口腔黏膜下纖維性變癌變的發生機制研究進展

2020-8-26 11:08  來源:中國口腔頜面外科雜志
作者:張大河 周晌輝 閱讀量:2975

    口腔鱗狀細胞癌(oral squamous cell carcinoma,OSCC)是頭頸部惡性腫瘤中最常見的類型之一,大部分OSCC由癌前病變演變而來,而口腔黏膜下纖維性變(oral submucous fibrosis,OSF)就是OSCC的癌前病變之一。OSF是一種慢性、隱匿性口腔黏膜疾病,與經常性咀嚼檳榔有關,好發于東南亞以及中國的湖南、海南等地,具有明顯的地域性。OSF是一種基于臨床癥狀和組織病理學的診斷,其特征是由于細胞外基質沉積過多而引起的口腔炎癥、上皮萎縮、開口受限等,主要病理表現為口腔黏膜下固有層膠原異常堆積。

    OSF的早期表現是炎癥及血管充血,中期血管減少并發生纖維化,可見口腔黏膜變為白色,呈大理石樣改變。到OSF的晚期,血管閉塞,會出現一條纖維帶,使得患者開口明顯受限,進一步導致患者口腔衛生、言語、咀嚼甚至吞咽方面的問題。隨著OSF的進展,3%~19%的患者可能發生癌變,且這一概率逐年上升。但OSF癌變的發生機制尚不清楚,本文對目前有關OSF癌變機制的研究進展作一綜述。

    1.咀嚼檳榔與OSF惡性進展的關系

    嚼檳榔的習慣被認為是OSF發生和惡性進展的最可能的因素,尤其是檳榔與煙草一起咀嚼,顯著增加了OSF癌變的可能。流行病學資料和干預研究也表明,檳榔是OSF癌變的主要病因之一,而且OSF癌變與嚼食檳榔的量和持續時間呈正相關。2003年,世界衛生組織將檳榔列為一級致癌物。

    1.1檳榔堿和多酚

    檳榔中含有多種物質,如生物堿、多酚以及亞硝胺等。其中生物堿組分主要是檳榔堿、四氫煙酸等,多酚包括兒茶素、丹寧酸、白花色素苷等。檳榔堿和多酚是檳榔中的主要致癌物,兩者可以通過直接對口腔各類細胞的毒性作用誘導OSF發生,進而進展為癌癥,而且也可以通過刺激各種利于癌癥形成的細胞因子,達到促進癌癥發生的目的。

    1.2檳榔中的微量元素

    檳榔中含有多種微量元素,如銅、鈷、溴、釩、錳、氯和鈣等。其中可溶性銅含量很高,可以通過咀嚼進入口腔,上調賴氨酸氧化酶(lysine oxidase enzyme,LOX)的活性。LOX是一種銅活化酶,能夠促進膠原的交聯和細胞外基質生成。有研究證實了LOX在OSF組織和成纖維細胞中表達上調,而且在體外實驗中,不同濃度的銅也能促進成纖維細胞增殖,說明銅可能是一種纖維化介質。

    在老年OSF患者中,LOXArg158Gln表達明顯上調,說明銅離子對LOX的影響在OSF的發生、發展中起到了重要作用。另外,有研究發現,鈷在咀嚼檳榔相關的OSF患者血清中的含量顯著上升,可能與檳榔及其包裝物中的過量鈷有關。雖然尚無證據證明鈷參與了OSF的癌變過程,但其含量增加在其他上皮惡性腫瘤中也曾被發現,提示了其重要性。

    1.3檳榔導致細胞外基質堆積

    OSF病變的實質是膠原纖維等細胞外基質分子(extracellular matrix molecules,ECM)合成增加和降解不足,在口腔黏膜下過度堆積。所以基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)及其抑制物TIMPs(tissue inhibitors of metalloproteinase)之間的平衡紊亂,被認為在OSF惡性進展過程中發揮了重要作用,直接導致了ECM的堆積。有研究證實,檳榔堿在DNA水平和蛋白水平均可干擾TIMPs和MMPs之間的平衡。

    在OSF進展過程中,MMP-2和TIMP-2的表達同步增加,證明了蛋白酶是OSF發病和進展過程中的重要介質,并且參與了OSF的惡性轉化過程。轉化生長因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)是一種多功能細胞因子,在上皮細胞中能夠誘導細胞凋亡和上皮-間質轉化(epithelial mesenchymal transition,EMT)的發生,而且還能抑制抗纖維化因子骨成形蛋白7(bone morphogenetic protein 7,BMP7)的表達,進而增加細胞外基質中膠原的堆積。通過基因表達圖譜分析發現,在檳榔堿和多酚的作用下,上皮細胞中如TGF-β2、SMAD3、FN1等多種TGF-β信號的目的基因表達上調。證明檳榔能夠使上皮細胞中TGF-β信號通路的活性上升,進而導致OSF的發生和發展。

    1.4檳榔導致細胞增殖異常

    OSF發生癌變的過程中,檳榔引起了許多因子,如p21和p27、BRCA1和BRCA2的異常表達,導致細胞周期與細胞凋亡的改變,進而導致了細胞增殖異常,促進了OSF的惡性進展。

    1.4.1p21和p27表達下調

    檳榔提取物可以直接導致口腔內細胞的異常增殖,通過誘導p21和p27表達下調,進而導致細胞內氧自由基產生、抑制mTORC1信號途徑。mTORC1信號途徑有自噬抑制作用,此途徑被抑制后,細胞自噬作用增強。且p21和p27對細胞周期的維持有重要作用,其下調增加了DNA損傷的概率,進而增加了OSF癌變的可能性。

    1.4.2BRCA1和BRCA2的表達下調

    BRCA1和BRCA2是抑癌基因,有助于錯誤DNA的修復,參與維持基因組的完整性。檳榔提取物會抑制BRCA1和BRCA2的表達,且由于BRCA1和BRCA2蛋白水平的降低以及BRCA1基因外顯子11的突變,引起基因組不穩定性,導致增殖異常。這可能是導致OSF癌變的一個重要原因。

    1.4.3Survivin磷酸化

    凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis proteins,IAP)是凋亡分子機制的關鍵調控者,其家族成員survivin可抑制多種凋亡刺激因子引起的凋亡,是極強的凋亡抑制因子;還能調節細胞的有絲分裂,主要在有絲分裂的G2/M期產生。p34cdc2則可以使survivinThr34磷酸化,活化survivin。研究發現,p-survivin隨著OSF進展而表達逐漸增強,在OSCC組織中的表達達到最高;而p34cdc2-cyclinB1的表達也是如此。這既抑制了細胞凋亡,也導致了細胞的過度增殖。更進一步的研究表明,survivin可作為OSF癌變發生的腫瘤標志物,從而用于早期檢測和發現OSF癌變。

    2.低氧和血管生成

    血管生成是再生和修復的關鍵機制,在各種病理條件下也起著重要作用。最新的觀點認為,OSF本質上是口腔黏膜慢性物理、化學和機械損傷后的過度修復,而血管生成和炎癥反應本身正是組織損傷后修復和創傷愈合的重要生理過程。在OSF進展過程中,炎癥、組織缺氧等因素會刺激血管生成,但是不成熟的血管無法改變缺氧狀態,反而導致更多的細胞因子產生,進而刺激ECM的生成和堆積,促進纖維化進程。在OSF發生、發展過程中,病理性血管生成可能與進展性纖維化有關,進而促進了其惡性進展。

    2.1低氧

    在OSF早期出現的低氧被認為在OSF轉化和進展中起著重要作用,因其能誘導低氧誘導因子1α(hypoxia-inducible factor 1α,HIF-1α)的產生和活化。已經證實,在OSF中,HIF-1α在蛋白質水平和mRNA水平都表達上調,且與上皮異形性有關。HIF-1α在正常組織、OSF及OSF相關OSCC中表達強度逐漸增加。

    HIF-1α可以通過誘導各種生長因子和介質的產生來促進修復和血運重建,尤其是誘導血管內皮細胞生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的生成。VEGF是一類促血管生成因子,能刺激血管內皮細胞增殖以及新生血管的形成,對腫瘤的發生、發展、轉移起到重要作用。所以早期OSF組織中可以見到新生血管的生成,但可能由于這些新形成的血管效率低和不成熟,無法糾正組織缺氧,所以慢性低氧狀態始終存在,導致HIF-1α的持續產生;而HIF-1α還可以誘導多種纖維化相關因子的產生,如TGF-β1、PAI-1等,促進組織纖維化進程。另外,HIF-1α表達上調與OSF的惡性進展有關。

    2.2OSF中的血管生成

    在OSF進展過程中,血管生成一直存在爭議。傳統觀點認為,在OSF中,隨著纖維化的進展,血管持續減少。但新的研究發現,在OSF早期可見組織中大量新生血管及明顯的炎癥反應,血管密度呈上升趨勢;而在OSF晚期,血管密度則呈下降趨勢。早期新生血管增加,是在持續低氧環境、大量炎癥因子、炎細胞浸潤等多種因素作用下發生的;而晚期血管密度下降,則與基質密度增加所產生的物理屏障作用有關。

    之后,隨著OSF惡性進展的發生,血管生成再次呈上升趨勢。最新研究發現,VEGF、CD34和PCNA從OSF到OSCC,表達呈顯著上調趨勢,導致細胞增殖異常和血管增多,表明它們可能在OSF的惡性轉化中發揮重要作用。

    3.EMT與OSF惡性進展的關系

    EMT是一個生物學過程,能使極化的上皮細胞進行多種化學變化,最終呈現出間質細胞表型,包括增強的遷移力、侵襲力等,也能提高ECM的生成;它也是組織纖維化及癌癥形成過程中的重要步驟,且已經證實咀嚼檳榔導致的OSF與EMT激活因子有關。

    3.1黏膜成纖維細胞與肌成纖維細胞

    在成纖維細胞中,檳榔并未發現誘導TGF-β信號;但最新一項研究強調了檳榔提取物對黏膜成纖維細胞的活化作用,表明其參與了與肌動蛋白絲聚合相關的PLC/IP3/Ca2+/Calmodulin和Rho信號通路,說明檳榔對黏膜成纖維細胞也會產生影響,進而促進OSF進展。

    有研究顯示,檳榔提取物增強了TGF-β介導的纖維母細胞的活性,而且這種作用可以通過上皮-間充質的相互作用而增強。αvβ6是整合素家族成員,能促進組織纖維化和癌變;而檳榔堿能激活αvβ6在口腔角化細胞中的表達,繼而能促進TGF-β1的表達,最終讓成纖維細胞轉化為肌成纖維細胞。在創傷愈合和器官纖維化過程中,肌成纖維細胞是分泌膠原和重組ECM的主要細胞類型,其典型的分子特性是α平滑肌肌動蛋白(α-SMA)和纖連蛋白的表達。

    鋅指蛋白類轉錄因子ZEB1是EMT程序激活的重要因子,作為轉錄抑制因子負調節極性標志物如E-cadherin、MucI和Pkp3的表達。有研究證實,在頰黏膜成纖維細胞(buccal mucosal fibroblasts,BMFs)中,檳榔堿能誘導α-SMA和ZEB1的表達,且ZEB1在咀嚼檳榔相關OSF中表達顯著增加。另外該研究還檢測到,ZEB1與α-SMA啟動子的Ebox區相交聯,激活其活性。提示咀嚼檳榔增加了黏膜成纖維細胞向肌成纖維細胞轉化的可能性,進而促進了OSF的惡性進展。

    3.2Snail和Slug

    一些EMT誘導轉錄因子,如Snail和Slug,已經被發現可以通過抑制E-cadherin來啟動和促進間充質表型的獲得。在OSF組織中,Slug也顯示出上調表達,并與多種肌成纖維細胞標志物相關;而BMFs中,Slug的過表達刺激了肌成纖維細胞的活性,提示檳榔堿上調Slug,有助于肌成纖維細胞的轉化;最重要的是,Slug能夠與I型膠原蛋白的E-box區結合,導致I型膠原蛋白表達增加。說明Slug在OSF中異常升高及其在檳榔堿誘導成纖維化中有重要意義,而且Slug下調可以成為OSF治療的潛在靶點。另外,Snail也能夠與α-SMA啟動子的E-box區交聯,進而刺激BMFs轉化為肌成纖維細胞。

    4.表觀遺傳調控促進OSF癌變進程

    表觀遺傳指基因表達中的多種變化,是人體中一種十分重要的調控機制,包括DNA甲基化、組蛋白修飾等。近年來,在表觀遺傳學方面對OSF癌變的機制研究也取得了一些進展。上述的ZEB1和Snail與α-SMA啟動子的E-box區交聯誘導EMT的發生,也屬于表觀遺傳學范疇。

    4.1Wnt/β-catenin信號通路的過度活化

    Wnt/β-catenin信號通路的過度活化已被確定在多種腫瘤包括OSCC的發生和發展中扮演重要角色,包括細胞增殖、分化和黏附等方面,其改變可能導致細胞過度增殖。Wnt抑制因子1(WIF-1)是一種Wnt拮抗劑,其下調和甲基化已在多種惡性腫瘤中被證實。在OSF中,WIF-1隨OSF進展而表達減少,在OSCC組織中表達更少。

    在有嚼檳榔習慣的OSCC病例中,WIF-1常被甲基化;但在正??谇火つそM織和OSF組織的不同分期中則沒有,提示WIF-1甲基化在OSF的惡性進展過程中具有腫瘤特異性。分泌型卷曲相關蛋白(secreted frizzled-related proteins,SFRPs)是最先被發現的Wnt拮抗劑,被認為在多種人類癌癥中通過抑制Wnt/β-catenin信號通路進而抑制腫瘤的發展。

    在OSF癌變進程中,SFRP1和SFRP5在RNA和蛋白質水平都表現出表達下調;且SFRP1和SFRP5的啟動子在正??谇火つそM織中未出現甲基化,但在OSF進展過程中逐漸表現出甲基化,且在OSCC組織中甲基化程度達到最高。說明在OSF癌變過程中,SFRP1和SFRP5啟動子的高甲基化可能導致兩者表達下調,對OSF癌變起到了重要作用。

    4.2TP53啟動子高甲基化

    p53是一種非常關鍵的轉錄因子,也是一種極為重要的抑癌基因,檳榔能下調其表達。另外,使用檳榔堿處理口腔黏膜成纖維細胞可降低p53及其下游分子的表達,這是由于檳榔堿刺激會導致TP53啟動子的高甲基化,進而可能促進了OSF的惡性進展。

    4.3COX-2高甲基化

    COX-2是一種直接的早反應蛋白,由生長因子、癌基因、致癌物等觸發產生,檳榔提取物也能導致其表達上調。p53由TP53基因編碼,是一種非常關鍵的轉錄因子;而p53與MDM2癌蛋白的交聯可以負調控p53的表達,所以抑制MDM2-p53信號通路是一種很重要的治療方法。

    研究發現,COX-2和MDM2的表達隨著OSF的進展逐步增強,且COX-2的表達增強與OSF癌變有很強的相關性,MDM2的表達增強與放療失敗呈正相關,提示COX-2可以作為OSF癌變的腫瘤標志物,而MDM2表達對臨床治療可以起指導作用。另外,COX-2和E-cadherin在慢性OSF中表現出高甲基化,說明COX-2高甲基化在OSF惡性進展過程中可能起到了重要作用。

    4.4miRNA水平調控

    miR-22是許多癌癥的腫瘤抑制因子,能夠抑制癌細胞增殖、遷移等。p53能誘導miR-22的表達,而檳榔提取物恰恰抑制了p53的表達,進而抑制了口腔癌細胞中miR-22的表達。c-Myc是多種靶基因的轉錄因子和抑制因子,主要參與細胞增殖過程,而且c-Myc也能直接抑制miR-22的表達。有研究證實,檳榔提取物上調OSCC細胞中c-Myc的表達,進而抑制miR-22的表達,使得后者無法發揮抑癌作用。提示miR-22的異常表達對OSF的惡性進展起到了重要作用。另外有研究發現,miR-31在OSF組織、口腔癌組織中表達上調,說明miR-31的異常表達可能在OSF的惡性進展過程中也發揮了重要作用。

    總之,深入研究OSF的癌變機制,有望找到相關分子標志物及治療靶點,有助于為OSF癌變的早期診斷、早期治療提供策略,最終提高OSCC的5年生存率。

編輯: 陸美鳳

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