前列腺特异性抗原衍生体及前列腺癌高特异性生物标志研究现状

朱圣生，刘向云，孙祖越

(1.复旦大学药学院，上海 200032;2.上海市计划生育科学研究所药理毒理学研究室，中国生育调节药物毒理检测中心，上海 200032)

前列腺癌是男性泌尿系统常见的恶性肿瘤之一。据统计数据表明，在美国2011年其发病率居第一位，死亡率居第二位[1]。我国前列腺癌发病率虽明显低于欧美发达国家，但近年来随着我国人们生活水平提高、膳食结构改变、诊断技术提高及人均寿命延长，前列腺癌发病率在我国逐年上升，在男性泌尿生殖系统恶性肿瘤中，2003年其发病率已跃居第三位[2－3]。

在过去的20年中，一半以上患者就诊时已是前列腺癌晚期或者已发生骨转移而错过最佳治疗时期，导致长期预后不佳[4]。现在这种现象得到极大改善，这可能要归功于前列腺特异性抗原(prostate specific antigen，PSA)被广泛用于前列腺癌筛查，使前列腺癌的早期诊断率有了较大提高，从而能够及时进行干预，降低前列腺癌的病死率。前列腺癌可能是唯一因标志物而改变肿瘤病程和预后的恶性肿瘤[5]。因此，前列腺癌生物标志的研究引起了众多学者们的关注。

PSA是目前临床上应用最广泛的前列腺肿瘤标志物，是前列腺组织特异性抗原，而不是前列腺癌特异性抗原。随着PSA被广泛应用于临床前列腺癌诊断，其不足之处也日益凸显，尤其是 PSA 浓度在4～10 μg·L－1时，前列腺癌的检出率仅为25%左右，活检阴性率占70%～80%，而经确诊为前列腺癌的患者中，有 15%的 PSA 却低于 4 μg·L－1[6]。有鉴于此，寻找一些灵敏度高、特异性强的前列腺癌生物标记物，以便最大限度地发现有临床意义的前列腺癌，减少潜在的、无临床意义的肿瘤检出和避免不恰当的临床处理，是当前临床上迫切需要解决的问题。随着学者们对前列腺癌生物标志研究的不断深入，现已发现多种生物标志。本文在对PSA进行回顾的同时，对敏感性较高和特异性较好的一些前列腺癌生物标志进行了综述，为前列腺癌的早期诊断和预后监测提供参考。

1 前列腺癌生物标志

1.1 PSA及其衍生体

1.1.1 总PSA

PSA是由前列腺柱状上皮细胞和腺管上皮细胞分泌的、一种具有237个氨基酸残基、分子质量约为34 ku的单链糖蛋白。1979年Wang等在前列腺组织中首次分离出此糖蛋白，并命名为前列腺特异性抗原;1980年Papsidero等在晚期前列腺癌患者的血清中检测出PSA。直至今日，PSA仍是临床上应用最广泛的、用于前列腺癌的早期诊断、监测治疗及预测复发的前列腺肿瘤标志物。通常以总PSA值为4 μg·L－1作为是否需要进一步做组织活检的临界值，当总PSA值在4～10 μg·L－1时，患者经过组织活检有25%被确诊为前列腺癌;当总PSA＞10 μg·L－1时，高度怀疑患有前列腺癌，应穿刺活检进一步证实，前列腺癌的阳性检出率约70%[6]。随着PSA检查的广泛开展和对PSA的深入研究，学者们逐渐发现单独依靠血清PSA筛检前列腺癌患者仍存在一定的假阳性和假阴性，为了弥补PSA的不足，学者们开发了PSA的各种衍生物，如PSA速率、PSA密度、移行区PSA密度、游离PSA百分比、年龄特异性PSA、半衰期、最低点、倍增时间及升高时间等[7]。

1.1.2 PSA速率

Carter等[8]在 1992年提出 PSA速率的概念，即是PSA 单位年内变化的情况(μg·L－1·a－1)，用来提高 PSA 检测前列腺癌的能力。研究表明，前列腺癌患者与非前列腺癌患者的 PSA速率差异较大，当 PSA＜4 μg·L－1及 PSA速率＞0.4 μg·L－1·a－1时，提示前列腺癌阳性概率较大;当 PSA值处于4～10 μg·L－1之间而 PSA 速率≥0.75 μg·L－1·a－1时强烈提示前列腺癌的存在[9]。PSA速率可结合PSA浓度来判断患者是否需要进行前列腺活检。

1.1.3 PSA密度

PSA密度是指单位体积前列腺的PSA含量，恶性细胞分泌的PSA是良性细胞的10倍以上，且前列腺体积大小与PSA分泌量呈正相关。为了排除前列腺体积对PSA的影响，有人提出了PSA密度这个概念，当血清PSA超出该体积前列腺应有的 PSA上限时，即可怀疑前列腺癌的存在[10]。

1.1.4 移行区PSA密度

移行区PSA密度是血清PSA浓度与前列腺移行区体积比。随着年龄的增长，移行区前列腺体积不断增大，此时若周边区出现了前列腺癌便会影响前列腺移行区体积，从而使移行区PSA密度产生变化。Janane等[11]研究发现，当PSA 浓度处于 4～10 μg·L－1，而前列腺体积大于 30 cm3时，应用移行区PSA密度可以提高患者前列腺癌检测的特异性;此时若患者前列腺体积小于30 cm3，应用游离PSA百分比可以提高患者前列腺癌检测的特异性。

1.1.5 游离PSA百分比

血清中PSA有游离PSA和复合PSA两种形式，游离PSA水平可以反映前列腺正常的生理功能，复合PSA水平则可以作为前列腺疾病的标记物。当游离PSA百分比(游离/总)下降时，患者患有前列腺癌的可能性增加。当患者PSA水平在 4～10 μg·L－1且以 0.25 为界值时，可减少20%患者不必要活检，且前列腺癌检出率为95%[12－14]。为提高诊断的特异性，推荐在年龄大于70岁时，取游离PSA百分比/总比值为0.16作临界值;在年龄小于70岁时，取游离PSA百分比比值为0.20作临界值[15]。游离PSA百分比比值在临床实践中的效用和应用仍在研究中。

1.1.6 年龄特异性PSA

随着年龄的增大，PSA水平也会相应升高。因此，对不同年龄段的人群，PSA的参考范围应有所不同。在年龄对PSA水平产生影响的同时，种族的差异也不容忽视。美国肿瘤协会推荐了不同种族的各种年龄段PSA的参考范围[16](表1)。与年龄相结合的PSA范围是否比标准PSA界值(4 μg·L－1)更有利于前列腺癌的检出，这个观点还有待进一步证实。

1.2 PCA3 基因

PCA3基因定位于人类染色体9q21～22，在前列腺上皮细胞内表达的一种非编码mRNA，全长约25 kb，包含4个外显子和3个内含子。外显子3和4可能是PCA3(prostate cancer antigen 3)的特异性区域，1999年Bussemakers等[17]在比较前列腺癌和正常前列腺组织的mRNA表达谱时发现的DD3基因(differential display code 3)基因，起初命名为DD3，随后为显示它与前列腺癌的联系更名为PCA3。由于PCA3具有前列腺组织特异性和前列腺癌特异性，目前被认为是最佳的前列腺癌特异性基因，其在正常前列腺组织中低表达而在人体其他正常组织中不表达;在前列腺癌组织中高表达，并且可以在前列腺癌组织的血液、尿液和精液中检测到PCA3;而在其他肿瘤组织中的表达极其微量[17]。RNA印迹技术对56例前列腺癌根治术手术切除前列腺癌组织标本进行分析，发现其中有53例高水平表达DD3mRNA，并且在同一标本肿瘤区域内的DD3mRNA的表达水平是邻近良性组织的10～100倍。Landers等[18]用RT－PCR定量检测前列腺癌组织中的DD3mRNA，证实前列腺癌组织中DD3是良性前列腺增生组织的140倍。Fradet等[19]对443 例患者进行活检，其中94 例 PSA＜4.0 μg·L－1的患者中，PCA3检测前列腺癌的敏感度是74%，特异度是91%;当 PSA 介于4～10 μg·L－1时，其敏感度是58%，特异度是91%;当PSA＞10 μg·L－1时，其敏感度是 79%，特异度是80%。因此，与PSA相比，PCA3基因是一种前列腺癌特异性很强的基因，使用PCA3基因作为诊断前列腺癌的肿瘤标志将可能比PSA有更好的敏感性及特异性。

研究还发现，PCA3在预测前列腺癌的准确性优于其他肿瘤标志，可作为穿刺活检可靠的参考指标从而降低不必要的活检例数[20]。PCA3 分数=(PCA3mRNA)/(PSAmRNA)×1000。Wu等[21]对570例行前列腺穿刺活检患者进行尿液PCA3mRNA检测，并定量分析PCA3，研究发现，当PCA3分数＜5时，活检阳性率为14%;当PCA3分数＞100时，活检阳性率为69%，表明PCA3分数与前列腺穿刺活检阳性率呈正相关。综上所述，PCA3是非常有潜力的、可作为前列腺癌的一项特异性早期诊断、预后监测的生物标志，但是需要进一步的实验去证明它的临床应用价值。

1.3 早期前列腺癌抗原(early prostate cancer antigen，EPCA)和 EPCA－2

EPCA及其亚型EPCA－2是在前列腺癌中可以被检测到的一组核基质蛋白，可以决定细胞核形态和结构，是近年来被认为是最有价值的前列腺癌肿瘤标志物之一。Getzenberg等[22]在1991 年和 Dhir等[23]在2004 年分别证明了 EPCA具有高度前列腺癌特异性。Paul等[24]对46例(其中包括12例前列腺癌、6例膀胱癌、2例结肠癌、1例肾癌、7例脊索损害、2例仅有前列腺炎而无其他泌尿系疾病和16例健康志愿者)血浆标本中的EPCA进行检测，实验结果表明，EPCA检测前列腺癌的敏感度为92%，特异度94%。Uetsuki等[25]在50例局限性前列腺癌和10例膀胱癌对照性研究中证实了上述结果，94%的前列腺癌组织EPCA表达阳性，而对照组全部阴性表达，并且EPCA的表达强度与前列腺癌的分级和分期无相关性;而大约86%“正常”前列腺癌癌旁组织EPCA也阳性表达。因此，EPCA表达被认为是前列腺癌发病过程中的早期事件，有利于早期诊断。

表1 不同种族各种年龄段前列腺特异性抗原浓度的参考范围

Leman等[26]采用ELISA法发现EPCA的亚型EPCA－2，EPCA－2诊断前列腺癌的敏感性和特异性分别为94%和92%，而同组的PSA的特异性只有65%。该法能够在PSA筛选的基础上区分出前列腺癌与前列腺增生，也能够在PSA检测结果正常者中发现前列腺癌患者。EPCA－2甚至还能够区分器官局限性和非局限性前列腺癌，AUC－ROC为0.89，而同组的PSA的AUC－ROC仅为0.62。因此，EPCA－2将可能有助于侵袭性前列腺癌的诊断。综上所述，EPCA及其亚型EPCA－2这一组新的前列腺癌血清学标志，具有非常巨大的潜力。

1.4 α－甲基酰基辅酶 A 消旋酶(α－methylacyl－CoA racemase，AMACR)

AMACR是一种细胞质内的蛋白。AMACR存在于线粒体和过氧化物酶体上，参与脂肪酸和脂肪酸衍生物的β氧化等。它的基因(P504)定位于染色体5p13。2001年Jiang等[27]首先将AMACR用免疫组织化学方法引入前列腺癌的临床病理诊断，认为其是一种具有高度敏感性和特异性的前列腺癌的阳性生物标志，当时报道其阳性预测值为100%。Sreekumar等[28]通过蛋白质芯片、免疫印迹和ELISA三种技术方法分别对前列腺癌患者和对照者进行血清AMACR检测，结果显示前列腺癌患者血清AMACR浓度明显高于对照组，尤其是在 PSA 水平为4～10 μg·L－1时，抗 AMACR 抗体浓度的上升能将前列腺癌显著从健康人群中区分出来，其诊断的敏感性和特异性分别为61.6%和71.8%。Ouyang等[29]发现，在前列腺癌旁正常组织的腺体中AMACR也有一定程度的表达，其程度与其与肿瘤组织的距离呈负相关。然而，AMACR作为早期诊断前列腺癌的生物标志，其主要缺点是在其他正常组织和恶性肿瘤组织中也会表达AMACR，这势必会降低AMACR筛查前列腺癌的特异性，常规的前列腺活检病理诊断，有时很难将高级别前列腺上皮内瘤和前列腺癌进行区分，需要与前列腺基底细胞标志物CK34βE12(高分子质量细胞角蛋白抗体)或p63联合使用，相互弥补不足，才能提高诊断的准确率。Gumulec等[30]和Daoud等[31]应用 AMACR 联合 p63或 CK34βE12对前列腺癌进行诊断，发现其敏感性和特异度均大于97%。由此看来，将AMACR和p63及CK34βE12联合使用，可以明显提高诊断准确率，特别是在前列腺癌与癌前期病变以及类似癌的良性病变的鉴别诊断方面有着重要的临床应用价值。

1.5 肌氨酸

肌氨酸是甘氨酸的甲基化衍生物，是肌肉和其他组织自然产生的氨基酸，很少出现在尿液中。2009年Sreekumar等[32]对1126个样本(包括良性前列腺增生、前列腺癌和已发生前列腺癌转移的患者的前列腺组织的尿液和血浆)进行代谢产物检测，结果表明，肌氨酸在前列腺癌患者的组织细胞中浓度显著升高，且在前列腺癌患者的尿样中很容易被检测出来，这使得肌氨酸有可能成为前列腺癌诊断的一个极具临床诊断价值的肿瘤标志。该研究认为，肌氨酸参与了前列腺的癌变过程，是前列腺癌恶性进展并发生转移时显著增高的一种肿瘤代谢产物，在侵袭性前列腺癌的尿液中可以检测出来，在惰性前列腺癌患者尿液中则浓度极低。同时，采用基因敲除方法去除肌氨酸生成过程的关键酶后，前列腺癌的侵袭性则相对减弱，采用外源性因素人工导致肌氨酸含量升高后，可以诱导良性前列腺上皮细胞表型发生恶变。该结果表明肌氨酸可能是前列腺癌肿瘤细胞侵袭和进展阶段的一种潜在代谢产物，可能能够作为前列腺癌的无创性筛查指标。而Jentzmik等[33－35]对106例前列腺癌患者和33例前列腺活检阴性患者进行尿液肌氨酸检测和前列腺癌病理危险性分析后指出，肌氨酸是一种自然代谢产物，没有前列腺组织特异性，它不能作为筛查前列腺癌指标，也不能用于前列腺癌和良性前列腺增生的鉴别诊断和不能区分侵袭性和非侵袭性前列腺癌。Sreekumar等[32]和 Jentzmik 等[33]得出不同的结论，可能归因于他们所取的尿段标本不一致，Sreekumar等取的是尿液的沉积物，而Jentzmik等取的是尿液的上清液。我们应对肌氨酸的生成代谢途径做进一步详尽的研究，看其能否作为前列腺癌的无创筛查指标。

1.6 其他生物标志

除上述敏感性好和特异性高的前列腺癌生物标志物外，还有一些敏感性稍差和特异性稍弱的生物标志物，如前列腺特异G蛋白偶联受体(PSGR);膜联蛋白A3;遗传性前列腺癌1(HPC1);高尔基磷蛋白2(GOLPH2);跨膜丝氨酸蛋白酶2基因与ETS相关基因融合(TMPRSS2-ERG);谷胱甘肽－S－转移 酶 π 1(GSTP1);丝 氨 酸 肽 酶 抑 制 因 子(SPINK1);胸腺素 β15(thymosin beta 15，Tβ15);人类腺体激肽释放酶2(hK2);前列腺干细胞抗原(PSCA);前列腺特异性膜抗原 (PSMA);高分子质量细胞角蛋白抗体(CK34β E12)。

2 多生物标志联合检测

癌症其复杂多变的生物学特性决定了单一标志检测的局限性，多种标志联合检测将极大地提高前列腺癌诊断的敏感性和特异性。Salagierski等[36]的研究表明，同时检测尿液中的TMPRSS2∶ERG融合基因和PCA3，能改善前列腺癌诊断的敏感性。Roobol等[37]联合检测尿沉积物中GOLPH2，SPINK1，PCA3和TMPRSS2∶ERG融合基因转录体，也比单独检测PSA或PCA3能更有效地发现前列腺癌。Rigau 等[38]收集了PSA＞4 μg·L－1或肛门指检异常而准备行前列腺活检215例患者的尿液标本，进行了PCA3和PSGR检测，其各自诊断前列腺癌结果的 AUC分别是PCA3:0.66，PSGR:0.68;而两个指标联合 AUC 是 0.73。Cao 等[39]收集了143 例 PSA＞4 μg·L－1或肛门指检异常患者尿液标本，进行尿 PSA，PCA3，TMPRSS2∶ERG，膜联蛋白A3和肌氨酸检测，结果显示多个标志联合筛查提示有最高的AUC。综上所述，可以预测多种标志的联合检测将显著提高前列腺癌诊断的准确率，是未来进行肿瘤诊断和早期筛选研究的重要发展方向。

3 总结与展望

本文对前列腺癌的一些敏感性和特异性较好的生物标志进行了综述，包括血清标志(PSA、总 PSA、PSA密度、PSA速率、移行区PSA密度和EPCA)，组织标志AMACR和尿液标志(PCA3和肌氨酸)等。前列腺癌生物标志的研究虽取得了重大进展，但是尚无一生物标志非常理想。还有，大部分标志物筛查前列腺癌和非前列腺癌的参考范围和阈值还有待确定，这仍需要多次大规模的临床实验研究才能较准确地确定。因此，今后的研究方向应主要侧重以下几个方面:①多中心联合筛查、验证现有有潜力的生物标志;②发现敏感性更高、特异性更好的生物标志;③利用高通量技术发展多瘤标联合检测方法以便提高前列腺癌的早期诊断、判断预后和监测治疗效果的能力。随着研究的进一步深入，相信在不久的将来会摸索出一套行之有效的、真正具有临床意义的早期筛查前列腺癌的方法。

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