食道癌，贲门癌的病理病因

作为癌变机理研究的模型一器官培养： 真菌毒素和亚硝胺对食管上皮的影响

       近年来，器官培养技术取得了显著的发展。利用此技术，研究者可以探究化学致癌物、生物因子以及真菌毒素等对人体食管上皮的直接作用。尽管长期器官培养的食管粘膜直到近期才获得成功，但Hillman等人通过摆动法和混合气体培养，已能使成人食管粘膜存活期延长至5周至6个月。我们成功地将人胚食管培养了约3个月。Stoner等在无血清或含5%牛胚血清的培养基中培养大鼠食管达28天。

       我们认为，食管被念珠菌感染可能仅是真菌病因作用的一种方式。真菌的另一作用途径是通过其毒素或代谢产物，这些物质可能存在 于食管癌高发区的食物或饮水中。在林县地区，玉米中最常见的分离物是镰刀菌属。将接种有拟枝孢镰刀菌的玉米喂给大鼠时，可引起其前胃乳头状瘤。以镰刀菌T-2毒素喂小鸡时，可引起口腔粘膜炎症及坏死。大鼠胃内注入镰刀菌提取物可导致多种器官的肿瘤及食管底层上 皮细胞的增生。最近一些研究表明，T-2毒素能引起淋巴细胞DNA单链断裂。T-2毒素是镰刀菌产生的单端孢霉素之一，它与食管癌的发生是否有关系，值得进一步研究。因此，我们以人胚及成人食管器官培养为模型，探讨了T-2毒素对人类食管上皮的作用。研究结果表明，它具有促进上皮细胞增生及坏死的双重作用。与胃上皮、肝上皮及支气管上皮相比，它对食管上皮细胞，尤其是底层细胞最为敏感。

       当培养液中的T-2毒素浓度达到5ng/ml或更高时，食管上皮细胞常发生坏死及脱屑现象。而当T-2浓度较低时，则可见到轻度的细胞毒作用及较明显的促增生效应。底层细胞的增生最为明显，可呈现乳头状、圆块状或条索状增生伸入固有膜，甚至粘膜肌板内。核分裂相可能增多，在少数情况下可见到不典型增生及不典型核分裂相。同样的T-2浓度在不同个体中引起的变化是不同的，即其作用表现出明显的个体差异，表层上皮脱落和底层细胞增生可在食管上皮的同一区域发生。扫描电镜观察显示，接受T-2毒素作用的食管上皮表面高低不平，增生、肿胀及坏死细胞同时可见。

       Stoner应用大鼠食管粘膜器官培养及细胞培养系统，研究亚硝胺类的致癌作用。结果发现，甲基苄基亚硝胺（NBMA）可使大鼠食管上皮诱发体外转化，只有经NBMA处理过的组织建成了细胞株。其中有两个细胞株可在软琼脂内生长，当注射至同种动物后产生了可触及的肿瘤。这些肿瘤具有鳞状上皮癌的形态特征。然而，人类食管上皮细胞的体外转化至今尚未成功。

食管组织及细胞内致癌物的代谢

       尽管已证明约有300多种化学物质能在动物体内引起肿瘤，其中许多亚硝胺在动物体内是食管的强致癌剂，但那些是人类食管癌的致癌物尚不清楚。由于化学致癌物对动物和人类有不同的选择性，因此比较人和动物食管组织及细胞内致癌物的代谢，对于探讨人食管的癌变机理是重要的方向之一。

      大多化学致癌物本身是无活性的，它们必须在生物的组织内进行转化，成为具有活性的致癌物。与化学致癌物有关的酶系统有三：

1、细胞色素P-450与混合功能氧化酶（MFO）：混合功能氧化酶是一组与生物转化、化学致癌物和其他外来物质氧化激活有关的酶。这些酶主要位于微粒体膜上，含有一种或多种形式的细胞色素P-450及相关的电子转移酶，如NADPH细胞色素P-450还原酶、细胞色素b5、NADH细胞色素b5还原酶等。

2、环氧化物水解酶：它在化学致癌物和有毒物质的活化和去活化中起重要作用。它将混合功能氧化酶原先形成的环氧化物催化形成反式双氢二醇（trans-dihydrodiols），此种酶存在于人类许多组织的微粒体内。

3、与结合反应有关的酶：这些酶具有解毒作用，将致癌物的代谢产物变为较易排泄、水溶性、毒性较小的代谢物。这类酶如葡萄糖醛酸转移酶、磺基转移酶、谷胱甘肽转移酶等。毒性产物的解毒作用是机体对环境致癌物细胞防御机制的一部分。解毒酶活性的高低，可能和不同动物种族对致癌物具有不同敏感性有关。

       器官培养是近年来研究致癌物代谢和癌变机理的重要模型。动物实验的研究结果能否引伸到人类，尚待证实。而应用器官培养法可直接研究人的食管对致癌物的代谢和反应，可获得更接近于人类实际情况的科学事实。应用人食管器官培养进行食管癌变机理的研究，虽开始不久，但已显示了其重要意义和潜力。

       Harris等用同位素标记化学致癌物加入到食管器官培养液中，研究致癌物在成人食管上皮内的代谢。比较了同一个体食管的不同部位（上、中、下段）内化学致癌物的代谢及与上皮DNA结合的量。结果发现，在不同食管段内，a-苯并芘（BP）水溶性代谢产物的百分率差别不大，更大相差为2倍。但人类不同个体食管上皮内，其量可相差68倍。不同个体代谢形式是相似的。食管上、中、下三段上皮内a-苯并芘的有机代谢产物的形式也是相似的。a-苯并芘与食管粘膜蛋白质结合的量高于与DNA结合的量。不同个体中a-苯并芘与食管粘膜DNA结合的量相差达99倍（0.3~29.9pmol结合物/10mg DNA），而与蛋白质结合的量相差约9倍（21~194pmol结合物/10mg蛋白质）。a-苯并芘与DNA结合的量在食管的上、中、下三段粘膜中相似。a-苯并芘在食管粘膜上皮内由BPDE1与鸟嘌呤形成一种主要的加成物，这是从鸟嘌呤产生的2个氨基加至(+)-(7B, 8a)-dihydr oxy-(9a, 10a)-epoxy-7,8,9,10-tetrahydrobenzo[a]pyrene (BPDE1)的第10位上。用二甲基亚硝胺（DMNA）及亚硝基吡咯烷（NPY）与成人食管粘膜共同培养时，其放射性与细胞蛋白质均能紧密结合。但仅有DMNA的代谢产物能与DNA结合，NPY几乎与食管粘膜DNA不结合，这可能说明人类食管对不同致癌物具有不同的代谢能力。DMNA的代谢产物（methyl carbonium ions）能使DNA的碱基甲基化，可分离出三种甲基化的碱基：O-甲基鸟嘌呤、3-甲基腺嘌呤、7-甲基鸟嘌呤。不同人类个体中，DMNA与食管粘膜DNA结合的量相差极大，从（<10）至1,109pmol/10mg DNA，不同个体中食管上皮细胞DNA与BP及DMNA结合的量呈平行关系。上述结果表明人类食管上皮确有活化以上二类“前致癌物”（procarcinogen）的代谢能力，即多环芳香烃（BP）及亚硝胺（DMNA）。食管内的酶能使它们转化为亲电子的代谢物，并与上皮细胞DNA及蛋白质结合。在DNA复制过程中，其O-甲基鸟嘌呤可引起碱基的配对错误，这可能是突变和致癌中的重要因素。但在人类癌变机理中，甲基化碱基的重要性尚待证实。BP及DMNA和食管上皮DNA形成的加成物与气管及结肠上皮内的相似，其代谢途径和在敏感动物（对BP和DMNA）中相似。

       不同动物的食管对致癌物代谢的量存在很大差异。Harris等比较了人和大鼠食管内几种致癌物的代谢（表3-3）。结果表明，DMNA、DENA、NBMA与大鼠食管DNA有很高的结合率，而与人类食管DNA的结合量明显低于大鼠，但均在100pM以上。亚硝基吡咯烷与大鼠食管结合量很高，而与人类食管上皮DNA几乎没有结合（<10pM）。以上实验说明，亚硝胺类致癌物不仅具有很大的个体差异，也具有很大的种族差异。因此，应用人和动物的组织作比较研究，对人类致癌机理的了解十分重要。我们比较研究了几种化学致癌物在人胚食管、胃上皮细胞内的激活情况，结果表明，人胚食管和胃均能激活DENA、NBMA、NPY和BP等（表3-4）。胃粘膜上皮与上述亚硝胺的结合水平一般比食管高。不同个体之间的结合水平存在一定的个体差异（约10倍左右）。人胚食管对DMNA并没有明显的结合，而成人食管却对DMNA有明显的结合。人胚食管能代谢NPY，但水平较低，而成人食管几乎不能代谢NPY，表明胚胎期和成人食管上皮对致癌物的代谢有一定差别。以上研究对人类食管癌病因和发病机理提供了较有意义的资料。