌组织芯片中表达上调，且应用靶向针对PVT1的ASO处理后，胃癌细胞的增殖和侵袭能力均受到抑制［57］,也有硏究表明PVT1可通过结合并增加STAT3（一种已知的VEGF-A转录因子）的磷酸化来诱导血管生成，这种不断扩展的在血管生成中起调节功能的IncRNA被称为"Angio-LncRs"［58］o

miRNA是短链的非编码RNA（19〜24nt）,由具有独特茎坏结构的较长转录本加工而成。

从功能上讲，大多数miRNA与mRNA相互作用并诱导其靶基因的转录后阻遏作用［59］。

近年来多种miRNA的非常规功能被发现，并在胃肠道肿瘤中得到验证［60］。

Song等［61］的硏究结果表明,miR-596和miR-3620-3p对胃癌细胞的凋亡有促进作用，同时，在胃癌细胞中负向调控CLDN4从而抑制胃癌细胞的增殖和转移。

近年来，已通过高通量测序技术和生物信息学在哺乳动物细胞中鉴定出大量circRNAo在包括胃癌在内的许多人类疾病中,已经报道了circRNA的异常表达。

已证实具有生物学功能和作用机制的与胃癌相关的circRNA的数量正在增长。

CircRNA已显示出可作为亲本基因转录、替代剪接和miRNA海绵的调节剂。

此外，circRNA可能与蛋白质相互作用以调节其表达水平和活性。

由于其丰度高、稳定性高、组织和发育阶段特异性的表达模式以及在各种体液和外泌体中的广泛分布，circRNA具有很大的生物标记潜力［62］。

tRNA是在各种生物体中普遍存在、表达丰富、异质的短链非编码RNA［63］o近年来，硏究发现tRNA衍生片段（tRF）在肿瘤发生和发展中起关键作用［64］。

但这些长度为14-36nt［63］的tRF并不是随机tRNA降解的产物，而是由多个tRNA前体和成熟的tRNA经过不同的核糖核酸内切酶剪切裂解而产生［66］oZhang等［67］的研究结果表明,tRF-3019a在胃癌组织和细胞系中表达上调，且将tRF-3019a鉴定为潜在的胃癌诊断标记物，并证明tRF-3019a通过靶向FBXO47调节胃癌细胞的增殖、迁移和侵袭。

3胃癌与肿瘤微坏境

3.1肿瘤相关成纤维细胞大多数肿瘤与具有生物学活性的成纤维细胞相关，称为肿瘤相关成纤维细胞（CAF）,这是肿瘤微环境中最突出的组成部分，在胃癌的生长和发展中具有重要作用

［68-69］。

CAF还代表了多种生物学介质的活化来源，这些介质通过多种机制支持肿瘤生长、血管生成、侵袭和转移。

这些介质包括多种基质全属蛋白酶（MMP-1SMMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13和MMP-14）,生长因子（例如TGF-p,VEGF）以及趋化因子和细胞因子［例如CXCL12（SDF-1）、CXCL14、CXCL16、CCL2、CCL5、IL-4和IL-6］等［70-71］。

CAF也是塑造免疫抑制肿瘤微坏境的关键因素。

CAF产生的IL-6限制树突状细胞的成熟，并使单核细胞重新定向向巨噬细胞分化［72］。

此外，它们不仅积极参与巨噬细胞向肿瘤微坏境（TME）的募集，而且还参与向M2型巨噬细胞的极化过程［73］oCAF可以通过分泌TGF-P和其他细胞因子抑制免疫反应,也可通过募集效应T细胞和髓样来源的抑制细胞或抑制微环境中的NK细胞和T细胞活性来影响微环境的免疫反应［74］。

3.2肿瘤相关巨噬细胞众所周知,浚润性巨噬细胞可能占肿

瘤总量的50%。

因此，在肿瘤微环境中发挥着非常重要的作用［75］。

肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是非常异质的种群，一旦被浸润,就会分化成特殊表型，其极化表型被描述为促炎性（M1）和抗炎性（M2）巨噬细胞表型［76］。

目前公认的是，M2型的TAMs主要具有促进肿瘤细胞存活、增殖和扩散的功能。

有趣的是，转录重编程是极化的巨噬细胞进行信号整合和发挥细胞功能的重要机制，表明巨噬细胞极化过程中细胞蛋白质组和转录组均发生了明显变化［77］。

此外，这些变化还触发一些信号通路从而增强了M2巨噬细胞的促癌作用［78］。

文献［79］报道，具有腹膜扩散的胃癌病人腹膜腔中的TAMs为M2表型，且其通过激活EGFR信号传导途径促进了肿瘤细胞向腹膜扩散［79］o

尽管多年来TAMs对疾病预后的预测价值一直存在争议，但最近的报道强化一种观念,即肿瘤基质中TAMs的量会呈现出对肿瘤大小、分期和转移的促进作用，这表明TAMs可能有助于病人早期筛查、早期诊断和预后判定［80-81］。

3.3其他此外，细胞外基质的变化，以及复杂的信号网络中的不同因子，例如外泌体,microRNA和一些失调的细胞信号传导通路等，明显减弱了免疫应答，并促进了肿瘤的生长和转移［82］。

4胃癌干细胞与耐药

在胃癌的治疗中，化疗抵抗或耐药是需要面对的一个重要问题，因为癌细胞会形成抵消化疗药物作用的机制,导致克隆增多且更具侵略性，从而导致不良预后。

化疗耐药可以是固有的和（或）获得性的，是多因素事件，包括肿瘤干细胞（CSCs）、上皮-间质转化（EMT）、关键信号通路的失调、通过ABC转运蛋白的药物外排、获得性突变、逃避细胞凋亡以及DNA损伤反应等。

在这些因素中，CSCs是化疗耐药性的主要因素。

CSCs是肿瘤细胞的一个子集，能够自我更新和多谱系祖细胞扩増，并对抗癌治疗具有内在抗性。

CSCs存在多个克隆，其中一些可以轻易扩增以适应TME的变化和（或）对放疗或化疗的反应。

内在因素和外在因素都会引起CSCs介导的治疗耐药性。

Takaishi等［83］的试验结果还证明，与CD44（-）的胃癌细胞相比，CD44（+）的胃癌干细胞对5-氟尿D密喘（5-FU）和依托泊苜（VP-16）以及放射线有更强的耐受能力。

Ohkuma等［84］利用胃癌细胞系MKN-1硏究胃鳞癌的干细胞标记物时发现，胃癌细胞经5-FU处理后，其CD71（-）的胃癌细胞会显著增加，而CD71（-）胃癌细胞较CD71（+）有更强的致瘤能力。

Xue等［85］用长春新碱（VCR）预处理胃癌细胞系SGC7901后获得肿瘤干细胞样细胞,其干细胞标记物CD44、CD90和CXCR4的表达量增加，且出现肿瘤多药耐药性和显著的体内成瘤性。

5展望

肿瘤标记物的发现会对胃癌早期诊断提供更多机会；而对于胃癌发生发展、转移机制更加深入的理解，将为胃癌新型药物的硏发，精准的靶向治疗提供更多的选择。

总之，在胃癌治疗与研究领域，应更多地关注肿瘤早期筛查与检测，寻找更灵敏的肿瘤标记物，更适当地监

测胃癌前病变，更准确地识别易受特定治疗影响的病人以及更好地了

解胃癌发生发展过程，从而更规范、精准地服务于胃癌临床诊疗。