8月24日，北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院柯楊教授課題組在Cell子刊Cell Reports Medicine在線發(fā)表題為“Absence of Lugol staining indicates initiation of esophageal squamous cell carcinoma: a combined genomic and epidemiologic study”的研究報告。該研究依托課題組在食管癌高發(fā)區(qū)開展的大規(guī)模自然人群食管碘染內(nèi)鏡篩查試驗隊列（“ESECC trial”，NCT01688908）¹，聯(lián)合基因組學(xué)和人群流行病學(xué)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了食管鱗狀上皮不同病變階段的基因組變異規(guī)律和發(fā)生癌變的長期風(fēng)險，首次揭示食管黏膜的“碘不染色病變（Lugol unstaining lesions，LUL）”是食管鱗狀上皮細胞癌化的起始階段，且發(fā)生時間早于傳統(tǒng)病理學(xué)層面的細胞形態(tài)改變。這一重要發(fā)現(xiàn)為認(rèn)識食管鱗癌發(fā)生發(fā)展的自然史以及食管癌精準(zhǔn)篩查策略的建立和優(yōu)化提供了重要科學(xué)依據(jù)。

論文截圖

食管癌是世界范圍內(nèi)的常見惡性腫瘤之一。中國食管癌新發(fā)和死亡病例數(shù)占全球半數(shù)以上。與西方國家以食管腺癌為主不同，中國的食管癌以鱗狀細胞癌為主。在主要病因尚未明確的情況下，開展人群水平的食管癌內(nèi)鏡篩查，通過早診早治降低食管癌死亡負擔(dān)，是當(dāng)前食管癌防控的主要手段。碘染色內(nèi)鏡是食管癌篩查的金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。該技術(shù)基于碘與食管上皮細胞內(nèi)糖原反應(yīng)，通過對碘不染色病變（Lugol unstaining lesion，LUL）進行指示性活檢并聯(lián)合組織病理學(xué)診斷，實現(xiàn)對食管早期病變的診斷和臨床干預(yù)。

一直以來，病理學(xué)層面的鱗狀上皮異型增生被認(rèn)為是食管鱗狀上皮癌化過程的起始階段。內(nèi)鏡下的碘染色缺失一直僅被作為“早期病理學(xué)改變”的指示，其背后的基因組變異特征以及在食管鱗癌發(fā)生發(fā)展自然史中的作用未被認(rèn)知。這項研究基于食管癌高發(fā)社區(qū)自然人群建立的專病篩查隊列，積累了具有良好人群代表性的早期病變樣本及長期隨訪數(shù)據(jù)，系統(tǒng)探索了食管多階段病變的基因組變異規(guī)律及長期腫瘤進展風(fēng)險，揭示了食管上皮癌化進程的新階段及不同病變發(fā)生“時序”，為科學(xué)認(rèn)識食管鱗癌自然史及防治策略的優(yōu)化提供了新的關(guān)鍵證據(jù)。

該研究納入了來自ESECC人群內(nèi)鏡篩查的不同病變階段活檢組織樣本，包括26例正常食管上皮、24例病理診斷無異型增生但內(nèi)鏡下碘染缺失病變（ND-LUL）、30例低級別上皮內(nèi)瘤變、26例高級別上皮內(nèi)瘤變以及57例食管鱗癌樣本。通過全外顯子組測序，該研究首先發(fā)現(xiàn)，隨著病變級別升高，體細胞突變負荷逐漸增加，且在ND-LUL階段即已出現(xiàn)顯著特異性突增，而在低級別上皮內(nèi)瘤變及其后病變階段，突變負荷呈現(xiàn)穩(wěn)定累積態(tài)勢。

食管鱗狀上皮不同病變階段突變特征：（A-B）不同病變階段的突變數(shù)量及突變率；（C）不同病變階段的突變頻譜；（D）三種主要的突變印記；（E）主要突變印記的貢獻比例

進一步分析發(fā)現(xiàn)，各階段病變中均已存在食管癌相關(guān)基因的體細胞突變，且突變頻率隨病變級別增加逐漸升高。其中，TP53是最高頻突變基因，且在正常上皮中已有大量TP53基因突變存在。而與之相反，NOTCH1基因突變在正常組織中廣泛存在，但隨著病變級別升高其突變頻率逐漸降低，這一結(jié)果支持了食管鱗癌起源于無NOTCH1克隆的假說²，也與該課題組前期發(fā)現(xiàn)NOTCH1突變水平降低可早期預(yù)警食管癌前病變進展風(fēng)險的結(jié)果一致³。

食管鱗狀上皮不同病變階段突變基因譜

拷貝數(shù)變異（Copy number variation）分析發(fā)現(xiàn)，與突變分析結(jié)果一致，相較于正常組織，ND-LUL階段即已發(fā)生拷貝數(shù)變異程度顯著升高，既往在食管癌及異型增生病變中常見的拷貝數(shù)變異區(qū)域在ND-LUL中亦被發(fā)現(xiàn)。在其后更高級別病變中，拷貝數(shù)變異程度亦呈現(xiàn)穩(wěn)定積累趨勢。

食管鱗狀上皮不同病變階段的拷貝數(shù)變異：（A）不同病變階段的拷貝數(shù)變異程度；（B）不同病變階段的平均拷貝數(shù)變異情況；（C）食管癌常見拷貝數(shù)變異區(qū)域的變異情況

克隆擴增分析顯示，與正常組織中較低的突變細胞比例相比，ND-LUL階段已出現(xiàn)明顯的克隆擴增，且已達到與更高級別病變相似的程度。正向選擇基因篩選分析結(jié)果顯示，NOTCH1基因突變在正常組織和突變細胞比例較低的ND-LUL中出現(xiàn)富集并具有較高的細胞比例，而隨著病變級別不斷升高，TP53逐漸成為多數(shù)樣本中具有最大突變細胞比例的基因。

食管鱗狀上皮不同病變階段突變細胞比例：（A）每個個體非沉默突變細胞比例；（B）每個個體最大細胞比例；（C）具有最大細胞比例的正向選擇基因占比

進一步按照內(nèi)鏡下碘不染區(qū)域大小對ND-LUL進行分組比較，發(fā)現(xiàn)變異負荷與病變大小呈現(xiàn)正相關(guān)。在較小病變（≤5mm）基因組變異程度與正常黏膜接近，但當(dāng)病變增大(>5mm)時，各維度變異程度迅速升高，提示碘不染色病變大小反映了突變累積和克隆擴增的程度。

不同大小LUL中的基因組變異比較：（A）不同大小LUL中的體細胞突變率；（B）不同大小LUL中的拷貝數(shù)變異；（C）不同大小LUL中的突變細胞比例

該研究使用ESECC隊列長達八年的隨訪數(shù)據(jù)，評估了不同大小和病理級別的碘不染病變進展為食管癌的絕對和相對風(fēng)險。結(jié)果顯示，對于病理診斷未見異常的ND-LUL組，當(dāng)?shù)獠蝗静∽冞_到6—10mm時，其進展風(fēng)險已顯著高于正常組，而當(dāng)病變達到10mm以上時，其進展為食管癌的風(fēng)險將發(fā)生數(shù)十倍級別的升高。這與該課題組前期發(fā)現(xiàn)的碘染異常特征（尤其是LUL大?。┡c病變進展風(fēng)險相關(guān)的結(jié)果一致⁴。

基于ESECC人群八年隨訪數(shù)據(jù)評估不同LUL大小及病理級別亞組的進展風(fēng)險：（A）基線篩查時不同LUL大?。?—5mm，6—10mm，>10mm）和不同病理級別對象進展至癌的風(fēng)險；（B）各亞組累積進展風(fēng)險曲線

該研究基于獨特的社區(qū)人群內(nèi)鏡篩查專病隊列所采集的不同級別病變食管黏膜樣本，聯(lián)合基因組學(xué)和長期縱向隨訪數(shù)據(jù)，首次揭示ND-LUL階段在突變、拷貝數(shù)變異及克隆擴增等維度已發(fā)生大量基因組變異累積且遠期癌變風(fēng)險明顯升高，其發(fā)生時間早于目前病理學(xué)可做出診斷的細胞學(xué)形態(tài)改變?；诖?，研究者提出食管黏膜的碘染著色異常是食管鱗狀上皮細胞癌化自然進程的起始階段。這一發(fā)現(xiàn)重塑了人們對于食管鱗狀上皮細胞癌化自然史的傳統(tǒng)認(rèn)知，對建立更具效果和效率的食管癌防治干預(yù)窗口具有重要意義。

在當(dāng)前的篩查實踐中，針對內(nèi)鏡下所發(fā)現(xiàn)的碘不染色病變制定監(jiān)測和臨床處置策略僅依賴細胞學(xué)層面的組織病理診斷，即發(fā)現(xiàn)異型增生才推薦進行內(nèi)鏡復(fù)查監(jiān)測和臨床處置。而未發(fā)現(xiàn)細胞異型化改變的ND-LUL患者在監(jiān)測中往往被忽視。研究者團隊前期對于超千例碘不染色病變的隨訪觀察已證實，高達40%—50%最終進展為食管癌的病例來自ND-LUL病變⁵。病理診斷的局限性使這部分患者未被現(xiàn)行監(jiān)測策略所覆蓋，從而失去被保護的機會。此項研究從分子遺傳學(xué)和流行病學(xué)層面解釋了內(nèi)鏡活檢聯(lián)合病理診斷對部分受檢者“無能為力”現(xiàn)象背后的深刻原因，再次強調(diào)了將ND-LUL病變納入篩查后內(nèi)鏡監(jiān)測的必要性，尤其是對于碘不染病變較大者更需關(guān)注。這為食管癌精準(zhǔn)篩查和監(jiān)測策略的建立以及揭示食管癌起源、發(fā)現(xiàn)新的早期預(yù)警分子標(biāo)志物提供了關(guān)鍵線索和科學(xué)基礎(chǔ)⁶。

該報告共同第一作者為北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院遺傳學(xué)研究室團隊劉震助理研究員、劉萌飛副研究員、劉英副研究員、周仁博士及阿米爾·阿卜力孜講師（石河子大學(xué)醫(yī)學(xué)院），通訊作者為團隊聯(lián)合負責(zé)人柯楊、何忠虎研究員。

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來源：北京大學(xué)