生物標志物用于肺癌早期診斷的研究進展

張龍富 張新

摘 要 肺癌是全球范圍內發病率和死亡率最高的惡性腫瘤類型，早期診斷對改善肺癌患者的預后至關重要。肺癌的發生是多因素、多基因參與的復雜過程。近年來，生物標志物的異常表達已成為肺癌早期診斷研究中的熱點。隨著檢測技術的快速發展，肺癌自身抗體、循環腫瘤DNA、循環腫瘤細胞、微小RNA等生物標志物不斷被發現。本文就生物標志物用于肺癌早期診斷的研究進展作一概要介紹。

關鍵詞 肺癌 早期診斷 生物標志物

中圖分類號：R734.2 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1533（2018）07-0003-03

Advances in application of biomarkers in early diagnosis of lung cancer

ZHANG Longfu1，2*， ZHANG Xin1**（1. Department of Pulmonary Medicine， Zhongshan Hospital， Fudan University， Shanghai 200032， China； 2. Department of Pulmonary Medicine， Central Hospital of Xuhui District， Shanghai 200031， China）

ABSTRACT Lung cancer is the type of malignancy with the highest morbidity and mortality worldwide. Early diagnosis is of great significance for improving the prognosis of lung cancer. The occurrence of lung cancer is a complex process involving in multiple factors and multiple genes. In recent years， the abnormal expression of biomarkers has become a hot spot in the research of early diagnosis of lung cancer and some new biomarkers， such as autoantibodies， circulating tumor DNA， circulating tumor cells， and microRNA have been emerging with the rapid development of detection technology. The research progress in this field is briefly introduced in this article.

KEy WORDS lung cancer； early diagnosis； biomarkers

肺癌是全球范圍內最常見的惡性腫瘤類型，其發病率和死亡率在各類惡性腫瘤中均居首位，且發病率和死亡率仍在上升[1]。早期肺癌缺乏特異性表現，故大部分肺癌診出時已處于中、晚期，失去了根治的機會，只能采用化療、靶向治療為主的綜合治療，患者的5年生存率<15%[2]。如果臨床上能夠早期診斷肺癌，即可顯著改善患者的預后。研究顯示，Ⅰ期肺癌患者術后的5年生存率高達90%[3]。由此可見，肺癌的早期診斷具有重要的臨床意義。

目前已見有以胸部低劑量螺旋CT、支氣管內鏡、痰脫落細胞等作為篩查方法進行早期肺癌診斷的多項研究報告，但這些方法的敏感度、特異度和適用性等均存在一定的局限性。隨著分子生物學理論的快速發展、相關檢測方法的不斷改進，分子診斷已成為腫瘤病理學研究的主要內容和手段。近年來，國內外學者對生物標志物用于肺癌早期診斷進行了大量研究，本文就其研究進展作一概要介紹。

1 血清蛋白標志物

1.1 血清腫瘤標志物

血清腫瘤標志物檢測具有無創、快捷、簡便等優點，成為肺癌篩查及其輔助診斷的主要手段。現階段臨床上常用的血清肺癌標志物包括癌胚抗原（carcinoembryonic antigen）、神經元特異性烯醇化酶（neuron specific enolization enzyme， NSE）、鱗狀上皮細胞癌抗原（squamous cell carcinoma antigen， SCC）、細胞角蛋白19片段（cytokeratin 19 fragment， CYFRA21-1）、前胃泌素釋放肽（pro-gastrin-releasing peptide， pro-GRP）等，但這些標志物單獨用于肺癌早期診斷的敏感度和特異度均不高[4-7]，如癌胚抗原水平用于肺癌診斷的敏感度只有33.3% ～ 52%[5-6]。NSE和pro-GRP水平異常主要見于小細胞肺癌患者，癌胚抗原、SCC和CYRFA21-1水平異常主要見于非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer， NSCLC）患者。這些標志物的水平在不同個體間的差異較大，在同一個體中則與腫瘤負荷有一定的相關性。

為提高診斷的敏感度，多項研究探討了多種標志物聯合檢測的應用價值，結果顯示癌胚抗原、NSE、SCC、CYFRA21-1的三聯或四聯檢測用于肺癌篩查的敏感度可達80% ～ 90%，特異度>70%[5-7]，顯著優于這些標志物單獨檢測的結果。這些標志物水平異常也見于其他惡性腫瘤類型。不過，由于早期肺癌的腫瘤負荷較小，這些標志物的敏感度還是太低，特別是在肺毛玻璃結節的鑒別上，這些標志物幾乎沒有鑒別診斷價值。

1.2 肺癌自身抗體

在肺癌發生的早期，機體的免疫系統能識別腫瘤細胞表面的特異性抗原，然后分泌針對這些抗原的自身抗體。肺癌自身抗體在肺癌早期即出現，故可用于肺癌早期篩查[8]。然而，單獨檢測肺癌自身抗體用于肺癌篩查同樣存在敏感度和特異度不理想的問題，而聯合檢測多種肺癌自身抗體可彌補這一缺陷。上海市肺科醫院組織進行的一項多中心研究探討了7種肺癌自身抗體（GAGE7、CAGE、MAGE A1、SOX2、GBU4-5、p53、PGP9.5）檢測在肺癌早期診斷中的應用價值，結果顯示聯合檢測這7種肺癌自身抗體用于肺癌篩查的敏感度和特異度分別達61.0%和90.0%，其中用于Ⅰ期和Ⅱ期NSCLC診斷的敏感度分別為62%和59%，用于局限期小細胞肺癌診斷的敏感度為59%[9]。

2 循環腫瘤DNA

循環腫瘤DNA是指血液循環中的腫瘤細胞凋亡后產生的雙鏈或單鏈DNA片段，其基因改變與腫瘤組織的一致。隨著分子生物學技術的快速發展，如第二代基因測序技術、數字聚合酶鏈式反應（polymerase chain reaction， PCR）等技術的出現，循環腫瘤DNA的檢測靈敏度已大大提高，具有用于腫瘤早期診斷的潛力。腫瘤細胞在血流中凋亡后，血漿中來自不同染色體的循環腫瘤DNA片段數量與染色體拷貝數成正比，通過第二代測序技術捕獲測序1 000萬個DNA片段，其相應染色體的數量變化就有了統計學意義，從而可用來判斷體內的腫瘤負荷和腫瘤類型[10-11]。此外，腫瘤細胞DNA攜帶的倒序、點突變信息也可通過測序獲得[12]。

Newman等[13]在采用癌癥個體化深度測序方法檢測循環腫瘤DNA的研究中發現，循環腫瘤DNA檢測用于肺癌診斷的敏感度在Ⅱ～ Ⅳ期和Ⅰ期NSCLC患者中分別為100.0%和50.0%，特異度均為96.0%，且循環腫瘤DNA的表達量與腫瘤大小相關，相關系數為0.89。該研究表明，采用高通量的第二代測序技術檢測循環腫瘤DNA中的基因變異有助于NSCLC的早期診斷。不過，由于循環腫瘤DNA的含量較低，在早期肺癌患者中的含量更低，因此欲更好地發揮循環腫瘤DNA檢測在肺癌早期診斷中的應用價值，還需不斷改進檢測技術、DNA抽提技術并建立多基因檢測譜。

3 循環微小RNA（microRNA， miRNA）

miRNA是一類高度保守的小分子RNA，是長度為19 ～ 25個核苷酸的內源性非編碼調控RNA，可通過靶向結合mRNA的3′-非翻譯區而致mRNA降解或翻譯受到抑制，從而實現對靶基因表達的調控。miRNA在不同組織中的表達譜不同，在肺癌與正常組織之間以及不同的肺癌組織之間的表達譜也不相同，故其檢測有用于肺癌診斷的潛力。

Geng等[14]的研究發現，NSCLC患者和健康人群的循環miRNA（miRNA-20a、miRNA-145、miRNA-21、miRNA-223、miRNA-221）的表達有顯著差異，故miRNA可用作早期NSCLC診斷的腫瘤標志物。Hennessey等[15]采用實時定量PCR技術檢測了30例NSCLC患者和20名健康者血清中180種miRNA的表達，結果發現miR-15b和miR-27b的檢測有助于NSCLC診斷，miR-15b和miR-27b檢測用于NSCLC診斷的敏感度和特異度分別達100%和84%。多種miRNA的聯合檢測有助于提高肺癌早期診斷的敏感度和特異度。

4 循環腫瘤細胞（circulating tumor cell， CTC）

CTC是指進入了血液循環的腫瘤細胞，它們在腫瘤進展和轉移中起著關鍵作用。由于在早期腫瘤、甚至癌前病變的患者外周血中即已存在CTC，故如能檢測CTC，就可用于腫瘤早期診斷。

上海市肺科醫院、上海市胸科醫院和中國醫學科學院腫瘤醫院聯合進行了一項多中心研究，采用靶向PCR技術檢測了560例肺癌患者、350例肺良性腫瘤患者、150名健康者和150例非肺源性惡性腫瘤患者的CTC，結果發現CTC檢測用于肺癌輔助診斷的價值顯著高于血清腫瘤標志物，敏感度和特異度分別達79.6%和88.2%，其中對Ⅰ期（早期）肺癌診斷的敏感度達67.2%[16]。

5 呼出氣中的有機化合物（volatile organic compounds， VOC）

VOC檢測具有快速、無創、便捷、靈敏度高和可重復性好等優點，是一種潛在的新型腫瘤診斷方法。多項研究結果表明，VOC的組成及其濃度可以反映肺癌的疾病狀況，建立和開發其數據庫及預測模型對肺癌早期診斷具有重要的應用價值[17-18]。陳璐等[17]采用電子鼻檢測了63例肺癌患者和72名健康者的VOC并予以比較，建立了肺癌預測模型，后者用于肺癌診斷的敏感度達74.0%，特異度達93.0%。

下呼吸道表面產生的代謝產物會以氣溶膠形態存在于呼出氣中，呼出氣被引入冷凝系統后轉化為液體或雪狀物，即呼出氣體冷凝物（exhaled breath condensate， EBC）。多項研究結果提示，通過檢測EBC中的腫瘤相關基因（主要包括p53、p16、Bcl-2、K-ras等）以及微衛星改變、細胞因子、氧化應激產物等可實現肺癌的早期診斷[19-22]。有關研究發現，在33% ～ 70%的肺腺癌患者EBC中可檢出p53突變[19]，在53%的肺癌患者EBC中可發現微衛星改變[20]。

6 結語

綜上所述，肺癌的早期診斷是改善肺癌患者預后的關鍵，因此人們一直在開發肺癌早期診斷新技術。肺癌早期診斷技術除須有高敏感度和特異度外，還應具有創傷小、操作簡單、成本低廉等特點。近年來，新的腫瘤相關生物標志物不斷被發現，它們的檢測和應用相對方便，而聯合檢測有助于提高肺癌診斷的敏感度和特異度，特別是血清腫瘤標志物、肺癌自身抗體和miRNA等聯合檢測的應用價值已進入臨床研究階段，有望成為肺癌早期診斷和篩查的有效手段。當然，在生物標志物用于肺癌早期診斷方面也存在不少問題，如較多新的腫瘤相關生物標志物的檢測技術尚不成熟，檢測成本很高；這些生物標志物檢測用于臨床實踐的證據不足等。因此，臨床上應進行更深入的研究或驗證工作，同時更深入地了解從癌前病變至肺癌發生的動態過程，在此基礎上不斷研究和開發新的技術和方法，使肺癌早期診斷技術日臻完善。

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