先天性胆管扩张症是一种亚洲常见的先天性畸形病变，具有高度的癌变可能。作为一种癌前病变，其疾病癌变的发生发展机制在表观遗传学和遗传学上的研究日益成熟。本文就先天性胆管扩张症致癌过程中的表观遗传和遗传分子机制进行综述。
版权归中华医学会所有。
未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
除非特别声明，本刊刊出的所有文章不代表中华医学会和本刊编委会的观点。
先天性胆管扩张症(congenital biliary dilatation，CBD)，又称先天性胆总管囊肿，是一种先天性畸形病变，与胰胆管汇流异常(anomalous pancreaticobiliary ductal junction，APDJ)高度相关，其病变主要是指胆总管的一部分呈囊状或梭状扩张，有时可伴有肝内胆管扩张[1]。区别于因药物、胆管结石或恶性肿瘤引起的胆管获得性或继发性扩张。亚洲人群比西方人群更易患CBD，尤其我国关于该种病例的报道越来越多[2]。其中胆管癌变已成为CBD最严重的并发症，且既往研究显示，扩张段不完全切除的癌变风险为33.30%，扩张段完全切除的癌变风险仍为6.00%，其癌变风险(0.01%~0.80%)仍远远高于普通人群[3,4,5]。虽然现阶段手术仍然是CBD治疗的最佳手段，但探究CBD临床相关的致癌风险及机制对阻断CBD的癌变潜力变得十分必要。本文就先天性胆管扩张症致癌过程中的表观遗传和遗传分子机制进行综述。
Irwin和Morison[6]于1944年首次报道了一例在囊肿壁上出现癌变的CBD病例。之后越来越多的研究者发现CBD与胰胆系统癌变高度相关，CBD是一种癌前病变逐渐成为共识。
CBD相关的胆管恶性肿瘤的发生率为2.50%~26.00%[7]。据报道，在CBD成年患者中，胆囊癌(gallbladder carcinoma，GBC)、胆管癌(cholangiocarcinoma，CCA)和胆囊合并胆管癌的发生率分别为37.40%、3.10%和1.80%[8,9]。据日本一项全国性的调查显示，在CBD相关胆道癌成年患者中恶变的发生部位一般分布在胆囊(62.30%)和扩张的胆管(32.10%)[9]。
当存在CBD时，CCA发生的风险显著增加(与健康受试者相比增加了20~30倍)[10]。有研究发现，CBD Ⅰ型或Ⅳ型的个体相比于Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ型更易癌变[7,11,12]。重要的是，即使在扩张段切除术后，癌变的风险仍然很大[3,13,14]。虽然CBD相关的恶性肿瘤的类型以胆道型腺癌多见，但近年来越来越多与CBD相关的罕见恶性肿瘤病例被临床医生所报道，例如浸润性十二指肠癌[15]、横纹肌肉瘤[16]、具有破骨细胞样巨细胞的未分化癌[17]、印戒细胞癌[18]、复合型腺神经内分泌细胞癌[19]、肝动脉假性动脉瘤[20]、胰腺囊性淋巴管瘤等[21]。
在过去的十年里，在癌症患者、先天性疾病患者以及健康受试者的细胞中发现了基于染色体破碎和重组的新型大规模复杂染色体重排[22]。随即有研究者在对患有严重先天畸形的患儿及其父母进行全基因组检测时，发现队列中每一位患儿都继承了其父母裂变的染色体[23,24]。值得注意的是检测到这些患儿父母的基因组中多个蛋白质编码基因因染色体碎裂而被破坏，虽然并不是所有的父母都伴有先天异常的表型，但受到影响的染色体遗传给子女，致使其子女遗传信息失衡，从而导致了先天异常的表型。Kotalova等[25]于2018年报道了1例染色体HNF1B/17q12片段重复的CBD男患儿(Ia型)，该患儿被发现携带一个完整的HNF1B基因重复序列，其母亲携带相同的重排染色体。然而与患儿不同的是，她的肝脏和胆道系统的生化值和超声检查结果正常，这一发现与Pagter等[24]的发现相一致。该患儿在接受了手术后，仍多次复发胆管炎，并伴有轻度的肝肿大，肝弹性下降，中度肝纤维化以及胆管增生[25]。从以上病例推断术后胆管炎与染色体重排相关，并且反复炎症极大提高了其炎症部位癌变的风险。
端粒是位于染色体末端的重复DNA序列。端粒功能障碍导致的染色体不稳定在许多器官癌变的过程中起着重要作用。在稳态环境的细胞分裂过程中，体细胞的端粒会经历缩短过程。端粒缩短后无法维持环状构象，导致其作为底物暴露于DNA损伤应答(DNA damage response，DDR)的信号级联途径，当细胞对短端粒发出的DDR信号敏感时，细胞开始凋亡。当细胞对短端粒发出的DDR信号不敏感时，便无法进入正常的细胞周期自然凋亡，端粒会突破其衰老期(M1期)进入无上限的危象期(M2期)。此时的端粒几乎完全没有末端重复序列，并且不能再结合庇护蛋白。因此，端粒受到DNA修复活动的影响，它们与其他端粒位点或非端粒位点发生异常的DNA双链断裂(double strand break，DSB)融合，并且出现染色体畸变[26,27]。在端粒短于平均水平的细胞中，肿瘤形成是由于正常细胞丧失后，异常细胞被强烈选择或进行性端粒侵蚀，最终无法抑制细胞异常的增殖[28]。因此细胞以短于平均水平的端粒开始生理活动会增加患癌症的风险[29]。与正常细胞相比，肝胆肿瘤细胞和癌症相关的成纤维细胞中发现了显著的端粒损耗，并检测到较高的端粒酶活性[30,31]。Aoki等[32]通过定量荧光原位杂交的检测方法发现有CBD成年患者的胆囊上皮细胞的端粒长度明显短于没有CBD的胆囊结石成年患者以及健康成年受试者，并证明了患有CBD的成年患者中端粒长度从早期开始就显著减少。该学者的发现从染色体的结构改变上解释了伴有CBD的APDJ患者的致癌年龄早于不伴有CBD的APDJ患者这一临床现象发生的可能机制。
过去二十年，众多亚洲地区的学者关注并阐述了APDJ相关性CBD高度的癌变可能，其中最值得关注的是KRAS基因突变、TP53基因缺失错义以及细胞周期相关因子、蛋白的异常表达。KRAS和TP53基因的突变被发现是胆管恶性肿瘤中最常见的遗传改变。研究显示，KRAS基因突变和TP53失活与胆道癌呈正相关[33]。
KRAS蛋白是Ras蛋白超家族或Ras样水解酶之一，属于鸟苷三磷酸(guanosine triphosphate，GTP)结合蛋白。KRAS蛋白如同一个阀门，其与GTP结合可以传递信号的活化状态，其与鸟苷二磷酸结合是停止信号传递的非活化状态(失活状态)。当KRAS基因突变引发KRAS蛋白表达异常时，KRAS蛋白与GTP结合的激活状态无法解除，导致下游的信号通路持续激活，其中包括控制细胞生成的PI3K-AKT-mTOR信号通路，以及控制细胞增殖、迁移的Ras-RAF-Mek-ERK信号通路，致使胆管上皮细胞的无序生长、增殖，从而导致肿瘤的发生[34]。KRAS蛋白作为上述通路的重要上游调控蛋白，其突变被认为是胆管恶性肿瘤形成过程中的最早变化之一，并且由于其具有交叉激活PI3K-AKT通路的能力，癌细胞通过B细胞淋巴瘤-2信号逃避细胞凋亡[35,36]。
位于染色体17p 13.3.9上的TP53基因编码肿瘤抑制蛋白p53，是各种胆管恶性肿瘤中主要的突变基因之一，在上海东方肝胆外科医院招募的63例胆囊癌成年患者中高达51.7%的患者肿瘤组织内检测到TP53基因的遗传异常[33,37]。TP53控制着细胞周期的G1期、S期、G2期、M期，调控细胞的凋亡和DNA的修复[38]。当TP53突变时，因各种应激因素(如胆管炎症、病毒感染、胰液反流、胆汁微环境失衡等)受损的细胞无法完成正确的DNA修复而继续增殖，这可能是CBD具有高癌变潜可能的机制之一[39]。同时TP53还参与上文提到的过短端粒逃逸M1期的过程，其突变极大提高了染色体畸变的可能，增加癌变的风险[40]。
Shimotake等[41]报道了1例由CBD恶变为胆道型腺癌的女患儿，并证明其携带KRAS基因的遗传改变。Ohta等[42]在1993年报道了1例伴有胆管乳头状瘤病的CBD中出现KRAS基因点突变。有研究发现在APDJ患儿及成年患者胆囊和胆管的癌性上皮细胞中经常检测到KRAS突变，同时在伴有APDJ的胆管癌患儿及成年患者中非癌性胆管上皮细胞中也经常检测到KRAS突变，但在有APDJ而未患癌症的患儿及成年患者胆管增生上皮细胞中几乎没有检测到突变[43,44]。同样在伴有APDJ的CBD成年患者的癌性和非癌性胆管上皮细胞中也发现了p53蛋白的过表达和TP53基因的突变[44,45]。以上发现为在CBD中非癌性胆管上皮细胞KRAS和TP53突变是其癌前步骤的推测提供了证据。有研究者进一步认为TP53基因突变似乎发生在癌变晚期，而KRAS基因突变发生在癌变的早期，因为在CBD相关性胆管癌的病例中发现非癌变胆管上皮组织中，TP53基因突变的频率低于KRAS基因突变的频率[46]。
许多表观遗传改变被认为是癌症生物学的标志[47]。表观遗传失调通过各种机制(包括染色质重塑、组蛋白修饰和甲基化)改变基因表达，在胆管癌发生中起重要作用[48]。这些改变在胆管发育不良病变、早期胆管癌和进展期胆管癌中已有描述，并有利于恶性转化的过程。最近有研究表明表观遗传失调在CBD患儿中发挥着重要作用，组蛋白脱乙酰酶(histone deacetylase，HDAC)和活化诱导的胞嘧啶核苷脱氨酶(activation-induced cytidine deaminase，AID)在CBD患儿的胆管上皮细胞中过表达，且在胆囊和胆管上皮组织中，HDAC和AID的每种表达都与KRAS表达呈显著正相关，HDAC和AID的每种表达都倾向于与TP53表达正相关[49]。
HDAC参与组蛋白乙酰化或去乙酰过程，并使DNA易于转录来影响染色质结构，进而影响基因表达[50]。基因表达的异常组蛋白和非组蛋白乙酰化修饰已经在血液学和实体癌症中报道[51]。AID属于DNA和RNA编辑器的胞苷脱氨酶家族，是控制体细胞超突变和类别转换重组的必需酶，并参与去甲基化过程，在慢性炎症引起的不良病变致癌过程中发挥重要的驱动作用[49,52,53]。已有研究证明，HDAC和AID在KRAS和TP53以及相关癌蛋白上游起作用[49]。因此认为HDAC和AID在表观遗传上调节它们，增加了CBD癌变的风险。
近些年来随着蛋白组学的发展，Ming等[54]通过对CBD患儿血清蛋白质组测序及验证实验发现了果糖-1，6-二磷酸醛缩酶(fructose-1，6-bisphosphate aldolase B，ALDOB)在胆总管组织和血清样本中显著增加。有研究报道ALDOB通过蛋白相互作用在Akt磷酸化和去磷酸化的平衡中发挥重要的负调节作用[55]。
微RNA(microRNA，miRNA)是小的非编码单链RNA，并由细胞和表观遗传因子调节。这些miRNA在癌症发展所需的几种通路中起着重要作用，改变miRNA的表达可以是致癌的或抑癌的。有研究表明由CBD引发的胆管癌的发病机制可能与miR-200家族下调有关[56]。其可能的机制是下调miR-200家族削弱了E-钙黏蛋白抑制胆管上皮间质转化的过程，从而降低了细胞黏附的强度，增加了CBD癌变的风险。
APDJ相关性CBD中致癌的机制似乎与胰液反流到胆管并持续存在有关。在与APDJ相关性CBD中，胆汁和胰液在共同管内相互混合并反流，且极易滞留在胆囊和胆管中，尤其是扩张的胆总管。由于胆管内压力升高或细菌感染，蛋白水解酶和磷脂酶A2反流到胆管中很容易被激活。滞留在胆管中的磷脂酶A2具有强大的破坏作用，其易将胆汁中的卵磷脂转化为溶血卵磷脂和游离脂肪酸，从而对胆管上皮细胞的细胞膜造成很强的破坏[57]。同时胆汁的成分也可能发生改变，甚至于产生致癌或者潜在致癌的物质。在这样的胆道微环境中，胆管上皮细胞及胆管黏膜极易反复受到持续性的炎症刺激，在这一过程中发现病变胆管的病理学特征表现为修复阶段的增生、化生和(或)发育异常，同时此处的胆管上皮细胞的细胞周期不可避免地加速，DNA损伤的风险大大增加，原癌基因和抑癌基因突变的风险也随之增加。Wu等[58]通过体外实验证明了CBD患儿及成年患者的胆汁可通过环氧合酶2/前列腺素E2通路促进胆管癌细胞的增殖。据La Pergola等[59]报道胆道癌抗原19-9水平在CBD病例中显著升高，并且发现其似乎来自胆管而非胰腺上皮细胞。此外，CBD患儿的胆汁高淀粉酶水平诱导一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)在胆管黏膜内过表达，揭示了NOS在CBD黏膜增生和癌变中的重要作用[60]。值得深思的是，近年来对胆道微环境的了解取得了长足的进步，但其致癌的具体机制尚不清楚，对胆道微环境的认识大多与APDJ高度相关，这与临床上CBD Ⅰ型或Ⅳ型的个体更易癌变的事实相一致。临床上仍存在与APDJ无关的CBD恶变病例，所以胆汁微环境异常可能只是部分CBD引发癌变的机制。
综上所述，CBD作为一种癌前病变，其癌变的具体机制并不是单因素或者多因素影响的简单过程，其癌变的发生可能是由胆管中多种致癌物质引起的，直接或间接推动了原癌基因和抑癌基因的多步改变，并引发了表观遗传和遗传学调控的复杂变化过程(图1)。尽管对CBD和胆管系统癌症发生发展的规律了解加深，但近二十年来，恶变率仍在逐渐上升。虽然手术仍然是现阶段预防CBD恶变的最佳手段，但想要降低CBD和胆管系统癌症的发病率更应依赖于早期检测和预防措施的改善。了解CBD癌变的相关分子机制，才能为精准的靶向治疗和早期预防提供坚实基础。
注：GTP，鸟苷三磷酸；GDP，鸟苷二磷酸；HDAC，组蛋白脱乙酰酶；AID，胞苷脱氨酶；ALDOB，果糖-1，6-二磷酸醛缩酶；EMT，上皮间质转化；COX-2，环氧合酶2；CA19-9，癌抗原19-9
所有作者均声明不存在利益冲突
