1. 慢性炎症与癌症关联的理论基础
1.1 炎症-癌症转化的经典模型
慢性炎症是癌症发生发展的重要驱动因素之一,其核心在于炎症能够作为癌症的启动因子,通过持续的组织损伤-修复循环破坏基因组稳定性,进而促进肿瘤的形成。Correa级联反应是胃癌发生发展中一个经典的炎症-癌症转化模型,清晰阐述了慢性炎症如何逐步导致恶性病变1。这一模型描述了胃黏膜从正常状态,经历慢性非萎缩性胃炎、慢性萎缩性胃炎、胃黏膜肠化生(GIM)、异型增生(或称不典型增生),最终发展为胃癌的过程2。
具体来说,幽门螺杆菌(Hp)感染是启动Correa级联反应的主要因素。Hp感染导致持续的胃黏膜炎症,引起胃腺体萎缩,正常胃黏膜细胞被肠型上皮细胞取代,形成肠化生3。肠化生被认为是胃癌的重要癌前病变,其异质性(完全型或不完全型)与癌变风险密切相关。在肠化生基础上,持续的炎症刺激进一步导致细胞异常增殖和分化,形成异型增生,这被认为是更晚期的癌前病变,具有更高的恶变风险。最终,异型增生可能进展为原位癌,直至侵袭性胃癌。研究表明,在肠化生或异型增生阶段,p53基因和p21(WAF1/CIP1)基因的变异可能影响胃癌的发生发展进程4。
这种炎症驱动的癌变过程不仅限于胃癌。普遍认为,慢性炎症通过诱导持续的组织损伤和随后的修复尝试,创造了一个有利于肿瘤发生的微环境。反复的损伤-修复循环导致细胞增殖加速,增加了DNA复制错误的几率,从而积累基因突变和表观遗传改变。例如,在炎症环境中,脂质过氧化产生的二羰基亲电试剂(如异亮腺甘酸,isoLGs)可以与DNA形成共价加合物,导致DNA损伤和体细胞突变,从而连接了炎症和基因组改变,成为癌症化学预防的关键靶点5。此外,持续的炎症也可能导致细胞衰老,虽然细胞衰老在短期内可以作为肿瘤抑制机制阻止细胞无限增殖6,但长期存在的衰老细胞会通过分泌衰老相关分泌表型(SASP)因子,如细胞因子、趋化因子和蛋白酶,改变组织微环境,反而可能促进邻近细胞的增殖和恶性转化7。这些因素共同作用,导致基因组不稳定性(genomic instability),包括单碱基替换、插入/缺失以及染色体水平的改变(如拷贝数变异和结构变异)8,这是肿瘤发生发展的一个标志性特征910。细胞可塑性(cellular plasticity)理论指出,成熟的分化细胞在损伤修复过程中可能重新获得干细胞样特性,这种可塑性在癌症发生中也发挥作用,可能使细胞在累积致癌突变后,通过再分化进入恶性增殖通路1112。
1.2 炎症微环境的关键组分
炎症微环境是慢性炎症驱动癌症发生发展的核心舞台,其复杂组分间的精密交互作用决定了肿瘤的命运。在这一微环境中,免疫细胞、基质细胞以及可溶性因子扮演着至关重要的角色,共同调控细胞增殖、凋亡和上皮间质转化(EMT)等关键癌变过程。
免疫细胞中,巨噬细胞是肿瘤微环境(TME)中最丰富的免疫细胞之一,其表型和功能具有高度异质性13。肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)在肿瘤进展中发挥关键作用,它们通过促进肿瘤生长、血管生成和免疫逃逸来影响预后1314。TAMs的起源和分化复杂,既可以来源于局部自我更新的组织驻留巨噬细胞,也可以来源于单核细胞衍生的巨噬细胞,这些细胞在肿瘤形成早期便在肿瘤细胞附近聚集,促进EMT和侵袭性,同时诱导调节性T细胞反应以保护肿瘤细胞免受适应性免疫攻击15。在胰腺导管腺癌(PDAC)中,IL-1β表达的TAMs与肿瘤细胞之间存在炎症循环,这种IL-1β巨噬细胞是由前列腺素E(PGE)和肿瘤坏死因子(TNF)局部协同作用所诱导,它们的物理接近与PDAC细胞的炎症重编程和致病特性获得相关,导致疾病进展和不良预后16。
基质细胞,特别是癌相关成纤维细胞(CAFs),是炎症微环境的重要组成部分。CAFs通过分泌多种细胞因子和生长因子,直接或间接影响肿瘤细胞的行为。例如,转化生长因子-β(TGF-β)就是由基质成纤维细胞(特别是CAFs)分泌的主要生长因子之一17,它在晚期癌症中是EMT的主要诱导剂,并与肿瘤细胞转移、癌症干细胞自我更新和耐药性相关1819。内皮细胞在炎症微环境中也发挥作用,通过促进血管生成为肿瘤提供营养和氧气。
可溶性因子在炎症微环境的细胞间通讯中起着核心作用:
- 细胞因子:
- IL-6:IL-6是一种重要的促炎细胞因子,其水平升高与多种癌症的进展和不良预后相关2021。它通过激活下游信号通路(如STAT3)促进细胞增殖、抑制凋亡并诱导EMT。
- IL-1β:作为NLRP3炎性体活化的关键产物,IL-1β是动脉粥样硬化等疾病中的重要血管和全身炎症介质22。在癌症中,IL-1β被认为在肿瘤侵袭、进展和转移中扮演重要角色23。临床试验CANTOS(Canakinumab Anti-inflammatory Thrombosis Outcomes Study)的探索性结果显示,使用IL-1β中和抗体卡那单抗(canakinumab)可显著降低肺癌发生率和死亡率,这提示IL-1β在炎症驱动的肿瘤发生中具有潜在的治疗靶点价值23。
- 趋化因子:
- 生长因子:
这些组分共同编织了一个复杂的网络,炎症因子和生长因子通过自分泌或旁分泌的方式作用于肿瘤细胞和基质细胞,驱动细胞增殖失控、抑制细胞凋亡、诱导EMT,进而促进肿瘤的侵袭和转移。EMT是一个生理过程,在上皮细胞转化为间充质细胞以迁移和定植到次级组织时发生,但在癌症晚期,TGF-β是EMT的主要诱导剂,与肿瘤细胞转移、癌症干细胞自我更新和耐药性有关19。这些机制共同揭示了慢性炎症微环境如何从多方面推动癌症的发生和发展。
2. 慢性病毒性肝炎与肝癌的病理进程
2.1 病毒持续感染与肝脏炎症的恶性循环
慢性病毒性肝炎,尤其是由乙型肝炎病毒(HBV)和丙型肝炎病毒(HCV)引起的感染,是全球肝细胞癌(HCC)发生的最主要原因,约占全球HCC病例的70%以上 2627。这两种病毒的持续感染会在肝脏内引发长期的炎症反应,进而形成一个恶性循环,最终导致肝纤维化、肝硬化并显著增加HCC的风险。
乙型肝炎病毒(HBV)持续感染的机制
HBV感染对肝细胞癌的贡献涉及直接和间接机制 2829。HBV DNA整合到宿主基因组中是肿瘤克隆早期扩张的步骤之一,这不仅会导致基因组不稳定,还能直接引起多种癌症相关基因的插入诱变 262829。病毒调节蛋白HBx和/或前S/S包膜蛋白的异常版本持续表达,会扰乱细胞转录和增殖控制,并使肝细胞对致癌因子敏感 262829。HBx蛋白在肝细胞癌发展中扮演重要角色,它被招募到细胞染色质上,调节特定基因座的染色质动态,导致表观遗传改变,进而影响抑癌基因的表达 2829。
HBV引起的持续炎症和肝脏再生反应会促进感染肝细胞中遗传变异的积累 26。在慢性HBV感染的不同阶段,肝内炎症程度存在差异。研究显示,与健康对照组相比,慢性HBV感染患者肝脏中的免疫基因表达和频率均增加 30。特别是免疫活跃期(IA)和HBeAg阴性肝炎期(ENEG)的肝脏表现出更显著的转录组失调,干扰素刺激基因、免疫激活和耗竭基因(如ICOS, CTLA4, PDCD1)以及趋化因子基因(如CXCL9, CXCL10)均显著上调 30。这表明HBV感染通过诱导持续的免疫应答和炎症来推动肝脏损伤。近期研究也揭示了HBV感染可能通过上调SEMA6B等蛋白,诱导巨噬细胞介导的全身炎症反应和肝细胞凋亡,从而加剧肝衰竭进程 31。
HBV特异性CD8+ T细胞功能障碍在慢性HBV感染中普遍存在,这被认为是病毒持续存在和疾病进展的关键因素 3233。虽然在成人中,约90%的急性HBV感染患者能够清除病毒,但持续感染的患者则面临更高的纤维化、肝硬化和HCC风险 32。CD8+ T细胞耗竭是慢性病毒性肝炎中T细胞功能丧失的主要机制之一,表现为抑制性受体(如PD-1, TIM-3, LAG-3)的过表达,这些耗竭的T细胞无法有效清除病毒 323334。此外,HBV还可能通过IL-33/调节性T细胞(Treg)轴增强肝脏对环境致癌物的敏感性,进一步促进肝细胞癌变。CD4+ T细胞通过与枯否细胞(Kupffer cells)的CD40-CD40L相互作用,触发IL-12和IL-27的产生,从而挽救CD8+ T细胞的功能障碍,这一发现为HBV治疗提供了新的免疫治疗靶点 35。
丙型肝炎病毒(HCV)持续感染的机制
HCV感染也极易导致持续感染,并在很大比例的慢性HCV感染患者中发展为HCC 363738。与HBV类似,HCV引起的慢性肝脏炎症是HCC发展的重要驱动因素。HCV的复制或病毒蛋白可以扰乱细胞稳态,诱导活性氧(ROS)的产生,并作为激动剂触发先天免疫应答,导致慢性炎症 37。HCV感染引发的复杂细胞因子网络,最初旨在控制病毒和减轻肝损伤,但HCV会干扰这些细胞因子,通过诱导Th2/T细胞毒性2型细胞因子谱来逃避免疫应答 39。这种免疫控制的失效导致炎症浸润物进入肝实质,并通过干扰素-γ诱导的CXC趋化因子(CXCL9, -10, -11)持续损伤肝脏,最终导致肝硬化 39。
在HCV感染相关肝癌中,Wnt/β-catenin信号通路异常激活也较为常见 40。HCV感染诱导的microRNA-155(miR-155)水平显著升高,miR-155的转录受NF-κB调控,并促进肝细胞增殖和致瘤性,机制是通过激活Wnt信号通路,并抑制Wnt通路抑制因子APC 36。这表明HCV感染通过促进炎症因子释放和表观遗传调控,激活了癌前信号通路。肝星状细胞(HSC)在HCV感染时被激活,是细胞外基质的主要来源,并在纤维化发生中发挥关键作用 37。慢性肝脏炎症、纤维化和肝硬化是HCV相关HCC的典型背景,但并非所有持续感染都会进展为HCC,病毒和宿主免疫因素的组合可能共同促进癌变 38。尽管直接抗病毒药物(DAAs)能够有效清除HCV,但对于已发展为HCC的患者,其影响数据有限,且HCV清除并不能完全消除HCC的风险 2737。这强调了持续监测和深入理解HCV致癌机制的重要性。
总结来说,HBV和HCV通过多种复杂机制,包括病毒蛋白对宿主细胞信号通路的直接干扰(如HBV的HBx蛋白影响p53和Wnt/β-catenin通路,HCV诱导的miR-155激活Wnt信号)、病毒逃逸宿主免疫系统、氧化应激、以及持续的炎症微环境(包括激活肝星状细胞导致肝纤维化),共同驱动肝细胞发生恶性转化,最终导致肝癌的发生发展 2829323637。这些过程的深入理解对于开发更有效的预防和治疗策略至关重要。
2.2 肝炎相关肝癌的分子机制
肝炎病毒感染促进肝细胞癌(HCC)的分子机制复杂而多样,涉及氧化应激、表观遗传修饰以及代谢重编程等多个层面,这些机制共同驱动肝细胞向恶性转化。
氧化应激(ROS积累)
慢性病毒性肝炎感染会诱导持续的氧化应激,导致活性氧(ROS)在肝细胞内大量积累,这是肝细胞癌变的关键驱动因素之一 4142。ROS的过度积累会直接损伤DNA,引起基因突变、染色体不稳定和细胞周期的异常。例如,HCV感染能够通过其病毒蛋白扰乱细胞稳态,诱导ROS的产生 42。这种损伤-修复循环不仅促进了遗传变异的累积,还激活了促炎信号通路,进一步加剧了炎症反应。研究表明,肝脏作为重要的靶向和清除病毒、细菌等异物的器官,通过免疫耐受和抗炎机制维持其功能 42。然而,病毒感染引起的应激会导致线粒体功能障碍,增加ROS表达,并消耗ATP,这些变化进一步触发促炎、免疫抑制的微环境,以及细胞凋亡和坏死机制,破坏肝脏形态的完整性 42。最终,这些通路共同促进肝脏脂肪变性、炎症、纤维化、肝硬化和肝癌的发生 42。
表观遗传修饰
病毒感染通过诱导多种表观遗传修饰来促进肝癌发生,包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA的表达异常 43。这些改变能够影响基因表达,从而调控细胞增殖、凋亡和分化等过程。
- USP26介导的SIRT1去泛素化:虽然直接证据关联USP26介导的SIRT1去泛素化与肝炎相关肝癌的发生机制尚未在提供的材料中详细阐述,但可以推断,去泛素化酶(DUBs)如USP26在维持蛋白质稳定性中发挥关键作用,而SIRT1作为重要的脱乙酰酶,参与调控细胞代谢、炎症和衰老。SIRT1功能的异常可能影响抑癌基因或促癌基因的表达,从而为癌变创造条件。在肝癌中,表观遗传学异常是普遍存在的现象,包括染色质重塑、组蛋白改变、DNA甲基化和非编码RNA表达,这些都与HCC的进展和转移相关 43。例如,WTAP(Wilms tumor 1-associated protein)在HCC中高表达,并通过m6A修饰和HuR-ETS1-p21/p27轴促进肝癌发展,表明m6A修饰作为一种表观遗传机制在肝癌发生中的重要性 44。
代谢重编程
癌细胞通常在缺氧和低营养条件下生存,这迫使它们进行适应性改变,以满足其对能量和生物合成物质的高需求,这种现象被称为“代谢重编程” 4546。病毒性肝炎诱导的慢性炎症会促进肝细胞的代谢重编程,从而为癌细胞的生长提供有利条件。
- ANGPTL8促进炎症-纤维化:血管生成素样蛋白8(ANGPTL8)是一种与肝纤维化相关的炎症因子。研究发现,ANGPTL8水平在肝硬化和HCC患者中均与肝纤维化相关 47。高脂肪饮食(HFD)诱导的非酒精性脂肪肝病(NAFLD)通过促进慢性炎症来诱导ANGPTL8的表达。肝细胞来源的ANGPTL8作为促炎因子,通过与LILRB2受体相互作用,激活ERK信号通路,增加促进肝纤维化的基因表达,从而活化肝星状细胞(HSC),加速HFD诱导的肝纤维化 47。虽然该研究主要关注HFD诱导的NAFLD,但慢性病毒性肝炎同样引起持续炎症,ANGPTL8可能在病毒性肝炎介导的炎症-纤维化-癌变链条中扮演类似角色。
- 其他代谢改变:HCC细胞表现出显著的代谢异质性 45。例如,激活β-catenin的HCC肿瘤依赖于脂肪酸分解代谢,而由脂肪肝引起的HCC肿瘤则避免使用脂肪酸 45。此外,肝癌细胞中通常存在糖酵解途径的增强和乳酸生成增加(Warburg效应) 45。低氧环境(缺氧)是实体瘤,特别是HCC的一个标志,通过缺氧诱导因子(HIF)介导的代谢重编程,促进癌细胞的耐药性 48。p300/CBP作为表观遗传的中心调节因子,在HCC进展中发挥重要作用,其抑制剂B029-2能通过表观遗传调控代谢,减少HCC细胞的糖酵解功能和核苷酸合成,表明表观遗传机制对代谢重编程的调控 49。最新的研究发现,乳酸诱导的IGF2BP3蛋白乳酰化修饰,通过捕获PCK2和NRF2 mRNA并增强其表达,重编程丝氨酸代谢并强化抗氧化防御系统,从而促进HCC对乐伐替尼的耐药性 50。此外,肝癌中精氨酸水平升高,通过与RNA结合基序蛋白39(RBM39)结合,进一步重编程葡萄糖、氨基酸、核苷酸和脂肪酸代谢,促进肿瘤生长 51。
HBV通过IL-33/调节性T细胞轴增强环境致癌物敏感性
2025年的新发现表明,HBV本身不直接导致肝脏炎症或癌症,而是通过改变化学致癌物诱导的慢性炎症来促进肝脏癌变 52。HBV基因组在小鼠肝脏中的长期表达,会增加致癌物(如二乙基亚硝胺,DEN)引起的肝脏炎症和癌症倾向 52。HBV联合DEN激活了IL-33/调节性T细胞(Treg)轴,这一轴在肝脏癌变中是必需的 52。IL-33是一种报警素,在肝脏炎症和损伤中发挥作用。HBV患者的IL-33水平显著升高,而IL-33抑制剂匹伐他汀(Pitavastatin)可以抑制HBV加DEN诱导的肝癌 52。此外,匹伐他汀的使用与患者肝炎及其相关HCC风险的降低显著相关 52。这揭示了环境致癌物是HBV与HCC风险之间的联系,为HBV携带者的癌症预防提供了新的机会 52。
综上所述,肝炎病毒感染通过多种分子机制协同作用,包括持续的氧化应激引发基因损伤、多种表观遗传修饰调控癌基因和抑癌基因表达、以及全面的代谢重编程为癌细胞提供生长优势,同时病毒与环境因素相互作用,共同推动了肝炎相关肝癌的发生发展。对这些复杂机制的深入理解,对于开发针对HCC的精准治疗和预防策略至关重要。
3. 幽门螺杆菌相关胃炎与胃癌的级联转化
3.1 幽门螺杆菌感染的胃黏膜损伤机制
幽门螺杆菌(Helicobacter pylori, Hp)感染是引起慢性胃炎、消化性溃疡以及胃癌的主要病因之一。Hp通过其独特的毒力因子及其诱导的持续炎症反应,对胃黏膜造成损伤,并启动Correa级联反应,最终可能导致胃癌 53。
Hp毒力因子对宿主细胞的直接作用:
Hp感染的致病性与细菌的毒力因子密切相关,其中细胞毒素相关基因A (CagA) 和空泡细胞毒素A (VacA) 是最重要的两种 54。
- CagA蛋白:CagA是Hp感染中最重要的致癌蛋白之一,编码于Cag致病岛(cagPAI)上。携带cagPAI的Hp菌株通过IV型分泌系统(Type IV Secretion System, T4SS)将CagA蛋白注入宿主胃上皮细胞内 55。一旦进入细胞,CagA会在宿主酪氨酸激酶(如Src和Abl)的作用下发生酪氨酸磷酸化,磷酸化的CagA能够模拟或干扰多种宿主细胞信号通路,包括与细胞增殖、凋亡、黏附和迁移相关的信号 56。CagA通过与宿主蛋白αPix相互作用,激活PAK1、ERK和NF-κB等信号通路,进而诱导IL-8的表达 57。IL-8是一种重要的趋化因子,能够吸引中性粒细胞和其他免疫细胞到感染部位,加剧炎症反应 58。此外,CagA的转运能够破坏细胞-细胞连接和细胞骨架重排,引发炎症、细胞周期相关、增殖、抗凋亡和DNA损伤应答等一系列宿主信号网络改变 55。近期研究还发现,CagA通过干扰端粒酶逆转录酶(TERT)与其E3连接酶SYVN1的相互作用,提高TERT的丰度,从而激活TERT/Wnt/β-Catenin通路,促进痉挛性多肽表达性化生(SPEM)和贲门腺萎缩的发生 59。
- VacA蛋白:VacA是Hp分泌的另一种重要毒力因子,可以诱导宿主细胞形成空泡,并对免疫细胞产生抑制作用。虽然VacA对IL-8表达的影响不如CagA显著,但它通过多种机制协同CagA促进胃黏膜损伤。
信号通路的激活与炎症因子释放:
Hp感染引起的持续炎症主要通过激活宿主细胞内的关键信号通路来介导,包括NF-κB和MAPK通路:
- NF-κB通路:Hp(尤其是CagA阳性菌株)通过T4SS注入宿主细胞的CagA以及脂多糖等成分,能够激活核因子-κB(NF-κB)通路 6061。NF-κB是多种炎症和免疫反应基因转录的关键调节因子。NF-κB的激活导致IL-8、TNF-α、IL-1β等促炎细胞因子和趋化因子的表达上调,这些因子进一步吸引和活化免疫细胞,导致胃黏膜持续炎症 62。
- MAPK通路:丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路,包括ERK、JNK和p38,也在Hp感染过程中被激活 57。例如,HP99菌株能够通过Ras和MAPK级联反应激活AP-1和NF-κB,进而诱导IL-8和MCP-1等趋化因子的表达 61。MAPK通路的激活对细胞增殖、分化和凋亡具有重要调控作用,其异常活化参与了癌前病变的发生 62。
Hp对胃酸分泌的抑制与胃微生态失调:
除了直接损伤作用,Hp感染还能通过影响胃酸分泌来改变胃内环境。虽然胃酸被认为是Hp生存的障碍,但Hp具有多种机制来适应和调节胃酸环境,例如产生尿素酶将尿素水解为氨和二氧化碳以中和胃酸。长期Hp感染,特别是伴随萎缩性胃炎,常导致胃酸分泌减少,甚至出现胃酸缺乏 63。胃酸分泌的长期抑制,无论是由Hp感染还是长期使用质子泵抑制剂(PPIs)引起,都会导致胃内pH值升高,从而为非Hp细菌的生长创造有利条件,导致胃微生态失调 6364。
- 胃微生态失调:正常情况下,胃是相对无菌的环境。但Hp感染后,尤其是伴随胃酸减少,胃内细菌多样性显著增加,非Hp的革兰氏阴性菌(如_Streptococcus_、Veillonella、Lactobacillus、Prevotella_和_Rothia_等)以及一些肠道细菌(如_Escherichia_和_Enterobacter)开始在胃内定植并增殖 6566。这种菌群失调进一步促进炎症反应,产生致癌物质(如亚硝胺),并影响宿主细胞的信号通路。例如,在Hp阳性个体中,根除治疗成功后,胃黏膜菌群的丰富度和Shannon指数均显著增加,并恢复到与Hp阴性个体相似的水平,这表明Hp感染导致了胃黏膜菌群的失调,并且根除治疗能够逆转这一过程 67。一些研究表明,_Fusobacterium_在胃癌进展过程中显著富集,可能在胃癌发生中发挥重要作用 6566。
这些复杂的相互作用——Hp毒力因子直接损伤宿主细胞,激活促炎信号通路,诱导炎症因子释放,同时通过抑制胃酸分泌导致胃微生态失调——共同加速了胃黏膜的萎缩和肠化生进程,为胃癌的发生奠定了病理基础。
3.2 慢性萎缩性胃炎到胃癌的关键节点
慢性萎缩性胃炎(CAG)是幽门螺杆菌(Hp)感染引起的胃癌发生级联反应中的一个重要阶段。在这个阶段,胃黏膜腺体萎缩并常伴有胃黏膜肠化生(Gastric Intestinal Metaplasia, GIM),GIM被认为是胃癌的癌前病变,其进展至胃癌是Hp感染相关胃癌级联转化的关键环节 6869。
肠化生(GIM)的异质性与癌变风险的关联
GIM的异质性是评估其癌变风险的重要因素。GIM根据其形态学和组织学特征可分为完全型和不完全型。完全型GIM表现为小肠绒毛状结构和杯状细胞、吸收细胞、潘氏细胞等,而不完全型GIM则呈现结肠型上皮细胞,缺乏小肠特有的细胞类型,且常伴有异型增生。研究普遍认为,不完全型GIM具有更高的癌变风险 68。
近期对肠化生的时空基因组分析揭示了胃癌进展中的克隆动态。通过对1256份胃样本(其中1152份为IM)进行为期10年的前瞻性研究,研究人员识别出26个IM驱动基因,涉及染色质调控(如ARID1A)和肠道稳态(如SOX9)等多个通路。单细胞和空间分析突出了组织生态学和IM谱系异质性的变化,其中一个以肠道干细胞为主的细胞区室与早期恶性肿瘤相关联。扩展的转录组分析揭示了与不完全型组织学、胃窦/肠型细胞类型、ARID1A突变、炎症以及通常与健康口腔相关的微生物群落相关的IM表达分子亚型 68。这些研究强调了整合临床-基因组模型在预测IM患者癌变风险方面的优越性,并指出微生物失调在IM进展中的作用,为胃癌的精准预防和干预提供了机会 68。
Hp感染后持续炎症驱动异型增生的机制
Hp感染导致的持续炎症通过多种分子机制驱动胃黏膜从肠化生向异型增生,最终发展为胃癌:
DNA甲基化异常:
DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰,在基因表达调控中发挥关键作用。Hp感染诱导的慢性炎症会引起DNA甲基化异常,特别是抑癌基因启动子区域的高甲基化,从而导致这些基因的沉默,促进癌变 70717273747576。- 抑癌基因启动子高甲基化:在胃癌中,多种抑癌基因被发现存在启动子区域的高甲基化,例如:
- RUNX3:Runt相关转录因子3 (RUNX3) 是一个在胃癌中扮演抑癌基因角色的转录因子。多项研究表明,RUNX3启动子高甲基化与胃癌的发生密切相关 77。
- CDH1 (E-cadherin):CDH1基因编码E-钙粘蛋白,是上皮细胞间黏附的关键分子,其失活与肿瘤的侵袭和转移密切相关。CDH1基因启动子的高甲基化在胃癌,特别是弥漫型胃癌中常见 78。
- APC:腺瘤性息肉病结肠基因(APC)是一个重要的抑癌基因,其启动子甲基化与胃癌的发生风险增加有关 79。
- p16:p16基因编码细胞周期抑制蛋白p16INK4a,其启动子高甲基化与胃癌的发生和进展显著相关,包括肠化生、较差的组织学分化、局部浸润、淋巴结播散和更晚期的TNM分期 80。
- Hp感染与甲基化:Hp感染是异常DNA甲基化的重要诱因,无论是通过其致病性CagA蛋白还是通过诱导慢性炎症,都可导致DNA甲基化改变 707173747576。Hp感染引发的活性氧/氮物种(ROS/RNS)不仅损伤DNA,还可激活DNA甲基转移酶(DNMTs)活性,导致DNA胞嘧啶甲基化,进一步促进表观遗传改变 7275。根除Hp感染可以部分逆转某些基因的异常甲基化,提示其在预防胃癌中的潜在作用。
- 抑癌基因启动子高甲基化:在胃癌中,多种抑癌基因被发现存在启动子区域的高甲基化,例如:
干细胞异常增殖(如LGR5+胃干细胞活化):
胃黏膜的持续损伤和修复循环会刺激干细胞的异常增殖,从而增加致癌突变的累积。在胃肠道中,LGR5(Leucine-rich repeat-containing G protein-coupled receptor 5)被认为是重要的干细胞标志物。在Hp感染和慢性炎症的背景下,胃黏膜干细胞(包括LGR5+干细胞)的异常活化和增殖可能导致克隆扩张,并增加发生异型增生的风险。这些异常增殖的干细胞更容易积累基因突变,并产生对恶劣环境具有抵抗力的细胞克隆,这些克隆最终可能演变为肿瘤。微RNAs失调:
慢性炎症还导致微RNAs(miRNAs)表达的异常。miRNAs是小的非编码RNA分子,通过调控基因表达在多种细胞过程中发挥作用,包括细胞增殖、分化和凋亡。在Hp感染相关的胃癌发生过程中,一些miRNAs的表达上调或下调,例如miR-30a在Hp感染的胃癌模型中被发现作为肿瘤抑制因子,通过双重靶向COX-2和BCL9来抑制肿瘤生长和迁移 81。miRNA的失调可以促进致癌基因的表达或抑制抑癌基因的功能,从而加速异型增生向胃癌的转化 70717276。微生物群落失调:
如前所述,Hp感染不仅直接引起炎症,还可能导致胃微生态失调,促进其他致病菌的定植和增殖 6882。这些非Hp细菌也可以通过产生致癌代谢物或激活炎症信号通路,协同Hp驱动胃黏膜损伤和癌变进程。胃癌发生过程中,微生物群落的变化与炎症、ARID1A突变等因素相互作用,共同促进疾病进展 68。
综上所述,从慢性萎缩性胃炎发展到胃癌是一个多阶段、多因素参与的复杂过程。GIM的异质性及其相关风险,以及Hp感染后持续炎症通过DNA甲基化、干细胞异常增殖和miRNA失调等关键分子机制,共同推动了异型增生的发生和发展,最终导致胃癌的形成。对这些关键节点的深入理解,对于胃癌的早期诊断、风险评估和精准预防具有重要意义。
4. 慢性胰腺炎与胰腺癌的转化机制
4.1 慢性胰腺炎的病理特征与致癌微环境
慢性胰腺炎(Chronic Pancreatitis, CP)是一种进行性炎症性疾病,其特征是胰腺组织结构和功能的不可逆性破坏,是胰腺癌(Pancreatic Ductal Adenocarcinoma, PDAC)发生发展的重要危险因素。CP的病理进程伴随着腺泡细胞损伤、炎症浸润、纤维化和腺泡-导管化生(Acinar-to-Ductal Metaplasia, ADM)等一系列复杂病理变化,这些变化共同营造了一个有利于癌细胞生长的致癌微环境。
腺泡-导管化生(ADM)
ADM是CP早期发生的关键病理事件之一,指胰腺腺泡细胞在持续炎症刺激下,发生表型转化,获得导管样细胞的特征。这一过程被认为是胰腺癌的起始步骤,因为ADM灶常常伴随有致癌基因突变,尤其是KRas基因突变,是胰腺导管内乳头状黏液性肿瘤(IPMN)和胰腺上皮内瘤变(PanIN)等癌前病变的前兆 8384。在体外三维培养和基因工程小鼠模型中,糖原合酶激酶-3β(GSK-3β)被证明能促进TGF-α诱导的ADM发展,而敲除GSK-3β则能减弱ADM形成和PanIN进展,这表明GSK-3β可能成为治疗CP和预防PDAC进展的靶点 83。此外,基底膜(BM)中的细胞外基质受体dystroglycan在正常胰腺腺泡细胞中高表达,但在ADM和胰腺癌前病变的所有阶段,其表达均显著下调。在致癌性Kras表达的背景下条件性删除dystroglycan,可加速胰腺疾病进展,包括促进异型增生发展和缩短生存期,表明dystroglycan是胰腺异型增生发展的抑制因子 85。
纤维化与肌成纤维细胞增殖
慢性胰腺炎的另一个显著特征是胰腺间质中大量纤维组织的增生,这一过程主要由胰腺星状细胞(Pancreatic Stellate Cells, PSCs)的活化和增殖驱动。PSCs是胰腺微环境中主要的基质细胞,在正常生理条件下处于静止状态,但在炎症、损伤和肿瘤微环境中会被激活,转变为肌成纤维细胞样表型。活化的PSCs分泌大量的细胞外基质(Extracellular Matrix, ECM)成分,如胶原蛋白、纤连蛋白等,导致胰腺组织纤维化,形成坚硬的肿瘤间质。这种致密的纤维化间质不仅限制了药物渗透,也为肿瘤细胞提供了生长支架和保护屏障。磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)家族的成员在肿瘤细胞、PSCs和肿瘤浸润性炎症细胞中均被激活,以促进癌症生长。促炎细胞因子和趋化因子可以激活PSC和炎症细胞中的PI3K通路 86。
癌前病变:导管内黏液性乳头状肿瘤(IPMN)和胰腺上皮内瘤变(PanIN)
慢性胰腺炎患者发生胰腺癌的风险显著高于普通人群,这与CP引起的反复炎症促进IPMN和PanIN等癌前病变的形成密切相关。IPMN是一种起源于胰腺导管上皮的囊性肿瘤,具有不同程度的异型增生,并有进展为浸润性癌的潜能。PanIN则是导管上皮内的一种非浸润性病变,通常发生在小导管,被认为是PDAC最常见的癌前病变。这些病变在组织学上呈现出从低级别异型增生到高级别异型增生再到浸润性癌的连续性进展。
炎症微环境中的关键细胞与分子
CP诱导的炎症微环境是PDAC发生发展的“土壤”,其中巨噬细胞和CXCL12/CXCR4轴扮演着重要角色。
- M2型巨噬细胞:肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)在PDAC微环境中高度富集,其中M2型巨噬细胞是主要亚型。M2型巨噬细胞具有免疫抑制和促肿瘤的特性,它们通过分泌多种细胞因子(如TGF-β、IL-10)和生长因子,促进肿瘤细胞增殖、血管生成、侵袭和转移,并抑制抗肿瘤免疫反应。在CP和PDAC中,炎症介质诱导巨噬细胞向M2型极化,这些M2型巨噬细胞进一步促进PSCs的活化和ECM的沉积,从而加剧纤维化和肿瘤进展。
- CXCL12/CXCR4轴对PSCs活化的促进作用:趋化因子CXCL12(也称为SDF-1)及其受体CXCR4在CP和PDAC的进展中发挥关键作用。CXCL12由活化的PSCs和肿瘤细胞分泌,而PSCs、肿瘤细胞以及各种免疫细胞均表达CXCR4。CXCL12-CXCR4轴的激活能够促进PSCs的增殖、迁移和ECM的合成,从而加剧胰腺纤维化。同时,该轴还诱导肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移,并通过招募免疫抑制细胞(如调节性T细胞和髓源性抑制细胞)来抑制抗肿瘤免疫。在炎症微环境中,CXCL12-CXCR4轴作为一个重要的信号通路,连接了炎症、纤维化和肿瘤发生发展。
- p38 MAPK通路:p38 MAPK通路的激活在急性胰腺炎早期发生,抑制p38 MAPK可能减轻胰腺炎症。研究表明,在胰腺腺泡细胞(PACs)和星状细胞(PSCs)的共培养环境中,细胞微环境对p38 MAPK和糖皮质激素受体(GR)的激活具有重要作用。氢化可的松能够抑制PACs和PSCs中由共培养引起的磷酸化p38 MAPK的上调,并增加GR的核转位。这提示p38 MAPK通路在胰腺炎症中扮演关键角色,可能成为药物干预的靶点 87。
- 其他通路:SNAIL相关蛋白Slug(Snai2)意外地被发现能通过抑制ADM发展,从而抑制胰腺癌的发生。在Kras表达小鼠中,Slug可以减弱Kras诱导的ADM发展、ERK1/2磷酸化和细胞增殖。Slug与Kras共表达还能减轻慢性胰腺炎诱导的ADM发展和纤维化。这表明Slug可能在ADM中发挥肿瘤抑制作用,通过阻止ADM,从而抑制胰腺癌的发生 88。此外,Akt1信号通路在急性胰腺炎发展中也扮演关键角色,其特异性失活可减少腺泡细胞增殖并加剧ADM形成,提示Akt1活化剂可能有助于促进胰腺再生 89。
综上所述,慢性胰腺炎通过ADM、纤维化、癌前病变以及由M2型巨噬细胞和CXCL12/CXCR4轴等组成的致癌微环境,为胰腺癌的发生发展提供了肥沃的土壤。深入理解这些病理特征和分子机制,对于开发有效的预防和治疗PDAC的策略至关重要。
4.2 遗传与环境因素的协同致癌效应
胰腺癌(PDAC)的发生发展是遗传、环境因素与慢性炎症协同作用的复杂过程。特定基因的突变可以降低胰腺对炎症的耐受性,而吸烟、高脂饮食等环境因素则能加剧炎症反应,共同促进致癌事件的发生,其中KRas突变是胰腺癌中最常见的致癌基因突变。
遗传突变降低胰腺对炎症的耐受性
多种遗传基因突变与慢性胰腺炎(CP)的发生和PDAC风险升高密切相关,这些突变影响胰腺的蛋白酶平衡和离子通道功能,使胰腺对炎症刺激更为敏感 9091。
- PRSS1基因突变:阳离子胰蛋白酶原基因(PRSS1)的突变是遗传性慢性胰腺炎(HCP)最主要的遗传基础 9091。PRSS1突变,如R122H,导致胰蛋白酶原在胰腺内过早激活,生成具有活性的胰蛋白酶。正常情况下,胰腺通过胰蛋白酶抑制剂(如SPINK1)维持蛋白酶的平衡。然而,PRSS1突变导致胰蛋白酶活性失衡,诱发自身消化,进而引起反复的胰腺炎症和损伤 90。长期来看,这种持续的炎症和损伤增加了胰腺癌的风险 9192。虽然PRSS1突变直接导致CP,但其与胰腺癌风险的直接关联在一些研究中并未显著发现,德国患者的研究显示PRSS1突变未显著增加胰腺癌风险 93。但另有研究指出,PRSS1基因的内含子突变(如IVS 3+36 A>G)在胰腺癌和CP患者中均有发现,提示其可能作为胰腺癌和CP的特殊共同病因 92。
- CFTR基因突变:囊性纤维化跨膜传导调节因子(CFTR)基因编码一种氯离子通道蛋白,其功能障碍会导致黏液分泌异常,进而引起导管堵塞和慢性炎症。CFTR基因突变是囊性纤维化的病因,也是一些特发性CP患者的遗传风险因素 90。研究表明,CFTR基因突变患者发生胰腺癌的风险显著升高,尤其是在伴有吸烟等风险因素时 94。这提示CFTR功能异常通过影响胰腺液的正常分泌和清除,使得胰腺更容易受到炎症的侵袭,从而增加了癌变的几率。然而,也有研究指出,CFTR突变频率在胰腺癌患者中与健康对照组相比无显著差异 93。这种差异可能与研究人群的遗传背景和环境暴露有关。
- 其他基因:丝氨酸蛋白酶抑制剂Kazal型1(SPINK1)和胰凝乳蛋白酶C(CTRC)基因突变也与CP的发生相关 9093。SPINK1编码一种胰蛋白酶抑制剂,其突变可能导致抑制功能下降,进而促进胰蛋白酶的异常激活。虽然这些突变增加了CP风险,但其与胰腺癌风险的直接关联仍需更多研究证实 93。
环境因素的协同致癌效应
吸烟和高脂饮食是公认的胰腺癌环境风险因素,它们通过多种机制加剧胰腺炎症,并与遗传因素协同作用,促进癌变 95。
- 吸烟:吸烟是胰腺癌最明确、最一致的危险因素之一,可使胰腺癌风险增加约两倍 9495。吸烟中的致癌物质,如亚硝胺,可以直接损伤胰腺细胞DNA,并诱导慢性炎症。对于携带遗传性胰腺炎基因突变(如CFTR突变)的个体,吸烟的致癌效应更为显著,进一步提高了胰腺癌的风险 94。
- 高脂饮食:高脂饮食,特别是西方饮食模式,与多种癌症的发生发展相关,包括胰腺癌 95。高脂饮食可能通过多种途径促进胰腺炎症和癌变:
- 肠道菌群失调:高脂饮食可以改变肠道微生物群落的组成和功能,导致肠道菌群失调。这种失调可能增加肠道通透性,使细菌产物(如脂多糖, LPS)进入血液循环,进而通过门静脉系统到达胰腺,激活胰腺细胞的炎症反应。
- TLR4/NF-κB通路:TLR4(Toll样受体4)是识别LPS的重要模式识别受体。肠道来源的LPS可以激活胰腺细胞上的TLR4,进而触发NF-κB信号通路。NF-κB是炎症反应的核心转录因子,其激活导致多种促炎细胞因子和趋化因子(如TNF-α、IL-6、IL-1β)的释放,加剧胰腺炎症。持续的NF-κB激活不仅直接促进炎症,还可能诱导细胞增殖、抑制凋亡,为KRas突变等致癌事件创造有利条件。
- 氧化应激与代谢异常:高脂饮食还可引起氧化应激和胰岛素抵抗,这些代谢异常进一步加剧胰腺炎症,并通过复杂的信号网络促进胰腺上皮细胞的恶性转化。
- 其他环境因素:酗酒是慢性胰腺炎的主要病因之一,虽然与胰腺癌的直接关联不如吸烟显著,但重度饮酒者胰腺癌风险增加 95。2025年的一项研究发现,一位伴有高脂肪饮食和大量吸烟习惯的复发性高甘油三酯血症性急性胰腺炎(HTG-AP)患者,体内存在 novel GPD1基因错义变异p.K327N。虽然该变异对GPD1功能影响相对较小,但与高脂肪饮食和大量吸烟共同作用,可能触发了HTG-AP,这提示了基因-环境交互作用在胰腺疾病发生中的重要性 96。
Kras突变等致癌事件的促进
KRas基因突变是胰腺癌中最常见的驱动突变 97。慢性胰腺炎所造成的持续炎症微环境,包括ROS积累、DNA损伤和细胞增殖加速,为KRas突变的发生和克隆选择提供了机会。
- 炎症促进KRas突变:炎症微环境中产生的活性氧和氮物种,以及细胞增殖过程中DNA复制的错误,都会增加KRas基因发生突变的可能性。一旦KRas发生突变,它便诱导ADM向PanINs和浸润性癌进展 9899。
- 基因-环境交互作用加速进展:有研究表明,组织损伤(如胰腺炎)与KRas致癌突变协同作用,显著加速早期肿瘤病变(如PanIN)的形成和进展 100。在这种基因-环境交互作用下,胰腺上皮细胞中会形成一种独特的染色质状态,区分于正常再生过程,并贯穿于整个恶性演变过程。这种癌症相关表观遗传状态在胰腺损伤后48小时内即可出现,涉及“腺泡-肿瘤”染色质转换,导致早期与人类胰腺癌相关的基因失调 100。此外,IL-33这种报警素细胞因子在组织损伤后被迅速激活,与突变型KRas协同作用,引发早期肿瘤和新生物转化的表观遗传重塑程序 100。
- HBP1在PanIN进展中的作用:HMG盒包含蛋白1(HBP1)在人慢性胰腺炎和鼠急性胰腺炎中均上调,并且其在人慢性胰腺炎中的表达与癌症的存在相关。虽然HBP1上调可能减轻胰腺炎症损伤,但在KRas致癌突变存在的情况下,HBP1却促进PanIN的进展。这提示HBP1在胰腺炎和早期胰腺肿瘤形成中都扮演着关键角色,可能成为干预胰腺炎和PanIN进展的潜在治疗靶点 101。
总之,遗传因素(如PRSS1、CFTR突变)通过影响胰腺对炎症的敏感性,降低其耐受性,而吸烟、高脂饮食等环境因素则通过肠道菌群失调、TLR4/NF-κB通路激活以及氧化应激等机制加剧胰腺炎症,两者协同作用,共同促进KRas突变等致癌事件的发生,最终驱动慢性胰腺炎向胰腺癌转化。深入理解这些协同机制,对于制定胰腺癌的风险评估、早期预防和靶向治疗策略至关重要。
5. 慢性炎症相关癌症的共同分子机制
5.1 关键信号通路的异常激活
慢性炎症通过多种信号通路的异常激活,深刻影响细胞增殖、凋亡、分化和迁移等基本生物学过程,从而驱动癌症的发生和发展。在不同的炎症-癌症模型中,NF-κB、STAT3和HIF-1α等信号通路表现出共性激活模式,并在调节细胞周期和凋亡方面发挥关键作用。
1. NF-κB (核因子-κB) 通路
NF-κB是炎症和免疫反应中的核心转录因子,其异常激活是连接慢性炎症与癌症的关键分子环节。自首次发现NF-κB在连接持续感染和慢性炎症与癌症风险增加中发挥分子核心作用以来,炎症与癌症领域已日趋成熟,炎症被广泛认为是癌症的标志和原因 102。
- 激活机制:在炎症微环境中,多种促炎因子(如TNF-α、IL-1β、LPS等)或感染因子(如Hp毒力因子CagA)能激活NF-κB通路。通常,非激活状态的NF-κB与抑制蛋白IκB结合,存在于细胞质中。当IκB被磷酸化并泛素化降解后,NF-κB释放并转位入核,与靶基因启动子结合,启动相关基因的转录。
- 功能:激活的NF-κB促进促炎细胞因子和趋化因子的表达,吸引更多的免疫细胞到炎症部位,形成恶性循环。此外,NF-κB还直接调控细胞增殖、存活和血管生成相关的基因,例如:
- 细胞周期调控:NF-κB可以通过调控细胞周期蛋白(如cyclin D1)和细胞周期抑制因子(如p21)的表达来影响细胞周期进程。
- 凋亡抑制:NF-κB可上调抗凋亡蛋白的表达,抑制癌细胞的程序性死亡,从而促进肿瘤细胞的存活和积累 103。
- 在癌症中的作用:在多种癌症中,包括肝癌、胃癌和胰腺癌,NF-κB的持续激活与肿瘤的发生、进展和转移密切相关。例如,在胶质瘤中,敲低Trem2可以抑制NF-κB p50信号通路,促进促炎性小胶质细胞的产生,从而抑制胶质瘤的生长和血管生成 104。在肝癌中,NF-κB可与STAT3协同,共同上调HIF-1α和CD133的表达,促进肝癌的发生发展 105。胰腺癌中,NF-κB通路的持续激活促进CXCL1的产生,进而促进免疫抑制 106。
2. STAT3 (信号转导与转录激活因子3) 通路
STAT3是JAK/STAT信号通路的关键成员,在炎症和癌症中扮演着多功能角色。
- 激活机制:多种细胞因子(尤其是IL-6)和生长因子可以激活JAK(Janus激酶),进而使STAT3磷酸化,形成二聚体并转位入核,调控靶基因的表达 107。IL-6/STAT3通路是慢性炎症相关癌症中一个核心的促癌通路。
- 功能:激活的STAT3促进细胞增殖、抑制凋亡、诱导血管生成和免疫抑制,并且与干细胞特性和耐药性相关 108。具体而言:
- 细胞增殖与存活:STAT3能够上调细胞周期蛋白(如cyclin D1、c-Myc)和抗凋亡蛋白(如Bcl-2、Survivin)的表达,促进癌细胞的无限增殖和存活。
- EMT和转移:STAT3通过调控EMT相关转录因子(如Snail、Slug)的表达,促进癌细胞获得间充质表型,增强侵袭和转移能力。
- 在癌症中的作用:STAT3在多种炎症相关癌症中普遍激活。例如,在肝癌中,IL-6/STAT3信号通过功能性协同NF-κB和HIF-1α,诱导CD133的表达,从而促进肝癌进展 105。早期研究也表明,RB(视网膜母细胞瘤)肿瘤抑制基因的失活通过刺激IL-6/STAT3通路增强促炎信号,直接促进癌细胞的多种恶性特征 107。在血管瘤中,IL-6通过激活STAT3/HIF-1α/VEGFA信号,促进血管瘤细胞的恶性增殖和迁移 109。中药复方M-BJJW可通过调节HIF-1α/STAT3/NF-κB信号通路,抑制PD-L1介导的免疫逃逸,从而发挥抗肝癌作用 110。
3. HIF-1α (缺氧诱导因子-1α) 通路
肿瘤组织内普遍存在的缺氧微环境是HIF-1α激活的主要因素,HIF-1α在炎症和癌症的交界处扮演着关键角色。
- 激活机制:在常氧条件下,HIF-1α被脯氨酰羟化酶(EGLN)羟基化,随后被VHL蛋白泛素化并降解。在缺氧条件下,EGLN活性受抑制,导致HIF-1α稳定并积累,随后与HIF-1β结合形成HIF-1,转位入核调控下游靶基因 111。长时间缺氧通过调节脯氨酰羟化来促进RIPK1激酶的激活,独立于TNFα-TNFR1通路,进而介导细胞死亡和炎症 111。
- 功能:HIF-1α调控多种基因的表达,这些基因参与细胞代谢重编程(如Warburg效应)、血管生成、细胞增殖和存活等过程。
- 在癌症中的作用:HIF-1α在多种实体瘤中高表达,与肿瘤的恶性程度和预后不良相关。例如,在肝癌中,HIF-1α通过调节PD-L1的表达促进免疫逃逸 110。在胃癌前病变中,HIF-1α介导的糖酵解在病程进展中表现出动态变化,而中药复方改良左金丸可通过靶向HIF-1α通路缓解胃癌前病变 115。
通路间的交叉对话与协同作用
NF-κB、STAT3和HIF-1α通路之间并非独立作用,而是存在复杂的交叉对话,共同增强促癌效应。例如:
- NF-κB与STAT3:NF-κB可以促进IL-6的表达,从而激活STAT3通路,形成正反馈循环 103。
- HIF-1α与NF-κB/STAT3:在缺氧条件下,HIF-1α与NF-κB和STAT3之间存在协同作用,共同促进肿瘤细胞的增殖、存活和免疫逃逸 105110113。缺氧和循环缺氧两种类型的缺氧都与HIF-1和NF-κB的激活有关,并诱导基因表达的变化 113。持续缺氧和循环缺氧通过HIF-1和NF-κB激活,诱导各种细胞因子和趋化因子的表达,促进肿瘤的慢性低度炎症 113。
这些关键信号通路的异常激活及其复杂的交互作用,共同构成了慢性炎症驱动癌症发生发展的分子基础。深入理解这些机制,对于开发靶向炎症-癌症转化的新型治疗策略具有重要意义。
5.2 表观遗传与代谢重编程的交叉作用
慢性炎症驱动癌症的发生发展,不仅涉及关键信号通路的异常激活,更深层次地体现在表观遗传修饰和代谢重编程的复杂交叉作用中。炎症因子能够通过调控表观遗传酶来影响基因表达,而炎症诱导的代谢改变则为癌细胞的生长和增殖提供必要的物质和能量,两者相互促进,共同推动肿瘤进展。
1. 炎症因子对表观遗传修饰的影响
表观遗传修饰,如DNA甲基化、组蛋白修饰(乙酰化、甲基化等)以及非编码RNA的调控,在不改变DNA序列的前提下,深刻影响基因的表达模式。炎症因子作为微环境中的重要信号分子,可以直接或间接地调控这些表观遗传酶的活性,进而塑造癌细胞的基因表达景观。
IL-6与组蛋白去乙酰化酶(HDAC):
IL-6作为一种重要的促炎细胞因子,在慢性炎症驱动的癌症中扮演核心角色。研究表明,IL-6可以通过多种机制影响组蛋白去乙酰化酶(HDACs)的表达和活性。HDACs通过去除组蛋白上的乙酰基,使染色质结构变得紧密,从而抑制基因转录。例如,在卵巢癌细胞中,H1.0连接组蛋白通过调节HDAC5来影响IL-6的表达和紫杉醇耐药性。H1.0的沉默可提高HDAC5水平,而HDAC5过表达能显著抑制IL-6的mRNA和蛋白表达,这与H3K9Ac组蛋白乙酰化水平的降低以及NF-κB在IL-6启动子上的结合减少有关 116。这表明IL-6本身可以被HDACs调控,同时也可能反过来影响HDACs的活性,形成一个复杂的调控网络。另一个例子是,Tet2在炎症消退过程中通过招募HDAC2特异性抑制IL-6的表达 117,这提示HDACs在炎症反应的精细调控中发挥着重要作用。
此外,HDACs,特别是HDAC3,在炎症相关的癌症中发挥着关键作用。例如,在吸烟诱导的胰腺癌模型中,吸烟通过减少组蛋白乙酰化并招募巨噬细胞,刺激胰腺导管内瘤变(PanIN)的发展。这种促癌作用可被HDAC I/II抑制剂Saha所阻断。机制研究发现,IL-6的产生受到癌细胞中HDAC3核转位的调控,而IL-6又进一步刺激巨噬细胞向促肿瘤表型转化 118。这表明HDACs在炎症因子诱导的癌变过程中充当了重要的介质,通过调控炎症因子的表达和免疫细胞的极化来影响肿瘤微环境。DNA甲基转移酶(DNMT)与炎症:
DNA甲基化由DNA甲基转移酶(DNMTs)催化,主要发生在CpG二核苷酸上,通常导致基因沉默。慢性炎症,特别是幽门螺杆菌(Hp)感染,被认为是异常DNA甲基化的重要诱因。Hp感染可以通过其致病性CagA蛋白或持续诱导的慢性炎症来影响DNA甲基化 70。非编码RNA与炎症:
非编码RNA,如microRNA(miRNA)和长链非编码RNA(lncRNA),也在炎症相关的表观遗传调控中发挥重要作用。炎症因子可以改变miRNA的表达谱,进而调控靶基因。例如,肠毒素产气荚膜梭菌(ETBF)通过下调exosome封装的miR-149-3p来促进肠道炎症和恶性肿瘤 119。miR-149-3p的下调依赖于METTL14介导的N6-甲基腺苷(m6A)甲基化,这表明RNA甲基化作为一种表观遗传修饰在炎症和癌症中的作用。
2. 炎症诱导的代谢重编程
癌细胞表现出显著的代谢重编程,以满足其快速增殖、生长和存活的巨大生物能量和生物合成需求 120。炎症微环境是代谢重编程的重要驱动力,通过诱导癌细胞采取独特的代谢策略,为其恶性行为提供支持。
Warburg效应:
Warburg效应是癌细胞代谢重编程的标志性特征,指癌细胞即使在有氧条件下也倾向于通过糖酵解而非氧化磷酸化来产生能量 121。这种代谢模式虽然效率较低,但能快速产生生物合成所需的中间产物(如核苷酸、氨基酸和脂质),以支持细胞的快速增殖 120。HIF-1α在Warburg效应中扮演关键角色,即使在有氧条件下,癌细胞也能激活HIF信号,确保糖酵解的增强以合成大分子 120。炎症因子,如IL-6和TNF-α,可以促进HIF-1α的稳定和活性,从而间接增强Warburg效应。此外,丙酮酸激酶M2(PKM2)作为糖酵解途径中的关键酶,在癌细胞的代谢重编程中具有多重功能,除了其经典的糖酵解作用外,还参与免疫调节、炎症、DNA修复和mRNA加工等非糖酵解过程 122。谷氨酰胺依赖:
许多癌细胞对谷氨酰胺具有高度依赖性,将其作为碳源和氮源来合成蛋白质、核酸和脂质,并维持氧化还原平衡。炎症微环境可以通过多种机制影响谷氨酰胺代谢。例如,谷氨酰胺合成酶(GS)通过从谷氨酸合成谷氨酰胺来控制重要的细胞事件,包括炎症介质的释放和mTOR激活。抑制GS可以将M2极化巨噬细胞转向M1样表型,表现为细胞内谷氨酰胺减少,琥珀酸增加,并通过HIF1α激活增强糖酵解。这种代谢变化使得被抑制GS的巨噬细胞诱导T细胞募集能力增强,T细胞抑制潜力降低,并削弱其促进内皮细胞分支或癌细胞迁移的能力 123。这表明谷氨酰胺代谢的调控对免疫细胞功能和肿瘤进展至关重要。
在胃癌中,谷氨酰胺代谢也是治疗靶点 121。一些癌细胞,特别是在腹膜转移中,会利用谷氨酰胺作为替代能源底物 124。氧化应激与代谢:
慢性炎症往往伴随着活性氧(ROS)的产生和氧化应激。ROS不仅直接损伤DNA,还可以作为信号分子影响细胞代谢。例如,ROS可以诱导HIF-1α的稳定,从而增强糖酵解和Warburg效应。同时,癌细胞通过代谢重编程来提高其抗氧化能力,以应对高水平的ROS。
3. 表观遗传与代谢重编程的互作
表观遗传和代谢重编程并非孤立发生,而是紧密交织,形成复杂的调控网络。
- 代谢产物作为表观遗传修饰的底物或辅因子:
细胞内的代谢产物,如乙酰辅酶A(作为组蛋白乙酰化的底物)、S-腺苷甲硫氨酸(作为DNA和组蛋白甲基化的甲基供体),直接影响表观遗传酶的活性。炎症诱导的代谢重编程,特别是Warburg效应和谷氨酰胺分解代谢,改变了这些代谢产物的水平,从而直接影响表观遗传修饰。例如,细胞因子(如IL-6)可以调控HDACs和DNMTs的活性,进而影响基因表达。而这些表观遗传修饰又可以反过来调控参与代谢的基因,形成一个正反馈或负反馈环路。 - 染色质重塑影响代谢基因:
表观遗传修饰能够改变染色质结构,影响代谢相关基因的转录。例如,组蛋白甲基化转移酶EZH2的异常表达,可能会影响代谢酶的基因表达,从而重塑癌细胞的代谢特征 125。
综上所述,慢性炎症通过诱导多种表观遗传改变和代谢重编程,共同为癌细胞的生长和恶性转化创造了有利条件。炎症因子直接或间接调控表观遗传酶的活性,改变基因表达谱;而代谢重编程则为癌细胞提供能量和生物合成前体,并与表观遗传修饰紧密互作,形成一个复杂的致癌网络。深入理解这些机制有助于发现新的诊断标志物和治疗靶点,以应对慢性炎症相关的癌症。
6. 临床干预与预防策略
6.1 炎症相关癌症的一级预防
癌症的一级预防旨在通过消除或减少致癌风险因素来阻止癌症的发生。针对慢性炎症驱动的癌症,一级预防策略主要包括疫苗接种、病原体根除治疗以及健康生活方式的干预。
1. HBV疫苗接种
乙型肝炎病毒(HBV)感染是全球肝细胞癌(HCC)的主要病因之一。HBV疫苗的问世是癌症预防领域的重大突破,它是第一个被证实具有预防癌症作用的疫苗 126。世界卫生组织推荐将乙型肝炎疫苗纳入所有国家的常规婴幼儿免疫计划 127。
- 有效性与影响:HBV疫苗接种对预防HBV相关HCC具有显著效果。普遍的HBV免疫接种项目已使儿童、青少年和年轻成人中的HBV感染流行率大幅降低 127128。例如,在HBV高流行地区,如台湾,通过实施新生儿普遍免疫接种计划,HBV慢性感染的发生率显著下降,并进一步导致儿童和年轻成人HCC发病率的降低,预防HCC的有效性约为70% 126127128。HBV疫苗通过诱导针对表面抗原HBs的免疫应答,有效阻止了病毒感染,从而切断了慢性炎症向肝癌发展的路径。
- 挑战:尽管HBV疫苗效果显著,但仍需进一步努力以避免疫苗失败,并提高全球覆盖率,特别是在一些HBV高流行地区 126。此外,疫苗接种后的HBs抗体水平会随时间降低,但新生儿疫苗接种项目仍能导致年轻成人慢性HBV感染率下降 128。
2. Hp根除治疗
幽门螺杆菌(H. pylori, Hp)感染是慢性胃炎、消化性溃疡和胃癌的主要病因 129。Hp根除治疗被认为是预防胃癌的重要策略之一 130131。
- 预防胃癌的证据:基于Hp感染与胃癌的强关联性,根除Hp被视为降低胃癌风险的有效手段。多项研究表明,成功根除Hp可以显著降低胃癌的发病率 132。一项在台湾进行的随机临床试验评估了Hp筛查对胃癌发病率和死亡率的影响。结果显示,虽然仅凭邀请筛查未能显著降低胃癌发病率或死亡率,但在校正了筛查参与率和随访时间等因素后,邀请进行Hp抗原筛查并进行相应治疗与较低的胃癌发病率相关 133。这支持了Hp根除在胃癌预防中的作用,尽管其对死亡率的影响仍需进一步观察。
- 根除后胃黏膜逆转的局限性:Hp根除后,胃黏膜的炎症和萎缩可能得到改善甚至逆转,但对于已经发生肠化生或异型增生的患者,其逆转程度有限,且胃癌风险仍高于正常人群。因此,对于存在癌前病变的患者,即使Hp已根除,仍需要定期随访监测。
- 长期PPI使用的潜在风险:质子泵抑制剂(PPIs)是治疗胃食管反流病和消化性溃疡的常用药物。长期使用PPIs会导致持续性高胃泌素血症,这被认为可能增加胃神经内分泌肿瘤(g-NETs)的风险 134135。虽然有研究发现长期PPI使用与g-NETs的发生有关,但其风险相对较低,且PPI相关的g-NETs通常属于低级别、预后较好的类型(被称为“第四型”),与散发性或因其他疾病引起的高级别g-NETs不同 135136。然而,也有研究未发现长期PPI使用与g-NETs发展之间的显著关联,而是将其与胃萎缩和自身免疫性萎缩性胃炎相关联 137。鉴于此,临床上建议权衡长期PPI使用的风险与益处,并对高风险患者进行监测。
3. 戒烟限酒
吸烟和酗酒是多种癌症,包括肝癌、胰腺癌和胃癌的重要危险因素 131138139140。
- 吸烟:吸烟会增加多种癌症的风险,包括肝细胞癌 139、胃癌 131和胰腺癌 140。烟草中的致癌物质可直接损伤DNA,诱导炎症,并影响细胞的修复机制。戒烟是预防这些癌症的有效一级预防措施 138141。
- 限酒:酒精摄入,特别是过量饮酒,与酒精性肝病、肝硬化以及肝癌的发生密切相关 139。对于胰腺癌,酗酒是慢性胰腺炎的主要原因之一,进而增加胰腺癌的风险 140。减少或戒除酒精摄入对于降低相关癌症风险至关重要。
4. 健康饮食与体重管理
不良饮食习惯和肥胖是多种癌症的风险因素 138139142143。
- 地中海饮食:地中海饮食富含蔬菜、水果、全谷物、豆类、坚果和橄榄油,被认为具有抗炎和抗氧化的作用,可能有助于降低癌症风险 138。
- 避免高脂饮食:高脂饮食,尤其是西方饮食模式,与胰腺癌等多种癌症的发生发展相关 140。高脂饮食可能通过肠道菌群失调、TLR4/NF-κB通路激活以及氧化应激等机制加剧炎症反应,促进癌变。
- 体重管理:肥胖是许多癌症(如胰腺癌、子宫癌、卵巢癌、肝癌)的独立风险因素,它通过引起激素失衡、慢性炎症和氧化应激来促进癌症发展 138139142。通过均衡饮食和适度运动维持健康的体重,是预防多种癌症的重要策略。例如,肥胖是胰腺癌少数可改变的风险因素之一,持续的体重减轻可能是一种有效的预防措施 142。
- 肠道微生物群:饮食通过影响肠道微生物群的组成和功能,在癌症风险中发挥作用 143。健康饮食有助于维持健康的肠道微生物群,从而降低癌症风险。
总之,一级预防通过针对病因和可改变的风险因素,在癌症发生之前进行干预,是降低癌症负担最根本和最有效的策略。
6.2 早期筛查与精准治疗
早期筛查和精准治疗是改善慢性炎症相关癌症患者预后的关键策略。通过高敏感度和特异性的筛查手段发现早期病变,并根据分子特征选择个体化治疗方案,能够显著提高治愈率和生存期。
1. 早期筛查策略
早期诊断对于慢性炎症驱动的癌症至关重要,特别是肝癌、胃癌和胰腺癌,由于其早期症状不明显,发现时往往已处于晚期。
肝癌(HCC):
高危人群(如乙肝/丙肝病毒感染者、肝硬化患者)的HCC筛查指南通常推荐每6个月进行一次超声检查 144。- 超声检查:腹部超声是HCC筛查的首选方法,因为它无创、经济且易于普及 144。然而,超声单独检测早期HCC的敏感性较低,仅为47%(95% CI 33%-61%)145。
- 甲胎蛋白(AFP):AFP是常用的血清肿瘤标志物,但其敏感性和特异性有限。研究表明,将AFP与超声检查结合使用,可以显著提高早期HCC的检测敏感性。一项荟萃分析指出,超声联合AFP检测早期HCC的敏感性可达63%(95% CI 48%-75%),明显高于单独超声的45%(95% CI 30%-62%)145。尽管如此,单独使用超声的特异性高于超声联合AFP检测 145。
- CT/MRI:对于超声或AFP提示异常的患者,CT或MRI可用于进一步确诊和分期。增强CT和增强MRI在HCC诊断中具有更高的敏感性和特异性,能够发现更小的病灶 146。其中,MRI在肝脏病变检出方面具有优势,尤其是对于早期HCC 146。
- 新型生物标志物:液体活检技术,特别是基于循环游离DNA(cfDNA)的检测,显示出在HCC早期筛查中的巨大潜力。例如,一项多中心、大规模研究开发了一种基于cfDNA五个特征的筛选模型(PreCar Score),在早期/超早期HCC(巴塞罗那分期A/0)的检测中显示出显著高于超声的敏感性(PreCar Score为51.32%,超声为23.68%)。PreCar Score联合超声进一步将敏感性提高到60.53% 147。此外,甲基化cfDNA作为新兴的液体活检生物标志物,在HCC的早期检测中也具有前景 146。
胃癌(GC):
胃癌的早期筛查主要依赖高质量的内镜检查。欧洲消化内镜学会(ESGE)、欧洲幽门螺杆菌与微生物群研究组(EHMSG)和欧洲病理学会(ESP)建议,在高危地区(年龄标准化发病率>20/10万人年)每2-3年进行一次内镜筛查,在经济效益允许的情况下,中危地区(发病率10-20/10万人年)可每5年进行一次,而低危地区(发病率<10/10万人年)不推荐常规筛查 148。- 高清内镜与靶向活检:高质量的内镜检查,结合虚拟染色内镜(VCE)等图像增强技术,能够更好地识别胃黏膜萎缩、肠化生和异型增生等癌前病变以及早期胃癌病灶 148。内镜医师应在VCE引导下对可疑病灶进行靶向活检,并在内镜下未见明显病变时进行随机活检 148。建议从至少两个解剖部位(胃窦/胃角和胃体)采集活检样本,并分别标记,以进行准确的组织学分期 148。对于可疑的早期胃部肿瘤病变,应详细描述其位置、大小、巴黎分型和血管/黏膜模式,并进行光照记录和两次靶向活检 148。
- Hp根除后的随访:对于已进行Hp根除治疗的胃癌前病变患者,仍需定期内镜监测。美国胃肠病学会(AGA)建议,对于患有严重的萎缩性胃炎和/或多灶性或不完全性GIM的个体,特别是伴有其他GC危险因素(如家族史)的,应每3年考虑一次内镜监测 149。
胰腺癌(PDAC):
胰腺癌的早期诊断极具挑战性,因为其早期症状不明显,且缺乏有效的筛查标志物。目前,胰腺癌的筛查主要针对高危人群,如具有家族史或遗传综合征的个体 150。- CA19-9联合MRI/EUS:糖类抗原19-9(CA19-9)是目前临床上最常用的胰腺癌血清标志物,但其敏感性和特异性不足以用于早期筛查,主要用于监测治疗效果和疾病复发 151。在对高危人群进行筛查时,通常联合MRI和内镜超声(EUS)150152。
- DNA甲基化标志物:2024年的研究进展表明,DNA甲基化标志物在区分慢性胰腺炎和胰腺癌方面具有应用潜力。例如,PKCβ基因CpG岛的甲基化状态可能成为鉴别慢性胰腺炎和胰腺癌的生物标志物,有助于提高早期诊断的准确性。这为胰腺癌的早期诊断提供了新的方向。磁共振弹性成像(MRE)也被证明在鉴别胰腺导管腺癌与其他胰腺实体肿块方面具有良好潜力,通过测量肿瘤硬度,对PDAC的诊断具有较高的诊断性能,AUC可达0.7895,与CA19-9联合可进一步提高诊断性能 153。
2. 精准治疗
精准治疗通过识别肿瘤特异性分子靶点或免疫特征,选择最适合患者的个体化治疗方案,以提高疗效并减少毒副作用。
免疫检查点抑制剂:
免疫检查点抑制剂(ICIs)通过解除肿瘤对免疫系统的抑制,激活T细胞对肿瘤的杀伤作用,已在多种癌症治疗中取得突破。- 肝细胞癌(HCC):对于不可切除的HCC,双重程序性细胞死亡-1(PD-1)和血管内皮生长因子(VEGF)通路抑制已成为新的标准治疗方案 154。
- Sintilimab联合贝伐珠单抗(IBI-305):信迪利单抗(一种PD-1抑制剂)联合贝伐珠单抗生物类似药(抗VEGF单抗IBI-305)的组合疗法在不可切除HCC的一线治疗中显示出前景 154155。有研究显示,信迪利单抗联合贝伐珠单抗生物类似药和传统经动脉化疗栓塞(c-TACE)治疗不可切除HCC患者,即便出现免疫相关不良事件(如吉兰-巴雷综合征),仍可能通过替代PD-1抑制剂进行免疫检查点抑制剂再挑战,并取得良好疗效,甚至实现病理学上的主要缓解,最终成功进行转化手术 156。
- 阿替利珠单抗(Atezolizumab)联合贝伐珠单抗(Bevacizumab):阿替利珠单抗(抗PD-L1)联合贝伐珠单抗(抗VEGF)是HCC一线治疗的另一种重要组合,已显著改善患者的总生存期和无进展生存期 154。网络荟萃分析显示,阿替利珠单抗联合贝伐珠单抗相比索拉非尼、乐伐替尼等传统靶向药物,显著降低了死亡风险 154。
- 其他组合:特瑞普利单抗联合度伐利尤单抗(Tremelimumab plus Durvalumab, STRIDE方案)也是HCC治疗的重要进展 154。卡瑞利珠单抗(Camrelizumab)联合阿帕替尼(Rivoceranib)在不可切除HCC的一线治疗中,在中国患者中显示出更具成本效益的潜力 157。
- 肝细胞癌(HCC):对于不可切除的HCC,双重程序性细胞死亡-1(PD-1)和血管内皮生长因子(VEGF)通路抑制已成为新的标准治疗方案 154。
靶向成纤维细胞亚型:
肿瘤微环境中的基质细胞,特别是癌相关成纤维细胞(CAFs),在癌症进展和免疫抑制中发挥关键作用。- LRRC15+肌成纤维细胞:单细胞RNA测序研究揭示了胰腺导管腺癌(PDAC)肿瘤微环境中存在一类独特的癌相关成纤维细胞,表达富含亮氨酸重复序列的蛋白15(LRRC15)。这些LRRC15+ CAFs受TGF-β编程,围绕在肿瘤岛周围,在正常胰腺组织中不存在 158。在PDAC中,LRRC15+ CAFs的存在与对免疫检查点抑制剂治疗的应答不佳相关 158。这表明LRRC15+ CAFs通过在肿瘤微环境中形成免疫抑制微环境,可能阻碍T细胞的抗肿瘤活性。
- 临床意义:靶向LRRC15+ CAFs有望增强癌症免疫疗法的效果 158159。阻断或消除这些促肿瘤成纤维细胞,可以改善T细胞浸润和功能,逆转肿瘤免疫抑制,从而提高免疫检查点抑制剂的疗效。这为开发新的联合治疗策略提供了靶点,通过同时靶向肿瘤细胞和肿瘤微环境中的关键组分,实现更有效的抗癌作用。
综上所述,早期筛查和精准治疗策略是应对慢性炎症相关癌症的关键。通过结合传统影像学、血清标志物和新型液体活检技术进行早期诊断,并利用免疫检查点抑制剂和靶向肿瘤微环境等创新疗法进行个体化治疗,有望显著改善患者的预后。