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膀胱癌分子生物学标志物的研究进展

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5815 0 虎光着 发表于 2018-8-10 10:13:49 |

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本帖最后由 虎光着 于 2018-8-10 10:15 编辑

摘要:膀胱癌是目前最常见的泌尿系恶性肿瘤,具有较高的发病率与病死率,已成为我国重要的公共卫生事 件。 目前膀胱镜检查和尿脱落细胞学仍是膀胱癌诊断的金标准。但随着检测技术不断进步,膀胱癌分子生物学标 志物逐渐成为诊断膀胱癌的新标准。 同时,通过对膀胱癌分子生物学标志物的研究,还能给临床医师带来肿瘤发 病情况的实时信息,并很有可能改变目前临床医师对膀胱癌诊治的认识。
膀胱癌是最常见的泌尿系恶性肿瘤。 世界范围 内,每年有 350 000 ~380 000 例新发病例[1] 。 我国 膀胱癌总体发病率为8畅05 /10 万,病死率为 3畅29/ 10 万。 男性患者中,膀胱癌发病率居泌尿系恶性肿 瘤第1 位,居其他恶性肿瘤第 7 位[2] 。 所以,膀胱癌 的早期诊断、术后监测、预后评估及更有效的个体化治疗十分重要。 目前,膀胱镜和尿脱落细胞检查仍 是诊断膀胱癌的金标准。 膀胱镜是侵入性检查, 多数患者不易接受,延误了膀胱癌患者的早期诊 断及术后随访。 尿脱落细胞学检查特异度高,可达 90%~96%[3] ,但对于低分级、分期的膀胱癌诊 断敏感性极低。 膀胱癌分子生物学标志物是目前 膀胱癌诊治研究中的前沿与热点。 现就膀胱癌生 化标志物、微RNA(microRNA,miRNA)、循环肿瘤 细胞、膀胱癌相关基因在膀胱癌诊治中的研究现 状进行综述。

1 膀胱癌生化标志物
1.1  核基 质 蛋 白 22 ( nuclear matrix protein-22, NMP-22) NMP-22是存在于有丝分裂细胞纺锤体 中的蛋白质组分,其作用是在细胞有丝分裂时保证 染色体有序分离。 NMP-22 可以在正常人尿液中少量存在,当其含量超过阈值后,则被认为存在膀胱癌 的可能[4] 。 NMP-22 可以通过酶联免疫吸附试验定 量检测,与尿脱落细胞学检查相比,敏感性及特异性均较高,尤其是对于低分级膀胱癌的敏感性远高于 尿脱落细胞学检查。 文献对 NMP-22 敏感性及特异 性报道 不一 ( 47%~90%) [5] 。 Poulakis 等[6] 对 793 例膀胱癌患者行 NMP-22 检测,并按原发膀胱肿瘤个数分为 3 组,分别为 1 个、2 ~3 个、大于 3 个,这 3 组灵敏度分别为 79%(165 /208)、90% (83 /92 ) 和 97% (96 /99 )。 然 而, Banek 等[ 7] 对 1 609 例存在膀胱癌发病高危因素的人员进行筛 查发现,NMP-22的灵敏度仅为 28%,特异度为 89%。 所以,目前对于 NMP-22 的敏感性及特异性 仍存在较大争议。


1.2  膀胱肿瘤抗原(bladder tumor antigen,BTA) 膀胱癌细胞与膀胱细胞外基质接触时,癌细胞分泌相关抗原与细胞外基质受体相结合,从而促使水解 酶分解细胞外基质。 细胞外基质碎片连同癌细胞分 泌的抗原进入膀胱内,形成高分子复合物即 BTA。 正常人的膀胱上皮组织不会产生BTA,故可以利用 BTA 作为诊断膀胱癌的标准[8] 。 检测 BTA 的方法 有 BTA Stat 和 BTA Trak 两种,BTA Stat 是定性检测,BTA Trak 为定量试验。 相关文献显示,BTA Stat 灵敏度 及特 异度为 52%~78% 和 69%~87%, BTA Trak 灵敏度及特异度为51%~100%和 73%~ 92%,与尿脱落细胞学检查对比,敏感性较高,特异 性与尿脱落细胞学相似[9] 。 与 NMP-22一样,BTA 检测的敏感性及特异性差异较大,存在较大争议。
NMP-22 及 BTA 检测无创、方便、快捷,但当出 现血尿、尿路感染、泌尿系结石、前列腺增生等泌尿 系统疾病,特别是行膀胱灌注化疗后,NMP-22 及 BTA 检测假阳性率较高[10] 。 类似 NMP-22 和 BTA的膀胱癌生化标志物有很多,如透明质酸、透明质酸 酶、生存素、细胞角蛋白等。 目前尚未有一种生化学 标志物可以完全取代膀胱镜及尿脱落细胞检查,联 合应用 2 种或以上生化标志物对于诊断帮助更大。

2       膀胱癌基因标志物
通过对 DNA 或 RNA序列的研究,学者一致认 为某些基因的改变与癌症发生密切相关,这些基因 即为致癌基因。 致癌基因的主要产物是激酶受体及 生长因子,这些物质在正常细胞向癌细胞的转变过程中发挥了极其重要的作用。


2.1 H-ras H-ras是第一个在膀胱癌细胞系中发 现的致癌基因。 文献报道,H-ras 基因仅在 1%~ 13%的非肌层浸润性膀胱癌(non muscle invasive bladder cancer,NMIBC)中有过表达,在肌层浸润性 膀胱癌(muscle invasive bladdercancer ,MIBC) 中几 乎无 H-ras 表达。 H-ras的过表达并不能对膀胱癌 预后做出预测[11] 。


2.2 p53 p53 是在人类第 17 号染色体短臂上发 现的一种抑癌基因,功能为诱发细胞凋亡并阻止细胞过度增殖。 p53 基因突变与膀胱癌分期、分级呈 正相关,50%以上的 MIBC 存在 p53 基因突变。 一 篇基于 117 篇文献的 Mate 分析指出目前没有较足够的证据显示 p53 可以作为预测膀胱癌预后的标志 物[12] 。 Stadler 等[13] 的相关实验也指出膀胱癌的预 后与是否存在 p53 基因变异并无明显相关性。但在 一项多变量分析中,Shariat 等[14] 对 692 例已行膀胱 全切手术治疗的 MIBC 患者分析,发现 p53 基因变 异与预后有独立相关性,当膀胱癌组织中出现p53 基因改变时通常预示膀胱癌预后不佳。


2.3 血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)VEGF 也是一种肿瘤相关基因, VEGF 基因表达与膀胱癌分期、分级呈正相关。 高 水平的 VEGF 可能提示膀胱癌已经发生远处转移或 很有可能出现远处转移[15]。 另外,针对 VEGF 的靶 向治疗存在巨大前景,为治疗膀胱癌提供了一条新 的途径。


2.4 表皮生长因子受体 (epidermal growth factor receptor,EGFR) EGFR 通过 Ras-丝裂原活化蛋白激酶信号通路调节细胞周期并促进有丝分裂,EGFR 在膀胱癌的发生、发展中起重要作用。 在膀胱癌中 经常可以检测到 EGFR 基因的过表达,且其表达程 度越高,膀胱癌进展越快、预后也越差[16]。


2.5 PRb PRb 基因与 p53 基因相似,同样是一种 抑癌基因,是最早发现的抑癌基因。 PRb 基因突变在多种肿瘤细胞中均有表达,首次对 PRb 基因的报 道是其在眼部恶性肿瘤视网膜母细胞瘤发生中所起 的作用[17] 。 PRb 基因的缺失或突变常与高分级、高 分期的膀胱癌密切相关,且预示着膀胱癌预后较差。另外有研究显示,PRb 基因缺失或突变的膀胱癌患 者在膀胱肿瘤电切术后行卡介苗膀胱灌注治疗后仍 会出现较高的复发率[17] 。 目前研究者对 PRb 基因 在膀胱癌中发挥作用的观点较为统一,因此PRb 基 因是一种可预测膀胱癌预后较好的标志物。 膀胱癌 的发生、发展是一个复杂的生物学过程。 应用多基 因联合检测可以对膀胱癌进行分子基因水平上的分 级、分期,并可针对每例患者制定最佳的治疗方案。


3       膀胱癌 miRNA 标志物
1993 年,在秀丽隐杆线虫中首次发现一种新类 型的、微小的、非编码单股 RNA,即 miRNA,miRNA 一般由 18 ~25 个核苷酸组成[18]。 过去,学者认为 miRNA 是基因表达的副产物,无任何生物学功能。 通过进一步研究发现 miRNA 生物来源复杂,基本过 程为在细胞核中经 RNA 聚合酶Ⅱ转录生成原始 miRNA 转 录 本 ( primary transcripts of miRNA, pri-miRNA),pri-miRNA 经 Drosha /DGCR8 (狄乔治综合征染色体 8 区域)修剪为前体 miRNAs,并被转 运到细胞核外,再经过 Dicer/TRBP/PACT(转录反 应的 RNA 结合蛋白/蛋白激酶 RNA激活剂)复合物剪切成为平均长度为 22 nt 的成熟 miRNA,最后经 解螺旋形成单链 miRNA,随后组装进 RNA 诱导的 沉默复合体中,通过碱基互补配对与mRNA 结合, 从而调节 mRNA 的转录过程[19] 。 至今已发现 2 578 种 miRNA,人体 30%以上的 mRNA 涉及 miRNA 调 控,一种miRNA 可能参与 200 种以上 mRNA 调控。 miRNA 通过表达上调或下降参与各种生理及病理 调节,其中包括各种肿瘤的发生[20] 。 miRNA主要 依靠深度测序、基因芯片、实时定量荧光聚合酶链反 应(real-time polymerase chainreaction,RT-PCR)3 种 方法检测。


3.1  miRNA 在膀胱癌组织中的检测 Ratert 等[21] 应用 RT-PCR 对 8 例良性及 16 例膀胱癌组织进行 miRNA 检测,共检测出 miRNA 723 种,其中 15 种 miRNA在 两 组 中 出 现 差 异 表 达。 7 种 miRNA (miR-20a、miR-106b、miR-130b、 miR-141、miR-200a、 miR-200a倡、miR-205)表达上调,另外 8 种 miRNA (miR-100、miR-125b、miR-130a、miR-139-5p、miR-145倡、 miR-199a-3p、miR-214、miR-222) 表达下降,而且其 中 4 种 miRNA( miR-141、miR-199a-3p、miR-205 和 miR-214)在 NMIBC 和 MIBC 中存在明显的表达差异。 统计学分析这 15 种 miRNA 可以作为区分正常 组 织 与 癌 组 织 的 指 标, 联 合 应 用 miR-130b、miR-141、miR-199-3p 和 miR-205 这 4 种 miRNA 对 于膀胱癌诊断的准确度可达100%。 另有研究显 示[22] ,几乎所有膀胱癌中均可出现 miR-145 表达下 调,miR-141 和 miR-205 的表达可能与预后较差相 关。 此研究还提到 miR-29c倡表达下降常预示肿瘤 进展,36 例 miR-29c倡表达下降的 NMIBC中,中位 无进展生存期为 35 个月,其中 50%以上会出现病 情进展。 而在36 例 miR-29c倡高表达的NMIBC 中, 仅 2 例患者出现病情进展,94%不会出现病情进 展[22] 。 这些研究均可以证明,miRNA 在膀胱癌的 发生、发展中发挥极大的作用。


3.2  miRNA 在膀胱癌患者尿液中的检测 在膀胱 癌患者尿液标本中同样可以检测到 miRNA 表达。Hanke 等[23] 的一项研究显示,利用 RT-PCR 在膀胱癌 组和正常组尿液标本中共有检测出 157 种miRNA,有40 种 miRNA 存在差异表达,其中 miRNA-126 和 miRNA-182作为膀胱癌诊断标志物的证据较为确 切,其灵敏度与特异度分别为 72%和 82%。 另外在 Snowdon 等[24] 的研究中,研究人员选取了 4 种已经 证明在膀胱癌组织中存在差异表达的miRNA 进行 尿液标本的检测。 其中 2 种 miRNA( miR-125b 和 miR-126)在膀胱癌组和正常组尿液标本中存在差 异表达,在膀胱癌组中 miRNA-125b表达下降而 miRNA-126 表达上调。 miRNA-126的表达上调水平 与 Hanke 等[23] 研究结果一致。


3.3  miRNA 在膀胱癌患者血液中的检测 全血 miRNA 的检测研究中,研究人员针对 38 例膀胱癌及 20 例健康人的全血标本行 miRNA 的 RT-PCR 检 测,共 有 检 出 754 种 miRNA,其 中 3 种 miRNA (miR-26b、miR-144、miR-374) 表达差异较大,可以 作为诊断膀胱癌的标志物,miR-26b 在诊断MIBC 的 特异度可达94%,联合3 种 miRNA 诊断膀胱癌的敏 感性及特异性明显提高。 Adam 等[25] 发现多种 miRNA 在膀胱癌和正常人血浆中存在明显表达差异,miR-148、miR-200b、miR-487、 miR-541、 miR-566表达上调,而 miR-25、miR-33b、miR-92a、miR-92b、 miR-302表达下降。 特别是 miR-92a 的表达下降提 示肿瘤进展的可能性较大。


miRNA 是最近出现的一种新型的分子生物学 标志物。 miRNA 可以作为膀胱癌的早期预测指标, 即在膀胱局部组织未出现形态学改变时, 通过 miRNA的检测诊断膀胱癌。 联合多种 miRNA 的检 测可以对膀胱癌的预后及复发做出精确的预测。 关 于 miRNA 的研究显示[26] ,通过多种 miRNA 的检测,可以分析某种化疗药物敏感或耐药,从而明确膀 胱癌患者的个体化治疗。 目前,对于 miRNA 的研究 仍处于初级阶段,随着研究数据的完善,miRNA 在 膀胱癌诊治过程中将会有巨大的前景。


4       膀胱癌 CTC 检测
研究者从 1 例存在远处转移的乳腺癌患者外周 血中发现与原发肿瘤细胞大小、形状类似的细胞,并 首次提出 CTC 的概念[27] 。 CTC 是指从原发病灶脱离,并进入血液循环,且可以在远处器官继续生长并 形成继发肿瘤的细胞,相较于原发肿瘤细胞有基因 异质性[27] 。 CTC 可以通过免疫学等方法从外周血 中检测,所以被称为“液体活检”。 通过对 CTC 的分 子及基因水平的检测,可以从全新的视角阐释肿瘤生长的生物学机制,以期对每例患者实行“实时、精 准”的治疗。

4.1  CTC 的形成
在 CTC 的形成过程中,上皮间质转化(epithelial mesenchymal transition ,EMT)起到 了决定性的作用。 EMT 是存在于胚胎发育中的正 常生理过程。 然而在肿瘤组织中,EMT与肿瘤的侵袭性、转移性、耐药性密切相关[28] 。 EMT 的过程 极为复杂,涉及多种细胞因子及转录因子的表达调 节,其中钙黏素家族,特别是钙黏素过表达在 EMT过程中起主要作用。 EMT 使原发肿瘤细胞的上皮 表型表达下调, 间叶组织相关特异基因表达上 调[29] 。 从而,原发肿瘤细胞获得异质性,脱离原发 灶进入外周、淋巴结、血液循环,成为可以抵抗血流冲击、避免免疫攻击的 CTC[30] 。 经由血液循环到达 远处组织的 CTC 再经过间质上皮转化便获得侵袭 能力,形成转移病灶[31] 。


4.2 CTC 的检测方法
目前,CELLSEARCH系统 是较为常用的 CTC 检测平台,且 CELLSEARCH 已 被美国食品药品监督管理局批准可以用于远处转移 的乳腺癌、结肠癌的临床诊断及预后评估指标[32]。 CELLSEARCH 利用免疫纳米磁颗粒富集上皮来源 的细胞,纳米磁颗粒包含一个纳米铁磁核心,外面包 被了抗上皮细胞黏附因子 ( anti-epithelial cellular adhesion molecule, EpCAM ) 的 特 异 性 抗 体。 因EpCAM 是 CTC 的特异性抗原,通过抗原抗体反应, 纳米磁颗粒与血液中所有表达 EpCAM 的细胞结 合,因此可以捕获 CTC[33] 。 经过免疫捕获和富集后,利用 CK8、CK18、CK19、CD45标志细胞,利用 4,6- 二脒基-2-苯基 吲 哚 ( 4, 6-diamidino-2-phenylindole hydrochloride,DAPI)标记细胞核。其中 CK + 、CD - 、 DAPI + 、EpCAM + 的细胞则被视为 CTC[34] 。 在一项 多通道的研究中,Riethdorf 等[35] 报道在远处转移的乳腺癌患者中,CELLSEARCH 系统检测 CTC 的准确 度可达 82%,且相较于同类检测方法具有较高的敏 感性及特异性。


4.3CTC 的应用

CTC 检测也是目前膀胱癌标志 物的研究热点之一。 Gazzaniga 等[36] 证明膀胱癌的 短期复发与 CTC 阳性存在明显相关性,在44 例 NMIBC 患者中共检测出 CTC 阳性患者 8 例,这些患 者第 1 次肿瘤复发的平均时间明显短于其他患者 (6畅5 个月比 21畅7 个月,P <0畅001)。 而且这 8 例 CTC 阳性患者中有 7 例在 2 年内均进展为 MIBC,在 36 例 CTC 阴性患者中2 年内有 13 例患者出现复 发,但均为非肌层浸润性膀胱癌。 Flaig 等[37] 在 14 例临床远处转移的膀胱癌患者中检测出 CTC 阳 性患者 7 例,CTC阳性患者平均生存期为 156 d,而 CTC 阴性患者为 337 d。 通过上述两个试验可确定 CTC 对低级别膀胱癌复发预测和高级别膀胱癌生 存期预测均有较大的帮助。

随着更多的研究出现,CTC 检测不仅在膀胱癌 预测及预后评估外发挥重要作用外,还在膀胱癌的 诊治中扮演重要角色,如 CTC 可应用于早期肿瘤的 微转移诊断、根据CTC 的数目变化评价化疗效果及 耐药评估、对于 CTC 的靶向治疗等。


5       结 语
膀胱癌标志物不仅是膀胱癌的诊断工具,还是 膀胱癌复发、预后预测的工具。 最为重要的是通过 对膀胱癌分子生物学标志物的研究,能从不同的视 角更加深入地了解膀胱癌发生、发展的分子生物学机制。 结合多种膀胱癌标志物的检测,可以对膀胱 癌进行分子水平的分期、分级,对每例患者的病情做 到最为精准的评估,对精准的个性化治疗起到极大 的推动作用。

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