王立东教授：食管癌高发现场防治研究进展

编者按：我国是世界上食管癌发病率和死亡率最高的地区，建立适合无症状高危人群和早期癌大规模筛查的经济、简便和无创性技术以及癌前病变干预阻断标准是食管癌防治研究亟待解决的问题。我国作为肝癌大国，多数肝癌患者就诊时属中晚期，因而常常被排除在肝癌有效根治手段肝移植手术之外，免疫检查点抑制剂在肝癌肝移植术前降期治疗中取得了明显疗效，但其安全性仍存在争议。晚期恶性肿瘤患者常常合并骨转移，而脊柱作为骨骼系统的一部分，又是转移性肿瘤最常见的部位。此外，完全内生型肾肿瘤是一类瘤体完全包绕于正常肾实质、未突出肾脏表面的特殊肿瘤，由于肾肿瘤位置深且与肾脏血管或集合系统距离更近、毗邻关系复杂，显著增加了肾部分切除术的难度。

有鉴于此，我们组织了相关领域专家分别撰写了有关我国发病率高的食管癌与肝癌、转移性肿瘤最常见的脊柱转移瘤及具有手术挑战性的完全内生型肾肿瘤等肿瘤诊治方面的内容，以期提高广大读者对上述癌症的正确认识，以为临床诊疗中无症状人群早期癌和癌前病变筛查、选择适宜的治疗方案提供指导和帮助。

1 研究背景

全世界每年新发生的50余万例食管癌患者中，2/3发生在中国，特别是河南、河北、山西三省交界太行山地区的河南林县和毗邻的安阳、辉县等是中国，也是世界上食管癌发病率和死亡率最高的地区。

本研究团队师徒三代人60余年（1959-2022）坚持河南林县和辉县食管癌高发现场防治和实验室传承研究认识到：①早期发现[无症状癌前病变和早期癌患者（Tis~T1N0M0）]是降低食管癌发病率和死亡率的关键。因早期缺乏特异症状，95%以上的食管癌患者因“进食哽噎”等就诊时已是中晚期，早期癌患者5年生存率显著优于中晚期患者（90.0% vs. 15.0%）；②色素（碘染色）内镜检查、粘膜活检和组织病理学检查是目前临床上发现早期癌最有效的方法，对高发区无症状人群早期癌筛查检出率可达2%左右，已接近高发区人群早期癌自然发生率（2%）。但是，这种传统的检查方法是对高发区35岁以上无症状人群进行无差别检查，近90.0%的受检人群食管上皮并无异常改变，导致过度筛查，成本过高，难以进行大规模人群推广应用；③中国人食管鳞状上皮癌变极早期的一个重要特征是鳞状上皮细胞增生异常，形态学上表现为基底细胞过度增生，不典型增生和原位癌，这些病变被认为是中国人食管癌的癌前病变。食管癌前病变的典型特征是双向发展不稳定特性，即，可以发展成癌，也可多年维持不变，甚至退回正常状态。（图1）

图1.食管癌变多阶段演进组织学发生模式图：癌前病变具有双向发展不稳定特性

很显然，阐明食管癌前病变恶性进展环境-遗传-基因互作分子机制，建立食管癌前病变进展、无症状早期食管癌和高危人群的分子分型等，据此建立适合无症状高危人群（主要指携带关键易感基因和/或食管癌前病变患者）和早期癌大规模筛查的经济、简便和无创性技术，建立食管癌前病变干预阻断标准和指南是目前食管癌防治研究中亟待解决的重要科学问题。

本项目正是围绕这些关键科学问题，在过去系统阐明食管癌变多阶段演进分子机制和食管癌遗传分子基础、揭示食管上皮形态变化和分子变化的关系、建立高危人群和早期癌分子分型研究的基础上，利用生物大数据计算，建立食管癌高风险智能预测模型，系统优化组合基于分子分型的液体活检分子标志物，最终创建了无症状人群食管癌发生风险评估→液体活检→色素内镜和黏膜活检组织病理检查→发现食管癌前病变和早期癌及食管癌前病变转归预测和干预阻断等技术体系，并在高发区现场研究基地进行大规模推广应用，取得显著成效。

2 高发区无症状人群食管癌

阐明高发区无症状人群食管癌前病变组织病理形态特征及其与分子变化的关系，发现了一组染色体外DNA（ecDNA）食管癌变关键分子标志物，创建了高通量单核苷酸多态测序（SNPs-seq）和等位基因依赖性结合蛋白筛选新技术，开发了无症状人群食管癌发生风险评估计算机软件（图2）。

图2. 贲门癌全基因组测序方法分析ecDNA特征（Zhao XK, Xing P, Song X, et al. Nat Commun, 2021, 12(1): 6489.）

2.1.建立70万例无症状人群癌前病变和食管癌患者临床诊疗、病理和50年（1973-2023）随访队列大数据库及生物样本库，系统阐明高发区无症状人群食管癌前病变组织病理特征、转归和组织学发生模式。

建立了食管癌和癌前病变数据库和样本库建设的规范化标准。该项目1995年至今，先后组织6万余名医学生、研究生和合作者走访12万个食管癌高、低发区自然村和700余家医院，进行现场流调、临床信息及样品收集和随访；建立了11个自然村、20个镇和10个县域的食管癌高、低发区现场研究基地；积累5.4万例无症状人群37年（1985-2022）随访人群队列和50万例食管癌患者临床诊疗、病理和49年随访信息（1973-2022）大数据库及生物样本库，为国内外食管癌基础和转化研究提供了重要优势资源平台（图3）。并据此建立了食管癌和癌前病变数据库和样本库建设的规范化标准，相关标准被收录在詹启敏院士主编的精准医学基础系列丛书《临床生物样本库的探索与实践》中，得到同行认可和应用。

图3. 王立东教授带领食管癌研究团队深入高发区开展入户调查

系统阐明中国人食管鳞状上皮癌变极早期形态变化特征和规律。通过观察高发区无症状人群食管脱落细胞和活检组织病理形态改变，食管癌癌旁组织以及癌前病变干预阻断结果等，系统阐明中国人食管鳞状上皮癌变极早期形态变化特征和规律。发现鳞状上皮细胞增生异常是癌变极早期的一个重要特征，提出食管固有层血管乳头区基底细胞过度增生是最早发生癌变的部位。利用高发区无症状人群早期食管癌普查所获得的正常和食管癌前病变活检组织体外[3H]-胸腺嘧啶核苷（[3H]-dThd）组织培养，建立按上皮结构分层计数[3H]-dThd标记增生细胞方法。据此将基底细胞过度增生分类为I-III级。有关食管上皮细胞增生定量分析方法已被应用到肿瘤人群预防研究（Madhusudan，et al. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev，1994，3：277）。这些研究为界定食管癌高风险人群基本病理特征提供重要依据。

2.2.创建无症状人群食管癌发生风险评估计算机软件。（图4）

本项目利用现代高通量生物计算智能分析模型，将本项目组积累的5.4万例无症状人群和50万例食管癌患者流行病学特征和食管癌变多阶段演进关键分子指标，进行综合智能分析，对每项危险因素进行不同比重加权，设计开发出一种根据已知食管癌危险因素综合预测无症状人群食管癌发生风险的评估软件。评估软件主要内容包括：①是否来自食管癌高发区；②性别；③年龄；④家族史；⑤吸烟、饮酒史；⑥消化道相关临床症状（反酸、烧心、嗳气等）；⑦饮食习惯；⑧职业及经济状况；⑨胃镜检查史及活检病理结果；⑩关键易感SNP位点等。将该软件在食管癌高发区现场防治研究基地无症状人群进行推广应用，不仅普及了食管癌防控知识，提高了高发区人群对食管癌发病风险和早期发现的认识，起到了群防群治的示范作用，而且筛选出一批高风险人群，为食管癌精准防治奠定了重要基础。

图4. 无症状人群食管癌发生高风险评估软件计算机软件著作权登记证书

2.3.通过对无症状高风险人群长期分子监控随访，发现一组从正常食管上皮细胞经各级癌前病变发展到早期癌的多阶段演进中的关键分子标志物，如P53、IMP1、P16、Cyclin B1、P62、C-myc、survivin和Koc等8种肿瘤相关抗原的自身抗体，维甲酸启动子区域高甲基化、叶酸代谢关键酶（MTHFRC677T和TSER）的基因突变，以及19个SNPs易感位点均与食管癌高风险和病变进展密切相关，这些重要发现为建立高危人群预警和早期发现关键技术体系提供重要技术支撑。（图5）

图5. 食管鳞癌早期诊断发明专利证书

2.4.创建一种高通量单核苷酸多态测序（SNPs-seq）和等位基因依赖性结合蛋白筛选新技术，为快速确定全基因组关联分析发现的肿瘤相关单核苷酸变异功能提供了重要检测手段。（图6）

图6. SNPs-seq数据分析（Zhang P, Xia JH, Zhu J, et al. Nat Commun, 2018, 9(1): 2022.）

本团队与美国威斯康星医学院王亮教授团队等联合研发创建了一种用于快速、高通量（数百到数千）甄别单核苷酸变异功能的高通量单核苷酸多态测序（SNPs-seq）和等位基因依赖性结合蛋白筛选新技术（图6）。这一技术成果为优化组合食管癌高危人群预警和早期发现关键技术指标奠定了重要基础。 

2.5.发现癌细胞胞浆内存在具有转录和蛋白表达的染色体片段（染色体外DNA，ecDNA），为寻找用于高危人群预警和早期发现的食管癌变关键分子标志物开辟了新的思路和方向。

该研究利用全基因组外显子测序和染色质外环状DNA测序（circle-seq）发现了癌细胞胞浆内存在断裂的染色体片段，进一步发现这些ecDNA具有转录和蛋白表达的功能，影响肿瘤患者的生存；据此，鉴定多个肿瘤相关分子标志物，如CCNE1、ERBB2、EGFR和MYC等，这些发现为寻找食管癌变关键分子、高危人群预警和早期发现以及靶向药物筛选的候选分子标志物开辟了新的思路和方向。

3 食管癌高危人群预警和早期发现的液体活检

基于食管癌前病变和早期癌关键分子标志物和临床病理表型，利用生物大数据计算和智能医学模型优化研究，建立了食管癌高危人群预警和早期发现的液体活检（血清学）筛查技术体系。

通过全基因组测序技术、miRNA芯片、qPCR定量，以及本团队创建的高通量单核苷酸多态测序（SNPs-seq）和等位基因依赖性结合蛋白筛选新技术，利用生物大数据模型对肿瘤相关自身抗体等进行优化组合，甄别出一组高灵敏度和高特异性的食管癌变相关基因和蛋白，开发适用于大规模无症状人群早期食管癌筛查试剂盒，并在高发区进行现场应用。相关研究结果已获批授权发明专利10项。（图7） 

图7. 食管癌自身抗体检测试剂盒发明专利证书

4 食管癌前病变转归组织成像预测系统

开发食管癌前病变转归组织成像预测系统（图8），制定食管癌前病变干预指南及早期食管癌筛查专家共识，创建无症状人群食管癌发生风险评估→液体活检→色素内镜和黏膜活检组织病理检查→食管癌前病变和早期癌及食管癌前病变转归预测和干预阻断等技术体系，进一步在“村→乡→县→市”四级防控网高发现场进行大规模人群推广应用，取得显著成效。

附件8. 食管癌前病变转归预测系统计算机软件著作权

本项目与传统食管癌早诊早治技术对比（图9）：本项目与传统食管癌早诊早治筛查技术的最大区别在于：一是色素内镜检查前的血清学分子筛查（传统食管癌早诊早治技术缺此步骤），二是色素内镜的数量显著不同（本项目色素内镜检查人群比传统食管癌早诊早治技术少80.0%）。很显然，对高发区同一组无症状人群而言，尽管本项目早期食管癌筛查检出人数与传统食管癌早诊早治技术相似，但是本项目内镜筛查人群远远低于传统食管癌早诊早治技术，明显降低检查成本（20.0% vs.100.0%），提高精准防治水平。

图9. 本项目与传统食管癌早诊早治技术对比示意图

5 展望

本项目血清学分子监控主要针对无症状人群早期癌和癌前病变筛查。但是，这些检测指标能否用于指导中晚期患者进一步行放化疗等敏感性监控尚不清楚，还需要进一步优化检查方案，以利食管癌防治的需要。相信，随着加深对食管癌变分子机制的了解，将会发现更特异的分子标志物，进一步提高早期癌筛查的特异性和敏感性及放化疗等治疗方法的选择。

主编评语

中国是世界上食管癌发病率和死亡率最高的地区。本文针对我国河南林县和辉县食管癌高发现场60余年（1959-2022）的防治研究进行了回顾总结，创建了无症状人群食管癌发生风险评估→液体活检→色素内镜和黏膜活检组织病理检查→发现食管癌前病变和早期癌及食管癌前病变转归预测和干预阻断等技术体系，并在高发区现场研究基地进行大规模推广应用，特别是在将血清学分子监控用于无症状人群早期癌和癌前病变筛查中取得了一定进展，但对于指导中晚期患者进一步行放化疗等敏感性监控尚需要进一步优化检查方案。