肿瘤早期筛查检测技术的研究进展

高瑞娜，李鹏丽

1朔州职业技术学院生物工程系，山西 朔州036000

2太原市中心医院中心实验室，太原0300090

肿瘤可以分为良性肿瘤和恶性肿瘤两种，良性肿瘤不具备侵袭、转移的能力，因而对患者的正常生活无明显影响；而恶性肿瘤可以侵袭到其他部位，对机体组织造成严重损伤，导致器官衰竭，最后导致患者死亡[1]。癌症主要指起源于上皮组织的肿瘤，是恶性肿瘤中最常见的一类。随着人类平均寿命的延长，肿瘤对人类的威胁日益突出，已经成为中国城乡居民的第1位死因[2]。在充分有效且不良反应极低的抗肿瘤药物被开发之前，肿瘤的早期发现仍然是降低肿瘤病死率的最有效方法。早期原位肿瘤在发生转移之前，可以通过手术切除；但是，一旦肿瘤发生远处转移，则很难通过手术根治[3]。从肿瘤细胞产生到发生转移之前的窗口期，是检测和诊断肿瘤的黄金时期。研究表明，初期转移肿瘤患者的预后效果明显优于已发生转移的晚期肿瘤患者[4]。对于多数肿瘤患者，早期发现可以使患者得到及时的治疗，并拥有更大的治愈机会。因此，肿瘤的早期筛查、诊断具有重要意义。近年来，随着肿瘤相关基础研究的不断深入（如分子遗传、信号转导、生物信息学、蛋白质组学、基因组学等）、相关技术方法的成熟和应用（如DNA重组、杂交瘤技术和生物芯片技术等），国内外关于肿瘤早期筛查、诊断和治疗方面的研究取得了一定进展。本文就肿瘤早期筛查方面的研究进展进行综述。

1 基于社区信息化平台的恶性肿瘤早发现筛查模式

基于社区信息化平台的恶性肿瘤早发现筛查模式，通过对社区内40岁以上人群进行问卷初筛并结合相关临床筛查技术，可以较高效地筛检出肿瘤早期病变患者，而且还可以对高危人群进行长期跟踪管理（图1）[5-6]。此监测体系适用于大规模人群、多种肿瘤的早期发现，具有简明性强、灵活性强、检出率高和敏感度高的特点，是提高肿瘤治愈率和生存率的有效途径之一。

图1 社区信息化平台恶性肿瘤早筛流程

2 肿瘤标志物检测

肿瘤标志物检测有助于早期发现各种恶性肿瘤隐患。肿瘤标志物是由肿瘤组织产生的，可以反映肿瘤存在和生长的一类生化物质，主要包括胚胎抗原、天然自身抗原及肿瘤相关的酶、激素、癌基因等。目前，在医院C12多肿瘤标志物联合检测常被称为“肿瘤十二项”，包括甲胎蛋白（α-fetoprotein，AFP）、糖类抗原（carbohydrate antigen，CA）19-9、CA242、CA15-3、CA125、CA50、鳞状上皮细胞癌抗原（squamous cell carcinoma antigen，SCCA）、前列腺特异性抗原（prostate specific antigen，PSA）、人绒毛促性腺激素（human chorionic gonadotropin，HCG）、神经元特异性烯醇化酶（neuron specific enolase，NSE）、铁蛋白（ferritin，SF）、癌胚抗原（carcinoembryonic antigen，CEA），即通过蛋白芯片技术对这些特异性肿瘤标志物和非特异性肿瘤标志物进行联合检测，但该项检查诊断肿瘤的灵敏度和特异度尚不够理想，且肿瘤标志物在不同的肿瘤诊断时作用既重叠又互补[7]。因此，通过新技术的应用，发现更多的肿瘤标志物对提高肿瘤检测准确率具有重要意义。

Zhen等[8]通过一种新型的氧化石墨烯放大荧光各向异性法，将肿瘤标志物miRNA-21的检测灵敏度提高了4.3倍。Ma等[9]应用二维荧光分子探针探测到肝胆肿瘤中CD47蛋白过表达，揭示了一种肝胆系统中潜在的新的肿瘤标志物。目前，还有一种全新广谱肿瘤标志物Hsp90α已获得中国国家食品药品监督管理总局（China Food and Drug Administration，CFDA）批准用于肺癌和肝癌的检测[10]，其对早期肝癌的检出率高达93%，检测性能明显优于临床公认的肺癌标志物CEA和肝癌标志物AFP。这些新的肿瘤标志物的不断发现对于实现肿瘤早发现、早治疗，降低患者病死率具有重要意义，对于提高肿瘤患者病情监测和疗效评价水平、实现肿瘤个体化治疗具有重要的推动作用。

3 液体活检技术

液体活检技术是指通过无创或微创方式分析血液或其他体液样本（如对于脑瘤患者，由于血脑屏障的存在，脱落的肿瘤细胞通常不会进入血液，但却会进入脑脊液中，因而在脑脊液中提取和测试肿瘤细胞相对容易[11]）中肿瘤相关物质（例如细胞、核酸等）的方法[12-13]。与传统的组织活检相比，液体活检具有取样方便、灵活、对患者创伤小等特点，可以反映出肿瘤的基因组全部信息[14]；而且该技术对肿瘤细胞的检出敏感度也较高。一项针对结肠癌的研究表明，5000万个结肠癌细胞向血液中释放的循环肿瘤DNA（circulating tumor DNA，ctDNA）的量即可以被检测出，但相同体积的肿瘤却无法经影像学检查检出[15]。

目前，临床用于检测肿瘤易感基因的产品试剂盒主要包括基因突变检测项目、基因表达检测项目、融合基因检测项目、基因甲基化检测项目等，主要技术手段包括二代测序、基因芯片、荧光定量聚合酶链反应等技术，旨在为受检人群提供患病风险评估，并在早期干预或治疗期间提供用药指导。液体活检的局限性为对实验室的环境、质量要求和人员的资质要求都比较高，对整个检测过程中的质量控制比较严谨；而且其在个体化用药指导上的灵敏度不够高，如Kirsten大鼠肉瘤病毒癌基因同源物（Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog，KRAS）基因突变检测只有50%的野生型KRAS患者对抗EGFR治疗有效，提示EGFR下游信号通路其他分子的激活和变异可能影响了其治疗反应[16]。因此，KRAS基因突变的检测仅用于预测结直肠癌对抗EGFR靶向药物的治疗效果。液体活检技术在肿瘤生物学领域有着良好的应用前景，随着分子生物学的不断发展，仍需要不断总结经验，不断提高检测性能。

4 生物传感器技术

Aalipour等[17]研究开发了一种基于细胞的体内生物传感器，通过对巨噬细胞进行基因重构，将荧光素酶基因和精氨酸酶-1启动子结合，以使巨噬细胞可以迁移到肿瘤部位，激活精氨酸酶-1的表达，从而通过生物发光成像及检测血液中的荧光强度对肿瘤进行诊断。在有炎症的情况下，该种生物传感器可检测到大小为25～50 mm3的肿瘤。郭锦玉等[18]研究设计构建了一种新型且低成本的磁弹性生物传感器，是基于抗原-抗体特异性识别及传感器质量增加而共振频率降低的机制，采用荧光显微镜对异硫氰酸荧光素标记的癌胚抗原抗体（FITC/Anti-CEA）进行检测，CEA检测范围为200～1000 ng/ml。生物传感器技术比目前临床上使用的基于癌症相关蛋白质和核酸生物标志物的直接诊断方法更便捷、选择性更高，且随着生物科学、信息科学和材料科学的不断进步，生物传感器技术一定会飞速发展。

5 蛋白组癌症早筛平台

蛋白组学作为细胞生理活动的主要承担者，其作用不可忽视。基因检测虽是目前肿瘤精准医学的重要手段之一，但基因检测对靶向治疗、化疗药物选择、免疫治疗的指导作用并不完善。且一个细胞在整个生存周期中可以表达出几百上千万拷贝的相关肿瘤蛋白，远高于一个细胞中只有一个拷贝的基因组，基因组信息只有在细胞死亡后才会释放到外周血，而在细胞死亡之前就大量表达出的肿瘤相关蛋白实际上是肿瘤早期诊断的独特靶点。Wang等[19]推出了基于定量蛋白组的蛋白标志物开发和个体化诊断平台，这也是世界首个蛋白组癌症早筛平台；且基于该平台，筛选出一个对卵巢癌早期诊断具有显著意义的新的蛋白标志物——peptidylprolyl isomerase A。该标志物的特异度可达到100%，能够从目前临床应用最广泛的卵巢癌诊断标志物CA125阴性样本中准确诊断出阳性病例，同时没有误检出任何健康样本。相关研究从子宫液中分离出微囊泡，微囊泡不含有任何血浆蛋白，通过利用蛋白组学法比较健康志愿者和肿瘤患者子宫液囊泡中的数千种蛋白质，用机器学习的算法寻找样品之间的差别，最后开发了一套诊断方法可以鉴定健康女性和肿瘤患者的9种蛋白质，且该方法的灵敏度和特异度均较高，分别为70%、76%[20]。这些新技术的发展，改善了常规蛋白质组检测在灵敏度、特异度、准确度方面欠缺的现状，可以作为肿瘤检测手段的有效补充。

6 问题与展望

目前，中国肿瘤早筛存在的首要问题是通过社区信息化平台提高全民防癌意识，其次是在临床寻找一种快速、简便、特异性好、灵敏度高的检测方式。本研究介绍的新技术均是基于某种特定的肿瘤研发的，对于其他肿瘤的检测还有待研究，而且还需要对来源于多中心更大规模的样本进行验证，临床转化也需要一段时间，才能对患者提供检测服务，因此大多数新技术还处于研究阶段。

基于目前的发展趋势和临床需求，肿瘤早筛检测技术主要朝两个方向发展：一是更多的新靶标的发现，二是检测平台新技术的不断开发与应用；且不论哪一种技术都趋向于将生物学手段和其他学科交叉（如纳米技术、电化学分析技术等），以使灵敏度更高，特异性更强，检测成本更低，数据分析更智能化，通过机器算法分析肿瘤患者，指导肿瘤患者个体化用药及治疗，评估肿瘤复发情况。随着新技术的不断成熟，在确保准确性和临床有效性的前提下，可以实现多种肿瘤的早发现和早治疗，为肿瘤患者的精准诊疗提供理论基础。