分子诊断技术在结直肠癌个体化诊治中应用的现状与发展

摘要：完善的分子诊断技术是实现个体化治疗的基础和前提。恶性肿瘤患者的个体化治疗与疗效，和预后的关系日益受到重视。在恶性肿瘤的风险评估、早期诊断、分子分型、肿瘤生物学行为预测、预后评估、药物筛选、疗效监测等研究和临床应用方面，分子诊断技术已体现出巨大的优势。通过分子诊断技术给不同患者选择最合适的抗肿瘤药物，已成为结直肠癌治疗中提高疗效，减少不良反应，和经济负担的必需路径。

结直肠癌是常见的消化道恶性肿瘤，占胃肠道肿瘤的第二位。好发部位为直肠及直肠与乙状结肠交界处，占60。其发病率随年龄而增长，从40岁开始上升，60～75岁达到峰值。男女之比为2：1。结直肠癌具有明显的地理分布性，家族遗传性因素。在北美、西欧发病率较高，美国结直肠癌占全部癌死亡原因的第二位。数据显示，结直肠癌在我国肿瘤发病排位中已跃居第三，并且随着城市化进程和人口老年化加剧，未来我国结直肠癌的发病率预计还将会继续上升，结直肠癌的防控形势十分严峻。近年来，随着肿瘤患者的个体化治疗与疗效和预后的关系受到临床肿瘤医师的普遍关注和重视，结直肠癌的个体化治疗也日益成为热点，而实现个体化治疗的前提条件就是特异性的分子诊断技术的应用。目前分子诊断技术已被广泛应用于恶性肿瘤的早期诊断、分子分型、生物学行为、预后的预测、药物筛选和疗效监测等各个方面，其在结直肠癌个体化诊治方面的研究相对较成熟，但仍需予以积极探索。

1. 分子诊断技术的定义和分类

分子诊断技术是直接以疾病相关的基因及其产物为监测对象，从分子水平上探讨疾病发生和发展的机制，提供肿瘤患者体内遗传物质结构、表达水平、相关表观遗传学信息、及参与抗肿瘤药物代谢相关基因的结构、表达状态等参数，从而为疾病的预防与诊断、疗效评估、预后判断等提供关键的信息和决策依据。 现代预测医学分子诊断的诞生可追溯到1978年。著名美籍华裔科学家Kan等[1]，首先应用液相DNA分子杂交成功地进行了镰形细胞贫血症的基因诊断，标志着临床检验诊断进入了分子基因诊断时代。随着分子基因诊断技术的不断改进和日臻成熟，其涉及领域和应用范围不断扩大。特别是80年代中期聚合酶链反应（PCR）技术的问世及90年代初人类基因组计划的启动，进一步推动了分子基因诊断技术的发展。随着基因检测技术和基因分析工具的飞速发展，分子诊断技术不断革新，尤其在遗传性和肿瘤性疾病的诊断方面获得了广泛应用。目前，较为成熟的分子检测技术包括基因芯片、荧光原位杂交、RNA印迹、蛋白芯片、蛋白印迹及流式细胞技术等[2]。开展个体化治疗，探寻高敏感度和特异度的分子标志物尤为重要，当今采用分子诊断技术进行基础和临床研究的标志物主要包括：1DNA水平的标志，基因突变、单核苷酸多态性、DNA拷贝数量的改变、染色体异常、异常甲基化；2RNA水平的标志，转录因子和micro-RNA的表达水平；3蛋白质水平的标志和标志物，生长因子、细胞表面受体、蛋白质的磷酸化状态以及肿瘤细胞释放到血清中的多肽物等[2]。监测肿瘤组织中的基因突变、mRNA表达水平和基因分型等参数，为临床个体化治疗提供了科学依据，提高了药物治疗的有效率，也降低了药物的毒副作用。目前，已有多种分子水平检测方案被纳入肿瘤个体化的临床诊疗指南。

2. 个体化治疗的概念及意义

个体化治疗是以每位患者的信息为基础来制定治疗方案，通常根据基因的组成或表达变化的差异来评估患者的治疗效果或毒副作用等，对每位患者进行最适宜的药物治疗[3]。《皇帝内经》中“同病异治，异病同治”的中医辨证论治则充分体现了个体化治疗的思想。其主要意义在于综合患者的个体情况选择合适的治疗方案，旨在提高治疗的针对性，保护患者免于依经验和（或）指南用药无效所致的再次选择有效药物时造成的治疗时间延迟，同时减少或避免化疗药物对机体造成的不良反应，并减轻患者的精神心理负担和经济负担，最大程度上延长患者的生存期。近年来，针对肿瘤患者的个体化治疗研究和探索已成为肿瘤学家们关注的焦点，而完善的分子诊断技术则是实现个体化治疗的基础和前提。

3. 分子诊断技术在结直肠癌诊治中的应用及研究进展

3.1用于预测发生结直肠癌的高危患者或早期诊断

分子诊断技术通过检测某些基因的改变可预测发生相关肿瘤的高危人群，尤其有肿瘤家族病史者；或及早发现隐匿性的早期肿瘤患者，及时采取有效的干预措施，可大大提高治愈率，降低死亡率。目前研究发现在结直肠癌患者家族中，约有1/4有癌肿的家族史，其中半数亦为消化道肿瘤。由于正常细胞的基因发生改变，患癌病人体内由遗传得到一种易感性，加上某种激发因素，使组织细胞生长迅速，就会发展成为癌，细胞遗传基因突变，变为具有肿瘤遗传特性的恶性细胞，表现为癌肿的家族性。2008年，有研究通过检测微卫星的不稳定性和MLH1（49）、MSH2 （38）、MSH6（9）和PMS2（2）四个错配修复蛋白的表达，对500例结肠癌患者进行Lynch综合征（遗传性部位特异性结直肠癌）的筛查结果表明，这两种方法筛查Lynch综合征的有效率分别为100和94[4]。2015年美国国家癌症综合网络（NCCN）肿瘤学临床实践指南推荐用该诊断技术筛查新诊断结直肠癌患者中的Lynch综合征，据统计每35例新诊断结直肠癌患者中可检出1例Lynch综合征。因此，应用特异性的分子诊断技术可及早发现相应肿瘤的高危人群或第二原发癌并及时给予有效的干预措施，这样可以大大降低癌症的发生率和死亡率。

3.2用于结直肠癌的分子分型

与传统依赖显微镜下肿瘤细胞形态特征进行的肿瘤分型相比，分子诊断技术肿瘤分型的主要区别在于可从分子水平对肿瘤进行更细微、更准确的分析，进而更精准地评估肿瘤的生物学行为和患者预后，最终指导临床个体化治疗。目前临床常用的根据肿瘤解剖情况进行分类的TNM分期无法很好的进行组织异质性的分类，从而无法对患者的预后及转归做出准确判断，这就使得结肠癌分子分型成为必要。美国犹他州盐湖城犹他大学癌症研究所胃肠病学系N. Jewel Samadder等人[5]在前人的研究基础上利用大样本验证了结直肠癌患者的临床病理特征与结直肠癌分子分型之间的相关性，发现目前提出的分子分型可以发挥判断结直肠癌TNM分期及生存期的作用，但也指出为了验证上述结论仍需要进行更多的临床数据验证。

3.3用于结直肠的肿瘤标志物

目前在结直肠癌诊治中应用最成熟的分子诊断技术是血清CEA及CA199的检测。CEA是大肠癌组织产生的一种糖蛋白，作为抗原可引起患者的免疫反应，可广泛存在于内胚叶起源的消化系统癌，它不是恶性肿瘤的特异性标志，在诊断上只有辅助价值。此外，血清CEA水平与结直肠癌的分期有明确关系，越晚期的病变，CEA浓度越高。CA199是一种粘蛋白型的糖类蛋白肿瘤标志物，为细胞膜上的糖脂质，因由鼠单克隆抗体116NS19-9识别而命名，是迄今报道的对胰腺癌敏感性最高的标志物，也是存在于血液循环的胃肠道肿瘤相关抗原。CEA联合CA199反映出肿瘤存在的可能性，对大肠癌的疗效判断、病情发展、监测和预后估计是较好的肿瘤标志物，但其特异性不强，灵敏度不高，对肿瘤早期诊断作用不明显。随着分子诊断技术的研究探索，一种唾液酸化的鞘糖脂类抗原CA242，对结直肠癌的敏感性也达60-72，是应用于临床较新的一种肿瘤标志物。

3.4用于指导结直肠癌的治疗

化学药物仍然是治疗结直肠癌的重要方式之一。肿瘤化学治疗的目标是通过个体化的治疗方案提高疗效、减少毒性反应。由于个体基因组的差异及肿瘤的异质性，具有相同临床病理特征的不同个体对同一化疗药物或化疗方案的反应性可能不同。对复发患者，经验用药的有效性仅10～30。 肿瘤化疗药敏试验（ chemosensitivity assays）是指在肿瘤细胞离体后通过实验室技术，检测肿瘤细胞被特定化疗药物杀死或抑制的情况，同时也可以对化学药物的不良反应有个初步评估。Tabernero博士[6]和他的同事对188例的I-IV阶段的结直肠癌患者基因表达数据进行统计，以确定结直肠癌发展的分子分型的分类系统。他们发现大肠癌有三种主要的内在亚型（A，B，C）。随后纳入543例II期或III期的肿瘤样本来验证分类体系。其中，21.5％为A亚型，62.0％为B亚型，16.5％C亚型。C亚型肿瘤患者往往预后最差，是一类间质基因表达的表型，接受氟尿嘧啶（5-FU）的辅助化疗不能带来任何好处。亚型A或B的肿瘤患者有更好的临床预后，有更高的增殖和上皮细胞表型，并能够从5-FU的辅助化疗中获益。这些的亚型潜在与临床相关，它们之间的区别就在于它们的生物学和临床结果，因此，需要不同的治疗策略。西妥昔单抗是一种人鼠嵌合型免疫球蛋白抗体，能够结合并抑制EGFR。另一种相似的药物帕尼单抗是一种能够抑制EGFR的全人源化的单克隆抗体。主要用于转移性结直肠癌患者的治疗，但很多研究均显示抗EGFR制剂仅对KRAS基因野生型的结直肠癌患者有效，而对携带KRAS基因突变型的患者无效。2009年NCCN和美国临床肿瘤协会已推荐：所有晚期转移性结直肠癌患者治疗前均应检测KRAS基因状态，将野生型KRAS基因作为选择抗EGFR靶向药物治疗的分子标志物[7]。对于VEGF、EGFR、mTOR和HER2通路抑制剂的有效可耐受剂量，由于毒性叠加或是未知毒性，目前也是较难明确的。只有通过生物预测标志物或者对肿瘤原发性及继发性治疗抵抗机制的明确，我们才能选择出最可能从靶向治疗中获益的患者。所以有效的分子靶标的检测是实现肿瘤患者个体化治疗的必要条件，这样既提高了疗效，又减少了盲目用药给某些药物无效的患者带来的不良反应和经济分担。

3.5用于预测结直肠癌患者的预后

分子诊断技术检测与肿瘤预后相关的标志物可预测肿瘤患者的预后。Siemens等[8]在一项病例对照研究中将94例原发性结直肠癌患者分成实验组（n=47；发生肝转移者，M1）和对照组（n=47；无远处转移者，M0），并检测入组患者肿瘤组织中miR-34a和miR-34b/c启动因子CpG岛的甲基化水平、miR-34a和miR-34a作用靶标（c-MET、Snail和β-catenin）的表达水平。结果显示，miR-34a甲基化（P=0.014）、c-MET（P=0.031）和β-catenin的高表达（P=0.058）均与结直肠癌发生远处转移呈正相关，且在远处转移的肿瘤组织中这3个标志物的出现频率异常高。这提示，同时检测miR-34a甲基化水平、c-MET和β-catenin的表达水平可作为预测结直肠癌患者发生远处转移的指标。

4. 小结

随着分子诊断技术的发展，有关结直肠癌的诊断及治疗取得了长足的进步，其在指导结直肠癌的个体化治疗方面体现出巨大的优势。特别是分子靶向治疗发展迅速，但是在结直肠癌治疗的耐药机制方面还有很多需要研究。对于结直肠癌的诊治，衷心期待多学科的完美结合。

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