肺癌早筛早诊的精准化探索*

梁文华 黎才琛 何建行③

作者单位：①国家呼吸医学中心，广州医科大学附属第一医院，广州呼吸健康研究院，国家呼吸系统疾病国家临床研究中心，呼吸疾病国家重点实验室（广州市510030）；②肇庆市第一人民医院肿瘤科；③南方医科大学南方医院胸外科

在全世界范围内，肺癌的发病率和死亡率均位居恶性肿瘤首位，年新发病例约78.2 万，年死亡病例约62.6 万[1]。尤其是晚期肺癌患者的远期预后较差，总体5年生存率低于10%[2]。近年来，已有大型随机对照试验证实，运用低剂量CT 对肺癌高危人群进行早期筛查能大幅度降低肺癌的死亡风险，改善肺癌的预后[3-4]；但CT 筛查的高假阳性率为后续诊疗带来一定的困难[5]。近年来，液体活检技术广泛应用于晚期癌症的基因分型及疗效监测，随着痕量基因检测技术的进步，使得液体活检运用于早期癌症筛查及诊断成为可能。本研究归纳近年来本课题组在肺癌早筛早诊精准化领域的相关工作，探讨肺癌早筛早诊的可行策略，为肺癌早筛早诊的临床实践及科研方向提供新思路。

1 低剂量CT 筛查可提高肺癌早诊率

目前，中国大部分患者因持续咳嗽、胸痛等临床症状至医院就诊时，所发现的肺部肿瘤多数已属中晚期，其5年生存率不足20%[6]。而早期肺癌通过手术治疗，其5年生存率能够提高20%～30%，ⅠA 期患者生存率超过90%。既往未能在肺癌早期阶段及时诊断的主要原因是体检/筛查工具的固有缺陷：常用的胸部平片（X-ray）无法发现体积小、密度低的早期肺癌病灶。美国国家肺癌筛查（NLST）为证明CT 筛查的有效性，开展了共纳入了53 454 例受试者的随机对照研究，试验组行低剂量CT（low-dose computed tomography，LDCT），对照组行胸片检查，通过多年随访发现LDCT 组可以发现更多的肺癌，而肺癌相关死亡率较对照组下降20%，提示CT 筛查能够通过提高早期肺癌的检出而降低总体肺癌死亡率[4]。随后揭晓的NELSON 研究在欧洲人群中再次重复了NLST 试验的结果[3]。因此，CT 已经成为目前肺癌筛查公认的标准工具。

本课题组通过美国SEER 及全球疾病负担（GBD）数据库分析美国近年肺癌发病率和死亡率情况，发现自2002年CT 筛查这一概念广泛引入临床（NLST 试验启动）开始，美国所有肺癌中Ⅰ期肺癌的比例显著上升；从2011年LDCT 用于早期肺癌筛查获批后，Ⅰ～Ⅲ期肺癌死亡率在不断下降，平均每年的下降幅度超过10%[7]。这个研究从群体层面上反映了CT 筛查对于提高整体肺癌生存的积极意义。

提示通过LDCT 识别有重要临床意义的肺癌，同时鉴别假阳性结果、防止过度诊断是肺癌筛查过程中的重要挑战。NLST 将LDCT 中发现的4 mm 及以上的结节定义为阳性结节，由于CT 的敏感性高，使得该临床试验的假阳性率高达23.3%[4]；NLST 过度诊断率在原始分析（最后一次筛查后的4.5年中位随访时间）中高达18%[8]。此外，LDCT 引起的辐射损害也引人担忧，但有研究指出其辐射量对人体而言微不足道（＜100 mSv），LDCT 的辐射对人体损害的确切证据有待进一步研究[9]。

2 肺癌高危人群标准亟需修缮

筛查的意义明确，但需要进行筛查的高危人群仍未完全清晰。本中心自2017年起承接广州市越秀区“爱肺计划”万人肺癌筛查项目，前期回顾发现，约80%的肺癌患者并不符合美国国家综合癌症网络（NCCN）指南对高危人群的定义，约45%的肺癌患者不符合国内专家共识的定义，提示现行的筛查高危人群标准并不完全符合现实需求，可能会造成大量漏检。

其中肺癌起始筛查年龄是首要影响，目前NCCN指南指出，肺癌高危人群建议自50 岁或55 岁开始筛查[10]；中国的专家共识认为年龄≥40 岁合并任意肺癌高危因素如吸烟史等需要接受肺癌筛查[11]。本研究团队通过分析已发表的随机对照试验和队列研究，从全世界26 项肺癌筛查研究中提取11 万例的肺癌筛查患者信息，将起始年龄的筛查数据分为40、45、50 和55 岁组，发现Ⅰ期肺癌/肺癌总数的比例随年龄的上升而下降，提示更早进行筛查能够发现更多处于可治愈阶段的肺癌[12]。基于上述研究结果，广州市“爱肺计划”的起始年龄也从50 岁调整为40 岁。其后，本课题组进一步通过广州医科大学附属第一医院数据库中18 岁以上CT 检查结果，分析综合肺癌发病数以及I 期肺癌占比，提出肺癌最佳的起始筛查年龄为35岁[13]。同时，提示35 岁以下的人群不建议进行肺癌筛查，以免出现过度诊疗并增加患者的心理负担。

除年龄外，目前已经明确多项公认的肺癌相关高危因素，如吸烟、氡暴露、二氧化硅等职业暴露、个人癌症史、一级亲属肺癌家族史、既往肺部疾病史（慢性阻塞性肺疾病、肺结核、肺纤维化）等[10]。但影响肺癌发生的因素众多，仍有待挖掘，为了降低漏检率，本课题组一直致力于危险因素谱的完善。比如既往未有文献报道除肺癌以外，其他癌种如肝癌、肠癌等家族史人群的肺癌风险，本课题组通过回顾性研究分析发现，其他癌症类型的家族史并不明显提高肺癌的发生风险，提示暂不推荐有除肺癌外的其他癌症家族史的人群进行积极的肺癌筛查[14]。

本课题组还建立了队列研究结合孟德尔随机化设计的整合分析方法，以寻找和肺癌发病存在因果关系的高危因素。由于遗传变异在出生前随机分配，在受孕时固定，孟德尔随机设计消除了传统观察性研究只能提示相关性而无法证明因果关系的局限。通过队列研究及荟萃分析，寻找和肺癌发生相关的因素，并通过孟德尔随机化确定因果关系，研究明确了阿司匹林[15]、白癜风[16]等可以降低肺癌风险，而系统性红斑狼疮[17]升高肺癌风险等一系列结果。

3 高危结节的鉴别诊断和处理

由于CT 检查的敏感性高，随着CT 筛查的普及，发现肺结节的人数也在不断地上升，而其中仅有小部分为肺癌。因此提出一个重要的现实难题：哪一部分结节需要接受积极的临床干预？既往研究报道，影像和临床判断高度怀疑恶性的结节中，术后仍存在高达30%～40%的良性病灶[18-19]，从结果角度来看，手术属于“过度”治疗，提示基于影像学对肺部病灶良恶性的综合判断依然与病灶的实际情况存在较大的偏差，术前病灶判断的准确性仍有待提高。以血清学的肿瘤标志物作为辅助诊断是常见的临床手段，如癌胚抗原（carcinoembryonic antigen，CEA）、细胞角蛋白19 片段21-1（cytokeratin 19 fragment,CYFRA 21-1）、鳞状上皮细胞癌抗原（squamous cell carcinoma antigen，SCC）等，但传统肿瘤标志物诊断肺癌的灵敏度和准确性十分有限，尤其小结节型的早期肺癌检出率更低。

随着二代测序的普及，在循环血液中发现了越来越多的生物标志物，如循环肿瘤DNA（circulating tumor DNA，ctDNA）、miRNA、肿瘤特异性抗体等。ctDNA 长度约180 bp，源于肿瘤细胞凋亡或肿瘤细胞坏死，占总循环游离DNA（circulating free DNA，cfDNA）的0.01%～90.00%，适用于多种基因变异检测，如点突变、甲基化、基因扩增，可以直接反映病灶情况。本课题组前期通过小样本研究探索了ctDNA高深度测序检出肺癌特异突变的辅助诊断路径，模型特异性高（100%），但由于无法检出泛野生型肺癌以及ctDNA 浓度低的局限性，总体敏感性偏低（33.3%）[20]。为了提高检出率，本课题组研发了基于高通量ctDNA 甲基化的无创检测工具，通过血浆ctDNA甲基化技术发现其用于早期肺癌检测与良性肺结节的鉴别的敏感性可达79.5%（63.5%～90.7%），特异性可达85.2%（66.3%～95.8%），诊断性能优于PET-CT、超声引导下纤支镜活检以及肺癌自身抗体谱七项[21-22]。其通过提高模型的敏感性，提高阴性预测值，有效排除良性结节，降低过度诊疗的比例。在上述研究基础上，本课题组进一步运用深度学习（deep learning）开发了PulmoSeek 分类模型，该模型可通过血液的cfDNA 甲基化标志物实现肺结节良恶性分类，准确性达80%（95% CI：0.66～0.87）[23]。PulmoSeek模型优于PET-CT 及两种临床常用的肺结节评估模型（Mayo Clinic 模型和Veterans Affairs 模型）[24]。同时，本课题组首次发现ctDNA 甲基化检测可以和CT影像的人工智能（artificial intelligence,AI）技术互补，通过结合AI 分析将甲基化检测模型升级，准确率可提升至91%（95% CI：0.87～0.95）。

尽管PulmoSeek 模型由中国多家医院联合验证开发，模型的准确性和普适性仍需要扩大研究队列以及开展前瞻性的临床研究进一步验证；而且该研究是针对具有术后病理结果的高危结节进行开发，未覆盖占比更高的低危结节，因此仍有待增加结节类型进行研发。目前在全国23 家中心入组达到10 560 例“钟声计划”将有助于解决上述问题[25]。另一方面值得注意的是，DNA 甲基化检测技术仅是众多肿瘤标志物液体活检技术之一，仍有其局限性，在将来可通过联合其他生物标志物，如ctDNA 基因突变、miRNA、抗原抗体等小分子，进一步提高检出率和检测准确性。此外，甲基化检测技术以及判读标准也有待提高，从而避免降解过程中可能会造成的关键信息的丢失[26]而降低检测的准确性。

此外，本课题组也发现运用血浆ctDNA 甲基化技术，可用于预判非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）早期隐匿性淋巴结转移情况，使用血浆和组织样本重叠的特异性甲基化标志物，预测模型的AUC 分别为88.6%（95% CI：87.8%～89.4%），对于指导术中淋巴结清扫、临床分期、术后放疗等诊疗策略具有重要意义[27]。本课题组亟需将上述血检技术，从辅助诊断扩展至替代CT 成为新的筛查工具，以解决CT 筛查假阳性率高的问题。

4 恶性肺结节新治疗手段的探索

对于怀疑恶性病变的肺结节，尤其表现为磨玻璃密度的超早期肺癌（浸润前病变为主），目前标准的处理手段是通过手术完全切除。但对于多发肺结节无法同期完全切除，或患者主观不愿行手术等情况，往往需要手术治疗以外的治疗手段。本课题组建立了药物治疗早期磨玻璃肺癌的新模式，在国际上首次报道EGFR 突变靶向药物治疗有效[28]，研究发现其有效率为33.3%，且多原发肺癌患者不同病灶间的基因突变异质性是有效率偏低的主要原因，提示EGFR 野生型病灶对靶向药物无效。因此，本课题组进一步通过影像组学AI 的方法，分析结节病灶特征，实现“免活检”的基因突变分型，富集突变人群，提高靶向药物的有效使用。本课题组前期研究也证实数字PCR（droplet digital PCR，ddPCR）方法能够检出早期肺癌的突变状态[29]。对于EGFR 突变野生型的肺癌，可能对免疫治疗更加敏感，但磨玻璃早期病灶，又可能由于免疫原性较低而难以起效。为了解决争议，本课题组开展了国际首项程序性死亡受体1（programmed cell death receptor-1，PD-1）免疫药物治疗早期磨玻璃样多原发肺癌的Ⅱ期临床试验进行探索[30]，目前已经完成入组，初步结果积极。

目前，抗肿瘤药物在治疗前均需要病理活检确诊为恶性肿瘤，对于极早期的小病灶，行活检的技术难度高，且有部分患者主观上不愿行有创操作，明确这部分患者的诊断较为困难。基于上述研究，本课题组正致力探索一种解决模式：通过影像学特征分析结合液体活检技术，在没有组织病理活检的情况下对小病灶进行诊断和基因分型，并指导药物治疗，实现早期肺癌“免手术”的愿景。

5 结语

肺癌的早期筛查和早期诊断对于降低群体的肺癌相关死亡率至关重要。尽管运用LDCT 进行肺癌筛查已被证实可降低肺癌死亡率，但肺癌的精细化诊治仍有许多问题亟需解决。明确肺癌筛查高危人群的定义、LDCT 发现病灶的鉴别诊断、新技术如液体活检和AI 等的合理运用，将有利于进一步提高早筛早诊的临床获益。此外，上述工具也可用于指导术后患者进一步的精细化治疗，如术后是否需要放化疗等。本研究对新的肺癌早筛早诊的解决路径和思路进行梳理，以期为临床实践及科研方向提供参考。