综述｜ 生物标志物用于良恶性肺结节鉴别诊断的研究进展

生物标志物用于良恶性肺结节

鉴别诊断的研究进展

文章来源：结核与肺部疾病杂志, 2021, 2(3): 273-276 

doi：10.3969/j.issn.2096-8493.20210035

作者：崔凯, 张晓菊

基金项目：450003 郑州大学人民医院/河南省人民医院呼吸与危重症医学科

通信作者：张晓菊,

Email: 15837101166@163.com

摘要：生物标志物检测是一种操作简单且便于监测随访的检测方法,广泛应用于肺结节的定性诊断及其恶性演进过程的研究中。不同生物标志物对于恶性肺结节的诊断特异度和敏感度不同,多种生物标志物的联合检测或低剂量螺旋CT的联合评估可显著提高恶性肺结节的诊断效能。作者回顾性总结了生物标志物在肺结节良恶性鉴别诊断中的临床价值及研究进展,为肺结节患者的临床诊治和分层管理提供合理建议。

关键词：肺肿瘤; 生物学标记; 诊断; 鉴别

Abstract：Biomarker detection is a simple and convenient method for monitoring and follow-up, which is widely used in the qualitative diagnosis of pulmonary nodules and the study of malignant evolution. Different biomarkers have different specificity and sensitivity in the diagnosis of malignant pulmonary nodules. The combined detection of multiple biomarkers or the evaluation combined with low-dose spiral CT can significantly improve the diagnostic efficiency of malignant pulmonary nodules. The clinical value and research progress of biomarkers in the differential diagnosis of benign and malignant pulmonary nodules were reviewed to provide reasonable suggestions for clinical diagnosis and treatment, and hierarchical management of patients with pulmonary nodules.

Keywords：Lung neoplasms; Biomarkers; 

Diagnosis; differential

随着低剂量螺旋CT的广泛应用,肺结节的检出率显著增加。然而,低剂量螺旋CT筛查肺结节的假阳性率较高,给患者带来了巨大的心理压力,增加了大量不必要的侵入性诊疗操作。因此,提高恶性肺结节的诊断效能成为目前亟待解决的问题之一。

生物标志物检测可为良恶性肺结节的鉴别诊断提供重要的参考依据,一些生物标志物水平的改变可能远早于临床症状的出现或肺部的异常影像学表现。但是,单独使用某种生物标志物作为肺结节定性诊断的指标,其特异度和敏感度难以兼顾。多种生物标志物的联合检测可提高恶性肺结节的诊断效能,降低侵入性操作的发生率及诊疗成本,为肺结节患者的危险分层管理提供新策略。笔者主要基于血液生物标志物、液体活检相关生物标志物和支气管镜检查的气道生物标志物进行回顾性分析,为肺结节定性诊断和分层管理提供理论依据。

01

血液生物标志物

血液生物标志物具有低风险和标本易获得的特点,可为肺结节的定性诊断提供重要的参考依据,近年来被广泛应用于临床工作中。在肺结节患者随访管理过程中,若出现相关生物标志物的异常,提示患者应及时完善影像学等相关检查,为早期肺部恶性肿瘤的发现和治疗争取最佳时间。

1.癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA):CEA是一种与细胞黏附密切相关的糖蛋白,存在于由内胚层细胞分化而来的肿瘤细胞表面,可作为诊断多种恶性肿瘤的生物标志物。近年来,CEA也被广泛应用于肺结节的定性诊断中。奚小祥等报道,单独检测CEA水平对于恶性肺结节的评估具有较高的特异度,但因诊断敏感度较低,不足以单独作为肺结节定性诊断的依据,联合检测其他相关生物标志物可提高其诊断效能。

2.细胞角蛋白19片段抗原 21-1(cytokeratin 19 fragment 21-1,CYFRA21-1):CYFRA21-1存在于鳞状上皮组织中,在组织癌变过程中,细胞角蛋白 19溶解产生CYFRA21-1。Li等研究显示,与健康人群和肺部良性疾病患者相比,肺部恶性肿瘤患者(尤其是非小细胞肺癌患者)的CYFRA21-1水平显著增高,可作为鉴别肺部良恶性结节的敏感标志物。《肺结节诊治中国专家共识(2018年版)》中也提出,CYFRA21-1对肺鳞癌诊断具有重要参考意义。CYFRA 21-1和CEA两种蛋白的联合检测,可进一步提高恶性肺结节的诊断特异度。

3.神经特异性烯醇化酶(neurone specific enolase,NSE):NSE是一种参与糖酵解途径的神经元特异性烯醇化酶,存在于神经或神经内分泌组织中。Yu等报道,在小细胞肺癌患者的血清中,NSE 的活性显著增高,因此,常被用于小细胞肺癌的诊断及治疗效果的监测。NSE单独作为肺结节定性诊断指标的相关报道较少,但NSE与其他生物标志物的联合检测,可提高肺结节的诊断效能,为肺结节的定性诊断提供参考依据。

4.鳞状细胞癌抗原(squamous cell carcinoma,SCC):SCC抗原是在鳞状上皮细胞中发现的一种蛋白酶抑制剂,可促进肿瘤生长,是肺鳞癌的诊断标志物之一,可用于肺鳞癌的诊断及预后评估。倪莲芳和刘新民的研究显示,与良性肺结节患者相比,恶性肺结节患者血清SCC水平显著升高,联合监测血清 SCC、CEA、NSE 和CYFRA 21-1水平,其诊断敏感度和特异度均可进一步提高。

5.分泌性磷脂酶A2-Ⅱa(secretory phospholipase A2-Ⅱa,sPA2-Ⅱa):sPA2-Ⅱa是一种磷脂水解酶,介导类二十烷酸的几种前体释放,广泛参与急、慢性炎症过程,并促进肿瘤发生。Kupert等报道显示,通过联合检测sPA2-Ⅱa、CEA和CYFRA 21-1蛋白水平,有助于肺结节的良恶性鉴别诊断。Hou等研究显示,sPA2-Ⅱa联合CT检测,在选择病灶的感兴趣区域后,进一步获得病灶的血流灌注参数,包括血液平均通过时间、血管通透性表面、血容量和血流量,对良恶性肺结节有较好的诊断价值。

6.血液前表面活性蛋白B(pro-surfactant protein B,pro-SFTPB):pro-SFTPB是由2型肺泡上皮细胞和非纤毛的细支气管上皮细胞合成SFTPB蛋白时产生的一种42kDa的亲水蛋白。He等报道,肺癌(尤其是肺腺癌)细胞存在SFTPB合成的调控异常,导致pro-SFTPB表达上调,pro-SFTPB可作为肺癌的独立预测因素。一项研究报道,联合检测CA125、CEA、pro-SFTPB和CYFRA 21-1的表达水平,有助于对既往吸烟人群的恶性肺结节进行风险评估,诊断敏感度为42%,特异度为95%。pro-SFTPB作为恶性肺结节诊断的特异度较高,但敏感度较低。

7.细胞骨架结合蛋白4(cytoskeleton-associated protein 4,CKAP4):CKAP4是wnt通路抑制剂Dickkopf1(DKK1)的受体,在胰腺癌和肺癌组织中表达升高,且与患者的预后相关。Yanagita等报道显示,与健康人群相比,肺癌患者血液中的CKAP4水平显著升高,进一步研究发现,在Ⅰ期肺癌患者的血液中已可检测到CKAP4的表达升高。提示其在早期肺癌诊断中具有重要的参考意义。但因目前相关研究较少,CKAP4是否是肺结节良恶性诊断的理想生物标志物需更多的证据证实。

02

二、液体活检相关生物标志物

液体活检是通过对外周血循环肿瘤细胞(circulating tumor cell,CTC)、循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA,ctDNA)、肿瘤循环RNA等肿瘤来源生物标志物的分析,对肿瘤进行实时监测,为肿瘤的早期诊断、风险评估、预后预测等提供依据。

1.CTC:CTC是脱落进入血液循环中的肿瘤细胞,在肿瘤形成早期即可被检测到,因此其对肿瘤的早期诊断具有重要参考意义。Yin等通过靶向叶酸受体(FR)阳性的CTC定量检测恶性肺结节的敏感度为70%,特异度为79%。Zheng等研究显示,CTC与CEA联合检测可辅助肺结节的早期定性诊断。Ried等在无症状高危人群中检测外周血 CTC 阳性率为50%,通过影像学随访,其中20%的患者在随访过程中发现肺部恶性结节。这些研究结果提示,CTC 检测可作为影像学检查结果的补充信息,联合 CTC和影像学检查将提高对肺结节定性诊断的准确率。

2.肿瘤循环RNA:肿瘤循环RNA包括mRNA、miRNA和lncRNA。miRNA是具有调控功能的小非编码RNA,因其稳定性较高,是较理想的肿瘤循环RNA相关生物标志物。针对miRNA生物标志物的检测已在肺结节队列中进行了数项研究,结果显示其具有良好的诊断敏感度和特异度。Zhang等报道,与健康人群相比,肺癌患者miRNA-21水平具有显著差异,特异度较高,可作为肺结节定性及肺癌早期筛查的工具。Xi等研究报道,miRNA联合基于低剂量螺旋CT影像学特征的分析,针对恶性肺结节的诊断效能可进一步提高。

3.ctDNA:ctDNA 是游离在血液中的肿瘤来源DNA,其与肿瘤组织的DNA具有高度一致性,肿瘤患者体内ctDNA 的含量是健康人群的数倍。Xing等通过基因检测技术,对ctDNA的异常甲基化进行分析,结果表明,ctDNA的甲基化特征可作为肿瘤的早期诊断和辅助检测指标。联合低剂量螺旋CT检查,可进一步提高恶性肺结节的诊断效能。

4.自身抗体:自身抗体是人体免疫系统针对肿瘤特异性抗原产生的相应抗体,联合多种自身抗体检测可提高其诊断敏感度和准确度,在早期肺癌中具有较好的诊断价值。

选择不同的自身抗体谱,对肺结节的诊断效能有所不同。Massion等基于7种自身抗体检测(CAGE、GBU4-5、p53、MAGEA4、HuD、NY-ES0-1和SOX2的研究结果显示,自身抗体阳性的人群,肺结节恶性风险为阴性测试结果的2倍,与基于影像学特征建立的风险预测模型联合分析具有良好的诊断特异度(>92%)和敏感度(>70%)。Ren等研究显示,自身抗体谱(p53、PGP9.5、SOX2、GAGE7、GBU4-5、CAGE 和 MAGEA1)检测肺癌特异度和敏感度分别为90%和61%。同时,联合低剂量螺旋CT检查可进一步提高早期肺癌的检出率。作为高危肺结节患者随访管理计划中的检测内容,自身抗体的监测对肺结节良恶性鉴别诊断具有重要的临床参考价值。

03

基于支气管镜检查的气道生物标志物

支气管上皮细胞中的分子变化可能在恶性肺结节风险评估中发挥重要作用。气道中的分子变化可能是由损伤和(或)癌变引起的。Johnson等报道,收集明确诊断前后的肺结节患者的支气管上皮细胞,通过微阵列分析检测基因表达情况。结果显示,支气管上皮细胞中存在肺癌相关的基因表达。

Billatos等研究报道,通过分析支气管气道中的23个癌症相关基因表达变化,可提高支气管镜检查对早期肺癌的检出率。与对照组相比,肺癌患者支气管上皮组织中4种 miRNA(miR-146a-5p、miR-324-5p、miR-223-3p 和 miR-223-5p)表达水平显著降低。miRNA的表达分析联合PET检查可降低检出小结节的假阳性率,增加诊断敏感度。以上研究结果进一步提示,气道相关生物标志物对肺结节的定性诊断具有重要参考价值。

2017年的一项研究表明,这些肺癌相关的基因表达变化可延伸到鼻上皮细胞,同样支持无创取样。因此,随着支气管相关生物标志物在临床上的应用,有必要进一步研究在鼻上皮细胞的基因表达谱的变化,探讨其在肺癌诊断、风险评估及预防等精准医学中的潜在临床应用价值。

04

低剂量螺旋CT联合生物标志物检测在肺结节良恶性鉴别诊断中的应用

低剂量螺旋CT的筛查可显著降低肺癌相关病死率,故而被广泛用于临床。但其同时存在对肺结节筛查敏感度较低和对肺结节定性诊断困难等问题。而单独应用早期肺癌相关的生物标志物检测,其对肺结节的诊断特异度较高,但敏感度较差。低剂量螺旋CT和生物标志物检测的联合应用,可同时提高肺结节定性诊断的特异度和敏感度,降低假阳性率。

Yang等基于胃泌素释放肽前体(progastrin-releasing peptide,ProGRP)、CEA、SCC和CYFRA21-1蛋白的检测组合,构建了一种肺癌诊断模型,根据相关临床信息、危险因素、低剂量螺旋CT 扫描数据对模型进行校正,从而提高中国肺结节队列人群的生物标志物谱的检测效能。低剂量螺旋 CT 联合肿瘤标志物CEA、SCC、ProGRP、NSE 对良恶性孤立性肺结节检出率高,并且对良恶性结节具有鉴别诊断价值,可以为临床诊治工作提供指导信息。

05

总结与展望

支气管上皮细胞中的分子变化可能在恶性肺结节风险评估中发挥重要作用。气道中的分子变化可能是由损伤和(或)癌变引起的。Johnson等报道,收集明确诊断前后的肺结节患者的支气管上皮细胞,通过微阵列分析检测基因表肺结节的早期定性诊断和肺结节患者危险分层管理是改善患者长期预后,降低医疗负担的重要影响因素。生物标志物的检测对于肺结节良恶性评估的敏感度和特异度存在较大差异。部分生物标志物在恶性肺结节早期即可检测到差异性表达,但单一标志物用于肺结节定性诊断难以同时具备较高的敏感度和特异度。多种生物标志物的联合检测可提高恶性肺结节的诊断效能,但仍存在一定的局限性。生物标志物联合低剂量螺旋CT检测可提高恶性肺结节的诊断敏感度和特异度,作为肺结节定性诊断的重要参考依据,为患者提供更加精准的诊疗方案。

参考文献（略）

END

编辑 | 章洁纯

审校 | 范永德