结直肠癌肿瘤标志物的临床应用研究进展

江经斌综述 刘琦审校

2018年世界癌症统计指出[1]，36种常见癌症中，结直肠癌新发病例超过180万，约占总癌症新发病例的10.2%，排名第3；死亡病例数约为88万，约占总癌症死亡病例的9.2%，排名第2。全球185个国家或地区中，中国的恶性肿瘤发病率、死亡率位居中等偏上水平。2015年我国癌症调查数据显示[2]，结直肠癌新发病例约38.8万，死亡病例数约18.7万,均排名前5。最近10年，我国结直肠癌发病率及病死率均呈上升趋势[3]，已成为危害人民健康的突出问题。

结直肠癌病死率高的原因是早期临床症状不明显，发现时常是中晚期，据报道，早期诊断的结直肠癌患者5年生存率约为90%，而晚期诊断的患者5年生存率下降至5%～10%[4]。因高效筛查手段的应用，美国结直肠癌发病率及病死率均呈下降趋势，且5年生存率明显上升[5]，可见结直肠癌早期筛查及诊断对结直肠癌防治工作的重要性。目前广泛应用的筛查方法包括粪便检测、影像学检查、内镜检查及肿瘤标志物检测等， 其中粪便检测特异性不高，影像学检查费用昂贵，内镜检查依从性差，而肿瘤标志物的有效性、经济性及安全性可以提高筛查的整体接受度，是结直肠癌筛查的重要手段[6]。

肿瘤标志物是正常组织不存在或仅少量存在，或仅见于胚胎组织，因肿瘤相关基因表达上调或机体对肿瘤组织反应产生的，在肿瘤组织中大量存在的代谢产物。肿瘤标志物存在于细胞、组织、体液及排泄物中，可被定量或定性检测，提示肿瘤细胞的增殖分化。除了结直肠癌的早期筛查及辅助诊断，肿瘤标志物在判断预后、选择治疗方案、预测疗效及监测复发等方面均有应用价值[7]。本文对传统肿瘤标志物临床应用的最新进展及新肿瘤标志物的最新研究进行综述。

1 现有肿瘤标志物及其临床应用

目前，临床与结直肠癌相关的常用肿瘤标志物包括癌胚抗原(carcinoembryonic antigen，CEA)、糖类抗原19-9(carbohydrate antigen 19-9，CA19-9)、糖类抗原242(CA242)、糖类抗原72-4(CA72-4)、糖类抗原50(CA50)等。CEA是结直肠癌最重要的肿瘤标志物，在结直肠癌的诊断和监测等方面的应用及研究已经比较成熟。CA19-9是消化道恶性肿瘤的重要标志物，主要用于评估预后及监测复发。我国最新结直肠癌诊疗指南将CEA及CA19-9列为推荐的辅助诊断指标[8]。对于部分CEA不升高的结直肠癌患者，CA72-4、CA50、CA242等肿瘤标志物也有一定的应用价值[7]。

肿瘤标志物单独检测时，对肿瘤的敏感度或特异度不够高，应用存在局限性，同时测定多个肿瘤标志物可以提高诊断准确率[9]。喻茂文[10]对192例经术后病理确诊的结直肠癌患者进行的一项病例对照研究显示，术前血清CA125、CA19-9、CEA及CYFRA-21-1单项检测诊断结直肠癌的敏感度分别为70.65%、68.48%、69.56%及72.83%，特异度分别为68.47%、67.39%、63.04%及70.65%,诊断准确率93.47%、90.22%、84.78%及91.30%，联合检测CA125、CA19-9、CEA、CYFRA21-1的敏感度为91.30%，特异度为93.47%，诊断准确率96.96%，表明虽然单一肿瘤标志物有一定的诊断准确率，但联合检测可将诊断准确率进一步提高，还可以弥补单项指标敏感度或特异度不高的缺陷,明显降低漏诊率及误诊率,对于结直肠癌的诊断具有重要的临床价值及应用前景。

目前结直肠癌肿瘤标志物联合检测的研究已成为国内外的一大研究热点，但具体组合形式及其应用范围尚无定论。曾龙飞[11]对231例结肠癌患者的血清CEA、CA19-9、CA72-4、CA125、CA242和TuM2-PK水平研究发现，联合检测的敏感度、特异度和诊断准确率高于单项检测；通过建立Logistic回归-ROC曲线模型发现，联合检测2项标志物,CA19-9及TuM2-PK组合的诊断效能最高；联合检测3项血清肿瘤标志物,CEA、CA19-9及TuM2-PK组合的诊断效能最高；联合检测4项标志物，CEA、CA72-4、TuM2-PK及CA19-9组合的诊断效能最高，但与CEA、CA19-9及TuM2-PK组合的诊断效能相当。Yang等[12]研究发现，对于结直肠癌患者，CEA、CA19-9、COX-2联合检测可弥补单项检测的不足，提高诊断的准确率；联合检测可提高Ⅰ、Ⅱ期结直肠癌诊断的敏感度和特异度，会降低Ⅲ、Ⅳ期结直肠癌诊断的敏感度和特异度，提示CEA、CA19-9和COX-2联合检测更适用于结直肠癌早期诊断。马运宾[13]对158例结肠癌伴肝转移患者的CEA、CA19-9、CA50、AFP、TPS进行检测发现，CEA、CA19-9、CA50升高与结直肠癌发生肝转移显著相关，是结直肠癌肝转移的独立预测因素,联合检测对预测结直肠癌肝转移的敏感度及特异度均优于单项检测。这些研究证实，相比单项检测，肿瘤标志物的联合检测在结直肠癌的筛查、诊断、判断预后等方面更具指导意义及应用价值，且不同组合形式可能有不同的应用价值。

2 新标志物的探索和应用

2.1 蛋白类肿瘤标志物

2.1.1 环氧化酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)：环氧化酶(COX)是合成前列腺素(prostaglandin, PG)的关键酶，有2种同工酶，其中COX-2在正常组织中几乎不表达，但通过炎性因子、生长因子及癌基因等的诱导在结直肠癌组织中大量表达，COX-2表达的上调可抑制肿瘤细胞凋亡、促进血管形成及抑制机体免疫等，在结直肠癌的发生中起着重要的作用[14]。最新研究指出，COX-2的表达与结直肠癌的分化程度、临床分期及预后无相关性，COX-2作为结直肠癌肿瘤标志物的诊断价值已被证实[15-16]。研究显示[12]，血清COX-2水平诊断结直肠癌的敏感度、特异度均优于CEA，诊断准确率与CA19-9相当，血清COX-2水平可明显提高联合检测的敏感度及诊断准确率。

2.1.2 内皮细胞特异性分子1 (endothelial cell specific molecule-1, ESM-1)： ESM-1是内皮细胞分泌的一种限制性皮肤硫酸蛋白多糖,通过促进肿瘤细胞生长、增殖、迁移和促进肿瘤血管形成,在结直肠癌发生、发展中起重要作用[17]。Jiang等[18]发现结直肠癌患者血清ESM-1水平明显高于健康志愿者，ESM-1与结直肠癌的组织分化低、肿瘤浸润达肌层、伴淋巴结转移和高TNM分期显著相关,且高ESM-1患者的总生存率更低，提示ESM-1可作为判断结直肠癌预后的肿瘤生物标志物。最新研究显示，ESM-1对结直肠癌的诊断效率高于CEA及CA19-9，且ESM-1与结直肠癌晚期(TNM分期Ⅲ、Ⅳ期)风险相关，对结直肠癌的诊断和分期有重要的应用价值[19]。

2.1.3 肿瘤型M2 丙酮酸激酶(tumor type M2 pyruvate kinase, TuM2-PK)：丙酮酸激酶(pyruvate kinase，PK)是糖酵解途径中的关键酶之一,其M2型的二聚体形式主要存在于肿瘤组织，被称为肿瘤型M2丙酮酸激酶(TuM2-PK)，TuM2-PK的表达使肿瘤细胞在氧气充足时仍以糖酵解为主要代谢途径，而持续有氧糖酵解促进了肿瘤细胞的生长和转移[20]。杨刚等[21]研究发现，血浆TuM2-PK在截断值为25.9 U/ml时，诊断结直肠癌的敏感度及诊断效能高于CEA、CA19-9及CA72-4，特异度仅次于CA19-9，且TuM2-PK可提高联合检测的敏感度及特异度，对结直肠癌的诊断有重要意义。已有研究证实[22]，包含TuM2-PK在内的多种糖酵解相关蛋白与癌症预后不良显著相关，提示TuM2-PK可辅助判断预后。此外，TuM2-PK可在粪便中被检测到,粪便TuM2-PK阳性对结直肠癌及结直肠癌前病变均有较高的敏感度及诊断准确率[23]。联合检测粪便TuM2-PK可明显提高粪便潜血诊断结直肠癌的敏感度、特异度及准确率[24]。一项对结肠黏液中24种肿瘤标志物的定量分析指出[25]，TuM2-PK是对结直肠癌敏感度、特异度及诊断效能最高的4种肿瘤标志物之一。这些研究表明TuM2-PK在结直肠癌早期筛查的重要价值及广阔前景。

2.1.4 基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)：MMPs是一类锌依赖的内源性肽酶，可介导细胞外基质(extracellular matrix, ECM)及血管壁的蛋白降解和重构，在肿瘤细胞增殖、血管生成、侵袭和迁移及免疫逃逸等过程中发挥重要作用[26]。多项研究证实，MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13、MMP-14等多种MMPs在结直肠癌组织中高表达,与结直肠癌的低分化、浸润深度超过肌层、伴淋巴结转移及TNM分期晚相关[27-31]。部分血清MMPs水平的相关研究也得到了类似的结果[32-33]，提示血清MMPs水平可用于了解结直肠癌的浸润情况、淋巴结转移情况、临床分期及评估预后。此外，粪便MMP-9检测对结直肠癌的筛查表现出了较好的敏感度、特异度及诊断准确率[23,34]，是结直肠癌无创筛查的一个极具潜力的肿瘤标志物。

2.1.5 基质金属蛋白酶抑制物-1(tissue inhibitor of metalloproteinase-1， TIMP-1)：TIMPs是MMPs的内源性抑制剂，其中TIMP-1除了抑制MMPs的功能外，还有刺激生长、抑制凋亡及参与恶性细胞转化等生物活性[35]。研究发现，TIMP-1在结直肠癌组织及与结直肠癌侵袭性相关的肌成纤维细胞中的表达明显高于正常结直肠组织，提示TIMP-1表达的上调与结直肠癌的侵袭及转移有关。一项Meta分析指出[36]，血清TIMP-1水平对诊断结直肠癌有较好的敏感度、特异度及诊断准确率，可作为诊断结直肠癌的肿瘤标志物。研究指出[33,37]，血清TIMP-1水平升高与结直肠癌肝转移、肺转移相关，与预后不良相关。此外，最新研究表明，类似TuM2-PK，粪便TIMP-1水平对结直肠癌的筛查具有重要价值[25]。

2.2 基因类肿瘤标志物 结直肠癌的增殖、分化、浸润及转移是环境与遗传等多因素共同作用形成的多阶段、多基因改变的复杂过程，包括癌基因的激活、突变和抑癌基因的失活及信号转导通路的异常[38]。随着分子生物学的进步，结直肠癌的诊断和治疗已经进入分子分型水平，临床主要检测RAS、BRAF、微卫星不稳定性(microsatellite instability, MSI)、P53、APC、c-myc等。目前对结直肠癌患者进行基因检测主要用途是进行分型、指导靶向药物选择和判断预后。随着研究的进一步深入，突变基因作为肿瘤标志物在结直肠癌筛查、早期诊断、辅助分期等方面具有极大的研究前景。

2.2.1 KRAS、NRAS、BRAF V600基因：在结直肠癌的发生、发展中, 表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)信号通路及丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信号通路起着重要的作用，而KRAS、NARS和BRAF基因是EGFR/MAPK信号通路上的关键基因，与结直肠癌的发生、发展、治疗及预后等各个环节密不可分[39]。国内外指南均推荐结直肠癌患者进行 KRAS/NRAS/BRAF 基因突变检测[8,40]。目前临床上RAS和BRAF的检测除了指导靶向药物(抗EGFR单抗)的选择，还可用于预后的判断。王子元等[41]对110 例结直肠癌患者的组织学样本研究发现，KRAS基因突变率为45.4%，NRAS基因突变率为6.3%，BRAF V600基因突变率为2.7%；结合病理资料显示，KRAS基因突变率与患者的淋巴结转移显著相关；BRAF 基因突变率与右半结肠癌显著相关。Taieb等[42]对3 934例Ⅲ期结直肠癌患者的研究发现，KRAS或BRAF突变的患者，术后复发时间、复发后生存时间和总生存时间更短，KRAS、BRAF 突变为结直肠癌术后复发、复发后生存和总生存时间变差的独立预测指标。随着研究的深入，KRAS、NRAS、BRAF V600作为分子标志物在结直肠癌的早期筛查，协助诊断及分期，判断疗效和评估预后等方面具有巨大的潜力。

2.2.2 磷脂酰肌醇-3-激酶催化亚单位α(phosphatidylinositol 3- kinase catalytic subunit alpha，PIK3CA)基因：PIK3CA基因编码的磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3Ks)是EGFR下游PI3K/Akt通路的关键激酶，PIK3CA基因突变在结直肠癌的发生和发展中起着关键作用[43]。研究显示， 15%～20%的结直肠癌(CRCs)存在PIK3CA外显子9或20的激活突变，使PIK3CA成为结直肠癌中最常见的突变基因之一[44]。研究表明，PIK3CA基因突变与结直肠癌组织学分级低、临床分期晚、预后差有关，且PIK3CA基因突变促进了对结直肠癌一线化疗方案(如FOLFOX和FOLFORI)的耐药[45-46]。但最新一项Meta分析显示[47]，PIK3CA基因突变与结直肠癌分化情况、临床分期及远处转移等影响预后的因素无关。PIK3CA基因突变对结直肠癌的临床分期及预后的预测作用仍有争议，但其作为结直肠癌治疗靶点及预测耐药的肿瘤标志物，对结直肠癌患者的治疗有着重要的影响。

此外，MSI、P53、APC、c-myc、Runx3、miRNA等对结直肠癌的早期筛查，协助诊断及分期，选择治疗方案，判断疗效和评估预后等方面的价值正在被广泛研究。随着分子生物学的进步及研究的深入，基因突变检测作为结直肠癌的肿瘤标志物有着广阔的发展前景和应用价值。

3 总结

肿瘤标志物在结直肠癌的人群筛查、早期诊断、辅助分期及制定治疗方案、判断预后及疗效、监测复发及转移等方面具有重要的临床应用价值。随着分子生物学的研究进展，更多肿瘤标志物被发现，但受限于实验水平、检测费用等，新肿瘤标志物的临床应用尚未成熟，其应用价值有待进一步研究证实。此外，突变基因的检测除了作为结直肠癌患者化疗方案的选择提供重要依据，也正成为结直肠癌早期筛查的重要手段。目前临床上常用的肿瘤标志物以血清标志物为主，其单独检测的敏感度和特异度不高，临床应用存在局限性，肿瘤标志物联合检测已成为结直肠癌的早期筛查、诊断、分期、治疗、预后及监测等临床工作环节的重要方法。随着新标志物的成熟和推广，早发现、早诊断及早治疗将大大降低结直肠癌的病死率。