CDX1 和CDX2 在胃黏膜肠化生及胃癌中表达的研究进展

吕欢欢，祁莹，曹亚萍，王洁，时永全,3*

（1.西安医学院，陕西 西安 710021；2.空军军医大学第一附属医院消化内科，陕西 西安 710032；3.肿瘤生物学国家重点实验室，消化系病国家临床医学研究中心，陕西 西安 710032）

1 概述

胃癌(Gastric Cancer,GC) 是常见的消化道恶性肿瘤之一。据最新全球恶性肿瘤统计报告[1]，胃癌已成为世界发病率第五位、死亡率第三位的恶性肿瘤，2018 年全球新增超过100 万例胃癌病人，其中每12 人中约有1 人死亡。在我国[2]，胃癌年新发病例数为40.3 万，死亡病例数为29.1 万，其发病率位居全国第二位，死亡率位居全国第三位。胃癌的发生发展是一个逐渐演变的过程，一般认为其遵循Correa 模型[3]：慢性浅表性胃炎-- 慢性萎缩性胃炎-- 胃黏膜肠化生(intestinal metaplasia, IM)-- 异型增生-- 胃癌。在东亚[4]，每年约有1.8%、10% 和73% 的萎缩性胃炎、IM 和异型增生患者进展为胃癌。IM 显著增加了慢性胃炎到胃癌的发病率。

CDX1 和CDX2 是尾型相关同源盒基因家族的成员，同时也是肠特异性转录因子，于胚胎发育早期开始在肠内表达，在调节肠道上皮细胞的早期分化和维持中起关键作用[5]。

越来越多的研究证实，CDX1 和CDX2 不仅在胚胎早期发育中发挥重要作用，在调节成人肠上皮细胞的增殖和分化中也至关重要[6]。在GC 周围，异位表达CDX1 和CDX2 可诱导IM。CDX 在GC 中也有异常表达，提示胃肠道分化不良在GC 发生中起重要作用。因此，本文就CDX1 和CDX2在IM 及GC 中的表达做一综述，并进一步探究二者在IM 及GC 中的作用，为IM 的逆转治疗及GC 的预防提供新的理论依据。

2 CDX1 和CDX2 的结构、功能及表达

2.1 CDX1 和CDX2 的结构

CDX1 基因位于5 号染色体5q31-33 位，它包含3 个外显子和2 个内含子，跨度为40kb，编码蛋白包含265 个氨基酸。CDX2 基因位于13 号染色体13q12 位，包含3 个外显子和2 个内含子，全长7kb，编码蛋白包括313 个氨基酸[7]。其中CDX1 基因的转录起始于TATA 盒下游，启动子约30 个碱基对，TATA 盒与CDX1 基因的5’末端均位于CpG 岛内[8]。

在结构上，CDX 蛋白包含几个可识别的结构域：同源结构域、转录激活结构域以及A、B 和C 盒。CDX1 和CDX2 在同源结构域中同一性为92%（60 个氨基酸中包含55 个），但在该区域以外的相似性较低。有关A、B 和C 结构域的研究较少，但普遍认为它们都位于同源结构域的氨基末端。A 结构域包含可能参与亚细胞定位的DxE 基序，而B 区定位于CDX 基因的反式激活结构域[7]。

2.2 CDX1 和CDX2 的功能

同源盒基因包括HOX 基因和非HOX 基因，通常在实体瘤中异常表达。HOX 基因是多细胞生物模型的重要组成部分，由一个基本螺旋-环-螺旋结构域结合DNA 组成[7]。分娩时，HOX 家族基因表达显著降低，只有少数基因保持活跃。在胃肠道肿瘤中，大多数研究集中于非HOX 基因的功能，其中包括CDX1 和CDX2[9]。

CDX 基因最初是在果蝇中发现的，在小鼠和人类中有三种CDX 基因，包括CDX1、CDX2 和CDX4[5,7]。CDX1 和CDX2 的表达严格限制在肠道，从十二指肠到直肠，而在正常胃组织中不表达，CDX4 仅在胚胎阶段表达，其功能尚不清楚[6]。CDX 蛋白在同源结构域外保守性很差，但有研究报道[10]，其在神经管闭合、轴向延伸和中胚层模式化过程中存在功能重叠。在胚胎发育过程中，CDX 基因对调节前后模式至关重要，其中，CDX1 和CDX2 对胃肠道发育尤为重要[7]。

CDX1 和CDX2 在肠道的发育及分化中发挥着重要作用。有研究者构建CDX2+/-和CDX2-/-小鼠模型，发现其在肠管中段、盲肠旁区域形成胃黏膜息肉。出生时，通常表现为回肠末端、盲肠或近端结肠小面积的复层鳞状上皮，这提示CDX2 驱动了肠道表型的分化，如果在发育过程中其水平降至阈值以下，组织形成将会沿着“默认的”前胃途径进行[11]。CDX2 主要通过调节肠特异性基因（包括鸟苷酸环化酶C、乳糖酶、蔗糖酶-异麦芽糖酶和LI-钙粘素）的表达来维持成熟肠上皮细胞的分化表型[12]。其中蔗糖酶-异麦芽糖酶是第一个被发现由CDX2 调控的肠道特异性基因。此外，CDX2还调节控制细胞动力学的基因表达，包括粘附、增殖、细胞周期调节和凋亡等功能[13]。

当原始肠道的复层上皮开始转化为简单柱状上皮时，CDX1 开始在胚胎中期的肠道中表达。有研究表明[11]，CDX1 基因敲除不会改变肠道形态，因此认为它与肠道发育无关。相反，有学者发现，在成人胃肠道中，CDX1 和CDX2的功能重叠，CDX1 缺失会导致肠道功能衰竭恶化，并出现新的结肠表型[14]。C Bonhomme[15]等构建了Vil-Cdx1 转基因小鼠，使其在Villin 启动子作用下的肠上皮细胞中过表达CDX1，发现远端结肠细胞中CDX1 过表达时，CDX2 的表达也随之降低，因此，CDX1 过表达可能对CDX2 具有负性调节作用。目前有关CDX1 的研究较少，其在肠道发育中的作用尚存在争议。

2.3 CDX1 和CDX2 的表达

CDX2 是胚胎发育过程中第一个表达的CDX 基因。在胚胎发育过程中，CDX2 在第3.5 天囊胚形成时，最先在内胚层表达，接着表达于滋养外胚层。在第7.5 天时，外腔开始分裂为羊膜腔，CDX2 的表达精确定位于包括绒毛膜外胚层、外胎管、早期尿囊芽（中胚层）和羊膜外胚层相邻的少数细胞中。在第8.5 天时，CDX2 在尾芽的所有组织中表达阳性，包括覆盖的外胚层、延伸到尿囊根部的中胚层和后肠雏形的内胚层，同时在神经板、神经管以及较少的脊索中表达阳性。从第12.5 天以后，CDX2 的胚胎表达仅限于肠内胚层，并持续表达[16]。

在肠道水平轴中，第12.5 天时CDXl 开始在肠中表达，在远端肠中有弱且不均匀的核染色。至第13.5 天时，CDXl在后肠中高表达，在前肠和中肠中低表达，而CDX2 仅在发育中的近端肠中表达。这表明在内胚层- 肠道转变之前，内胚层中CDXl 和CDX2 的表达模式存在明显差异。此后，最近端肠道形成十二指肠并主要表达CDX2，后肠形成结肠并主要表达CDXl。在肠道垂直轴中，第15.5 天时CDX1 开始在近端肠段呈梯度表达，在绒毛间区的表达强于绒毛，而在远端小肠中则无垂直梯度表达。这种梯度表达从整个胚胎发育过程中一直持续到成年。相反，CDX2 无明显梯度表达。在第18.5 天时，CDXl 在近端肠段低表达，在远端空肠高表达，而CDX2 在远端空肠、回肠和近端结肠均高表达，在近端肠段中，CDX2沿绒毛形成梯度呈不均匀表达，在绒毛末端表达最弱[17]。综上所述，在肠上皮发育早期，CDX1 和CDX2 沿水平肠轴的表达模式明显不同，CDX2 在近端肠段中表达，逐渐向后移动，而CDX1 在远端肠段中表达，两者在中间肠段重叠表达。这一模式提示CDX 基因的差异表达可能参与了近端肠至远端肠的差异发育和上皮沿水平轴的均匀表型[17]。

在成人小肠和结肠中，CDX1 和CDX2 在肠上皮中表达存在差异。CDX1 沿前后轴表达增加，在远端结肠中达最高。相反，CDX2 的表达从十二指肠到远端肠段逐渐增加，在近端结肠上皮中达到最高。此外，CDX1 表达沿隐窝-绒毛轴分级，相对于绒毛，在隐窝中表达水平更高，而CDX2 沿该轴均匀表达，但磷酸化程度不同，表明CDX2 活性可能受翻译后机制的调节[10,14]。同时有研究表明，CDX2 的表达不仅限于正常肠道细胞，在GC、结直肠癌、甲状腺癌、卵巢癌、膀胱癌和前列腺癌中也有表达，这在临床上可用于改善晚期癌症患者预后的预测[18]。

3 CDX1 和CDX2 在不同亚型IM 中的表达

3.1 IM 及其亚型

IM 是GC 发生过程中Correa 级联的中间步骤，通常被认为是GC 的癌前病变，其定义为胃泌酸或胃窦黏膜的表面、小凹或腺上皮细胞被肠上皮细胞所取代[19]。也有观点认为IM是胃干细胞增殖转向小肠细胞，如吸收细胞、杯状细胞和潘氏细胞等[20]。

通过不同组织学和组化技术，IM 可以分为不同的亚型。其中使用最广泛的是Jass ＆ Filipe 提出的分类系统。在该分类中，IM 分为完全型（小肠型/ Ⅰ型）和不完全型（结肠型/Ⅱ型和Ⅲ型）。完全型或Ⅰ型IM 组织中存在吸收细胞、潘氏细胞和分泌唾液粘蛋白的杯状细胞，这与小肠的表型相对应。不完全型IM 包括Ⅱ型/Ⅱa 型和Ⅲ型/Ⅱb 型，其特征是存在柱状细胞和杯状细胞，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。用高铁二胺/阿利新蓝染色可以区分硫粘蛋白和唾液粘蛋白。同时Ⅲ型肠化生还表现出明显的腺体变形和潘氏细胞的缺失等特征[19,21]。有研究称[22]，在14 项横断面研究中，其中有13 项结果显示Ⅲ型IM 或不完全性IM 在GC 中的患病率显著高于其他胃部病变，提示不同亚型的IM预后不同。

3.2 CDX1 和CDX2 在不同亚型IM 中的表达

如上所述，CDX1 和CDX2 参与了肠道的发育、分化及表型的维持，并且发挥重要作用。IM 是由正常胃黏膜向肠上皮的转化，因此，CDX1 和CDX2 可能参与了IM 的过程。近期研究表明[6]，在IM 的发展中，异位表达CDX 基因被认为是必不可少的，因为CDX1 和CDX2 几乎在所有IM 的胃黏膜中表达。此外，外源性转导CDX 基因也可诱导IM 的发生。目前IM 发生发展的机制尚不完全明确，可能涉及与基因杂合性丢失、微卫星不稳定、端粒酶活化、三叶肽、绒毛蛋白、肿瘤抑制基因p53、CDX1/2 异位表达等相关，其中CDX2 的异位表达被认为是IM 发生的触发事件，而与CDX1 相关的研究较少。CDX 基因参与IM 发生的机制还未完全被阐明。

有研究称[23]，过表达CDX2 的转基因小鼠引起了胃部广泛的IM 的发生，这可能与CDX2 下游的肠道特异基因有关。因此，CDX2 被认为是胃IM 发生发展的触发因子。据报道[23]，CDX2 是几个与此表型相关的肠道特异基因的直接转录激活因子，其中包括MUC2、Villin-1、肠道脂肪酸结合蛋白、胰高血糖素和鸟苷酸环化酶等。因此，CDX2 在启动IM 的发生发展中至关重要。

在动物实验研究中，Silberg 等[24]通过观察CDX2 转基因小鼠，发现由CDX2 在胃中的表达诱导的组织学和分子变化模仿了在人类IM 中观察到的变化，即胃上皮出现杯状细胞和肠道特异性基因被激活。Foxa3 / CDX2 转基因小鼠中产生的大多数肠型杯状细胞都含有硫酸化粘蛋白。在人类中，这表明Ⅲ型肠化生具有更高的癌变倾向。IM 的特征在于在胃上皮黏膜内存在杯状细胞，吸收性细胞和Paneth 细胞[23]。Mutoh 等[25]对CDX2 转基因小鼠进行连续观察，在小鼠出生后的第19 天，检测到几个腺体壁细胞消失，增殖区从峡部移到腺体底部，至第37 天时，除肠嗜铬细胞外，其余胃黏膜细胞均被IM 完全取代，CDX2 使胃黏膜细胞转变为肠细胞样细胞、杯状细胞和肠内分泌样细胞，表明CDX2 是这三种细胞系分化所必需的转录因子，同时表明CDX2 的表达可能是触发人类IM 发生的早期事件。

Liu 等[9]收集了70 例经外科手术切除的胃组织样本，通过免疫组化染色发现，CDX2 在正常胃黏膜组织中不表达，而在IM 组织中高表达。此外，Song Xin 等[26]通过免疫组化方法检测了CDX2 在胃窦部病理石蜡组织中的表达，结果表明，CDX2 在慢性浅表性胃炎及慢性萎缩性胃炎中均未表达，在IM、异型增生、胃肠腺癌中CDX2 阳性率分别为90.83%、51.61%、61.54%，主要表达于细胞核，部分表达于细胞质，提示CDX2 可能是IM 发生的重要标志。Ma 等[27]应用免疫组化检测经手术切除的胃组织标本，结果提示，大部分病例胃黏膜上皮未见CDX1 表达，所有IM 病例中CDX1 均呈阳性表达，且大多数IM 病例CDX1 呈中度或强阳性表达，表明CDX1 可能在IM 的形成中起重要作用。

Carlos A 等[22]发现，大多数试验证据支持IM 亚型作为GC 风险预测因子的效用，将不完全IM 患者亚组确定为可能的内窥镜监测对象。最新的流行病学研究[27]显示，不完全性IM 进展为GC 的速度快于完全性IM。IM 可能从Ⅰ型进展为Ⅲ型，Ⅱ型和Ⅲ型IM 发生肠型GC 的风险明显高于Ⅰ型IM。刘贵生等[28]通过免疫组化染色检测不同亚型IM 中CDX2 的表达，结果发现，Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型IM 中CDX2 的阳性表达率分别为 85.19%，69.57%和36.6%，CDX2 在Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型IM 中表达率逐渐减低，其中Ⅲ型IM 中CDX2 的表达率明显低于Ⅰ型。综上，CDX1 和CDX2 在不同亚型IM 中发挥的作用可能不尽相同，其机制尚未完全明确。

4 CDX1 和CDX2 与GC

胃腺癌分为两种亚型：肠型和弥漫型。肠型与肠上皮化生程度相关，而弥漫型则主要由遗传因素决定。我国绝大多数GC 为肠型腺癌[19]。在GC 中研究最广泛的同源盒基因是CDX1 和CDX2。

关于CDX 的异位表达如何影响胃癌的发生和发展仍存在争议。有研究发现[6]，CDX1/CDX2 的外源表达可导致CDX缺陷GC 细胞G0-G1 期生长阻滞，并伴有肠道基因的诱导和胃基因表达的降低，CDX 标记阳性GC 的恶性特征明显低于CDX 标记阴性GC，公开的数据库显示，CDX(CDX1/CDX2)表达的GC 明显有更好的临床预后。据报道[27]，CDX1 在正常胃黏膜中几乎不表达，GC 组织中的CDX1 表达水平显着高于对照组织，从IM 组到不典型增生组再到肠型GC 组CDX1 的表达逐渐降低，同时发现，CDX1 过表达可显著抑制肠型GC细胞的侵袭，因此认为CDX1 在肠型GC 的发展中起着抑癌作用。

有观点认为，CDX2 可能在胃癌的进展和癌变过程中发挥抑制作用。Saito 等[29]通过免疫组化方法评估了胃癌肿瘤标本中CDX2 的表达，结果发现，CDX2 表达阴性与肿瘤特异性生存率差显著相关，但与总体生存率无关，其表达降低与低分化组织学类型的病例比例较高有关。一项对GC 中CDX2 表达的荟萃分析[30]包含了475 名患者的4 个不同队列的组合，结果表明，CDX2 的过度表达与性别、临床分期、分化程度、血管浸润、淋巴结转移及5 年生存率密切相关，其中CDX2 阳性GC 患者的5 年生存率明显高于CDX2 阴性患者，提示CDX2 的表达可能是GC 患者生存的一个良好的预后因素。Zhang 等[31]发现CDX2 在人GC 细胞中的强制表达能够抑制人GC 细胞的生长和侵袭，并在体内外逆转上皮间充质转化。

相反，也有研究报道[32,33]，GC 组织中的CDX1 表达水平显着高于对照组织，分化较差的GC 组织中的CDX1 表达高于分化良好的GC 组织，表明CDX1 在GC 的发生发展中起一定作用。Mutoh 等[25]研究发现CDX2 转基因小鼠中肠化生均进展为胃癌，揭示CDX2 在胃癌的发生发展中可能起促进作用。

5 小结

综上所述，CDX1 和CDX2 是肠道特异性转录因子，在肠上皮细胞的发育、表型维持和增殖中起重要调节作用。在不同亚型IM 中CDX2 的表达不同，Ⅰ型-Ⅲ型逐渐递减，有关CDX1 在不同亚型IM 中的表达差异研究尚未见报道。CDX1和CDX2 在IM 中的表达均高于正常胃黏膜组织，表明CDX1和CDX2 在IM 的发生发展中至关重要。在GC 中CDX1 和CDX2 的表达均较IM 组织中降低，提示二者可能在GC 中发挥抑制作用。此外，也有研究结果表明二者在GC 中起促进作用，目前仍存在争议。因此，进一步了解CDX1 和CDX2 在IM 及GC 中的功能及二者之间的相互作用，有助于明确IM进展至GC 的确切机制，为胃癌的预防提供新思路。