CDX1 和CDX2 在胃黏膜腸化生及胃癌中表達的研究進展

呂歡歡，祁瑩，曹亞萍，王潔，時永全,3*

（1.西安醫學院，陜西 西安 710021；2.空軍軍醫大學第一附屬醫院消化內科，陜西 西安 710032；3.腫瘤生物學國家重點實驗室，消化系病國家臨床醫學研究中心，陜西 西安 710032）

1 概述

胃癌(Gastric Cancer,GC) 是常見的消化道惡性腫瘤之一。據最新全球惡性腫瘤統計報告[1]，胃癌已成為世界發病率第五位、死亡率第三位的惡性腫瘤，2018 年全球新增超過100 萬例胃癌病人，其中每12 人中約有1 人死亡。在我國[2]，胃癌年新發病例數為40.3 萬，死亡病例數為29.1 萬，其發病率位居全國第二位，死亡率位居全國第三位。胃癌的發生發展是一個逐漸演變的過程，一般認為其遵循Correa 模型[3]：慢性淺表性胃炎-- 慢性萎縮性胃炎-- 胃黏膜腸化生(intestinal metaplasia, IM)-- 異型增生-- 胃癌。在東亞[4]，每年約有1.8%、10% 和73% 的萎縮性胃炎、IM 和異型增生患者進展為胃癌。IM 顯著增加了慢性胃炎到胃癌的發病率。

CDX1 和CDX2 是尾型相關同源盒基因家族的成員，同時也是腸特異性轉錄因子，于胚胎發育早期開始在腸內表達，在調節腸道上皮細胞的早期分化和維持中起關鍵作用[5]。

越來越多的研究證實，CDX1 和CDX2 不僅在胚胎早期發育中發揮重要作用，在調節成人腸上皮細胞的增殖和分化中也至關重要[6]。在GC 周圍，異位表達CDX1 和CDX2 可誘導IM。CDX 在GC 中也有異常表達，提示胃腸道分化不良在GC 發生中起重要作用。因此，本文就CDX1 和CDX2在IM 及GC 中的表達做一綜述，并進一步探究二者在IM 及GC 中的作用，為IM 的逆轉治療及GC 的預防提供新的理論依據。

2 CDX1 和CDX2 的結構、功能及表達

2.1 CDX1 和CDX2 的結構

CDX1 基因位于5 號染色體5q31-33 位，它包含3 個外顯子和2 個內含子，跨度為40kb，編碼蛋白包含265 個氨基酸。CDX2 基因位于13 號染色體13q12 位，包含3 個外顯子和2 個內含子，全長7kb，編碼蛋白包括313 個氨基酸[7]。其中CDX1 基因的轉錄起始于TATA 盒下游，啟動子約30 個堿基對，TATA 盒與CDX1 基因的5’末端均位于CpG 島內[8]。

在結構上，CDX 蛋白包含幾個可識別的結構域：同源結構域、轉錄激活結構域以及A、B 和C 盒。CDX1 和CDX2 在同源結構域中同一性為92%（60 個氨基酸中包含55 個），但在該區域以外的相似性較低。有關A、B 和C 結構域的研究較少，但普遍認為它們都位于同源結構域的氨基末端。A 結構域包含可能參與亞細胞定位的DxE 基序，而B 區定位于CDX 基因的反式激活結構域[7]。

2.2 CDX1 和CDX2 的功能

同源盒基因包括HOX 基因和非HOX 基因，通常在實體瘤中異常表達。HOX 基因是多細胞生物模型的重要組成部分，由一個基本螺旋-環-螺旋結構域結合DNA 組成[7]。分娩時，HOX 家族基因表達顯著降低，只有少數基因保持活躍。在胃腸道腫瘤中，大多數研究集中于非HOX 基因的功能，其中包括CDX1 和CDX2[9]。

CDX 基因最初是在果蠅中發現的，在小鼠和人類中有三種CDX 基因，包括CDX1、CDX2 和CDX4[5,7]。CDX1 和CDX2 的表達嚴格限制在腸道，從十二指腸到直腸，而在正常胃組織中不表達，CDX4 僅在胚胎階段表達，其功能尚不清楚[6]。CDX 蛋白在同源結構域外保守性很差，但有研究報道[10]，其在神經管閉合、軸向延伸和中胚層模式化過程中存在功能重疊。在胚胎發育過程中，CDX 基因對調節前后模式至關重要，其中，CDX1 和CDX2 對胃腸道發育尤為重要[7]。

CDX1 和CDX2 在腸道的發育及分化中發揮著重要作用。有研究者構建CDX2+/-和CDX2-/-小鼠模型，發現其在腸管中段、盲腸旁區域形成胃黏膜息肉。出生時，通常表現為回腸末端、盲腸或近端結腸小面積的復層鱗狀上皮，這提示CDX2 驅動了腸道表型的分化，如果在發育過程中其水平降至閾值以下，組織形成將會沿著“默認的”前胃途徑進行[11]。CDX2 主要通過調節腸特異性基因（包括鳥苷酸環化酶C、乳糖酶、蔗糖酶-異麥芽糖酶和LI-鈣粘素）的表達來維持成熟腸上皮細胞的分化表型[12]。其中蔗糖酶-異麥芽糖酶是第一個被發現由CDX2 調控的腸道特異性基因。此外，CDX2還調節控制細胞動力學的基因表達，包括粘附、增殖、細胞周期調節和凋亡等功能[13]。

當原始腸道的復層上皮開始轉化為簡單柱狀上皮時，CDX1 開始在胚胎中期的腸道中表達。有研究表明[11]，CDX1 基因敲除不會改變腸道形態，因此認為它與腸道發育無關。相反，有學者發現，在成人胃腸道中，CDX1 和CDX2的功能重疊，CDX1 缺失會導致腸道功能衰竭惡化，并出現新的結腸表型[14]。C Bonhomme[15]等構建了Vil-Cdx1 轉基因小鼠，使其在Villin 啟動子作用下的腸上皮細胞中過表達CDX1，發現遠端結腸細胞中CDX1 過表達時，CDX2 的表達也隨之降低，因此，CDX1 過表達可能對CDX2 具有負性調節作用。目前有關CDX1 的研究較少，其在腸道發育中的作用尚存在爭議。

2.3 CDX1 和CDX2 的表達

CDX2 是胚胎發育過程中第一個表達的CDX 基因。在胚胎發育過程中，CDX2 在第3.5 天囊胚形成時，最先在內胚層表達，接著表達于滋養外胚層。在第7.5 天時，外腔開始分裂為羊膜腔，CDX2 的表達精確定位于包括絨毛膜外胚層、外胎管、早期尿囊芽（中胚層）和羊膜外胚層相鄰的少數細胞中。在第8.5 天時，CDX2 在尾芽的所有組織中表達陽性，包括覆蓋的外胚層、延伸到尿囊根部的中胚層和后腸雛形的內胚層，同時在神經板、神經管以及較少的脊索中表達陽性。從第12.5 天以后，CDX2 的胚胎表達僅限于腸內胚層，并持續表達[16]。

在腸道水平軸中，第12.5 天時CDXl 開始在腸中表達，在遠端腸中有弱且不均勻的核染色。至第13.5 天時，CDXl在后腸中高表達，在前腸和中腸中低表達，而CDX2 僅在發育中的近端腸中表達。這表明在內胚層- 腸道轉變之前，內胚層中CDXl 和CDX2 的表達模式存在明顯差異。此后，最近端腸道形成十二指腸并主要表達CDX2，后腸形成結腸并主要表達CDXl。在腸道垂直軸中，第15.5 天時CDX1 開始在近端腸段呈梯度表達，在絨毛間區的表達強于絨毛，而在遠端小腸中則無垂直梯度表達。這種梯度表達從整個胚胎發育過程中一直持續到成年。相反，CDX2 無明顯梯度表達。在第18.5 天時，CDXl 在近端腸段低表達，在遠端空腸高表達，而CDX2 在遠端空腸、回腸和近端結腸均高表達，在近端腸段中，CDX2沿絨毛形成梯度呈不均勻表達，在絨毛末端表達最弱[17]。綜上所述，在腸上皮發育早期，CDX1 和CDX2 沿水平腸軸的表達模式明顯不同，CDX2 在近端腸段中表達，逐漸向后移動，而CDX1 在遠端腸段中表達，兩者在中間腸段重疊表達。這一模式提示CDX 基因的差異表達可能參與了近端腸至遠端腸的差異發育和上皮沿水平軸的均勻表型[17]。

在成人小腸和結腸中，CDX1 和CDX2 在腸上皮中表達存在差異。CDX1 沿前后軸表達增加，在遠端結腸中達最高。相反，CDX2 的表達從十二指腸到遠端腸段逐漸增加，在近端結腸上皮中達到最高。此外，CDX1 表達沿隱窩-絨毛軸分級，相對于絨毛，在隱窩中表達水平更高，而CDX2 沿該軸均勻表達，但磷酸化程度不同，表明CDX2 活性可能受翻譯后機制的調節[10,14]。同時有研究表明，CDX2 的表達不僅限于正常腸道細胞，在GC、結直腸癌、甲狀腺癌、卵巢癌、膀胱癌和前列腺癌中也有表達，這在臨床上可用于改善晚期癌癥患者預后的預測[18]。

3 CDX1 和CDX2 在不同亞型IM 中的表達

3.1 IM 及其亞型

IM 是GC 發生過程中Correa 級聯的中間步驟，通常被認為是GC 的癌前病變，其定義為胃泌酸或胃竇黏膜的表面、小凹或腺上皮細胞被腸上皮細胞所取代[19]。也有觀點認為IM是胃干細胞增殖轉向小腸細胞，如吸收細胞、杯狀細胞和潘氏細胞等[20]。

通過不同組織學和組化技術，IM 可以分為不同的亞型。其中使用最廣泛的是Jass ＆ Filipe 提出的分類系統。在該分類中，IM 分為完全型（小腸型/ Ⅰ型）和不完全型（結腸型/Ⅱ型和Ⅲ型）。完全型或Ⅰ型IM 組織中存在吸收細胞、潘氏細胞和分泌唾液粘蛋白的杯狀細胞，這與小腸的表型相對應。不完全型IM 包括Ⅱ型/Ⅱa 型和Ⅲ型/Ⅱb 型，其特征是存在柱狀細胞和杯狀細胞，分泌唾液粘蛋白或磺基粘蛋白，其中Ⅱ型IM 分泌中性和酸性唾液粘蛋白，Ⅲ型IM 分泌磺基粘蛋白。用高鐵二胺/阿利新藍染色可以區分硫粘蛋白和唾液粘蛋白。同時Ⅲ型腸化生還表現出明顯的腺體變形和潘氏細胞的缺失等特征[19,21]。有研究稱[22]，在14 項橫斷面研究中，其中有13 項結果顯示Ⅲ型IM 或不完全性IM 在GC 中的患病率顯著高于其他胃部病變，提示不同亞型的IM預后不同。

3.2 CDX1 和CDX2 在不同亞型IM 中的表達

如上所述，CDX1 和CDX2 參與了腸道的發育、分化及表型的維持，并且發揮重要作用。IM 是由正常胃黏膜向腸上皮的轉化，因此，CDX1 和CDX2 可能參與了IM 的過程。近期研究表明[6]，在IM 的發展中，異位表達CDX 基因被認為是必不可少的，因為CDX1 和CDX2 幾乎在所有IM 的胃黏膜中表達。此外，外源性轉導CDX 基因也可誘導IM 的發生。目前IM 發生發展的機制尚不完全明確，可能涉及與基因雜合性丟失、微衛星不穩定、端粒酶活化、三葉肽、絨毛蛋白、腫瘤抑制基因p53、CDX1/2 異位表達等相關，其中CDX2 的異位表達被認為是IM 發生的觸發事件，而與CDX1 相關的研究較少。CDX 基因參與IM 發生的機制還未完全被闡明。

有研究稱[23]，過表達CDX2 的轉基因小鼠引起了胃部廣泛的IM 的發生，這可能與CDX2 下游的腸道特異基因有關。因此，CDX2 被認為是胃IM 發生發展的觸發因子。據報道[23]，CDX2 是幾個與此表型相關的腸道特異基因的直接轉錄激活因子，其中包括MUC2、Villin-1、腸道脂肪酸結合蛋白、胰高血糖素和鳥苷酸環化酶等。因此，CDX2 在啟動IM 的發生發展中至關重要。

在動物實驗研究中，Silberg 等[24]通過觀察CDX2 轉基因小鼠，發現由CDX2 在胃中的表達誘導的組織學和分子變化模仿了在人類IM 中觀察到的變化，即胃上皮出現杯狀細胞和腸道特異性基因被激活。Foxa3 / CDX2 轉基因小鼠中產生的大多數腸型杯狀細胞都含有硫酸化粘蛋白。在人類中，這表明Ⅲ型腸化生具有更高的癌變傾向。IM 的特征在于在胃上皮黏膜內存在杯狀細胞，吸收性細胞和Paneth 細胞[23]。Mutoh 等[25]對CDX2 轉基因小鼠進行連續觀察，在小鼠出生后的第19 天，檢測到幾個腺體壁細胞消失，增殖區從峽部移到腺體底部，至第37 天時，除腸嗜鉻細胞外，其余胃黏膜細胞均被IM 完全取代，CDX2 使胃黏膜細胞轉變為腸細胞樣細胞、杯狀細胞和腸內分泌樣細胞，表明CDX2 是這三種細胞系分化所必需的轉錄因子，同時表明CDX2 的表達可能是觸發人類IM 發生的早期事件。

Liu 等[9]收集了70 例經外科手術切除的胃組織樣本，通過免疫組化染色發現，CDX2 在正常胃黏膜組織中不表達，而在IM 組織中高表達。此外，Song Xin 等[26]通過免疫組化方法檢測了CDX2 在胃竇部病理石蠟組織中的表達，結果表明，CDX2 在慢性淺表性胃炎及慢性萎縮性胃炎中均未表達，在IM、異型增生、胃腸腺癌中CDX2 陽性率分別為90.83%、51.61%、61.54%，主要表達于細胞核，部分表達于細胞質，提示CDX2 可能是IM 發生的重要標志。Ma 等[27]應用免疫組化檢測經手術切除的胃組織標本，結果提示，大部分病例胃黏膜上皮未見CDX1 表達，所有IM 病例中CDX1 均呈陽性表達，且大多數IM 病例CDX1 呈中度或強陽性表達，表明CDX1 可能在IM 的形成中起重要作用。

Carlos A 等[22]發現，大多數試驗證據支持IM 亞型作為GC 風險預測因子的效用，將不完全IM 患者亞組確定為可能的內窺鏡監測對象。最新的流行病學研究[27]顯示，不完全性IM 進展為GC 的速度快于完全性IM。IM 可能從Ⅰ型進展為Ⅲ型，Ⅱ型和Ⅲ型IM 發生腸型GC 的風險明顯高于Ⅰ型IM。劉貴生等[28]通過免疫組化染色檢測不同亞型IM 中CDX2 的表達，結果發現，Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型IM 中CDX2 的陽性表達率分別為 85.19%，69.57%和36.6%，CDX2 在Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型IM 中表達率逐漸減低，其中Ⅲ型IM 中CDX2 的表達率明顯低于Ⅰ型。綜上，CDX1 和CDX2 在不同亞型IM 中發揮的作用可能不盡相同，其機制尚未完全明確。

4 CDX1 和CDX2 與GC

胃腺癌分為兩種亞型：腸型和彌漫型。腸型與腸上皮化生程度相關，而彌漫型則主要由遺傳因素決定。我國絕大多數GC 為腸型腺癌[19]。在GC 中研究最廣泛的同源盒基因是CDX1 和CDX2。

關于CDX 的異位表達如何影響胃癌的發生和發展仍存在爭議。有研究發現[6]，CDX1/CDX2 的外源表達可導致CDX缺陷GC 細胞G0-G1 期生長阻滯，并伴有腸道基因的誘導和胃基因表達的降低，CDX 標記陽性GC 的惡性特征明顯低于CDX 標記陰性GC，公開的數據庫顯示，CDX(CDX1/CDX2)表達的GC 明顯有更好的臨床預后。據報道[27]，CDX1 在正常胃黏膜中幾乎不表達，GC 組織中的CDX1 表達水平顯著高于對照組織，從IM 組到不典型增生組再到腸型GC 組CDX1 的表達逐漸降低，同時發現，CDX1 過表達可顯著抑制腸型GC細胞的侵襲，因此認為CDX1 在腸型GC 的發展中起著抑癌作用。

有觀點認為，CDX2 可能在胃癌的進展和癌變過程中發揮抑制作用。Saito 等[29]通過免疫組化方法評估了胃癌腫瘤標本中CDX2 的表達，結果發現，CDX2 表達陰性與腫瘤特異性生存率差顯著相關，但與總體生存率無關，其表達降低與低分化組織學類型的病例比例較高有關。一項對GC 中CDX2 表達的薈萃分析[30]包含了475 名患者的4 個不同隊列的組合，結果表明，CDX2 的過度表達與性別、臨床分期、分化程度、血管浸潤、淋巴結轉移及5 年生存率密切相關，其中CDX2 陽性GC 患者的5 年生存率明顯高于CDX2 陰性患者，提示CDX2 的表達可能是GC 患者生存的一個良好的預后因素。Zhang 等[31]發現CDX2 在人GC 細胞中的強制表達能夠抑制人GC 細胞的生長和侵襲，并在體內外逆轉上皮間充質轉化。

相反，也有研究報道[32,33]，GC 組織中的CDX1 表達水平顯著高于對照組織，分化較差的GC 組織中的CDX1 表達高于分化良好的GC 組織，表明CDX1 在GC 的發生發展中起一定作用。Mutoh 等[25]研究發現CDX2 轉基因小鼠中腸化生均進展為胃癌，揭示CDX2 在胃癌的發生發展中可能起促進作用。

5 小結

綜上所述，CDX1 和CDX2 是腸道特異性轉錄因子，在腸上皮細胞的發育、表型維持和增殖中起重要調節作用。在不同亞型IM 中CDX2 的表達不同，Ⅰ型-Ⅲ型逐漸遞減，有關CDX1 在不同亞型IM 中的表達差異研究尚未見報道。CDX1和CDX2 在IM 中的表達均高于正常胃黏膜組織，表明CDX1和CDX2 在IM 的發生發展中至關重要。在GC 中CDX1 和CDX2 的表達均較IM 組織中降低，提示二者可能在GC 中發揮抑制作用。此外，也有研究結果表明二者在GC 中起促進作用，目前仍存在爭議。因此，進一步了解CDX1 和CDX2 在IM 及GC 中的功能及二者之間的相互作用，有助于明確IM進展至GC 的確切機制，為胃癌的預防提供新思路。