尿液中前列腺癌腫瘤標志物的研究進展

戴志紅(綜述)，劉志宇，王 梁(審校)

(大連醫科大學附屬第二醫院泌尿2科，遼寧 大連 116000)

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尿液中前列腺癌腫瘤標志物的研究進展

戴志紅△(綜述)，劉志宇，王 梁(審校)

(大連醫科大學附屬第二醫院泌尿2科，遼寧 大連 116000)

前列腺癌是男性泌尿生殖系統中最常見的腫瘤之一,其發病率呈逐年上升趨勢。因其起病隱匿，大部分患者很難早期發現治療，早期診斷對于其治療及預后具有重要意義，因而尋找早期特異性的前列腺癌診斷方法十分重要。早期診斷對于其治療及預后具有重要意義。理想的早期診斷前列腺癌的方法應該具有客觀的，非侵入性的，高敏感性和特異性，操作簡單，費用低廉等特點。前列腺液通過尿道排出，因此尿液有望成為篩查前列腺癌的理想材料。

前列腺癌；標志物；尿液

前列腺癌是男性常見的惡性腫瘤，具有明顯的種族和地理差異，我國的前列腺癌發病率雖明顯低于歐美國家，但近年來隨著人口老齡化加重及篩查手段的提高，其發病率有明顯的上升趨勢。目前前列腺癌的早期診斷仍依賴于血清前列腺特異性抗原(prostate specific antigen，PSA)檢測及直腸指診，雖然PSA明顯提高了前列腺癌的檢出率，但易受前列腺增生癥、前列腺炎、導尿、直腸指診等因素影響，從而使前列腺穿刺活檢陽性率仍處于較低水平。前列腺癌的早期診治對患者的治療效果具有決定性意義，因此對于尋找高特異性及高敏感性的前列腺癌腫瘤標志物十分迫切。前列腺液通過尿道出，而尿液具有容易收集、可反復檢測、無創性等優點，因此尿液有望成為早期診斷前列腺癌的理想材料。

1 基于RNA水平的研究

1.1 前列腺癌抗原3(prostate cancer antigen 3，PCA3) PCA3由Bussemakers等[1]于1999年發現，最初命名為differential display code 3(DD3)，定位于常染色體的9q21～22，是前列腺上皮內表達的一種非編碼信使RNA(mRNA)。PCA3 mRNA特異性地高表達于人類前列腺癌細胞，在正常前列腺和良性前列腺增生組織中不表達或低表達，同樣在其他正常組織、血液或腫瘤標本中不表達[1-4]，通過調節細胞增殖促進前列腺癌的發生、發展。Hessels等[2]通過研究108例前列腺癌患者結果發現超過95%的患者PCA3 mRNA的表達率明顯升高。尿液中PCA3 mRNA的表達不受年齡、前列腺炎、前列腺體積及5-α還原酶等的影響[3]，因此尿液可作為檢測PCA3 mRNA表達水平的載體。Groskopf等[4]在尿液標本中檢測PCA3 mRNA表達水平，對于前列腺癌診斷的特異度(79%)明顯高于PSA(28%)。對于PSA水平較高而穿刺活檢陰性的患者，檢測尿液中PCA3 mRNA的表達水平對于診斷前列腺癌更具優勢，Marks等[5]通過研究233例首次前列腺穿刺病理結果為陰性病例發現，檢測尿液中PCA3 mRNA的表達在對前列腺癌診斷具有較高的特異度(58%)和靈敏度(72%)。Rubio-Briones等[6]對474例患者尿液樣本研究中發現PCA3的特異度明顯高于血清PSA，且使用PCA3基因檢測使前列腺疾病患者的穿刺活檢率降低了49%。劉亞龍等[7]對比分析105例前列腺癌、前列腺增生及前列腺結石患者的血、尿PCA3 mRNA和PSA基因表達后發現，血、尿PCA3 mRNA 聯合檢測靈敏度高達86.5%，其不僅可以提高PSA在4～10 μg/L病例前列腺癌的檢出率，還能幫助排除PSA>10 μg/L 的前列腺增生病例。2012年美國食品和藥品管理局已批準PCA3檢測應用于首次穿刺活檢為陰性的病例[8]。另有研究表明，檢測PCA3 mRNA的表達水平與前列腺癌預后參數(臨床分期、Gleason評分、腫瘤體積及腫瘤轉移)無明顯相關性[9]。

1.2 ERG-TMPRSS2融合基因 TMPRSS2是一種雄激素調節基因，ETS基因是一種轉錄因子家族(主要是ERG和ETV1)，參與了細胞增生、分化、血管生成、癌基因的轉化、凋亡等多種過程。2005年Tomlins等[10]第一次發現在前列腺癌患者中存在著ETS-TMRSS2基因的融合。Hessel等[11]收集前列腺癌患者肛門指診后的尿液，利用實時聚合酶鏈反應(real time polymerase chain reaction，RT-PCR)技術獲得的ERG-TMPRSS2融合基因，聯合PCA3基因分析，使其診斷前列腺癌靈敏度由62%(單獨應用PCA3)上升到了73%(聯合)。Salami等[12]通過聯合檢測尿液中PCA3、ERG-TMPRSS2和血清PSA水平，發現其聯合檢測診斷前列腺癌的靈敏度可達80%，特異度達90%。Nguyen等[13]發現，在健康青年男性及接受前列腺癌根治術后患者的尿液中無ERG-TMPRSS2融合基因存在。Demichelis等[14]研究前列腺按摩后的尿液，通過RT-PCR技術檢測研究后發現ERG-TMPRSS2融合基因的水平與Gleason評分具有明顯的相關性。Tomlins等[10]認為聯合檢測TMPRSS2-ERG與PCA3基因水平將成為PSA之后決定穿刺的又一重要參考標準，但應用于臨床還有進一步大樣本的驗證。

1.3 α-甲酰輔酶A消旋酶(Alpha-methylacyl CoA racemase,AMACR) AMACR由P504S基因編碼，主要作用是參與支鏈脂肪酸β氧化和脂肪酸從R-異構體到S-異構體的轉化。在前列腺癌組織中AMACR mRNA的水平是正常組織的9倍之多。此外，AMACR在約有81%(26 /32例)的前列腺癌患者或未經治療的前列腺癌轉移患者檢測中表現出強陽性[15]。Rubin等[16]通過研究發現，AMACR在萎縮腺體、增生基底細胞、尿路上皮細胞及轉移組織中幾乎不能檢測到，然后在穿刺活檢組織中檢測到的對前列腺癌診斷的靈敏度能為97%，特異度為100%，明顯超過了血清中PSA檢測的靈敏度和特異度。Kumar-Sinha等[17]發現，檢測前列腺癌穿刺活檢中AMACR 活性對前列腺癌診斷的靈敏度為92.3%，特異度為89.2%。Zielie等[18]利用實時熒光定量PCR檢測前列腺按摩后尿液中AMACR mRNA，發現其在區別有無臨床意義的腫瘤具有重要意義。Ouyang等[19]通過對比研究43例前列腺癌患者與49例正常患者前列腺按摩后尿液標本，聯合檢測尿液中AMACR與PCA3水平，對前列腺癌診斷的靈敏度為81%、特異度為84%。

1.4 微RNA(microRNA，miRNA) miRNA是一類長度約22個核苷酸參與基因轉錄后水平調控的非編碼小分子RNA。miRNA在細胞周期調控、細胞凋亡、生長發育的過程中起重要作用。miRNA同樣也在一些疾病(如腫瘤、心臟疾病、神經系統疾病)的發生、發展中發揮調控作用。目前針對miRNA的研究大部分集中于血清和血漿。研究表明，血液中miR-141 及miR-375兩條miRNA能有望成為前列腺癌的新腫瘤標志物，有轉移的前列腺癌患者血液中的miR-141是正常人的46倍之多[20-21]。Brase等[22]發現，血漿中的miR-141及miR-375 水平同時也和前列腺癌的Gleason評分及淋巴轉移具有相關性。根據前列腺癌患者血清及血漿中miRNA表達水平的異常，可以推測前列腺癌患者尿液中的miRNA處于異常水平。據目前所能檢索到的文獻，僅有少量文獻報道，Bryant等[23]曾報道過有關尿液中miRNA的研究，有5條miRNA(miR-107,miR-574-3p,miR375,miR200b和miR141)在前列腺癌患者及正常人尿液中的具有明顯的差異性。Taha等[24]對8例前列腺癌、12例前列腺增生患者及10例正常成人的尿液進行研究發現，尿液中miR-484的水平在前列腺癌患者中較前列腺增生患者及正常人明顯升高。由于目前僅有少量實驗支持尿液中miRNA對前列腺癌診斷，對于尿液中miRNA對于診斷前列腺癌的實際價值還需進一步大樣本研究及多對照研究的驗證。

2 表觀遺傳學改變研究

表觀遺傳學是指基于非基因序列改變所致基因表達水平變化，主要包括DNA甲基化、基因組印記及組蛋白乙酰化等。許多基因啟動子區具有富含GC序列的CpG島，然而CpG島的甲基化使基因的轉錄減少從而影響基因的表達。近些年研究表明，DNA甲基化與人許多腫瘤具有相關性[25]。通過甲基化特異性PCR檢測尿液中特定基因啟動子區甲基化水平將是預測前列腺癌的有力分子診斷方法。目前有許多關于前列腺癌基因甲基化的報道，其中研究最多的是谷胱甘肽S轉移酶P1(Glutathione S transferase P1,GSTP1)和Ras相關區域家族1A基因 (RASS domain family 1A gene,RASSF1A)。

2.1 GSTP1 GSTP1在細胞內能保護DNA免受自由基損傷，然而高度甲基化的GSTP1無法正常表達，從而喪失對細胞的保護，導致腫瘤的發生。Nakayama等[26]報道，在約6%(4/64)的炎性增生組織和約在70%(22/32)的前列腺上皮內瘤中能檢測出GSTP1甲基化的存在。Lee等[27]發現，超過90%的前列腺癌組織中可發現GSTP1甲基化存在，而在前列腺增生或正常前列腺組織中未見其存在。通過精液檢測，在前列腺癌患者約有50%可檢測出GSTP1甲基化存在，而正常人或前列腺增生癥患者中無法檢測。前列腺液經尿道排出，因此可以收集前列腺按摩后的尿液作為研究標本。Woodson等[28]報道臨床分期越高的前列腺癌患者尿液樣本中檢測出的GSTP1的甲基化程度越高，表明其與前列腺癌的臨床分期具有一定的相關性。Gonzalgo等[29]認為，監測GSTP1甲基化程度對于診斷前列腺癌具有較高的特異性及敏感性，因此對于穿刺活檢陰性或高級別前列腺上皮內瘤的患者可以進一步檢測尿液中GSTP1甲基化的程度，從而預測其成為前列腺癌的可能。

2.2 RASSF1A 是RASSF1常見轉錄本之一，RASSF1A是一種抑癌基因。在乳腺、腎臟、肝臟腫瘤及前列腺癌中能檢測到其啟動子區高甲基化狀態。最初在正常的前列腺組織中未曾發現RASSF1A甲基化存在[30]，隨著研究的深入，近期有研究表明在前列腺癌的癌前病變及前列腺增生癥的上皮中能檢測到RASSF1A甲基化的存在，但是RASSF1A甲基化在12例前列腺癌患者中檢出8例，而在12例前列腺增生癥患者中僅有2例[31]。此外，另有研究表明RASSF1A甲基化的頻率與前列腺癌的Gleason評分及臨床分期具有正相關性[30,32]。這說明檢測RASSF1A基因的甲基化頻率或許能區別開臨床上侵襲性的前列腺癌與惰性前列腺癌，避免過度手術的可能。Roupret等[33]通過研究發現聯合檢測前列腺按摩后尿液中細胞的GSTP1、RASSF1A、視黃酸受體β2及結腸腺瘤行息肉病基因的甲基化程度對診斷惡性腫瘤靈敏度約為86%、特異度約為89%。Daniunaite等[34]通過分析接受前列腺癌根治術患者術前的尿液樣本，約有82%(28/34)的前列腺癌患者尿液中能檢測出GSTP1、RASSF1A及視黃酸受體β2等基因甲基化的存在。

3 其他研究

Schostak等[35]通過對591例前列腺按摩患者尿液中磷脂結合蛋白A3的定量分析研究發現磷脂結合蛋白A3對于直腸指檢陰性且低PSA值(2～10 μg/L)是否進行穿刺活檢具有很大的臨床指導意義。Roy等[36]的病例對照研究顯示，尿液中的基質金屬蛋白酶9可作為前列腺癌的獨立預測因子。其診斷的特異度和靈敏度分別為82%和74%。Sreekumar等[37]對262份前列腺癌患者的臨床標本中1126種代謝物的水平進行檢測分析，結果發現肌氨酸能有效反映前列腺癌的侵襲性，是一種重要的前列腺癌進展及轉移標記。曹達龍等[38]通過對比分析42例前列腺癌患者及50例前列腺增生患者尿液中Zimp7 mRNA的表達發現zimp7 mRNA在前列腺癌患者中的表達水平顯著升高。

4 小結與展望

目前檢測血清中前列腺特異性抗原仍然是臨床上篩查和監測前列腺癌的主要方法，但其易受眾多因素影響而出現較高的假陽性率。相信隨著研究的進一步深入以及更簡單、更廉價檢測方法的出現，新的具有高特異性及敏感性的前列腺癌的腫瘤標志物將呈現于人們面前。同時利用多種標志物聯合檢測將在前列腺癌的早期診斷、監測治療及預測復發中也將發揮重要的作用。

[1] Bussemakers MJ,van Bokhoven A,Verhaegh GW,etal.DD3:a new prostate-specific gene,highly overexpressed in prostate cancer[J].Cancer Res,1999,59(23):5975.

[2] Hessels D,Klein GJ,van Oort I,etal.DD3(PCA3)-based molecular urine analysis for the diagnosis of prostate cancer[J].Eur Urol,2003,44(1):8-15.

[3] Tosoian JJ,Leob S,Kettermann A,etal.Accuracy of PCA3 measurement in predicting short-term biopsy progression in an active surveillance program[J].J Urol,2010,183(2):534-538.

[4] Groskopf J,Aubin SM,Deras IL,etal.APTIMA PCA3 molecular urine test：development of a method to aid in the diagnosis of prostate cancer[J].Clin Chem,2006,52(6):1089-1095.

[5] Marks LS,Fradet Y,Deras IL,etal.PCA3 molecular urine assay for prostate cancer in men undergoing repeat biopsy[J].Urology,2007,69(3):532-535.

[6] Rubio-Briones J,Femandez-Serra A,Ramirez M,etal.Outcomes of expanded use of PCA3 teseting in a Spanish population with clnical suspicion of prostate cancer[J].Actas Urol Esp,2011,35(10):589-596.

[7] 劉龍亞,溫端改,何軍,等.外周血與尿PCA3基因表達和尿PCA3評分在前列腺癌診斷中的意義[J].中華泌尿外科雜志,2012,33(4):278-281.

[8] Tombal B,Andriole GL,de la Taille A,etal.Clinical judgment versus biomarker prostate cancer gene 3:which is best when determining the need for repeat prostate biopsy?[J].Urology,2013,81(5):998-1004.

[9] Liss MA,Santors R,Osann K,etal.PCA3 molecular urine assay for prostate cancer:association with pathologic features and impact of collection protocols[J].Word J Urol,2011,29(5):683-688.

[10] Tomlins SA,Rhodes DR,Perner S,etal.Recurrent fusion of TMPRSS2 and ETS transcription factor genes in prostate cancer[J].Science,2005,310(5748):644-648.

[11] Hessel D,Smit FP,Verhaegh GW,etal.Detection of TMPRSS2-ERG fusion transcripts and prostate cancer antigen 3 in urinary sediments may improve diagnosis of prostate cancer[J].Clin Cancer Res,2007,13(17):5103-5108.

[12] Salami SS,Schmidt F,Laxman B,Regan MM,etal.Combining urinary detection of TMPRSS2:ERG and PCA3 with serum PSA to predict diagnosis of prostate cancer[J].Urologic Oncology,2013,31(5):566-571.

[13] Nguyen PN,Violette P,Chan S,etal.A panel of TMPRSS2:ERG fusion transcript markers for urine-based prostate cancer detection with high specificity and sensitivity[J].EurUrol,2011,59(3):407-414.

[14] Demichelis F,Fall K,Perner S,etal.TMPRSS2:ERG gene fusion associated with lethal prostate cancer in a watchful waiting cohort[J].Oncogene,2007,26(31):4596-4599.

[15] Luo J,Zha S,Gage WR,etal.Alpha-methylacyl-coa racemase:a new molecular marker for prostate cancer[J].Cancer Res,2002,62(8):2220-2226.

[16] Rubin MA,Zhou M,Dhanasekaran SM,etal.Alpha-methylacyl coenzyme a racemase as a tissue biomarker for prostate cancer[J].JAMA,2002,287(13):1662-1670.

[17] Kumar-Sinha C,Shah RB,Laxman B,etal.Elevated alpha-methylacyl-coa racemase enzymatic activity in prostate cancer[J].Am J Pathol,2004,164(3):787-793.

[18] Zielie PJ,Mobey JA,Ebb RG,etal.A novel diagnostic test for prostate cancer emerges from the determination of alpha-methylacyl-coenzyme a racemase in prostatic secretions[J].J Urol,2004,172(3):1130-1133.

[19] Ouyang B,Bracken B,Burke B,etal.A duplex quantitative polymerase chain reaction assay based on quantification of alpha-methylacyl-coa racemase transcripts and prostate cancer antigen 3 in urine sediments improved diagnostic accuracy for prostate cancer[J].J Urol,2009,181(6):2508-2513.

[20] Mitchell PS,Parkin RK,Kroh EM,etal.Circulating microRNAs as stable blood-based markers for cancer detection[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2008,105(30):10513-10518.

[21] Yaman Agaolu F,Kovancilar M,Dizdar Y,etal.Investigation of mir-21,mir-141 and mir-221 in blood circulation of patients with prostate cancer[J].Tumour Biol,2011,32(3):583-588.

[22] Brase JC,Wuttig D,Kuuner R,etal.Serum microrna biomarkers as non-invasive biomarkers for cancer[J].Mol Cancer,2010,9:306.

[23] Bryant RJ,Pawlowski T,CattoJW,etal.Changes in circulating microrna levels associated with prostate cancer[J].Br J Cancer,2012,106(4):768-774.

[24] Taha AH,Moemen AK,Yousef HA.Potential Urinary miRNA Biomarker Candidates for the Accurate Detection of Prostate Cancer among Benign Prostatic Hyperplasia Patients[J].J Cancer,2014,5(3):182-191.

[25] Johnson C,Marc O,Shen X,etal.Epigenetics and cancer metabolism[J].Cancer Lett,2013,9(43):1-6.

[26] Nakayama M,Bennett CJ,Hicks JL,etal.Hyper-methylation of the human glutathione S-transferase-pi gene(GSTP1) CpG island is present in a subset of proliferative inflammatory lesions but not in normal or hyperplastic epithelium of the prostate:a detailed study using laser-capture microdissection[J].Am J Pathol,2003,163(3):923-933.

[27] Lee WH,Morton RA,Epstein JI,etal.Cytidine methylation of regulatory sequences near the pi-class glutathione S-transferase gene accompanies human prostatic carcinogenesis[J].Proc Natl Acad Sci U S A,1994,91(24):11733-11737.

[28] Woodson K,O′Reilly KJ,Hanson JC,etal.The usefulness of the detection of GSTP1 methylation in urine as a biomarker in the diagnosis of prostate cancer[J].J Urol,2008,179(2):508-511.

[29] Gonzalgo ML,Pavlovich CP,Lee SM,etal.Prostate cancer detection by GSTP1 methylation analysis of post-biopsy urine specimens[J].Clin Cancer Res,2003,9(7):2673-2677.

[30] Kuzmin I,Gillespie JW,Protopopov A,etal.The RASSF1A tumor suppressor gene is inactivated in prostate tumors and suppresses growth of prostate carcinoma cells[J].Cancer Res,2002,62(12):3498-3502.

[31] Aitchison A,Warren A,Neal D,etal.RASSF1A promoter methylation is frequently detected in both pre-malignant and non-malignant microdissected prostatic epithelial tissues[J].Prostate,2007,67(6):638-644.

[32] Kawamoto K,Okino ST,Place RF,etal.Epigenetic modifications of RASSF1A gene through chromatin remodeling in prostate cancer[J].Clin Cancer Res,2007,13(9):2541-2548.

[33] Roupret M,Hupertan V,Yates DR,etal.Molecular detection of localized prostate cancer using quantitative methylation-specific PCR on urinary cells obtained following prostate massage[J].Clin Cancer Res,2007,13(6):1720-1725.

[34] Daniunaite K,Berezniakovas A,J ankevicus F,etal.Frequent methylation of RASSF1 and RARB in urine sediments from patients with early stage prostate cancer[J].Medicina(Kaunas),2011,47(3):147-153.

[35] Schostak M,Schwall GP,Poznanovic S,etal.Annexin A3 in urine:a highly specific noninvasive marker for prostate cancer early detection[J].J Urol,2009,181(1):343-353.

[36] Roy R,Louis G,Loughlin KR,etal.Tumor-specific urinary matrix metalloproteinase fingerprinting:identification of high molecular weight urinary matrix metalloproteinase species[J].Clin Cancer Res,2008,14(20):6610-6617.

[37] Sreekumar A,Poisson LM,Rajendiran TM,etal.Metabolomic profiles delineate potential role for sarcosine in prostate cancer progression[J].Nature,2009,457(7231):910-914.

[38] 曹達龍,孫自捷,萬方寧,等.尿液中Zimp7早期診斷前列腺癌的潛在價值[J].中國癌癥雜志,2013,23(2):87-92.

Research Progress in Urinary Biomarker of Prostate Cancer

DAIZhi-hong,LIUZhi-yu,WANGLiang.

(DepartmentTwoofUrology,theSecondAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116000,China)

Prostate cancer is one of the most common tumors of male genitourinary system and the incidence of it is on a rising trend.As its onset is concealed,it is difficult to realize early detection and treatment in most of the patients,while early diagnosis has great significance for the treatment and prognosis,therefore it is very important to look for the specific diagnosis of prostate cancer.The ideal method of early diagnosis of prostate cancer should be objective,non-invasive,with high sensitivity and specificity,simple operation and low cost.Prostate fluid is discharged through the urethra,so the urine is expected to become an ideal material of screening for prostate cancer.

Prostate cancer; Biomarker; Urine

R69

A

1006-2084(2015)12-2174-04

10.3969/j.issn.1006-2084.2015.12.023

2014-07-21

2014-11-11 編輯：相丹峰