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发展较快。应用器官培养技术可研究化学致癌物、生物因子,真菌毒素等对人食管上皮的直接作用。食管粘膜长期器官培养技术直到晚近才获成功。Hillman等应用摆动法及混合气体培养能使成人食管粘膜存活达5周至6个月。我们能成功地培养人胚食管长达约3个月(图3-19)。Stoner 等培养大鼠食管在无血清或含5%牛胚血清的培养液内达28天。

      我们认为,食管被念珠菌感染,可能仅是真菌病因作用方式之一。真菌的另一作用方式是通过其毒素或代谢产物，后者可能存在于食管癌高发区的食物或饮水之中。在林县地区的主食玉米中最常分离得到的是镰刀菌属。将接种有拟枝孢镰刀菌的玉米喂大鼠时，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。大鼠胃内淄喂镰刀菌提取物可引起多种器官的肿瘤及食管底层上皮细胞的增生。最近有些研究表明, T-2毒素可引起淋巴细胞DNA单链断裂。T-2毒素是镰刀菌产生的单端孢霉素之一,它和食管癌的发生有无关系，值得试探，为此我们以人胚及成人食管器官培养为模型，研究T-2毒素对人类食管上皮的作用。研究证明它具有促进上皮细胞增生及坏死细胞毒)的双重作用。与胃上皮、肝上皮及枝气管上皮相比较，它对食管上皮细胞尤其是底层.细胞最为敏感。

       当培养液中T-2毒素浓度达5ng/ml以上时，食管上皮细胞常发生坏死及脱皮现象。培养液中T-2浓度较以上为低时,则常可见到轻度绸胞毒及较明显的促增生效应。底层细胞的增生最为明显,可星乳头状,圆块状或条索状增生伸至固有膜(图3- 20, 3-21)，甚至粘膜肌板内。核分裂相可增多,在小部分病例可见到不典型增生及不典型核分裂相(图3-22)。同样的T-2浓度在不同个体中，引起的变化是不同的,也即其作用显示明显的个体差异,表层上皮脱落和底层细胞增生可在食管上皮的同一区城发生。扫描电镜观察可见接受T-2毒素作用的食管上皮的表面高低不平,增生、肿胀及坏死细胞同时可见(图3-23)。




      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。其中有二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摸.到的肿瘤。这些肿瘤具有鳞状上皮癌的形态特征。但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

      虽已证明约有300多种化学物质可在动物体内引起癌肿，其中有多种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,因此比较研究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 功能氧化酶是与生物转化、化学致癌物和其他外来物质氧化激活有关的一组酶。这些酶主要位于微粒体膜，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b,NADH细胞色素b,还原酶。
  (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。将致癌物的第一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整体的一-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,相差最大者为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c-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结合致物/10mgDNA) ,而与蛋白质结合的量相差约9倍(21~194pmol结合的致癌物/10mg蛋白质)。a-苯并龙与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- -种主要的加成物,乃是从鸟嘌呤产生的2个氨基加至(+)- (7B, 8a) - dihydr-oxy- (9a, 10a)- epoxy- 7,8,9,10 - tetrahydrobenz0(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,可分离得三种甲基化的碱基: 0-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结合的量差别极大，从(<10)至1,109pmol/10mgDNA，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0-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索。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有很大差别.Harrig等比较了人和大鼠食管内儿种致癌物的代谢(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的结合量比大鼠明显为低，但均在100pM以上。亚硝基吡咯烷与大鼠食管结合量很高,而和人类食管上皮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,亦具有很大的种族差异.故应用人和动物的组织作比较研究，对了解人类致癌机理十分重要。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均比食管为高。不同个体中的结合水平呈- - 定的个体差异(约10倍左右)。人胚食管对DMNA并无明显的结合,而成人食管对DMNA却有明显结合。人胚食管能代谢NPY,但水平较低，而成人食管几乎均不能代谢NPY ,表明胚胎期和成人期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。