胃肠道疾病的分子生物学基础
作者：纪小龙 刘小兵
单位：解放军总医院病理科 北京市 100853
关键词：胃肠疾病/诊断；胃肠疾病/治疗；分子生物学
华人消化杂志981028 Subject headings gastrointestinal diseases/diagnosis; gastrointestinal diseases/therapy; molecular biology
中国图书资料分类号 R57 R735
分子医学是医学众多学科中最新而且最前沿的一个分支. DNA重组技术使得许多分子水平的诊断方法与治疗手段开始应用于临床. 由于疾病的治疗越来越依赖于基因水平的认识，消化科医生必须应用DNA重组技术从分子水平对疾病进行诊断.
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在我国，胃癌是最常见的恶性肿瘤，其次是肝癌、食管癌、结肠癌等，都是消化系统常见的恶性肿瘤. 上述肿瘤患者的生存期至今没有什么明显的变化. 分子生物学的基本原理不仅提高了我们对这些疾病的认识，而且这些原理被人们进一步应用于对肿瘤发生、发展及转移的可能机制的阐述. 此外DNA重组技术的进展使得预后性肿瘤标记物的提取成为可能. 总之，深入了解肿瘤发生的分子学变化机制，有助于患者生存期的延长和癌症预防措施的改善.
1 基因表达与调控
遗传信息的储存、保留及最终表达依赖于DNA，RNA和蛋白质. DNA是编码细胞所有功能信息的大分子. 它是两条反向平行的多核苷酸依据碱基互补配对原则(A与T，G与C)构成的双链分子. RNA不同于DNA，它是单链分子，而且T碱基被U碱基取代. 其中mRNA携带的遗传信息最终被翻译并合成功能性蛋白质.
遗传信息从DNA流向蛋白质的过程始于转录，即依据DNA分子中的一条链作为模板合成互补的单链mRNA. 这一过程使得DNA链上包含的信息得以放大. 此后mRNA由核内被运送至胞质中，并在胞质进行翻译和蛋白质的合成. 对基因表达这一过程的调控最终将影响到蛋白产物的活性和数量.
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尽管基因的表达可以在转录、翻译及翻译后几种水平进行调控，但调控主要发生于转录水平. 在转录开始时，RNA聚合酶必须结合于DNA分子上特定的位点- 启动子区域. 一些基因(转录因子)通过影响聚合酶对这一位点的识别而调控其他基因的转录，而这些基因又接受上游蛋白或磷酸化的调控. 一般启动子上游/下游的“增强子区域”可以促进转录，而抑制因子作用恰好相反.
2 非编码DNA
编码蛋白的DNA序列被非编码区隔开. 个体DNA变异(基因多态性)主要发生于非编码DNA. 非编码区简单重复序列依其长度分别称为卫星、小卫星及微卫星. 这些卫星序列的长度存在个体特异性. 对其长度变化的研究应用于等位基因的孟德尔遗传、法医鉴定及基因不稳定性等领域. 在一些肿瘤中，DNA修复酶功能的异常常会导致微卫星不稳定性.
3 DNA重组技术：原理与技术
, http://www.100md.com 基因重组技术使我们能够把单个的目的基因从众多的基因中筛选出来并进行扩增和操作. 在基因的体外研究中，限制性内切酶、连接酶及聚合酶至关重要.
3.1 分子杂交 杂交技术是基于两条单链核酸在一定条件下发生碱基配对形成双链的原理，通过将已知核酸片段作为探针，与包含有“靶基因”的DNA或RNA进行杂交的一种方法. 此法可在溶液、固相支持物或细胞、亚细胞水平进行.
3.1.1 探针 核酸探针是指不同长度的DNA或RNA片段. 可以对探针进行放射性同位素或非放射性标记. 在日常的分子诊断中，非同位素标记日渐取代昂贵危险的同位素标记.
探针序列长短不同，短的单链寡核苷酸可以仅有50个碱基对；中等长度的互补RNA可为1000个碱基对，而长链双股DNA探针碱基对可达数千. 探针越长，其上标记的显色分子数越多.
单链DNA探针主要应用于PCR、薄膜杂交和原位杂交. 如果靶序列事先已知则可常规合成相应的探针. 当严格按实验规程操作时，单链探针可在PCR及薄膜杂交中检测出单个的碱基对错配，这使得此类探针成为筛选实验的理想选择.
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RNA多聚酶可以在体外以克隆的DNA为模板合成RNA探针，RNA探针尤其适用于原位杂交. 由于它具有中等长度，因而使得杂交充分并具有较高的稳定性. 此外与寡核苷酸比较起来，RNA探针敏感性更强. 不足之处是RNA探针不稳定，因而难以操作. 长链DNA探针适用于有固相支持物的杂交反应及荧光原位杂交(FISH).
3.1.2 薄膜杂交 此法使用特异探针检测稳定结合于固相底物上的靶序列. 酶切的DNA经过电泳后被转移到薄膜上，然后与标记探针杂交. Southern杂交就是薄膜杂交的一种. 杂交法检测的DNA应该是完整无损的. 另外，除进行基因定量外，还可利用此法对杂交片段的大小进行判定.
Northern杂交用于对RNA的检测. RNA在电泳前不需酶切. 此法同样可进行基因表达的定量及mRNA片段大小的判定，并需要从新鲜或快速冷冻标本中提取大量未受损伤的RNA.
3.1.3 多聚酶链或反应(PCR) 如果在引物，靶基因和热稳定DNA多聚酶存在的情况下，反复进行变性和复性反应，那么就可以合成大量的目的基因，这就是PCR的原理. 在实际诊断中，标本的获得一般没有什么难度，而且此法还可对陈旧标本中提取的DNA进行扩增.
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RT-PCR用于对RNA靶序列的扩增，此法亦可应用于石蜡包埋标本. 由于PCR具有高度敏感性，因而在实际应用中要谨防污染. 可行的保护措施有以下几种：加入阴性对照；多次更换手套；用紫外线对设备消毒；在不同的通风房间内进行及干扰性核苷酸的使用等.
其他不常用的核酸扩增技术还有：连接酶链式反应(LCR)：链置换扩增技术；再生式序列复制技术等.
3.1.4 原位杂交(ISH) 原位杂交是用标记的RNA或DNA探针原位检测组织切片或细胞涂片内特定的DNA或RNA序列. ISH已经成功地用于对瘤细胞癌基因的定位. 另外在免疫组化检测不出靶基因蛋白表达产物的情况下，可用ISH对该基因的mRNA进行定位. 在胃肠道的研究中，人们亦采用ISH对激素受体进行定位.
荧光原位杂交(FISH)是在原位杂交基础上发展的新技术，它可以用于对染色体序列定位，包括对转位缺失、LOH、基因扩增的检测. 依检测目的不同可使用不同的探针. 如检测染色体的拷贝数，使用重复序列探针；检测转位，使用位点或区域特异探针，而检测结构重排则采用全染色体探针等.
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原位PCR技术进一步提高了检测灵敏度. 间接原位PCR中，先应用PCR对靶序列扩增，然后进行杂交，此技术待于进一步完善.
目前最新的分子杂交技术是将数千寡核苷酸链结合于硅酮片上，然后用计算机分析这些寡核苷酸链与互补的荧光探针杂交后的结果.
3.2 组织获得 用于Northern及Southern杂交的大核酸片段必须从新鲜或快速冰冻标本中提取. 目前我们同样可以对保存已久的标本进行DNA和RNA提取以及扩增. 但由于保存标本中核酸发生降解，检测手段略有不同. 同样，陈旧标本中提取的RNA也要首先进行逆转录获得cDNA.
4 胃肠道发育的分子生物学
4.1 正常发育 原始消化管最终发育成消化道及呼吸道的各种器官. 被脏壁中胚层包绕的内胚层沿前后轴发育成不同的器官. 三个特征性的阶段包括：脏层在中线融合；简单小管及胚芽的形成以及内胚层向不同方向的分化.
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DNA内含有控制组织与器官正常发育的所有信息，但正常发育依赖于结构基因表达的时空一致性. 众所周知的同源异型基因首先发现于果蝇体内，随后在人及其他生物体内也检测到了该基因的存在. 研究发现，果蝇体内同源异型基因的突变会导致基因不恰当的时空表达，也就是说，该基因在体节的正常发育中似乎起着“开关”的作用. 同源异型基因在羧基末端(即同源异型框)附近有一个约180bp的保守序列. 该序列编码一种中DNA结合蛋白的同源异型结构域. 许多同源异型结构域都具有同DNA结合的结构，如螺旋转折螺旋结构，能结合于DNA分子的大沟内. 同源异型结构域可能是发育“开关”基因内的调节因子. 如果真是这样的话，那么同源异型基因编码的蛋白就作为转录因子通过调节下游靶基因来控制细胞的分化. 目前观测到此序列的高度保守性就表明这些蛋白在发育中的重要作用.
许多证据表明脊椎动物体内的“HOX”基因簇即为低等动物同源异型基因的同物. 如人HOXA7的同源异型结构域(60个氨基酸)与果蝇只相差1个氨基酸. 种属间的高度同源性使得人们能够应用已知种属该序列的探针对未知种属进行检测. HOX基因具有四个基因簇，分布于不同的染色体上. 每一个基因簇都高度保守并可能与表达直接相关. HOX基因参与脊椎动物消化道节段性分化的调控.
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脊椎动物体内另一特异的同源异型基因群是“尾端家族”基因：研究表明此类基因具有双重调控发育的功能. 人们推测它们在原肠胚期决定纵轴的形成并在胚胎发育晚期参与肠道形成的调控. 另外在成人期，它们可能决定肠上皮细胞的终末分化. “尾端”同源异型基因还参与原肠的闭合，如Srp基因通过抑制前肠基因而调控中肠的分化与发育；转录因子frh，也被认为主要参与外胚层终末分化的调控. LPX-3C基因与一些转录因子相关，而这些转录因子参与原肠分化及胰岛素生长抑制素细胞分化的调控.
总之生长因子发育调控包括对基因表达的诱导、形态发生先后顺序以及细胞最终分化方向的调控.
4.2 异常发育 人们通常利用使基因表达或失活的手段来判定其表达产物在细胞中的功能. 肠上皮细胞由于具有较高的更新率和多样性因而是进行细胞发育分化研究的良好选择. Sebastio et al发现人结肠癌细胞株Caco-2在体外融合后具有肠上皮细胞分化特征，并进行与成人小肠上皮类似的同源异型基因表达，因此可用此细胞株在体外进行有关同源异型基因调控的研究.
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缺乏Srp的胚胎不出现内胚层的分化并缺乏中肠. 中肠前部及后部分别成为前肠及后肠上多余的一部分.
Wolgematu及其同事在转基因动物的原肠诱发了Hox1.4基因的过表达. 转基因动物的子代于生后不同时期死于巨结肠. HirschSPrung病能导致巨结肠，它的发生与结肠肌层神经节细胞缺陷相关. 肌层的神经节细胞来源于神经嵴，它们在原肠发育中迁移至肌层形成结肠的神经调节系统. 巨结肠的发生可能是由于原肠中导神经嵴细胞迁移的细胞功能缺陷所致. Hox家族另一基因的过表达可以导致肠错构瘤的发生.
人们推测同源异型基因可能在肿瘤性转化中亦发挥了重要作用. 另外，Hox基因在原发及转移结肠癌中的表达具有差异性，这表明Hox基因还可能与肿瘤的进展有关.
目前关于陷窝干细胞分化为肠上皮细胞的过程仍不清楚，同源异型基因的发现与研究给予我们新的启示. 尽管深入探讨细胞增生与分化的调控机制有助于我们理解肿瘤发生的机制，但有关胃肠道中同源异型基因的特殊功能我们目前知之甚少，多数研究还只是处于早期阶段.
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5 胃肠道神经内分泌系统的分子生物学
消化道是人体最大的“内分泌”系统. 胃肠道的激素、包括激素肽和神经肽，作用于不同靶器官的受体进一步引发各种生物学反应. 内分泌细胞起源于内胚层. 它们接受胃肠道激素的内分泌、旁分泌及自主分泌调节. 此外，肿瘤细胞可以表达与胃肠道激素对应的受体并可能自身产生进行自主分泌调节的因子. 下面以促胃液素为例说明内分泌肽及激素在胃肠道病理生理中的作用机制.
促胃液素是胃窦G细胞分泌的一种多肽激素. 它和缩胆素一样具有一个羧基末端，这是维持其活性所必需的结构. 促胃液素可以刺激胃分泌胃酸、胃蛋白酶、胰酶及内因子. 此外它还对胃肠道粘膜具有良好的营养作用. 一些分泌促胃液素的肿瘤，当出现慢性高促胃液素血症的时候可以在大鼠及人体内导致肠嗜铬样细胞的增生以及胃类癌的发生.
人们目前采用放免法测定促胃液素的分泌并进一步对促胃液素瘤进行检测和定位. 另外，针对促胃液素不同中间形式的抗体被用于对十二指肠溃疡，不同肿瘤及老化过程中G细胞内不成熟性促胃液素的检测.
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克隆编码促胃液素受体的基因比较困难. 人们最初利用放射性标记的配体对该受体定位，并测定其大小、亲和性及特异性. 由于促胃液素与缩胆素具有高度同源性，使得对受体特异性的检测难以进行. 不同组织具有不同的促胃液素/缩胆素受体，这些受体对促胃液素及缩胆素具有不同的亲和性. 有关促胃液素受体分子结构的研究表明该受体可能作为第二信使与G蛋白相关. 在内分泌细胞中，G蛋白相关的信号传导途径发挥着重要的作用，因为大多数神经内分泌激素的靶“器官”都是CAMP反应结合蛋白(CREB). 了解受体的亲和性及配体结合的特异部位可以制造出相应的拮抗剂. 如对各类胃结肠肿瘤细胞使用GR拮抗剂能够抑制促胃液素介导的增生作用.
胃肠道神经元构成了肠的神经系统，并在内分泌调节中发挥重要作用. 具有酪氨酸激酶活性的受体在肠神经母细胞的正常迁移及发育中起着重要作用. 已发现有几种受体与胃肠道疾病相关，例如在敲除小鼠中RET原癌基因与神经节细胞发育相关. 当RET发生突变可导致多发内分泌肿瘤(MEN-2B)及巨结肠的发生. 另外酪氨酸激酶受体参与Cajal间质细胞发育的调控. KIT基因突变小鼠缺乏间质细胞并出现肠运动障碍. 这或许又可以解释为什么在有些白花病的患者出现肠功能异常. 另外人们注意到内皮素-3和内皮素-β受体突变能在人和小鼠引发巨结肠与色素失调，而见有人报道巨结肠病(Hirschsprung)患者存在内皮素-β受体突变.
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另一种重要的胃肠道激素是生长抑素，它具有广泛的抑制效应. 如抑制细胞生长及激素分泌等. Sandostatin和RC-160由于具有同生长抑素相似的结构因而具有一定的生长抑制作用而被应用于治疗. 鼠的结肠癌细胞无论是在体内还是体外均对这种抑制作用敏感. 高度特异的受体通过激活酪氨酸磷酸化酶而介导生长抑素的生长抑制效应. 研究显示约10%结肠直肠肿瘤具有生长抑素受体的表达. 目前已克隆确定了生长抑素受体的的五种亚型，并对其在正常及肿瘤组织中的表达进行了测定. 结果表明：正常粘膜无受体表达，而随疾病的进展受体Ⅱ表达逐渐增强. 如果对癌症患者进行筛选，找出那些具有对生长抑制效应敏感受体的群体，对临床治疗具有重要意义.
6 癌前病变的分子生物学
基因变异是细胞向肿瘤转化的分子学基础. 无论外源性还是内源性的原因均可造成DNA损害并最终导致其相应蛋白表达产物的异常.
肿瘤的发生是一个多阶段的过程，该过程包括多种遗传变异. 这些遗传变异，如染色体重排，微小插入/缺失等均能导致抑制基因的失活和原癌基因的激活从而发生肿瘤.
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分子技术可以检测肿瘤中癌基因的过表达或突变以及抑癌基因的失活，并能用于进行肿瘤异质性的分析及家族易感性的判定.
原癌基因是高度保守的序列，它在细胞的生长及分化中发挥重要作用. 如果原癌基因两条等位基因的一方发生突变，就可使该基因成为癌基因. 迄今发现的大多数癌基因都是细胞生长调节途径的一部分. 包括生长因子及其受体，细胞内信号传导因子，周期调节因子，转录因子等. 癌基因的激活往往伴有其蛋白产物表达的增加. 对癌基因突变或过表达的判定具有诊断和预后意义.
抑癌基因的失活可导致癌变. 但抑癌基因的失活需要两条等位基因的失活. 当仅有一条等位基因失活时，如果发生于亲代生殖细胞，那么这种变异可以传给子代的体细胞，并使子代具有更高的肿瘤易患性. 由于所有子代体细胞均有染色体变异，因此在评定第二条等位基因是否有突变时应用正常细胞的DNA作为对照. 抑癌基因的失活常由于该位点的重排造成. 目前研究最多的抑癌基因当属Rb和p53. 遗传性视网膜母细胞瘤是人类的一种遗传性肿瘤. 90%该基因位携带失活突变的人均发生肿瘤. 此外Rb基因的突变还见于食管、软组织、肺、乳腺、膀胱等肿瘤.
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P53蛋白在细胞周期调节中(G1/S调控点)起着阀门的作用. 它能阻止变异的细胞进入S期. p53基因位于17号染色体短臂上，它的突变见于各种肿瘤. 目前认为p53异常与各种癌的发生相关.
6.1 Barrett′s食管 Barrett＇s食管是指食管正常的复层扁平上皮被异常的柱状上皮取代. 随着病变的不断发展(由单纯化生到不同程度的不典型增生)，患者发生腺癌的概率由30倍增至125倍. 因此不典型增生的程度对于判定患癌概率的大小具有重要意义.
人们通过研究发现了一系列与Barrett＇s食管病变相关的标记物，包括PCNA，Ki-67，P53，SI，TGF-α，EGFR等.
不典型增生的一个重要标志是增生活跃. 研究中发现，从正常粘膜到Barrett＇s化生再到重度不典型增生，Ki-67阳性细胞核逐渐增加. Lapertosa et al在重度不典型增生中亦发现PCNA阳性细胞数目增加.
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正常情况下SI见于成人小肠及婴儿结肠，而成人结肠检测不出其表达. 然而76% Barrett＇s食管及82%腺癌患者中均发现了SI表达. 免疫组化结果显示，在Barrett＇s食管中，SI定位于细胞顶端膜上，而在不典型增生及癌症时，SI表现为弥漫的胞质着色.
对TGF-α的研究也发现其表达与病变程度相关.
抑癌基因参与了食管癌早期发生. 在Barrett＇s食管中，p53突变主要发生于外显子5→9，并有证据支持突变碱基为GC→AT. 免疫组化可以检测p53的过表达，但此结果通常只反应基因的错译突变.
APC基因的突变见于不典型增生和腺癌，另外也见于不典型增生附近的化生区. 此外抑癌基因p27(CDKI)在不典型增生的Barrett＇s食管粘膜中出现过表达. 在浸润性生长的癌瘤中，该基因的持续表达是预后良好的一个指标.
, 百拇医药 6.2 Hp/慢性胃炎 Hp感染与胃癌发生相关. Hansson et al报道，十二指肠溃疡患者患癌概率降低，而胃溃疡患者患癌风险增高. 由于十二指肠与胃溃疡均与Hp感染有关，因此确定Hp感染的时间至关重要. 儿童期Hp感染常导致萎缩性胃炎，这是一种癌前状态；而在成人，感染Hp后很少发生多灶的萎缩性胃炎，而且即使是Hp损伤的粘膜也还保持着泌酸的功能，并最终导致十二指肠溃疡的发生，这一结果可以较好地解释胃癌的流行病学：在发展中国家，胃癌发病率高是因为儿童期Hp感染多见，而发达国家由于卫生状况的改善，Hp感染常见于成人.
目前尚未发现感染与癌发生具有因果性的证据及可能机制. 最近的研究表明Hp感染与增生活跃相关. 由于Hp感染引发的慢性炎症可以导致粘膜上皮更新率增加，因此人们推测，基因突变概率增加可能使癌变机会增多. H.felis螺旋菌可以在动物体内诱发类似人体胃炎的改变. 对具有p53杂合缺乏的小鼠进行该菌接种，1a后进行观察发现，胃小凹上皮发生严重的腺性及囊性增生. 在正常对照组(无p53缺失)人们也观察到了类似病理变化，但相比较而言，p53杂合缺失组具有显著增高的增生指数，这可能是由于p53的缺乏为胃癌的发生提供了遗传学的优势.
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6.3 IBD(炎症性肠病) 溃疡性结肠炎及克隆病有着很高的发病率，而且具有较高的患癌风险. 患癌风险大小与病变的程度和持续时间相关：10a后累计患癌率每年递增0.5%～1%，而且相对患癌风险较同龄人群高15倍. 遗传和环境因素均可能参与了炎症性肠病(IBD)的发生. 研究发现，复发IBD患者的肠上皮细胞与静止期或对照人群相比，具有更高的增殖指数，而且类似正常结肠粘膜癌瘤的发生，IBD继发腺癌同样经过轻、中、重度的不典型增生阶段.
对于散发结肠癌而言，原癌基因的点突变发挥了重要的作用，但是对于通过炎症不典型增生演变为癌的肿瘤，抑癌基因的失活更为重要. 研究发现，C-Ki-ras基因在散发结肠癌中的突变率高于溃疡性结肠炎相关癌. 尽管75%的散发结肠癌具有p53等位基因缺失，而且90%以上在保留的等位基因上有突变发生，p53失活似乎发生于肿瘤进展的晚期. 与此相反，在溃疡性结肠炎相关癌中，p53突变是肿瘤发生过程中的早期改变. 另外在约2/3的不典型增生中，尽管存在p53突变，却并非所有患者都在保留的等位基因上有缺失发生.
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其他与IBD中不典型增生程度相关的标志物还有SI，C-Src等. 胎鼠结肠被含有Src的逆转录病毒感染后，全上皮层发生严重的不典型增生. 此外，myc与Src在介导不典型增生及肿瘤浸润时似乎具有协同作用.
动物模型的获得对于探讨IBD的病理机制至关重要. 胚胎干细胞相关技术的进展使我们可以利用靶基因手段获得目的基因缺陷的小鼠模型. 目前认为免疫调节异常与环境因素协同作用介导IBD的发生. IL-2敲除小鼠(IL-2-/-)是最近似于人结肠炎的动物模型. IL-2在体外能促进T细胞的增生和B细胞的分化，IL-2-/-小鼠在生后3wk～4wk内发生严重的免疫损害，其中50%死亡. 存活下来的则发生IBD. 对这些个体进行组织学分析，未显示任何已知的炎症过程及病原. 在无菌环境下，IL-2-/-小鼠不发生IBD，仅在17wk～20wk时见到炎症发生. IL-2-/-小鼠发生免疫系统变化，如TB活化细胞增多，免疫球蛋白分泌增加，出现抗结肠抗体及异常MHC-Ⅱ表型等，这些改变亦见于溃疡性结肠炎患者.
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T细胞受体(TCR)变异小鼠是又一研究IBD的有用模型. 一项对TCR及MHC-Ⅱ变异的研究发现，IBD的发生需要B细胞的存在和MHC-Ⅱ限制性α β T细胞[CD4(+)]缺乏，而这种α β T细胞产生IL-2. 将发生变异的小鼠置于一种特殊的无致病原的环境中，结果IBD发生，而处于相同环境中的裸鼠和RAG-1变异小鼠(缺乏成熟B和T细胞)则未见IBD发生，由于所有发生IBD的小鼠均具有B细胞却缺乏α β-T细胞，所以某些类型IBD发生的机制可能是由于缺乏α β T细胞介导的对B细胞的抑制作用. 这些发现支持了这一认识. 尽管IL-2水平降低不足以诱发IBD，却是IBD发生所必需的前提.
对IL-10功能的研究也进一步突出了细胞因子免疫在IBD发生中的重要作用. IL-10是一种强有力的细胞因子合成抑制剂. 处于自然环境中的IL-10变异小鼠发生慢性小肠结肠炎，而如果将期置于SPF内，只在近端结肠发生局限性的炎症.
粘膜免疫系统功能不良可能通过对食物或小肠内微生物抗原产生的抗体发生自体免疫. 而病变选择性地发生于大肠，可能是由于此区域具有较高浓度的微生物所致.
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7 胃肠道肿瘤的分子生物学
7.1 食管癌 尽管食管腺癌发病率逐步上升，但最常见类型仍为鳞癌. 在食管癌中，癌基因、抑癌基因均发生了改变. 抑癌基因(p53,PRb,APC)的杂合缺失和突变常单独或同时出现于鳞癌中. 在50%的食管癌中发现有p53改变，包括错译义突变及杂合缺失. 细胞周期因子p16,p27失活亦可见于食管癌中. 和外套层淋巴瘤、甲状旁腺瘤、乳腺癌类似，CyclinD1的过表达和食管癌发生相关. 另外原位杂交显示约25%的食管鳞癌中有HPVDNA表达.
7.2 胃癌 有关胃癌，Hp感染及低酸性萎缩性胃炎之间的相互关系已确立. 抑癌基因、癌基因均参与了胃癌的发生. 实验研究显示粘附分子C具有调节细胞迁移，增生及程序化死亡的功能，而且粘附分子E表达减少与胃癌的组织学分级，转移潜能，生存率相关. 另外胃腺癌中CD44表达意味着预后不良.
7.3 结肠癌 分子学的进展使我们对结肠癌有了深入的认识. 结肠癌术后患者预后情况取决于肿瘤的病理和临床分期. 依据目前的分期标准，Ⅱ期与Ⅲ期患者生存率可相差40%左右. 应用分子学手段准确判定复发概率的大小，可以更好地指导临床辅助治疗.
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7.3.1 RAS/MAP激酶途径 许多原癌基因均为酪氨酸激酶类，这就意味着可以通过可逆性磷酸化对它们进行调控.
ras基因突变见于30%人类肿瘤及结肠癌早期. 当细胞受到肿瘤性生长的刺激时，一些癌基因先将信号传导至ras原癌基因，由ras基因通过磷酸化进一步激活MAP激酶，最后MAP激酶将有关生长、分化、程序化死亡的信息传入细胞核内. 由此可见MAP在此途径位于中心环节.
MAP激酶 磷酸酯酶(MPK)是磷酸酯酶的一个新家族. 该酶可以使MAP激酶的苏氨酸、酪氨酸发生去磷酸化而失活. 编码此酶的序列具有高度保守性. 人体内调控MAP激酶活性的MPK是MPK-Ⅰ. 原位杂交的研究结果显示：在结肠癌及其他上皮性肿瘤的早期，MPK-Ⅰ有过表达，而随着组织分化程度降低以及在缺乏失活性突变和染色体缺失的晚期，其表达逐渐减少. 另外预后不良的浸润性肿瘤如肝细胞癌，胰腺癌不表达或仅有少量MPK-Ⅰ表达. 由此可以看出，MPK-Ⅰ是此途径的调控点，它由MAP激酶上游的癌基因(如结肠癌中的ras基因)激活.
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7.3.2 p53抑癌基因 在人类癌症中，p53散发性突变是唯一最常见的基因变异. DNA损伤、缺氧、癌基因活化及病毒感染均可阻断p53及p21调节下的细胞周期. 尽管多数研究集中于p53对G1/S调节点的调控，最后的研究发现p53/p21还可能对G2/M进行调控. 人们在实验中发现，具有p53突变和p21缺失的结肠癌细胞株在化疗放疗导致DNA损伤后仍能发生活跃的细胞分裂，并可见到畸形的多形性细胞核. 这些细胞最后发生凋亡. 而p21+/+癌细胞接受相同治疗后无明显改变，因为这些细胞出现DNA损伤后生长停止. 因此p21在结肠癌中是否表达可能具有较重要的临床意义.
人们已对胃肠道肿瘤中p53突变进行了广泛的研究，目前已发表的研究认为在食管癌中p53的表达增加无重要的预后意义. 此结果未经多变量分析法证实. 但有的研究报道在胃癌中多变量分析显示p53表达增加与生存率降低相关. p53突变是结肠癌中最常见的基因变异. 75%的结肠癌中有17号染色体短臂的缺失，并且往往伴有另一等位基因的突变. 免疫组化结果之所以产生了矛盾的结果，可能是由于p53突变发生于结肠癌的晚期.
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p53基因敲除小鼠经过3mo～6mo发生癌瘤，而一些p53失活的小鼠模型更易发生淋巴系统肿瘤.
7.3.3 DCC基因 结肠癌中常见18号染色体发生缺失，而且这种改变的出现表明预后不良. DCC是位于18&21.2上的抑癌基因，它编码粘附分子及netrin受体. 因此DCC可能参与调节细胞-细胞，细胞-间质之间的相互作用. 另外在70%结肠肿瘤及其他一些肿瘤中，DCC失活发生于肿瘤进展晚期，这表明DC-C可能在控制肿瘤生长与转移中具有重要作用. 由于最初采用LOH分析18号染色体缺失，所以不能完全排除18&21.1中DPC4抑癌基因的作用. 然而免疫组化结果显示，DCC编码蛋白产物的特异性缺失同18&杂合缺失一样是明显预后不良的指标(尤其癌症Ⅱ期). 由此可以看出，DCC在结肠癌的发生中发挥重要作用，而且对于它的准确评定有利于更好地指导临床治疗.
7.3.4 细胞分裂周期与癌 真核细胞的细胞周期进程受周期蛋白依赖性激酶调控(CDK). CDK由调节性周期蛋白及催化性丝氨酸、苏氨酸激酶亚基构成. 目前发现有几种活性Cyclin-CDK复合物，它们在细胞周期的不同阶段发挥作用. CDK活性受磷酸化作用的调控. 还存在一种抑制CDK活性的亚单位，叫CKI. 大多数已知的CKI在接到细胞外抗分裂信号刺激后，使周期停滞. 而少数CKI可能作为周期调控点，以保证细胞通过G1节点并在适合的条件下进行染色体复制.
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在哺乳动物体内，依据序列同源性及与CDK亲和力大小将CKI分成两组. 由于转化细胞常伴CKI的缺失，所以，CKI可能是潜在抑癌基因的编码产物. 如在多数人类恶性肿瘤中可见到p15,p16基因的突变、缺失或甲基化所致的失活. p21在转录水平接受p53调节，而后者功能缺失见于50%人类肿瘤中. 由于p21表达见于结肠隐窝非增生性正常细胞，因而在结肠肿瘤中不进行p21表达与增生相关性的判定. 此外，采用Sonthern blot和PCR-SSCP对大量原发肿瘤及瘤细胞株检测，未发现p27基因存在结构变异及点突变.
与p21在转录水平接受调控不同，G1期P27蛋白水平的降低依赖于Ubi & uitin(泛素)的降解作用. 对大量结肠癌患者的长期随访研究发现，P27是一种独立性的预后指标. 与P27高表达的患者相比，P27低表达患者死亡率增加3.2倍，更为重要的是在结肠癌Ⅱ期患者中，P27表达缺乏者较高表达者死亡率增加32.3倍，其中P27表达率>50%者平均生存期超过219mo，而P27表达率<50%或无表达者平均生存期分别为140mo和69mo. 在P27蛋白低表达或缺乏而具有较高mRNA水平的结肠癌中，人们发现特异性溶解P27蛋白的活性增强. 这表明P27表达缺乏可能是来自肿瘤介导的降解作用，而非基因在转录水平的变异所致. 或许对此降解过程进行适当的调控能提高临床疗效.
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7.3.5 转化生长因子β(TGF-β)家族 TGF-β正常上皮细胞及神经外胚层细胞的生长具有强大的负性调节作用. 哺乳动物的TGFβ具有三种亚型(TGF-β，1，2，3)，它们分别位于不同的染色体上并具有高度保守的同源序列. 这三种亚型在胚胎起源及肿瘤发生中具有不同的表达. 此外它们在体外能抑制肠源性细胞的生长，而且其对染色体不稳定性的抑制不依赖于G1节. 与P27相似，TGF-β表达见于肠绒毛的上1/3及结肠隐窝. 此外TGF-β对分化好的结肠癌细胞株具有生长抑制作用. 在结肠癌中，TGF-β表达与疾病进展和转移相关. 最近的研究发现，TGF-β信号途径中有一重要因子在结肠癌中易于发生失活性突变. 编码该因子的序列是位于18&21. 这表明TGF-β途径紊乱参与了肿瘤的发生. 另外，TGF-β受体功能丧失食管腺、鳞癌的发生相关.
其他基因如DF3，SI亦被用于作为评价结肠癌预后的指标.
7.3.6 遗传性结肠癌
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7.3.6.1 HNPCCG与错配修复 既然基因突变在癌症及遗传性疾病中起着如此重要的作用，那么正常细胞中一定存在维持基因完整性的机制. 人们已经在细菌中发现了相关的酶类，这类酶共有5种，它们协同作用，对违背碱基配对原则的错配碱基进行修复. 在酵母及人体内亦发现了上述酶的同系物. 在数种不同组织起源的人类肿瘤中均检测到了由于基因修复功能缺陷导致的微卫星不稳定性，这也表明错配碱基修复功能正常与否在肿瘤发生中具有重要意义. 此外人们发现遗传性癌(如HNPCC)的错配修复基因中存在缺陷. 这些基因(MLH1，MSH2，MSH3，PMS2，GTBP或MSH6)似乎属于隐性基因. 当患者体内的细胞仅有一条等位基因发生变异时，突变率较低，而一旦两条等位基因均失活，那么突变概率大大增加. 具有MSH2基因异常的鼠模型患肿瘤(尤其是淋巴瘤)风险增加.
HNPCC的发生与常染色体上异常错配修复基因的显性遗传有关，约占肠癌的4%～13%. 在80%具有同源血亲的HNPCC患者体内存在MLH1和MSH2的突变. 另外错配修复基因缺陷也见于约10%散发结肠癌. 目前人们已经使用抗hMLH1,hMSH2抗体对结肠癌进行常规筛查. 所有的病例中都可见到正常上皮细胞核阳性表达，阳性表达强度由隐窝到上皮逐渐减弱. 66例结肠癌中有62例出现核阳性表达. 3例无表达以及另1例部分表达可能是由于启动子发生甲基化所致.
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7.3.6.2 家族性腺瘤性息肉病与APC基因 家族性腺瘤性息肉病(FAP)是一种具有癌变倾向的遗传病. 在美国此病发病率为1/5000. APC基因位于5% 21～22，属于常染色体显性遗传. 该基因突变与结肠癌发生早期相关. FAP患者肠内可见多个腺瘤性息肉，如不切除，这些息肉将发生癌变. 目前已在非同宗FAP患者的APC位点上至少检测出99种不同的突变. 关于APC的功能已有相关文献报道. Morin et al采用一种新颖的诱导表达系统此系统不含APC蛋白进行研究发现，外源性APC能通过诱导凋亡明显抑制细胞生长. 现在通过筛查APC基因突变对家族中高危人群进行症状前诊断已成为可能.
Min基因突变小鼠是人FAP的模型. 人们发现小鼠体内突变的Min基因与APC突变的外显子15很难分开. 因而可以利用Min基因小鼠研究环境与遗传因素在腺瘤性息肉病中的作用机制. Dietrich et al发现，Min小鼠体内存在另一种可以使息肉数目明显减少的基因-mom. Kennedy et al则发现，在具有遗传性肠癌易患性的个体中，绝饮食中一种来源于大豆的抑制因子可以显著降低其肿瘤发生率. 这些研究均表明环境及遗传因素在一定程度上可以影响基因的外显性.
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7.4 淋巴瘤 分子技术的应用在白血病与淋巴瘤中显得尤为重要. 目前Southern印迹法和PCR(RT-PCR)均可进行免疫球蛋白及T细胞受体基因重排的检测，比较而言，PCR所需组织量少，且更为敏感，但在操作过程中需严防污染.
FISH(荧光原位杂交)法可以检测出某些基因重排，而原位杂交可用于测定某些淋巴瘤中是否具有整合的病毒DNA.
胃肠道是发生结外非何杰金氏病最常见的部位. 早在1984年，Isaacson和Wright就提出发生于胃肠道、肺、甲状腺粘膜相关淋巴组织的B细胞淋巴瘤是一种独立的病变. 在那时对这种淋巴增生性疾病的本质人们还不太清楚. 现代免疫组化及分子学手段的进展已经证实了Isaacson的观点.
有证据表明MALT淋巴瘤的发生是基因缺陷累积的结果，它经历一个多阶段的过程. 目前有关低度恶性MALT淋巴瘤与高度恶性B淋巴瘤(起源于粘膜)的关系尚不十分清楚. 慢性炎症可能与基因不稳定性相关. 低度恶性MALT淋巴瘤通常发生于慢性炎症的基础上，并且在晚期可以转变为高度恶性. 尽管有报道认为任何类型的MALT淋巴瘤中均无bcl-1，bcl-2或C-myc位点的重排，却另有人称在50%高度恶性的MALT淋巴瘤中发现了包括C-myc在内的重排. 还有文献指出在低度与高度恶性MALT淋巴瘤中P53突变的程度存在差异. 此外，微卫星序列变异亦和粘膜区P53突变相关. 这些结果均表明基因变异在MALT淋巴瘤的发生中尤其是其向高度恶性转化中发挥重要的作用. 研究发现，B细胞淋巴瘤与慢性淋巴细胞白血病的高度恶性转化与P53突变增加相关，这更支持了上述结论. 有人报道在脾的B细胞淋巴瘤边缘区具有很高的P53突变率，而这种淋巴瘤无论在细胞起源、免疫表型、组织学类型还是基因型上都与MALT淋巴瘤非常相似.
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7.5 转移 肿瘤转移是一个多阶段的过程，它包括瘤细胞进、出血流以及在转移组织内的生长 这一过程的发生往往需要2个条件：①转移组织为瘤细胞生长提供良好的“土壤”，②发生转移的器官与原发部位位于同一条血循环路线上. 往往更可能的情况是上述两者同时具备. 与转移相关的因素包括以下几个方面：原发肿瘤内新生血管形成；基质降解及瘤细胞浸润；瘤细胞进入脉管系统；粘附于转移部位的上皮；渗出；侵入器官实质. 肿瘤细胞能够分泌降解酶从而增加其活动能力. 此外细胞间或细胞与基质间粘附分子表达改变以及组织分泌生长因子均有利于转移的发生.
人们通过对恶性色素瘤、乳腺癌及肝癌的研究发现，nm23基因的表达与转移呈负相关. 稳定转染有nm23基因的小鼠恶黑及人乳腺癌细胞失去了对PDGF，TGF-1等因子刺激的反应性. 肿瘤细胞的运动能力可以被多种因素阻断，这表明信号传导途径下游控制细胞运动的环节紊乱极有可能参与了此过程.
相关的具体机制目前还不十分清楚，但有报道发现nm23与微管具有明显的相关性. 在结肠癌中可检测到nm23基因的缺失和扩增，但nm23蛋白的表达水平并不与转移潜能相关.
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另外在实验中发现癌胚抗原可以促进肝转移的发生.
8 基因治疗
8.1 种类 基因治疗的目的在于诱导或抑制细胞内相关基因的表达. 1990年，人类首次成功地对一名8岁小男孩进行了腺苷脱氨酶(ADA)基因治疗. 两次独立的临床试验表明，ADA基因治疗能提高对严重联合免疫缺陷者(SCID)的疗效. 至今已有100多例此项治疗试验被批准. 这其中约50%的患者是癌症患者.
基因治疗采用直接或间接的策略. 直接抑制癌基因表达的手段包括反义核酸序列的导入或抑癌基因的表达. 由于这些手段需要较高的基因转导率，所以运用中难度很大. 另外该方法还有一个最不易解决的难题，即如何对肿瘤细胞进行有效的转导以及转导后目的基因的足够表达. 转导基因的方法很多，通过阳离子脂质体作为载体进行转导最为有效. 还有一种不需要很高基因转导率(1%～10%)的基因治疗方法，即前导药基因(如HSVtr)转导治疗. 一旦基因转导成功，服用丙氧鸟苷即可大量杀死肿瘤细胞.
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间接基因治疗手段主要是指各种疫苗的使用. 这些疫苗可以是编码肿瘤抗原(如CEA，MHC)的DNA或RNA分子. 另外，也可以通过导入增强机体抗肿瘤能力基因(如IL-12或GM-CSF)的方法获得修饰的肿瘤疫苗. 目前已成功地应用此法进行了淋巴因子、细胞因子，MHC-Ⅰ抗原及外源性抗原的转导. 来自患者骨髓的树突细胞经过抗原处理后回输，可以把抗原信号传递给T细胞，从而激发T细胞抗肿瘤活性.
8.2 应用展望 对肿瘤进行治疗的原则源于对细胞株及裸鼠的研究. 遗传性结肠癌是肠癌中的研究重点. 目前已知APC基因失活与FAP相关而且是肿瘤早期阶段最早发生突变的基因之一，其他对结肠癌有治疗意义的基因还有DCC和P53. 将这些基因导入结肠癌细胞株可以逆转细胞的表型.
使用逆转录病毒将抗人结肠癌抗体基因导入人结肠癌细胞株内可以通过细胞介导的抗体依赖性细胞毒性作用杀伤转染细胞及未转染的亲代细胞. 此外，重组TNF可以杀伤转染有TNFα受体基因的人体结肠癌细胞株.
人们通过对基因治疗敏感细胞的持续观察发现，自体骨髓移植后肿瘤的复发是由于骨髓中存在未被杀灭的瘤细胞所致. 另外人们还利用无损伤成像技术通过放射标记的反义寡核苷酸(C-myc)在小鼠模型中进行乳腺肿物的检测.
分子生物学使我们对许多胃肠道疾病的发生有了深入的理解. 可以预见分子生物学技术将为现代胃肠病学的发展奠定坚实的基础.
通讯作者 纪小龙
收稿日期 1998-07-30, 百拇医药
单位：解放军总医院病理科 北京市 100853
关键词：胃肠疾病/诊断；胃肠疾病/治疗；分子生物学
华人消化杂志981028 Subject headings gastrointestinal diseases/diagnosis; gastrointestinal diseases/therapy; molecular biology
中国图书资料分类号 R57 R735
分子医学是医学众多学科中最新而且最前沿的一个分支. DNA重组技术使得许多分子水平的诊断方法与治疗手段开始应用于临床. 由于疾病的治疗越来越依赖于基因水平的认识，消化科医生必须应用DNA重组技术从分子水平对疾病进行诊断.
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在我国，胃癌是最常见的恶性肿瘤，其次是肝癌、食管癌、结肠癌等，都是消化系统常见的恶性肿瘤. 上述肿瘤患者的生存期至今没有什么明显的变化. 分子生物学的基本原理不仅提高了我们对这些疾病的认识，而且这些原理被人们进一步应用于对肿瘤发生、发展及转移的可能机制的阐述. 此外DNA重组技术的进展使得预后性肿瘤标记物的提取成为可能. 总之，深入了解肿瘤发生的分子学变化机制，有助于患者生存期的延长和癌症预防措施的改善.
1 基因表达与调控
遗传信息的储存、保留及最终表达依赖于DNA，RNA和蛋白质. DNA是编码细胞所有功能信息的大分子. 它是两条反向平行的多核苷酸依据碱基互补配对原则(A与T，G与C)构成的双链分子. RNA不同于DNA，它是单链分子，而且T碱基被U碱基取代. 其中mRNA携带的遗传信息最终被翻译并合成功能性蛋白质.
遗传信息从DNA流向蛋白质的过程始于转录，即依据DNA分子中的一条链作为模板合成互补的单链mRNA. 这一过程使得DNA链上包含的信息得以放大. 此后mRNA由核内被运送至胞质中，并在胞质进行翻译和蛋白质的合成. 对基因表达这一过程的调控最终将影响到蛋白产物的活性和数量.
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尽管基因的表达可以在转录、翻译及翻译后几种水平进行调控，但调控主要发生于转录水平. 在转录开始时，RNA聚合酶必须结合于DNA分子上特定的位点- 启动子区域. 一些基因(转录因子)通过影响聚合酶对这一位点的识别而调控其他基因的转录，而这些基因又接受上游蛋白或磷酸化的调控. 一般启动子上游/下游的“增强子区域”可以促进转录，而抑制因子作用恰好相反.
2 非编码DNA
编码蛋白的DNA序列被非编码区隔开. 个体DNA变异(基因多态性)主要发生于非编码DNA. 非编码区简单重复序列依其长度分别称为卫星、小卫星及微卫星. 这些卫星序列的长度存在个体特异性. 对其长度变化的研究应用于等位基因的孟德尔遗传、法医鉴定及基因不稳定性等领域. 在一些肿瘤中，DNA修复酶功能的异常常会导致微卫星不稳定性.
3 DNA重组技术：原理与技术
, http://www.100md.com 基因重组技术使我们能够把单个的目的基因从众多的基因中筛选出来并进行扩增和操作. 在基因的体外研究中，限制性内切酶、连接酶及聚合酶至关重要.
3.1 分子杂交 杂交技术是基于两条单链核酸在一定条件下发生碱基配对形成双链的原理，通过将已知核酸片段作为探针，与包含有“靶基因”的DNA或RNA进行杂交的一种方法. 此法可在溶液、固相支持物或细胞、亚细胞水平进行.
3.1.1 探针 核酸探针是指不同长度的DNA或RNA片段. 可以对探针进行放射性同位素或非放射性标记. 在日常的分子诊断中，非同位素标记日渐取代昂贵危险的同位素标记.
探针序列长短不同，短的单链寡核苷酸可以仅有50个碱基对；中等长度的互补RNA可为1000个碱基对，而长链双股DNA探针碱基对可达数千. 探针越长，其上标记的显色分子数越多.
单链DNA探针主要应用于PCR、薄膜杂交和原位杂交. 如果靶序列事先已知则可常规合成相应的探针. 当严格按实验规程操作时，单链探针可在PCR及薄膜杂交中检测出单个的碱基对错配，这使得此类探针成为筛选实验的理想选择.
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RNA多聚酶可以在体外以克隆的DNA为模板合成RNA探针，RNA探针尤其适用于原位杂交. 由于它具有中等长度，因而使得杂交充分并具有较高的稳定性. 此外与寡核苷酸比较起来，RNA探针敏感性更强. 不足之处是RNA探针不稳定，因而难以操作. 长链DNA探针适用于有固相支持物的杂交反应及荧光原位杂交(FISH).
3.1.2 薄膜杂交 此法使用特异探针检测稳定结合于固相底物上的靶序列. 酶切的DNA经过电泳后被转移到薄膜上，然后与标记探针杂交. Southern杂交就是薄膜杂交的一种. 杂交法检测的DNA应该是完整无损的. 另外，除进行基因定量外，还可利用此法对杂交片段的大小进行判定.
Northern杂交用于对RNA的检测. RNA在电泳前不需酶切. 此法同样可进行基因表达的定量及mRNA片段大小的判定，并需要从新鲜或快速冷冻标本中提取大量未受损伤的RNA.
3.1.3 多聚酶链或反应(PCR) 如果在引物，靶基因和热稳定DNA多聚酶存在的情况下，反复进行变性和复性反应，那么就可以合成大量的目的基因，这就是PCR的原理. 在实际诊断中，标本的获得一般没有什么难度，而且此法还可对陈旧标本中提取的DNA进行扩增.
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RT-PCR用于对RNA靶序列的扩增，此法亦可应用于石蜡包埋标本. 由于PCR具有高度敏感性，因而在实际应用中要谨防污染. 可行的保护措施有以下几种：加入阴性对照；多次更换手套；用紫外线对设备消毒；在不同的通风房间内进行及干扰性核苷酸的使用等.
其他不常用的核酸扩增技术还有：连接酶链式反应(LCR)：链置换扩增技术；再生式序列复制技术等.
3.1.4 原位杂交(ISH) 原位杂交是用标记的RNA或DNA探针原位检测组织切片或细胞涂片内特定的DNA或RNA序列. ISH已经成功地用于对瘤细胞癌基因的定位. 另外在免疫组化检测不出靶基因蛋白表达产物的情况下，可用ISH对该基因的mRNA进行定位. 在胃肠道的研究中，人们亦采用ISH对激素受体进行定位.
荧光原位杂交(FISH)是在原位杂交基础上发展的新技术，它可以用于对染色体序列定位，包括对转位缺失、LOH、基因扩增的检测. 依检测目的不同可使用不同的探针. 如检测染色体的拷贝数，使用重复序列探针；检测转位，使用位点或区域特异探针，而检测结构重排则采用全染色体探针等.
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原位PCR技术进一步提高了检测灵敏度. 间接原位PCR中，先应用PCR对靶序列扩增，然后进行杂交，此技术待于进一步完善.
目前最新的分子杂交技术是将数千寡核苷酸链结合于硅酮片上，然后用计算机分析这些寡核苷酸链与互补的荧光探针杂交后的结果.
3.2 组织获得 用于Northern及Southern杂交的大核酸片段必须从新鲜或快速冰冻标本中提取. 目前我们同样可以对保存已久的标本进行DNA和RNA提取以及扩增. 但由于保存标本中核酸发生降解，检测手段略有不同. 同样，陈旧标本中提取的RNA也要首先进行逆转录获得cDNA.
4 胃肠道发育的分子生物学
4.1 正常发育 原始消化管最终发育成消化道及呼吸道的各种器官. 被脏壁中胚层包绕的内胚层沿前后轴发育成不同的器官. 三个特征性的阶段包括：脏层在中线融合；简单小管及胚芽的形成以及内胚层向不同方向的分化.
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DNA内含有控制组织与器官正常发育的所有信息，但正常发育依赖于结构基因表达的时空一致性. 众所周知的同源异型基因首先发现于果蝇体内，随后在人及其他生物体内也检测到了该基因的存在. 研究发现，果蝇体内同源异型基因的突变会导致基因不恰当的时空表达，也就是说，该基因在体节的正常发育中似乎起着“开关”的作用. 同源异型基因在羧基末端(即同源异型框)附近有一个约180bp的保守序列. 该序列编码一种中DNA结合蛋白的同源异型结构域. 许多同源异型结构域都具有同DNA结合的结构，如螺旋转折螺旋结构，能结合于DNA分子的大沟内. 同源异型结构域可能是发育“开关”基因内的调节因子. 如果真是这样的话，那么同源异型基因编码的蛋白就作为转录因子通过调节下游靶基因来控制细胞的分化. 目前观测到此序列的高度保守性就表明这些蛋白在发育中的重要作用.
许多证据表明脊椎动物体内的“HOX”基因簇即为低等动物同源异型基因的同物. 如人HOXA7的同源异型结构域(60个氨基酸)与果蝇只相差1个氨基酸. 种属间的高度同源性使得人们能够应用已知种属该序列的探针对未知种属进行检测. HOX基因具有四个基因簇，分布于不同的染色体上. 每一个基因簇都高度保守并可能与表达直接相关. HOX基因参与脊椎动物消化道节段性分化的调控.
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脊椎动物体内另一特异的同源异型基因群是“尾端家族”基因：研究表明此类基因具有双重调控发育的功能. 人们推测它们在原肠胚期决定纵轴的形成并在胚胎发育晚期参与肠道形成的调控. 另外在成人期，它们可能决定肠上皮细胞的终末分化. “尾端”同源异型基因还参与原肠的闭合，如Srp基因通过抑制前肠基因而调控中肠的分化与发育；转录因子frh，也被认为主要参与外胚层终末分化的调控. LPX-3C基因与一些转录因子相关，而这些转录因子参与原肠分化及胰岛素生长抑制素细胞分化的调控.
总之生长因子发育调控包括对基因表达的诱导、形态发生先后顺序以及细胞最终分化方向的调控.
4.2 异常发育 人们通常利用使基因表达或失活的手段来判定其表达产物在细胞中的功能. 肠上皮细胞由于具有较高的更新率和多样性因而是进行细胞发育分化研究的良好选择. Sebastio et al发现人结肠癌细胞株Caco-2在体外融合后具有肠上皮细胞分化特征，并进行与成人小肠上皮类似的同源异型基因表达，因此可用此细胞株在体外进行有关同源异型基因调控的研究.
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缺乏Srp的胚胎不出现内胚层的分化并缺乏中肠. 中肠前部及后部分别成为前肠及后肠上多余的一部分.
Wolgematu及其同事在转基因动物的原肠诱发了Hox1.4基因的过表达. 转基因动物的子代于生后不同时期死于巨结肠. HirschSPrung病能导致巨结肠，它的发生与结肠肌层神经节细胞缺陷相关. 肌层的神经节细胞来源于神经嵴，它们在原肠发育中迁移至肌层形成结肠的神经调节系统. 巨结肠的发生可能是由于原肠中导神经嵴细胞迁移的细胞功能缺陷所致. Hox家族另一基因的过表达可以导致肠错构瘤的发生.
人们推测同源异型基因可能在肿瘤性转化中亦发挥了重要作用. 另外，Hox基因在原发及转移结肠癌中的表达具有差异性，这表明Hox基因还可能与肿瘤的进展有关.
目前关于陷窝干细胞分化为肠上皮细胞的过程仍不清楚，同源异型基因的发现与研究给予我们新的启示. 尽管深入探讨细胞增生与分化的调控机制有助于我们理解肿瘤发生的机制，但有关胃肠道中同源异型基因的特殊功能我们目前知之甚少，多数研究还只是处于早期阶段.
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5 胃肠道神经内分泌系统的分子生物学
消化道是人体最大的“内分泌”系统. 胃肠道的激素、包括激素肽和神经肽，作用于不同靶器官的受体进一步引发各种生物学反应. 内分泌细胞起源于内胚层. 它们接受胃肠道激素的内分泌、旁分泌及自主分泌调节. 此外，肿瘤细胞可以表达与胃肠道激素对应的受体并可能自身产生进行自主分泌调节的因子. 下面以促胃液素为例说明内分泌肽及激素在胃肠道病理生理中的作用机制.
促胃液素是胃窦G细胞分泌的一种多肽激素. 它和缩胆素一样具有一个羧基末端，这是维持其活性所必需的结构. 促胃液素可以刺激胃分泌胃酸、胃蛋白酶、胰酶及内因子. 此外它还对胃肠道粘膜具有良好的营养作用. 一些分泌促胃液素的肿瘤，当出现慢性高促胃液素血症的时候可以在大鼠及人体内导致肠嗜铬样细胞的增生以及胃类癌的发生.
人们目前采用放免法测定促胃液素的分泌并进一步对促胃液素瘤进行检测和定位. 另外，针对促胃液素不同中间形式的抗体被用于对十二指肠溃疡，不同肿瘤及老化过程中G细胞内不成熟性促胃液素的检测.
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克隆编码促胃液素受体的基因比较困难. 人们最初利用放射性标记的配体对该受体定位，并测定其大小、亲和性及特异性. 由于促胃液素与缩胆素具有高度同源性，使得对受体特异性的检测难以进行. 不同组织具有不同的促胃液素/缩胆素受体，这些受体对促胃液素及缩胆素具有不同的亲和性. 有关促胃液素受体分子结构的研究表明该受体可能作为第二信使与G蛋白相关. 在内分泌细胞中，G蛋白相关的信号传导途径发挥着重要的作用，因为大多数神经内分泌激素的靶“器官”都是CAMP反应结合蛋白(CREB). 了解受体的亲和性及配体结合的特异部位可以制造出相应的拮抗剂. 如对各类胃结肠肿瘤细胞使用GR拮抗剂能够抑制促胃液素介导的增生作用.
胃肠道神经元构成了肠的神经系统，并在内分泌调节中发挥重要作用. 具有酪氨酸激酶活性的受体在肠神经母细胞的正常迁移及发育中起着重要作用. 已发现有几种受体与胃肠道疾病相关，例如在敲除小鼠中RET原癌基因与神经节细胞发育相关. 当RET发生突变可导致多发内分泌肿瘤(MEN-2B)及巨结肠的发生. 另外酪氨酸激酶受体参与Cajal间质细胞发育的调控. KIT基因突变小鼠缺乏间质细胞并出现肠运动障碍. 这或许又可以解释为什么在有些白花病的患者出现肠功能异常. 另外人们注意到内皮素-3和内皮素-β受体突变能在人和小鼠引发巨结肠与色素失调，而见有人报道巨结肠病(Hirschsprung)患者存在内皮素-β受体突变.
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另一种重要的胃肠道激素是生长抑素，它具有广泛的抑制效应. 如抑制细胞生长及激素分泌等. Sandostatin和RC-160由于具有同生长抑素相似的结构因而具有一定的生长抑制作用而被应用于治疗. 鼠的结肠癌细胞无论是在体内还是体外均对这种抑制作用敏感. 高度特异的受体通过激活酪氨酸磷酸化酶而介导生长抑素的生长抑制效应. 研究显示约10%结肠直肠肿瘤具有生长抑素受体的表达. 目前已克隆确定了生长抑素受体的的五种亚型，并对其在正常及肿瘤组织中的表达进行了测定. 结果表明：正常粘膜无受体表达，而随疾病的进展受体Ⅱ表达逐渐增强. 如果对癌症患者进行筛选，找出那些具有对生长抑制效应敏感受体的群体，对临床治疗具有重要意义.
6 癌前病变的分子生物学
基因变异是细胞向肿瘤转化的分子学基础. 无论外源性还是内源性的原因均可造成DNA损害并最终导致其相应蛋白表达产物的异常.
肿瘤的发生是一个多阶段的过程，该过程包括多种遗传变异. 这些遗传变异，如染色体重排，微小插入/缺失等均能导致抑制基因的失活和原癌基因的激活从而发生肿瘤.
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分子技术可以检测肿瘤中癌基因的过表达或突变以及抑癌基因的失活，并能用于进行肿瘤异质性的分析及家族易感性的判定.
原癌基因是高度保守的序列，它在细胞的生长及分化中发挥重要作用. 如果原癌基因两条等位基因的一方发生突变，就可使该基因成为癌基因. 迄今发现的大多数癌基因都是细胞生长调节途径的一部分. 包括生长因子及其受体，细胞内信号传导因子，周期调节因子，转录因子等. 癌基因的激活往往伴有其蛋白产物表达的增加. 对癌基因突变或过表达的判定具有诊断和预后意义.
抑癌基因的失活可导致癌变. 但抑癌基因的失活需要两条等位基因的失活. 当仅有一条等位基因失活时，如果发生于亲代生殖细胞，那么这种变异可以传给子代的体细胞，并使子代具有更高的肿瘤易患性. 由于所有子代体细胞均有染色体变异，因此在评定第二条等位基因是否有突变时应用正常细胞的DNA作为对照. 抑癌基因的失活常由于该位点的重排造成. 目前研究最多的抑癌基因当属Rb和p53. 遗传性视网膜母细胞瘤是人类的一种遗传性肿瘤. 90%该基因位携带失活突变的人均发生肿瘤. 此外Rb基因的突变还见于食管、软组织、肺、乳腺、膀胱等肿瘤.
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P53蛋白在细胞周期调节中(G1/S调控点)起着阀门的作用. 它能阻止变异的细胞进入S期. p53基因位于17号染色体短臂上，它的突变见于各种肿瘤. 目前认为p53异常与各种癌的发生相关.
6.1 Barrett′s食管 Barrett＇s食管是指食管正常的复层扁平上皮被异常的柱状上皮取代. 随着病变的不断发展(由单纯化生到不同程度的不典型增生)，患者发生腺癌的概率由30倍增至125倍. 因此不典型增生的程度对于判定患癌概率的大小具有重要意义.
人们通过研究发现了一系列与Barrett＇s食管病变相关的标记物，包括PCNA，Ki-67，P53，SI，TGF-α，EGFR等.
不典型增生的一个重要标志是增生活跃. 研究中发现，从正常粘膜到Barrett＇s化生再到重度不典型增生，Ki-67阳性细胞核逐渐增加. Lapertosa et al在重度不典型增生中亦发现PCNA阳性细胞数目增加.
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正常情况下SI见于成人小肠及婴儿结肠，而成人结肠检测不出其表达. 然而76% Barrett＇s食管及82%腺癌患者中均发现了SI表达. 免疫组化结果显示，在Barrett＇s食管中，SI定位于细胞顶端膜上，而在不典型增生及癌症时，SI表现为弥漫的胞质着色.
对TGF-α的研究也发现其表达与病变程度相关.
抑癌基因参与了食管癌早期发生. 在Barrett＇s食管中，p53突变主要发生于外显子5→9，并有证据支持突变碱基为GC→AT. 免疫组化可以检测p53的过表达，但此结果通常只反应基因的错译突变.
APC基因的突变见于不典型增生和腺癌，另外也见于不典型增生附近的化生区. 此外抑癌基因p27(CDKI)在不典型增生的Barrett＇s食管粘膜中出现过表达. 在浸润性生长的癌瘤中，该基因的持续表达是预后良好的一个指标.
, 百拇医药 6.2 Hp/慢性胃炎 Hp感染与胃癌发生相关. Hansson et al报道，十二指肠溃疡患者患癌概率降低，而胃溃疡患者患癌风险增高. 由于十二指肠与胃溃疡均与Hp感染有关，因此确定Hp感染的时间至关重要. 儿童期Hp感染常导致萎缩性胃炎，这是一种癌前状态；而在成人，感染Hp后很少发生多灶的萎缩性胃炎，而且即使是Hp损伤的粘膜也还保持着泌酸的功能，并最终导致十二指肠溃疡的发生，这一结果可以较好地解释胃癌的流行病学：在发展中国家，胃癌发病率高是因为儿童期Hp感染多见，而发达国家由于卫生状况的改善，Hp感染常见于成人.
目前尚未发现感染与癌发生具有因果性的证据及可能机制. 最近的研究表明Hp感染与增生活跃相关. 由于Hp感染引发的慢性炎症可以导致粘膜上皮更新率增加，因此人们推测，基因突变概率增加可能使癌变机会增多. H.felis螺旋菌可以在动物体内诱发类似人体胃炎的改变. 对具有p53杂合缺乏的小鼠进行该菌接种，1a后进行观察发现，胃小凹上皮发生严重的腺性及囊性增生. 在正常对照组(无p53缺失)人们也观察到了类似病理变化，但相比较而言，p53杂合缺失组具有显著增高的增生指数，这可能是由于p53的缺乏为胃癌的发生提供了遗传学的优势.
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6.3 IBD(炎症性肠病) 溃疡性结肠炎及克隆病有着很高的发病率，而且具有较高的患癌风险. 患癌风险大小与病变的程度和持续时间相关：10a后累计患癌率每年递增0.5%～1%，而且相对患癌风险较同龄人群高15倍. 遗传和环境因素均可能参与了炎症性肠病(IBD)的发生. 研究发现，复发IBD患者的肠上皮细胞与静止期或对照人群相比，具有更高的增殖指数，而且类似正常结肠粘膜癌瘤的发生，IBD继发腺癌同样经过轻、中、重度的不典型增生阶段.
对于散发结肠癌而言，原癌基因的点突变发挥了重要的作用，但是对于通过炎症不典型增生演变为癌的肿瘤，抑癌基因的失活更为重要. 研究发现，C-Ki-ras基因在散发结肠癌中的突变率高于溃疡性结肠炎相关癌. 尽管75%的散发结肠癌具有p53等位基因缺失，而且90%以上在保留的等位基因上有突变发生，p53失活似乎发生于肿瘤进展的晚期. 与此相反，在溃疡性结肠炎相关癌中，p53突变是肿瘤发生过程中的早期改变. 另外在约2/3的不典型增生中，尽管存在p53突变，却并非所有患者都在保留的等位基因上有缺失发生.
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其他与IBD中不典型增生程度相关的标志物还有SI，C-Src等. 胎鼠结肠被含有Src的逆转录病毒感染后，全上皮层发生严重的不典型增生. 此外，myc与Src在介导不典型增生及肿瘤浸润时似乎具有协同作用.
动物模型的获得对于探讨IBD的病理机制至关重要. 胚胎干细胞相关技术的进展使我们可以利用靶基因手段获得目的基因缺陷的小鼠模型. 目前认为免疫调节异常与环境因素协同作用介导IBD的发生. IL-2敲除小鼠(IL-2-/-)是最近似于人结肠炎的动物模型. IL-2在体外能促进T细胞的增生和B细胞的分化，IL-2-/-小鼠在生后3wk～4wk内发生严重的免疫损害，其中50%死亡. 存活下来的则发生IBD. 对这些个体进行组织学分析，未显示任何已知的炎症过程及病原. 在无菌环境下，IL-2-/-小鼠不发生IBD，仅在17wk～20wk时见到炎症发生. IL-2-/-小鼠发生免疫系统变化，如TB活化细胞增多，免疫球蛋白分泌增加，出现抗结肠抗体及异常MHC-Ⅱ表型等，这些改变亦见于溃疡性结肠炎患者.
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T细胞受体(TCR)变异小鼠是又一研究IBD的有用模型. 一项对TCR及MHC-Ⅱ变异的研究发现，IBD的发生需要B细胞的存在和MHC-Ⅱ限制性α β T细胞[CD4(+)]缺乏，而这种α β T细胞产生IL-2. 将发生变异的小鼠置于一种特殊的无致病原的环境中，结果IBD发生，而处于相同环境中的裸鼠和RAG-1变异小鼠(缺乏成熟B和T细胞)则未见IBD发生，由于所有发生IBD的小鼠均具有B细胞却缺乏α β-T细胞，所以某些类型IBD发生的机制可能是由于缺乏α β T细胞介导的对B细胞的抑制作用. 这些发现支持了这一认识. 尽管IL-2水平降低不足以诱发IBD，却是IBD发生所必需的前提.
对IL-10功能的研究也进一步突出了细胞因子免疫在IBD发生中的重要作用. IL-10是一种强有力的细胞因子合成抑制剂. 处于自然环境中的IL-10变异小鼠发生慢性小肠结肠炎，而如果将期置于SPF内，只在近端结肠发生局限性的炎症.
粘膜免疫系统功能不良可能通过对食物或小肠内微生物抗原产生的抗体发生自体免疫. 而病变选择性地发生于大肠，可能是由于此区域具有较高浓度的微生物所致.
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7 胃肠道肿瘤的分子生物学
7.1 食管癌 尽管食管腺癌发病率逐步上升，但最常见类型仍为鳞癌. 在食管癌中，癌基因、抑癌基因均发生了改变. 抑癌基因(p53,PRb,APC)的杂合缺失和突变常单独或同时出现于鳞癌中. 在50%的食管癌中发现有p53改变，包括错译义突变及杂合缺失. 细胞周期因子p16,p27失活亦可见于食管癌中. 和外套层淋巴瘤、甲状旁腺瘤、乳腺癌类似，CyclinD1的过表达和食管癌发生相关. 另外原位杂交显示约25%的食管鳞癌中有HPVDNA表达.
7.2 胃癌 有关胃癌，Hp感染及低酸性萎缩性胃炎之间的相互关系已确立. 抑癌基因、癌基因均参与了胃癌的发生. 实验研究显示粘附分子C具有调节细胞迁移，增生及程序化死亡的功能，而且粘附分子E表达减少与胃癌的组织学分级，转移潜能，生存率相关. 另外胃腺癌中CD44表达意味着预后不良.
7.3 结肠癌 分子学的进展使我们对结肠癌有了深入的认识. 结肠癌术后患者预后情况取决于肿瘤的病理和临床分期. 依据目前的分期标准，Ⅱ期与Ⅲ期患者生存率可相差40%左右. 应用分子学手段准确判定复发概率的大小，可以更好地指导临床辅助治疗.
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7.3.1 RAS/MAP激酶途径 许多原癌基因均为酪氨酸激酶类，这就意味着可以通过可逆性磷酸化对它们进行调控.
ras基因突变见于30%人类肿瘤及结肠癌早期. 当细胞受到肿瘤性生长的刺激时，一些癌基因先将信号传导至ras原癌基因，由ras基因通过磷酸化进一步激活MAP激酶，最后MAP激酶将有关生长、分化、程序化死亡的信息传入细胞核内. 由此可见MAP在此途径位于中心环节.
MAP激酶 磷酸酯酶(MPK)是磷酸酯酶的一个新家族. 该酶可以使MAP激酶的苏氨酸、酪氨酸发生去磷酸化而失活. 编码此酶的序列具有高度保守性. 人体内调控MAP激酶活性的MPK是MPK-Ⅰ. 原位杂交的研究结果显示：在结肠癌及其他上皮性肿瘤的早期，MPK-Ⅰ有过表达，而随着组织分化程度降低以及在缺乏失活性突变和染色体缺失的晚期，其表达逐渐减少. 另外预后不良的浸润性肿瘤如肝细胞癌，胰腺癌不表达或仅有少量MPK-Ⅰ表达. 由此可以看出，MPK-Ⅰ是此途径的调控点，它由MAP激酶上游的癌基因(如结肠癌中的ras基因)激活.
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7.3.2 p53抑癌基因 在人类癌症中，p53散发性突变是唯一最常见的基因变异. DNA损伤、缺氧、癌基因活化及病毒感染均可阻断p53及p21调节下的细胞周期. 尽管多数研究集中于p53对G1/S调节点的调控，最后的研究发现p53/p21还可能对G2/M进行调控. 人们在实验中发现，具有p53突变和p21缺失的结肠癌细胞株在化疗放疗导致DNA损伤后仍能发生活跃的细胞分裂，并可见到畸形的多形性细胞核. 这些细胞最后发生凋亡. 而p21+/+癌细胞接受相同治疗后无明显改变，因为这些细胞出现DNA损伤后生长停止. 因此p21在结肠癌中是否表达可能具有较重要的临床意义.
人们已对胃肠道肿瘤中p53突变进行了广泛的研究，目前已发表的研究认为在食管癌中p53的表达增加无重要的预后意义. 此结果未经多变量分析法证实. 但有的研究报道在胃癌中多变量分析显示p53表达增加与生存率降低相关. p53突变是结肠癌中最常见的基因变异. 75%的结肠癌中有17号染色体短臂的缺失，并且往往伴有另一等位基因的突变. 免疫组化结果之所以产生了矛盾的结果，可能是由于p53突变发生于结肠癌的晚期.
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p53基因敲除小鼠经过3mo～6mo发生癌瘤，而一些p53失活的小鼠模型更易发生淋巴系统肿瘤.
7.3.3 DCC基因 结肠癌中常见18号染色体发生缺失，而且这种改变的出现表明预后不良. DCC是位于18&21.2上的抑癌基因，它编码粘附分子及netrin受体. 因此DCC可能参与调节细胞-细胞，细胞-间质之间的相互作用. 另外在70%结肠肿瘤及其他一些肿瘤中，DCC失活发生于肿瘤进展晚期，这表明DC-C可能在控制肿瘤生长与转移中具有重要作用. 由于最初采用LOH分析18号染色体缺失，所以不能完全排除18&21.1中DPC4抑癌基因的作用. 然而免疫组化结果显示，DCC编码蛋白产物的特异性缺失同18&杂合缺失一样是明显预后不良的指标(尤其癌症Ⅱ期). 由此可以看出，DCC在结肠癌的发生中发挥重要作用，而且对于它的准确评定有利于更好地指导临床治疗.
7.3.4 细胞分裂周期与癌 真核细胞的细胞周期进程受周期蛋白依赖性激酶调控(CDK). CDK由调节性周期蛋白及催化性丝氨酸、苏氨酸激酶亚基构成. 目前发现有几种活性Cyclin-CDK复合物，它们在细胞周期的不同阶段发挥作用. CDK活性受磷酸化作用的调控. 还存在一种抑制CDK活性的亚单位，叫CKI. 大多数已知的CKI在接到细胞外抗分裂信号刺激后，使周期停滞. 而少数CKI可能作为周期调控点，以保证细胞通过G1节点并在适合的条件下进行染色体复制.
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在哺乳动物体内，依据序列同源性及与CDK亲和力大小将CKI分成两组. 由于转化细胞常伴CKI的缺失，所以，CKI可能是潜在抑癌基因的编码产物. 如在多数人类恶性肿瘤中可见到p15,p16基因的突变、缺失或甲基化所致的失活. p21在转录水平接受p53调节，而后者功能缺失见于50%人类肿瘤中. 由于p21表达见于结肠隐窝非增生性正常细胞，因而在结肠肿瘤中不进行p21表达与增生相关性的判定. 此外，采用Sonthern blot和PCR-SSCP对大量原发肿瘤及瘤细胞株检测，未发现p27基因存在结构变异及点突变.
与p21在转录水平接受调控不同，G1期P27蛋白水平的降低依赖于Ubi & uitin(泛素)的降解作用. 对大量结肠癌患者的长期随访研究发现，P27是一种独立性的预后指标. 与P27高表达的患者相比，P27低表达患者死亡率增加3.2倍，更为重要的是在结肠癌Ⅱ期患者中，P27表达缺乏者较高表达者死亡率增加32.3倍，其中P27表达率>50%者平均生存期超过219mo，而P27表达率<50%或无表达者平均生存期分别为140mo和69mo. 在P27蛋白低表达或缺乏而具有较高mRNA水平的结肠癌中，人们发现特异性溶解P27蛋白的活性增强. 这表明P27表达缺乏可能是来自肿瘤介导的降解作用，而非基因在转录水平的变异所致. 或许对此降解过程进行适当的调控能提高临床疗效.
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7.3.5 转化生长因子β(TGF-β)家族 TGF-β正常上皮细胞及神经外胚层细胞的生长具有强大的负性调节作用. 哺乳动物的TGFβ具有三种亚型(TGF-β，1，2，3)，它们分别位于不同的染色体上并具有高度保守的同源序列. 这三种亚型在胚胎起源及肿瘤发生中具有不同的表达. 此外它们在体外能抑制肠源性细胞的生长，而且其对染色体不稳定性的抑制不依赖于G1节. 与P27相似，TGF-β表达见于肠绒毛的上1/3及结肠隐窝. 此外TGF-β对分化好的结肠癌细胞株具有生长抑制作用. 在结肠癌中，TGF-β表达与疾病进展和转移相关. 最近的研究发现，TGF-β信号途径中有一重要因子在结肠癌中易于发生失活性突变. 编码该因子的序列是位于18&21. 这表明TGF-β途径紊乱参与了肿瘤的发生. 另外，TGF-β受体功能丧失食管腺、鳞癌的发生相关.
其他基因如DF3，SI亦被用于作为评价结肠癌预后的指标.
7.3.6 遗传性结肠癌
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7.3.6.1 HNPCCG与错配修复 既然基因突变在癌症及遗传性疾病中起着如此重要的作用，那么正常细胞中一定存在维持基因完整性的机制. 人们已经在细菌中发现了相关的酶类，这类酶共有5种，它们协同作用，对违背碱基配对原则的错配碱基进行修复. 在酵母及人体内亦发现了上述酶的同系物. 在数种不同组织起源的人类肿瘤中均检测到了由于基因修复功能缺陷导致的微卫星不稳定性，这也表明错配碱基修复功能正常与否在肿瘤发生中具有重要意义. 此外人们发现遗传性癌(如HNPCC)的错配修复基因中存在缺陷. 这些基因(MLH1，MSH2，MSH3，PMS2，GTBP或MSH6)似乎属于隐性基因. 当患者体内的细胞仅有一条等位基因发生变异时，突变率较低，而一旦两条等位基因均失活，那么突变概率大大增加. 具有MSH2基因异常的鼠模型患肿瘤(尤其是淋巴瘤)风险增加.
HNPCC的发生与常染色体上异常错配修复基因的显性遗传有关，约占肠癌的4%～13%. 在80%具有同源血亲的HNPCC患者体内存在MLH1和MSH2的突变. 另外错配修复基因缺陷也见于约10%散发结肠癌. 目前人们已经使用抗hMLH1,hMSH2抗体对结肠癌进行常规筛查. 所有的病例中都可见到正常上皮细胞核阳性表达，阳性表达强度由隐窝到上皮逐渐减弱. 66例结肠癌中有62例出现核阳性表达. 3例无表达以及另1例部分表达可能是由于启动子发生甲基化所致.
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7.3.6.2 家族性腺瘤性息肉病与APC基因 家族性腺瘤性息肉病(FAP)是一种具有癌变倾向的遗传病. 在美国此病发病率为1/5000. APC基因位于5% 21～22，属于常染色体显性遗传. 该基因突变与结肠癌发生早期相关. FAP患者肠内可见多个腺瘤性息肉，如不切除，这些息肉将发生癌变. 目前已在非同宗FAP患者的APC位点上至少检测出99种不同的突变. 关于APC的功能已有相关文献报道. Morin et al采用一种新颖的诱导表达系统此系统不含APC蛋白进行研究发现，外源性APC能通过诱导凋亡明显抑制细胞生长. 现在通过筛查APC基因突变对家族中高危人群进行症状前诊断已成为可能.
Min基因突变小鼠是人FAP的模型. 人们发现小鼠体内突变的Min基因与APC突变的外显子15很难分开. 因而可以利用Min基因小鼠研究环境与遗传因素在腺瘤性息肉病中的作用机制. Dietrich et al发现，Min小鼠体内存在另一种可以使息肉数目明显减少的基因-mom. Kennedy et al则发现，在具有遗传性肠癌易患性的个体中，绝饮食中一种来源于大豆的抑制因子可以显著降低其肿瘤发生率. 这些研究均表明环境及遗传因素在一定程度上可以影响基因的外显性.
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7.4 淋巴瘤 分子技术的应用在白血病与淋巴瘤中显得尤为重要. 目前Southern印迹法和PCR(RT-PCR)均可进行免疫球蛋白及T细胞受体基因重排的检测，比较而言，PCR所需组织量少，且更为敏感，但在操作过程中需严防污染.
FISH(荧光原位杂交)法可以检测出某些基因重排，而原位杂交可用于测定某些淋巴瘤中是否具有整合的病毒DNA.
胃肠道是发生结外非何杰金氏病最常见的部位. 早在1984年，Isaacson和Wright就提出发生于胃肠道、肺、甲状腺粘膜相关淋巴组织的B细胞淋巴瘤是一种独立的病变. 在那时对这种淋巴增生性疾病的本质人们还不太清楚. 现代免疫组化及分子学手段的进展已经证实了Isaacson的观点.
有证据表明MALT淋巴瘤的发生是基因缺陷累积的结果，它经历一个多阶段的过程. 目前有关低度恶性MALT淋巴瘤与高度恶性B淋巴瘤(起源于粘膜)的关系尚不十分清楚. 慢性炎症可能与基因不稳定性相关. 低度恶性MALT淋巴瘤通常发生于慢性炎症的基础上，并且在晚期可以转变为高度恶性. 尽管有报道认为任何类型的MALT淋巴瘤中均无bcl-1，bcl-2或C-myc位点的重排，却另有人称在50%高度恶性的MALT淋巴瘤中发现了包括C-myc在内的重排. 还有文献指出在低度与高度恶性MALT淋巴瘤中P53突变的程度存在差异. 此外，微卫星序列变异亦和粘膜区P53突变相关. 这些结果均表明基因变异在MALT淋巴瘤的发生中尤其是其向高度恶性转化中发挥重要的作用. 研究发现，B细胞淋巴瘤与慢性淋巴细胞白血病的高度恶性转化与P53突变增加相关，这更支持了上述结论. 有人报道在脾的B细胞淋巴瘤边缘区具有很高的P53突变率，而这种淋巴瘤无论在细胞起源、免疫表型、组织学类型还是基因型上都与MALT淋巴瘤非常相似.
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7.5 转移 肿瘤转移是一个多阶段的过程，它包括瘤细胞进、出血流以及在转移组织内的生长 这一过程的发生往往需要2个条件：①转移组织为瘤细胞生长提供良好的“土壤”，②发生转移的器官与原发部位位于同一条血循环路线上. 往往更可能的情况是上述两者同时具备. 与转移相关的因素包括以下几个方面：原发肿瘤内新生血管形成；基质降解及瘤细胞浸润；瘤细胞进入脉管系统；粘附于转移部位的上皮；渗出；侵入器官实质. 肿瘤细胞能够分泌降解酶从而增加其活动能力. 此外细胞间或细胞与基质间粘附分子表达改变以及组织分泌生长因子均有利于转移的发生.
人们通过对恶性色素瘤、乳腺癌及肝癌的研究发现，nm23基因的表达与转移呈负相关. 稳定转染有nm23基因的小鼠恶黑及人乳腺癌细胞失去了对PDGF，TGF-1等因子刺激的反应性. 肿瘤细胞的运动能力可以被多种因素阻断，这表明信号传导途径下游控制细胞运动的环节紊乱极有可能参与了此过程.
相关的具体机制目前还不十分清楚，但有报道发现nm23与微管具有明显的相关性. 在结肠癌中可检测到nm23基因的缺失和扩增，但nm23蛋白的表达水平并不与转移潜能相关.
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另外在实验中发现癌胚抗原可以促进肝转移的发生.
8 基因治疗
8.1 种类 基因治疗的目的在于诱导或抑制细胞内相关基因的表达. 1990年，人类首次成功地对一名8岁小男孩进行了腺苷脱氨酶(ADA)基因治疗. 两次独立的临床试验表明，ADA基因治疗能提高对严重联合免疫缺陷者(SCID)的疗效. 至今已有100多例此项治疗试验被批准. 这其中约50%的患者是癌症患者.
基因治疗采用直接或间接的策略. 直接抑制癌基因表达的手段包括反义核酸序列的导入或抑癌基因的表达. 由于这些手段需要较高的基因转导率，所以运用中难度很大. 另外该方法还有一个最不易解决的难题，即如何对肿瘤细胞进行有效的转导以及转导后目的基因的足够表达. 转导基因的方法很多，通过阳离子脂质体作为载体进行转导最为有效. 还有一种不需要很高基因转导率(1%～10%)的基因治疗方法，即前导药基因(如HSVtr)转导治疗. 一旦基因转导成功，服用丙氧鸟苷即可大量杀死肿瘤细胞.
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间接基因治疗手段主要是指各种疫苗的使用. 这些疫苗可以是编码肿瘤抗原(如CEA，MHC)的DNA或RNA分子. 另外，也可以通过导入增强机体抗肿瘤能力基因(如IL-12或GM-CSF)的方法获得修饰的肿瘤疫苗. 目前已成功地应用此法进行了淋巴因子、细胞因子，MHC-Ⅰ抗原及外源性抗原的转导. 来自患者骨髓的树突细胞经过抗原处理后回输，可以把抗原信号传递给T细胞，从而激发T细胞抗肿瘤活性.
8.2 应用展望 对肿瘤进行治疗的原则源于对细胞株及裸鼠的研究. 遗传性结肠癌是肠癌中的研究重点. 目前已知APC基因失活与FAP相关而且是肿瘤早期阶段最早发生突变的基因之一，其他对结肠癌有治疗意义的基因还有DCC和P53. 将这些基因导入结肠癌细胞株可以逆转细胞的表型.
使用逆转录病毒将抗人结肠癌抗体基因导入人结肠癌细胞株内可以通过细胞介导的抗体依赖性细胞毒性作用杀伤转染细胞及未转染的亲代细胞. 此外，重组TNF可以杀伤转染有TNFα受体基因的人体结肠癌细胞株.
人们通过对基因治疗敏感细胞的持续观察发现，自体骨髓移植后肿瘤的复发是由于骨髓中存在未被杀灭的瘤细胞所致. 另外人们还利用无损伤成像技术通过放射标记的反义寡核苷酸(C-myc)在小鼠模型中进行乳腺肿物的检测.
分子生物学使我们对许多胃肠道疾病的发生有了深入的理解. 可以预见分子生物学技术将为现代胃肠病学的发展奠定坚实的基础.
通讯作者 纪小龙
收稿日期 1998-07-30, 百拇医药