食管癌发生发展的机制及早期的诊断与治疗的研究进展

食管癌的发生发展是一个从炎症到侵袭性癌的多阶段过程。然而，这一过程非常复杂，迄今为止还很少有相关研究揭示这一过程。早期诊断和治疗EC是中国恶性肿瘤早期诊断和治疗项目的重点。如何以更低的成本和更高效的方式筛选电子商务值得探索。在此，专家就其发生发展机制、早期诊断和治疗等方面的最新进展作一综述。

1 介绍

2020年，食管癌(EC)患者增加60万，在所有癌症中排名第8;死亡人数增加54万，在所有癌症中排名第6;在中国，2020年EC的发病率增加了32万，排名第6位，死亡率增加了30万，排名第4位。近日，中国国家癌症中心(NCC)公布的2016年全国癌症发病率和死亡率统计数据显示，EC发病率在男性中排名第5，在女性中排名第8，死亡率在男性中排名第4，在女性中排名第6。因此，EC仍然是影响我国居民健康的主要恶性肿瘤。

包括两种主要病理类型:食管鳞状细胞癌(ESCC)和食管腺癌(EAC)。ESCC是最常见的亚型，占全世界EC病例的90%，发病率最高的是中国、中亚、东非和南非，而EAC主要发生在南美和欧洲。在中国，EC病例占世界EC病例的70%。

目前尚不清楚EC是如何发生的。目前的研究表明，EC是一个多阶段的过程，从反复的炎症刺激到癌前病变，再到浸润性癌症。这一过程非常复杂，涉及食管上皮细胞和非上皮细胞在微环境中的细胞遗传学变化，其分子机制仍在探索中[5]。有研究表明，一些驱动基因的高频突变与EC的发生有关，如p53、p16、PTEN、RB1、ZNF750等。

早期食管癌定义为仅累及粘膜而未怀疑有淋巴结转移的病变。早期诊断为EC的患者约占20%，病变切除后5年生存率约为85%。常用的白光内镜下Lugol's碘染色引导活检(WLE)或窄带成像(NBI)等诊断方法均能较好地诊断食管癌前病变和早期EC。然而，由于食管癌前病变及早期EC患者多无症状，内镜筛查费用高且痛苦，因此内镜筛查不适合大规模筛查，导致早期诊断率低，导致发病率和死亡率高。由于治疗费用高，手术创伤大，并发症多，中晚期EC患者的生活质量较差。而内镜下治疗早期EC，如内镜下粘膜切除(EMR)或内镜下粘膜剥离(ESD)，不仅创伤小，生存时间长，而且能保留食管结构和功能，维持较高的生活质量。因此，早期诊断和治疗EC至关重要。

传统上，食管癌前病变定义为不典型增生，分为轻、中、重度。近年来WHO对食道肿瘤的分级将食道癌前病变定义为上皮内瘤变/不典型增生，并根据浸润深度分为低分级和高分级。低级别上皮内瘤变/异常增生侵袭上皮的下1/2，而高级别上皮内瘤变/异常增生侵袭上皮的上1/2。侵袭整个上皮的肿瘤称为原位癌(CIS)。

本文就食管癌前病变及早期EC的发病机制、生物标志物及诊断方法等方面的最新进展进行综述。

2 食管癌前病变及早期EC发生机制研究进展

从癌前病变到浸润性癌的进展是非常复杂的。随着测序技术的发展，研究者通过测序逐渐揭示了影响EC发生发展的一些关键基因和通路。詹其敏院士等通过对158例ESCC患者的基因组分析，发现有8个基因(TP53、RB1、CDKN2A、PIK3CA、NOTCH1、NFE2L2、ADAM29、FAM135B)发生了显著突变，其中从未报道与ESCC相关的FAM135B被证实可增强肿瘤细胞的恶性性。同时，ESCC的突变主要涉及Wnt、细胞周期、Notch、RTK-Ras和AKT通路。PSMD2、RARRES1、SRC、GSK3B和SGK3可能是潜在的新型治疗靶点。贺杰院士等通过对113例EC患者的外显子测序，发现99%的样本中与细胞周期和凋亡通路相关的基因发生突变，主要包括TP53、CCND1、CDKN2A、NFE2L2和RB1。组蛋白修饰相关基因突变频率也较高，包括KMT2D、KMT2C、KDM6A、EP300和CREBBP，其中EP300突变与预后不良相关。此外，FAT1、FAT2、FAT3或FAT4或AJUBA和NOTCH1、NOTCH2或NOTCH3或FBXW7的突变分别导致Hippo和Notch通路的失调。虽然有研究发现了一些ESCC的肿瘤生物标志物，但用于诊断的新生物标志物仍然不足。最近的基因组研究，包括癌症基因组图谱(TCGA)项目，通过对临床组织样本进行全外显子组或全基因组测序，发现了ESCC中的许多基因组突变。林东鑫院士团队发现ALDH2 4q23位点的rs671和ADH1B 12q24位点的rs1229984两个功能性单核苷酸多态性(snp)与ESCC风险显著相关，并与饮酒和吸烟状态相互作用。他们进一步对全基因组进行了测序，确定了6个ESCC突变特征(E1-E6)，其中E4与吸烟和饮酒状态显著相关。此外，具有ALDH2风险基因型(rs671-AG/-AA)的饮酒者中签名E4的频率显著高于无该风险基因型的饮酒者。这一风险基因型也明显高于不饮酒者和rs671-GG基因型的不饮酒者。AGH1B的分析结果与ALDH2相似。虽然这些研究从某些方面揭示了EC的发病机制，但它们只局限于侵袭期，而不是从癌前病变到侵袭性癌的过程，因此不能完全揭示EC发生发展的机制。

既往研究表明，细胞微环境的慢性炎症是消化系统肿瘤的重要危险因素。慢性炎症诱导的活性氧和活性氮(Reactive oxygen and nitrogen species, RONS)可损伤重要的细胞成分(如DNA、蛋白质和脂质)，从而导致恶性细胞转化。Lin等研究表明，食管黏膜组织学的恶性程度随着炎症程度的增加而增加。他们对包括正常上皮组织、单纯性增生组织、上皮内瘤变组织和EC组织在内的227个组织进行了全外显子和全基因组测序，揭示了正常粘膜组织到上皮内瘤变再到浸润性癌的变化过程。他们的研究表明，DNA的损伤状态和炎症程度与粘膜组织的异型性程度呈正相关。磷酸化H2AX (γH2AX)在上皮内瘤变组织中的阳性率明显高于正常组织和单纯增生组织。γ - h2ax在非炎症组织和炎症组织中的阳性率不同，γ - h2ax的表达随炎症程度和细胞异型程度的增加而增加。此外，他们发现基因组倍性的增加始于上皮内瘤变阶段，例如，68%的上皮内瘤变和55.6%的鳞状细胞癌样本中存在多倍体，但在单纯增生样本中没有。最后，他们还发现了几个在上皮内瘤变和鳞状细胞癌中常见的突变基因，如CDKN2A、ASCL3、FEV、CCND1、NFE2L2和SOX2。虽然上皮内瘤变和鳞状细胞癌在拷贝数变异(CNA)的大小上没有差异，但鳞状细胞癌的CNA状态明显增加。虽然鳞状细胞癌和上皮内瘤变有许多共同的遗传改变，但它们之间仍存在独特的突变，表明遗传异质性。

仅仅研究基因组学是远远不够的，蛋白质组学的研究是对基因组学研究的补充。Zhang等对高级别上皮内瘤变和正常粘膜组织进行了蛋白质组学分析，比较了两组之间蛋白表达的差异。共鉴定4006个蛋白，与正常黏膜组织比较，差异表达236个蛋白，其中上调138个，下调98个。此外，已有研究证实18种蛋白在ESCC与正常组织之间存在差异表达。功能富集分析表明，这些差异表达蛋白富集于多种功能和信号通路，如肌动蛋白骨架调控、PPAR信号通路、泛素介导的蛋白水解等。

尽管这些研究揭示了基因组改变在ESCC中的重要作用，但尚不清楚正常上皮细胞如何通过突变从癌前病变进展为浸润性癌症，因为这些研究大多基于横断面设计，而不是顺序进展或涉及较少的疾病阶段。此外，少数体细胞突变可能不足以启动EC的发生和发展，因为这种突变也发生在病理正常的人类食管组织中。

肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)的复杂背景在肿瘤的发生发展中也起着重要作用。因此，阐明肿瘤发生过程中TME细胞的动态转录组变化对揭示ESCC的发生发展具有重要意义。单细胞转录组分析可以分析组织样本中复杂的细胞组成，破译细胞状态转变。然而，由于几乎不可能从患者身上获得这些病变，因此很难分析持续进展的肿瘤，因此必须在动物模型中寻找解决方案。化学致癌物4-硝基喹啉1-氧化物(4NQO)诱导小鼠ESCC发生的方式与人类ESCC的致瘤过程相似。

因此，通过构建小鼠模型研究ESCC的发育过程有助于了解人类ESCC的发育过程。通过单细胞测序对模型小鼠ESCC各发展阶段进行分析，可以显示不同发育阶段食管上皮内各种细胞的状态，从而描绘食管鳞状细胞癌发展的全貌。研究表明，在ESCC的发展过程中，上皮细胞表现出6种不同的状态(EpiC 1-6)，分别与分裂和增殖、解毒、细胞外致癌物质刺激反应和促炎反应、角化、上皮-间质转化和血管生成以及肿瘤侵袭和转移的控制有关。EpiC 1-3存在于不同阶段，但比例不同，说明这三种类型的细胞是食管上皮的基本组成部分，而EpiC 4和5存在于炎症和增殖阶段，而EpiC 6仅存在于侵袭性肿瘤。此外，这些细胞表现出两条变化途径，都是从EpiC 1开始，有的细胞从增殖性的EpiC 1向正常分化的EpiC 4转变，有的细胞从EpiC 2向EpiC 5发展，最后向恶性的EpiC 6发展。这些细胞亚型很好地证明了肿瘤发生过程中食管上皮细胞的动态转化。

既往对人类食管基因组突变的研究表明，虽然正常人食管上皮外显子突变负担随着年龄的增长而增加，但未发生与癌症相关的病变，提示致癌物和免疫抑制因子引起的转录组改变可能在ESCC中发挥重要作用。一般来说，ESCC的发生是外部致癌刺激、炎症反应、基因突变和免疫抑制等因素共同作用的结果。

3 EC早期诊断研究进展

目前，早期发现、早期诊断和早期治疗是改善前列腺癌预后的最佳策略。如果早期发现并接受内镜或手术治疗，5年总生存率可大大提高至90%以上。但对于EC和癌前病变的筛查，内镜筛查价格高、效率低，不适合大规模筛查。目前在国内主要用于EC高发地区的筛查。因此，寻找有效的无创生物标志物进行筛查，降低筛查成本，提高早期诊断EC的效率和准确性，将有助于降低死亡率。

4 筛选生物标志物的研究进展

近年来，基于食道细胞学样本、血液样本、呼吸样本、口腔微生物组等开发了一些诊断EC的生物标志物，如p53抗体等血液抗体、循环肿瘤细胞、循环miRNAs和lncRNAs。此外，还有将活检与生物标志物(如DNA甲基化标志物、突变基因和snp)相结合的诊断方法。

5 内镜筛查研究进展

目前，内镜筛查仍是临床筛查和早期诊断的主要方法。内镜筛查的主要目的是发现无症状的癌前病变和早期癌性病变并将其切除，因此非常依赖于诊断的准确性。在一项多中心队列研究中，内镜诊断漏诊EC占所有病例的6.4%。因此，提高诊断和治疗的准确性是诊断和治疗的重点。窄带成像(NBI)可以检测到更多的发育不良区域，同时减少了所需的活检次数。

为了更直观、准确地评估分期和组织病理类型，实现有针对性的活检甚至病理可视化，新的内镜成像技术不断涌现。图像增强内镜(IEE)在白光内镜的基础上提高了癌前病变和早期癌症的检出率，避免了不必要的活检。Lugol色内窥镜(LC)可以显示WLE下未见的癌前病变，并通过显示精确的边界使活检更加准确。I-scan技术也是一种数字比较方法，可以增强微小的粘膜结构和细微的颜色变化。与随机活检相比，i-scan引导下的活检诊断率更高(66%)，准确率为96%，需要的活检较少[47,48]。

人工智能(AI)，尤其是深度学习，在医疗领域得到了广泛的应用。在了解内窥镜专家如何诊断和解释图像后，人工智能可以更好、更高效地完成工作。此外，人工智能在敏感性、特异性和准确性方面与临床专家没有显著差异，甚至优于一些初级或中级医生。未来，人工智能将在医学领域发挥越来越重要的作用。

6 内镜治疗早期EC的进展

内镜根除疗法(EET)是目前食管癌前病变及局限于粘膜及粘膜下层无区域淋巴结转移的早期食管癌的基本治疗方法。主要包括内镜下粘膜切除术(EMR)和内镜下粘膜下切除术(ESD)。EET可达到95% ~ 100%的5年生存率。射频消融(RFA)通常用于平坦或不可见病变的消融，以及内镜消融后残留的病变。出血、穿孔和食管狭窄是内镜治疗后常见的并发症。在切除部位小心地凝血暴露的血管可以减少迟发性出血的风险;夹子闭合、支架置入和内镜下缝合是治疗术中穿孔的有效方法。常见的狭窄治疗方法有自助充气球囊、预防性放置全覆盖自膨胀金属支架、可生物降解支架、口服类固醇、局部类固醇注射或局部类固醇凝胶应用(图1)。

图1 早期EC的治疗策略

7 早期EC的其他治疗进展

虽然内镜治疗是食管癌前病变和早期EC的基础，但手术和放化疗也需要。根据日本食管癌学会(JES)编辑的食管癌实践指南2022，当诊断为pt1a -粘膜肌肉炎(MM)时，建议非周周病变患者接受内镜治疗，而全周病变患者建议接受手术(如果能耐受)或放化疗。对于经内镜治疗后诊断为粘膜下(SM)的患者，还应考虑进行手术或放化疗等附加治疗。病变长度> 5cm者建议行手术治疗。当患者不能或不愿接受手术时，建议采用化疗、放疗或放化疗(图1)。

8 结论

为了提高EC患者的治疗效果，提高患者的生活质量，对EC高危人群的筛查和早期诊断和治疗是非常重要的，这应该是预防和治疗恶性肿瘤的重点之一。虽然对EC发病机制的研究正在逐步深入，但从基因组-转录组-蛋白质组中发现的证据仍然不足，尚未发现有效的肿瘤生物标志物，可用于大规模人群的初步筛查。因此，我们还需要继续研究和探索EC的发生发展机制，筛选生物标志物的发现和利用，以及早期诊断和治疗。

参考资料：

Holistic Integrative Oncology

Recent advances in the mechanisms of development and the early diagnosis and treatment of esophageal cancer