前 言
最新GLOBOCAN数据显示,2018年全球结直肠癌新发病例约180万例,位居全球恶性肿瘤发病第3位;死亡病例约88.1万例,居全球恶性肿瘤死亡第2位[1]。2015年我国结直肠癌发病病例约38.8万例,死亡病例约18.7万例,分别位居全国恶性肿瘤发病和死亡的第3位和第5位[2]。结直肠癌患者中约70%为散发病例,其发生发展多遵循“腺瘤-癌”序列[3],整个发展过程一般历时5~10年,及时发现癌前病变并进行干预可以有效阻止结直肠癌的发生。此外,结直肠癌预后与诊断分期高度相关,TNM Ⅰ期结直肠癌患者5年生存率可达90%以上,而TNM Ⅳ期仅有12%左右[4]。研究证据已表明结直肠癌筛查和早诊早治可以有效降低结直肠癌的死亡率[5-6]。传统的结直肠癌筛查方法包括免疫粪便潜血检测(fecal immunochemical test,FIT)、结肠镜、软式乙状结肠镜、CT仿真结肠镜等[5-6]。然而这些筛查手段应用于人群筛查时存在一定的局限性,如内镜检查属于侵入性操作、人群依从性较差、对操作人员技术水平要求较高;FIT对结直肠癌前病变诊断效能有限等[7-8]。近年来,随着对结直肠癌发生发展中遗传学和表观遗传学变化的深入了解以及生物检测技术的不断进步,人体血液、粪便和尿液等生物载体中的DNA、RNA、蛋白质及微生物等作为结直肠癌筛查和早期诊断生物标志物的潜能备受关注,这些标志物具有采样简便、风险较小等特点,有望成为下一代新型结直肠癌筛查和早期诊断检测靶点。本文将总结结直肠癌筛查和早期诊断生物标志物的最新研究进展,为后续结直肠癌筛查和早期诊断新技术的开发和评价提供理论参考。
一、血液标志物
DNA甲基化参与基因表达调节,在表观遗传中发挥重要作用,但基因的异常高甲基化或低甲基化往往与疾病发生有关。研究发现一些异常DNA甲基化与结直肠癌发生的早期事件有关,在肿瘤组织中普遍存在且反复出现[15],提示DNA甲基化在结直肠癌筛查和早期诊断中具有广阔研究前景。近年来受到较多关注的有Septin9基因甲基化,该基因主要与胞质分裂和细胞周期调控有关[16]。已有多项研究结果表明结直肠癌患者外周血中可检测到异常甲基化的Septin9基因,且对结直肠癌有较高的灵敏度和特异度[17]。美国食品药品监督管理局(FDA)于2016年批准Epi proColon®为首个基于血液样本的结直肠癌筛查试剂盒[18-20]。但受研究人群、检测试剂盒等因素的影响,不同研究中关于血液Septin9基因甲基化对结直肠癌的灵敏度和特异度分别为48.2%~95.6%和79.1%~99.1%[18]。1项基于7 941例结直肠癌筛查人群的前瞻性研究结果显示,第一代Septin9基因甲基化试剂盒Epi proColon 1.0对结直肠癌筛查灵敏度为48.2%,特异度为91.5%;对进展期腺瘤的灵敏度为11.2%[20]。Potter等[19]在同一研究人群中对Epi proColon 2.0试剂盒的诊断效能评估显示,该试剂盒对结直肠癌筛查灵敏度提高到68%,特异度为80%,对进展期腺瘤筛查灵敏度为22%。基于以上两项研究结果,Wu等[21]在1 200例中国人群中开展了基于医院的结直肠癌筛查研究,结果显示,另一种Septin9基因甲基化检测试剂盒SensiColon对结直肠癌筛查的灵敏度为76.6%,特异度为95.9%,对腺瘤筛查的灵敏度为9.8%。
包括KRAS、TP53、APC、BRAF、SMAD4、PIK3CA和FBXW7等在内的约200个基因被认为是结直肠癌发生的主要驱动基因,在肿瘤组织和血液中均可被检测出[14]。其中前4种基因突变研究较多,但其用于结直肠癌筛查和早期诊断的表现并不突出。KRAS基因突变存在于约40%的结直肠癌患者中[28],限制了其单独用于结直肠癌筛查的诊断价值;TP53突变出现较晚[29],不适用于结直肠癌筛查和早期诊断;APC基因突变存在于超过85%的结直肠癌患者肿瘤组织中以及超过60%的Ⅰ、Ⅱ期结直肠癌患者体内[30],但其诊断结直肠癌的灵敏度相对有限(14%~30%)[31-32];结直肠癌早期即可发现BRAF突变,但研究表明该突变仅存在于5%~15%的结直肠癌患者中[33]。目前血液突变DNA分子检测多用于指导结直肠癌治疗方案选择及预后评估[34]。
是一种小型非编码RNA,通过与mRNA结合参与基因表达调控,具有高保守性、高稳定性[36],在多种肿瘤组织中均有特异性表达[37]。2008年,Chen等[38]发现与健康志愿者相比,结直肠癌患者血清中存在一系列miRNA分子的差异表达,提出循环miRNA可作为结直肠癌的潜在诊断标志物。之后随着检测技术的发展,miRNA分子作为结直肠癌筛查和早期诊断分子标志物的潜力陆续得到了深入探索。2009年Ng等[39]开展了1项包含90例结直肠癌患者和50例健康对照的病例对照研究,首次报道血液中miR-92分子作为结直肠癌分子标志物的AUC为0.885,诊断结直肠癌的灵敏度为89%,特异度为70%。Liu等[40]基于1项包含85例结直肠癌患者和78例健康对照的病例对照研究,发现联合miR-21、miR-29a、miR-92a和miR-125b多个miRNA分子诊断结直肠癌的AUC可达0.952,灵敏度和特异度分别为84.7%和98.7%。总的来说,目前血液miRNA分子应用于结直肠癌筛查和早期诊断的研究正在不断成熟,单个miRNA分子诊断结直肠癌表现较好,多靶点联合使用可进一步提升诊断性能。
是长度超过200个核苷酸的非编码RNA分子,在调节肿瘤细胞增殖、细胞凋亡和迁移方面发挥着重要的生物学功能[41]。血液中LncRNA可以长时间稳定存在,受室温、酸碱度、反复冻融等因素影响较小[42]。目前LncRNA用于结直肠癌诊断的研究成果有很多,如1项包含100例结直肠癌病例和100例健康对照的病例对照研究结果显示,血液循环中的NEAT1_v1和NEAT1_v2区分结直肠癌患者和健康人群的AUC分别为0.787和0.871,灵敏度分别为69%和70%,特异度分别为79%和96%[43]。病例对照研究证据表明ZFAS1、SNHG11、LINC00909及LINC00654 4种LncRNA的组合对早期结直肠癌的AUC可达0.935,其中SNHG11对癌前病变及早期结直肠癌的诊断能力尤其突出[44]。
二、粪便标志物
三、其他标志物
四、小结与展望
应用于人群结直肠癌筛查的方法应具有准确、安全、便捷、价格合理、易被接受且可及性好等特点。对此,血液和粪便中的核酸分子对结直肠癌早期诊断价值是研究重点,其中DNA甲基化水平和miRNA分子可传达出丰富的人体健康状态信息,且肿瘤特异DNA甲基化在正常肠道黏膜癌变过程中出现较早,miRNA在生物材料中存在相对稳定,使得这两类标志物在未来值得开展更深入的研究。此外,粪便肠道菌群具备用于结直肠癌筛查与早期诊断的潜能。
尽管结直肠癌早期诊断生物标志物的相关研究已开展很多,但真正运用于临床实践的很少,目前仅有1项多靶点粪便DNA检测试剂盒(Cologuard®)被美国癌症协会和美国结直肠癌多学会工作组等推荐用于人群结直肠癌筛查[5-6]。转化应用的限制主要来源于诊断效能、证据等级、检测技术和成本等问题。未来相关研究应致力于提高新型生物标志物诊断结直肠癌及癌前病变的灵敏度、特异度,优化生物样本采集、储存及处理和分子检测技术及操作环节,在此基础上提高研究证据质量,基于横断面或病例对照研究等探索性研究结果进一步开展前瞻性的大样本人群筛查效果研究,辅以卫生经济学评价及人群依从性等研究证据,并对不同地区、不同研究人群结果进行系统回顾和荟萃分析,指导新型结直肠癌筛查与早期诊断生物标志物筛查方案制定,如进一步明确筛查时间间隔等,从而推动实现科学研究成果的真正转化应用。此外,多靶点联合检测可以提高结直肠癌检出率,是未来的研究和应用趋势,组合项目选择需考虑诊断效能、检测及成本等多方面的问题,综合多方研究证据以达成决策共识。
本文对近年来结直肠癌筛查和早期诊断生物标志物的诸多研究成果进行了梳理和回顾,尽管未采用严格的系统综述方式开展,但仍较为全面的总结概括了多种类型生物标志物的研究进展,有助于了解当前结直肠癌筛查和早期诊断生物标志物研究现状,并为将来开发有效的结直肠癌非侵入性筛查技术提供理论参考。
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