腫瘤早期篩查檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展

高瑞娜，李鵬麗

1朔州職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系，山西 朔州036000

2太原市中心醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室，太原0300090

腫瘤可以分為良性腫瘤和惡性腫瘤兩種，良性腫瘤不具備侵襲、轉(zhuǎn)移的能力，因而對(duì)患者的正常生活無(wú)明顯影響；而惡性腫瘤可以侵襲到其他部位，對(duì)機(jī)體組織造成嚴(yán)重?fù)p傷，導(dǎo)致器官衰竭，最后導(dǎo)致患者死亡[1]。癌癥主要指起源于上皮組織的腫瘤，是惡性腫瘤中最常見的一類。隨著人類平均壽命的延長(zhǎng)，腫瘤對(duì)人類的威脅日益突出，已經(jīng)成為中國(guó)城鄉(xiāng)居民的第1位死因[2]。在充分有效且不良反應(yīng)極低的抗腫瘤藥物被開發(fā)之前，腫瘤的早期發(fā)現(xiàn)仍然是降低腫瘤病死率的最有效方法。早期原位腫瘤在發(fā)生轉(zhuǎn)移之前，可以通過(guò)手術(shù)切除；但是，一旦腫瘤發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，則很難通過(guò)手術(shù)根治[3]。從腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生到發(fā)生轉(zhuǎn)移之前的窗口期，是檢測(cè)和診斷腫瘤的黃金時(shí)期。研究表明，初期轉(zhuǎn)移腫瘤患者的預(yù)后效果明顯優(yōu)于已發(fā)生轉(zhuǎn)移的晚期腫瘤患者[4]。對(duì)于多數(shù)腫瘤患者，早期發(fā)現(xiàn)可以使患者得到及時(shí)的治療，并擁有更大的治愈機(jī)會(huì)。因此，腫瘤的早期篩查、診斷具有重要意義。近年來(lái)，隨著腫瘤相關(guān)基礎(chǔ)研究的不斷深入（如分子遺傳、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、生物信息學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)等）、相關(guān)技術(shù)方法的成熟和應(yīng)用（如DNA重組、雜交瘤技術(shù)和生物芯片技術(shù)等），國(guó)內(nèi)外關(guān)于腫瘤早期篩查、診斷和治療方面的研究取得了一定進(jìn)展。本文就腫瘤早期篩查方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 基于社區(qū)信息化平臺(tái)的惡性腫瘤早發(fā)現(xiàn)篩查模式

基于社區(qū)信息化平臺(tái)的惡性腫瘤早發(fā)現(xiàn)篩查模式，通過(guò)對(duì)社區(qū)內(nèi)40歲以上人群進(jìn)行問(wèn)卷初篩并結(jié)合相關(guān)臨床篩查技術(shù)，可以較高效地篩檢出腫瘤早期病變患者，而且還可以對(duì)高危人群進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤管理（圖1）[5-6]。此監(jiān)測(cè)體系適用于大規(guī)模人群、多種腫瘤的早期發(fā)現(xiàn)，具有簡(jiǎn)明性強(qiáng)、靈活性強(qiáng)、檢出率高和敏感度高的特點(diǎn)，是提高腫瘤治愈率和生存率的有效途徑之一。

圖1 社區(qū)信息化平臺(tái)惡性腫瘤早篩流程

2 腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)

腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)有助于早期發(fā)現(xiàn)各種惡性腫瘤隱患。腫瘤標(biāo)志物是由腫瘤組織產(chǎn)生的，可以反映腫瘤存在和生長(zhǎng)的一類生化物質(zhì)，主要包括胚胎抗原、天然自身抗原及腫瘤相關(guān)的酶、激素、癌基因等。目前，在醫(yī)院C12多腫瘤標(biāo)志物聯(lián)合檢測(cè)常被稱為“腫瘤十二項(xiàng)”，包括甲胎蛋白（α-fetoprotein，AFP）、糖類抗原（carbohydrate antigen，CA）19-9、CA242、CA15-3、CA125、CA50、鱗狀上皮細(xì)胞癌抗原（squamous cell carcinoma antigen，SCCA）、前列腺特異性抗原（prostate specific antigen，PSA）、人絨毛促性腺激素（human chorionic gonadotropin，HCG）、神經(jīng)元特異性烯醇化酶（neuron specific enolase，NSE）、鐵蛋白（ferritin，SF）、癌胚抗原（carcinoembryonic antigen，CEA），即通過(guò)蛋白芯片技術(shù)對(duì)這些特異性腫瘤標(biāo)志物和非特異性腫瘤標(biāo)志物進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)，但該項(xiàng)檢查診斷腫瘤的靈敏度和特異度尚不夠理想，且腫瘤標(biāo)志物在不同的腫瘤診斷時(shí)作用既重疊又互補(bǔ)[7]。因此，通過(guò)新技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)更多的腫瘤標(biāo)志物對(duì)提高腫瘤檢測(cè)準(zhǔn)確率具有重要意義。

Zhen等[8]通過(guò)一種新型的氧化石墨烯放大熒光各向異性法，將腫瘤標(biāo)志物miRNA-21的檢測(cè)靈敏度提高了4.3倍。Ma等[9]應(yīng)用二維熒光分子探針探測(cè)到肝膽腫瘤中CD47蛋白過(guò)表達(dá)，揭示了一種肝膽系統(tǒng)中潛在的新的腫瘤標(biāo)志物。目前，還有一種全新廣譜腫瘤標(biāo)志物Hsp90α已獲得中國(guó)國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局（China Food and Drug Administration，CFDA）批準(zhǔn)用于肺癌和肝癌的檢測(cè)[10]，其對(duì)早期肝癌的檢出率高達(dá)93%，檢測(cè)性能明顯優(yōu)于臨床公認(rèn)的肺癌標(biāo)志物CEA和肝癌標(biāo)志物AFP。這些新的腫瘤標(biāo)志物的不斷發(fā)現(xiàn)對(duì)于實(shí)現(xiàn)腫瘤早發(fā)現(xiàn)、早治療，降低患者病死率具有重要意義，對(duì)于提高腫瘤患者病情監(jiān)測(cè)和療效評(píng)價(jià)水平、實(shí)現(xiàn)腫瘤個(gè)體化治療具有重要的推動(dòng)作用。

3 液體活檢技術(shù)

液體活檢技術(shù)是指通過(guò)無(wú)創(chuàng)或微創(chuàng)方式分析血液或其他體液樣本（如對(duì)于腦瘤患者，由于血腦屏障的存在，脫落的腫瘤細(xì)胞通常不會(huì)進(jìn)入血液，但卻會(huì)進(jìn)入腦脊液中，因而在腦脊液中提取和測(cè)試腫瘤細(xì)胞相對(duì)容易[11]）中腫瘤相關(guān)物質(zhì)（例如細(xì)胞、核酸等）的方法[12-13]。與傳統(tǒng)的組織活檢相比，液體活檢具有取樣方便、靈活、對(duì)患者創(chuàng)傷小等特點(diǎn)，可以反映出腫瘤的基因組全部信息[14]；而且該技術(shù)對(duì)腫瘤細(xì)胞的檢出敏感度也較高。一項(xiàng)針對(duì)結(jié)腸癌的研究表明，5000萬(wàn)個(gè)結(jié)腸癌細(xì)胞向血液中釋放的循環(huán)腫瘤DNA（circulating tumor DNA，ctDNA）的量即可以被檢測(cè)出，但相同體積的腫瘤卻無(wú)法經(jīng)影像學(xué)檢查檢出[15]。

目前，臨床用于檢測(cè)腫瘤易感基因的產(chǎn)品試劑盒主要包括基因突變檢測(cè)項(xiàng)目、基因表達(dá)檢測(cè)項(xiàng)目、融合基因檢測(cè)項(xiàng)目、基因甲基化檢測(cè)項(xiàng)目等，主要技術(shù)手段包括二代測(cè)序、基因芯片、熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)等技術(shù)，旨在為受檢人群提供患病風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并在早期干預(yù)或治療期間提供用藥指導(dǎo)。液體活檢的局限性為對(duì)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境、質(zhì)量要求和人員的資質(zhì)要求都比較高，對(duì)整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中的質(zhì)量控制比較嚴(yán)謹(jǐn)；而且其在個(gè)體化用藥指導(dǎo)上的靈敏度不夠高，如Kirsten大鼠肉瘤病毒癌基因同源物（Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog，KRAS）基因突變檢測(cè)只有50%的野生型KRAS患者對(duì)抗EGFR治療有效，提示EGFR下游信號(hào)通路其他分子的激活和變異可能影響了其治療反應(yīng)[16]。因此，KRAS基因突變的檢測(cè)僅用于預(yù)測(cè)結(jié)直腸癌對(duì)抗EGFR靶向藥物的治療效果。液體活檢技術(shù)在腫瘤生物學(xué)領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景，隨著分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，仍需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷提高檢測(cè)性能。

4 生物傳感器技術(shù)

Aalipour等[17]研究開發(fā)了一種基于細(xì)胞的體內(nèi)生物傳感器，通過(guò)對(duì)巨噬細(xì)胞進(jìn)行基因重構(gòu)，將熒光素酶基因和精氨酸酶-1啟動(dòng)子結(jié)合，以使巨噬細(xì)胞可以遷移到腫瘤部位，激活精氨酸酶-1的表達(dá)，從而通過(guò)生物發(fā)光成像及檢測(cè)血液中的熒光強(qiáng)度對(duì)腫瘤進(jìn)行診斷。在有炎癥的情況下，該種生物傳感器可檢測(cè)到大小為25～50 mm3的腫瘤。郭錦玉等[18]研究設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種新型且低成本的磁彈性生物傳感器，是基于抗原-抗體特異性識(shí)別及傳感器質(zhì)量增加而共振頻率降低的機(jī)制，采用熒光顯微鏡對(duì)異硫氰酸熒光素標(biāo)記的癌胚抗原抗體（FITC/Anti-CEA）進(jìn)行檢測(cè)，CEA檢測(cè)范圍為200～1000 ng/ml。生物傳感器技術(shù)比目前臨床上使用的基于癌癥相關(guān)蛋白質(zhì)和核酸生物標(biāo)志物的直接診斷方法更便捷、選擇性更高，且隨著生物科學(xué)、信息科學(xué)和材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，生物傳感器技術(shù)一定會(huì)飛速發(fā)展。

5 蛋白組癌癥早篩平臺(tái)

蛋白組學(xué)作為細(xì)胞生理活動(dòng)的主要承擔(dān)者，其作用不可忽視。基因檢測(cè)雖是目前腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的重要手段之一，但基因檢測(cè)對(duì)靶向治療、化療藥物選擇、免疫治療的指導(dǎo)作用并不完善。且一個(gè)細(xì)胞在整個(gè)生存周期中可以表達(dá)出幾百上千萬(wàn)拷貝的相關(guān)腫瘤蛋白，遠(yuǎn)高于一個(gè)細(xì)胞中只有一個(gè)拷貝的基因組，基因組信息只有在細(xì)胞死亡后才會(huì)釋放到外周血，而在細(xì)胞死亡之前就大量表達(dá)出的腫瘤相關(guān)蛋白實(shí)際上是腫瘤早期診斷的獨(dú)特靶點(diǎn)。Wang等[19]推出了基于定量蛋白組的蛋白標(biāo)志物開發(fā)和個(gè)體化診斷平臺(tái)，這也是世界首個(gè)蛋白組癌癥早篩平臺(tái)；且基于該平臺(tái)，篩選出一個(gè)對(duì)卵巢癌早期診斷具有顯著意義的新的蛋白標(biāo)志物——peptidylprolyl isomerase A。該標(biāo)志物的特異度可達(dá)到100%，能夠從目前臨床應(yīng)用最廣泛的卵巢癌診斷標(biāo)志物CA125陰性樣本中準(zhǔn)確診斷出陽(yáng)性病例，同時(shí)沒有誤檢出任何健康樣本。相關(guān)研究從子宮液中分離出微囊泡，微囊泡不含有任何血漿蛋白，通過(guò)利用蛋白組學(xué)法比較健康志愿者和腫瘤患者子宮液囊泡中的數(shù)千種蛋白質(zhì)，用機(jī)器學(xué)習(xí)的算法尋找樣品之間的差別，最后開發(fā)了一套診斷方法可以鑒定健康女性和腫瘤患者的9種蛋白質(zhì)，且該方法的靈敏度和特異度均較高，分別為70%、76%[20]。這些新技術(shù)的發(fā)展，改善了常規(guī)蛋白質(zhì)組檢測(cè)在靈敏度、特異度、準(zhǔn)確度方面欠缺的現(xiàn)狀，可以作為腫瘤檢測(cè)手段的有效補(bǔ)充。

6 問(wèn)題與展望

目前，中國(guó)腫瘤早篩存在的首要問(wèn)題是通過(guò)社區(qū)信息化平臺(tái)提高全民防癌意識(shí)，其次是在臨床尋找一種快速、簡(jiǎn)便、特異性好、靈敏度高的檢測(cè)方式。本研究介紹的新技術(shù)均是基于某種特定的腫瘤研發(fā)的，對(duì)于其他腫瘤的檢測(cè)還有待研究，而且還需要對(duì)來(lái)源于多中心更大規(guī)模的樣本進(jìn)行驗(yàn)證，臨床轉(zhuǎn)化也需要一段時(shí)間，才能對(duì)患者提供檢測(cè)服務(wù)，因此大多數(shù)新技術(shù)還處于研究階段。

基于目前的發(fā)展趨勢(shì)和臨床需求，腫瘤早篩檢測(cè)技術(shù)主要朝兩個(gè)方向發(fā)展：一是更多的新靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)，二是檢測(cè)平臺(tái)新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用；且不論哪一種技術(shù)都趨向于將生物學(xué)手段和其他學(xué)科交叉（如納米技術(shù)、電化學(xué)分析技術(shù)等），以使靈敏度更高，特異性更強(qiáng)，檢測(cè)成本更低，數(shù)據(jù)分析更智能化，通過(guò)機(jī)器算法分析腫瘤患者，指導(dǎo)腫瘤患者個(gè)體化用藥及治療，評(píng)估腫瘤復(fù)發(fā)情況。隨著新技術(shù)的不斷成熟，在確保準(zhǔn)確性和臨床有效性的前提下，可以實(shí)現(xiàn)多種腫瘤的早發(fā)現(xiàn)和早治療，為腫瘤患者的精準(zhǔn)診療提供理論基礎(chǔ)。