前列腺癌相关生物标志物的研究进展

周朴帆，沈瑞林，熊烈，盛涛，宋保林，王省白，陆海娟，黄涛，史汉强，邵欢，赫艳梅，王晓庭，江大为，石彦波*

(浙江中医药大学附属嘉兴中医院：1分子医学研究中心中心实验室，3泌尿外科，4放射科，5超声科，浙江 嘉兴314001；2嘉兴市第二医院泌尿外科，浙江 嘉兴314001；6嘉兴市糖尿病血管病变研究重点实验室，浙江 嘉兴314001)

前列腺癌(prostate cancer，PCa)是男性最为常见的癌症之一，严重威胁男性的生命健康。美国癌症协会的统计数据显示，PCa已经成为导致美国男性癌症死亡的第二大病因[1]。中国PCa的发病率在近几年呈现出快速上升的趋势，2015年，中国PCa发病率在中国男性恶性肿瘤中排第7位，死亡率排第10位[2]。中国PCa的发病率逐年升高的主要原因在于对PCa的诊断评价体系不断完善以及中国社会逐渐步入老龄化这两方面。国内外统计数据均显示中老年群体是PCa的高发人群[3]，不断上升的发病率使PCa的研究越来越受到关注。

PCa若早期诊断治疗，Ⅰ期患者5年的生存率可达到90%以上，但转移性PCa患者5年生存率仅为10%～15%。因此，进行高危人群筛查，做到早诊断早治疗对于提高患者生存率至关重要。目前对于PCa 的检测依赖于相关的生物标志物，血清前列腺特异性抗原(prostate specific antigen，PSA)的检测仍然是诊断和评估PCa最常用的指标，但血清PSA的敏感性和特异性在PCa的诊断、预后评估方面一直存在争议，临床上至今缺少准确的PSA阈值来界定PCa与其他病变。在过去的10年中，寻找准确高效的生物标志物，一直是PCa的重要研究内容，目前临床上所用到的生物标志物几乎涵盖了PCa预测到预后所有阶段。这些标志物种类多样，包括DNA及表观遗传变化(DNA甲基化)、mRNA的变化以及单个或多个蛋白质水平的变化等[4]，其来源也涵盖了前列腺组织、尿液、外周血液以及精液等多种样本。本文旨在总结PCa相关的经典生物标志物，为临床PCa的有效诊断和治疗提供理论依据。

1 PSA

PSA是由前列腺上皮细胞和前列腺腺泡所分泌的丝氨酸蛋白酶，是目前公认的最重要的PCa标志物之一。当发生PCa或其他前列腺疾病时，基底层、内皮细胞以及基底膜构成的屏障遭到破坏，使得腺泡内容物外流，PSA水平升高[5]。PSA高敏感性的特点能够使其满足PCa的早期筛查需求，但由于PSA具有前列腺组织特异性而非肿瘤组织特异性，因此前列腺炎、尿路感染甚至前列腺按摩等相关检测皆会导致PSA水平的升高。据报道，当单独使用4.0 ng/ml的血清PSA作为检测标准时，PSA的特异性仅为12.8%，其假阳性率高，并会导致大量不必要的连续活检[6]。为了提高PSA标志物的准确性，临床上出现了游离PSA比值、PSA前列腺体积比值、移行带前列腺特异性抗原密度以及PSA速率等相关衍生指标，但这些方法仍然存在诸多局限性，临床诊断价值有限。为进一步弥补PSA及相关指标的上述缺点，临床上还会将PSA与其异构体、PCa相关的mRNA、DNA等其他生物标志物联合使用，这其中常用的诊断体系有前列腺健康指数(prostate health index，PHI)[7]、4Kscore[8]、密歇根前列腺评分(Michigan prostate score，MiPS)[9]等。这些体系都具有更大的受试者工作特征 (receiver operating characteristic, ROC)曲线下面积(area under curve，AUC)，表现出更高的鉴别能力。

2 前列腺特异性抗原前体

前列腺特异性抗原前体(precursor of prostate specific antigen，Pro-PSA)又称[-7]Pro-PSA，由N端7个氨基的前导肽和237个氨基酸构成[10]，其被人激肽酶家族及其他蛋白酶裂解后产生3种不同截断形式的PSA前体：[-5]、[-4]、[-2]Pro-PSA，其中[-5]和[-4]Pro-PSA不稳定，会被进一步裂解为有活性的PSA[10]，而[-2]Pro-PSA不会被进一步裂解并稳定存在于人体内，其可以作为一种更加特异性的标志物用于PCa的诊断。目前研究中常将[-2]Pro-PSA与fPSA的比值(%p2PSA)，以及%p2PSA与tPSA平方根的乘积(PHI)作为p2PSA的衍生指标。Vukovic等[11]研究发现，在PSA为2～10 ng/ml的水平时，通过统计对照人群与PCa人群的生物标志物后，PHI，%p2PSA的AUC均高于tPSA，分别为(0.680，0.723，0.563)，当维持90%的敏感度时，其特异度分别为26.6%，34.4%，9.2%。而在统计Gleason<7和Gleason≥7人群后PHI，%p2PSA的AUC也高于tPSA，分别为(0.645,0.673,0.538)，当维持92%的敏感度时，其特异度分别为22.5%，20%，10%，这些结果说明[-2]Pro PSA的相关指标相比于PSA不仅在筛查过程中具有更高的诊断意义，且能减少不必要的组织活检，在PCa分型过程中也有其临床价值，辅助医师判断癌症进展进程。

3 前列腺癌抗原3

前列腺癌抗原3(prostatecancerantigen3，PCA3)，是PCa细胞过度表达的一段基因[12]，该基因对PCa特异，在其他正常或癌症组织中低表达。该生物标志物来源于PCa细胞，因此可以通过尿液、精液、前列腺液甚至血液进行标本收集。目前临床上PCA3常用检测为直肠指诊后PCA3评分，即PCA3与PSA mRNA比值，PCA3评分在临床上能够辅助PSA检测，提高诊断准确性，减少不必要的穿刺活检，其被美国食品药品监督管理局批准用于既往活检呈阴性且无非典型小腺泡增生的疑似患者，帮助临床医师在25阈值条件下判断是否再次进行活检[13]。但是与大多数其他PCa检测指标一样，单独的PCA3评分仍然有其局限性，在Gittelman等[14]对466例患者重复活检的研究中，25阈值的PCA3评分能够正确防止48%的疑似患者重复活检，但仍会导致8例高级别的癌症患者漏检。因此临床上还会采用包含PCa相关的联合诊断体系来提高效能，如血清中PSA蛋白含量和尿液中PCA3、TMPRSS2:ERG融合基因水平联合诊断的MiPS，以及尿液中ERG、PCA3、SPDEF基因联合诊断的ExoDx评价体系等。

4 跨膜丝氨酸蛋白酶2基因：ETS相关基因

2005年，Tomlins等[15]通过荧光原位杂交法发现跨膜丝氨酸蛋白酶2(transmembraneprotease,serine2，TMPRSS2)基因与ETS相关基因(ETSreleatedgene，ERG)发生融合，并且这种融合在PCa过程中频繁发生。有多篇文献报道AR与TMPRSS2:ERG融合的发生密切相关，其通过核苷酸中CAG的重复多态促进了TMPRSS2与ERG的融合[16,17]。TMPRSS2:ERG指标对于PCa特异，在正常和其他癌症细胞均不表达[18]，但是TMPRSS2:ERG发生率还受到人种影响，目前研究认为西方PCa患者中约50%表现出TMPRSS2:ERG融合，但在亚洲人群中，中国、日本和韩国则都表现出较低的发生率[19]，孙颖浩课题组[20]通过meta分析进一步发现27%的亚洲患者TMPRSS2:ERG融合呈阳性，约为西方人群的一半，而亚洲印度雅利安血统人种融合阳性率为52%，这更加证明TMPRSS2:ERG融合具有种族差异性。有研究发现，TMPRSS2:ERG融合基因可以与PCa评分联合使用，从而提高诊断效能，Leyten等[21]发现在欧洲前列腺筛查的随机研究中加入TMPRSS2:ERG和PCa评分体系能够提高癌症预测的准确性，PCA3<25和TMPRSS2:ERG<10的联合阈值可以避免35%的错误活检。Tomlins等[22]又在此基础上加入了包含血清PSA指标的前列腺癌预防试验风险计算器(prostate cancer prevention trial risk calculator，PCPTrc)，并将其命名为密歇根前列腺评分。MiPS和PCPTrc在高水平PCa中的AUC分别为0.779和0.707，这说明MiPS在任何高水平PCa中都能表现出更高的预测准确性。

5 早期前列腺癌抗原

早期前列腺癌抗原(early prostate cancer antigen，EPCA)是一种与PCa密切相关的核基质蛋白，决定着细胞的形状和结构，在癌变过程中产生有别于正常前列腺细胞的一系列特征性差异。2005年，Paul等[23]用ELISA法对46例PCa患者的血清EPCA进行了测定分析，并发现其水平远高于正常人。当设定阈值为1.7后，这种检测指标的灵敏度能够达到92%。在血清中还存在另一种核基质蛋白称为EPCA-2，根据表位不同可将其分为EPCA-2.22，EPCA-2.19，EPCA-2.2434。Wang等[24]对632例人员进行研究并比较了PSA和EPCA-2的诊断效能，当选择24.4 ng/ml作为血清EPCA-2的阈值，4 ng/ml作为血清PSA的阈值时，其灵敏度分别为86.2%和81.9%，差异无统计学意义(P>0.05)，特异度为58.3%和87.6%，差异有统计学意义(P<0.01)[24]。这说明EPCA-2相较于PSA能够更精确地从人群中筛选出PCa患者，其作为一种PCa筛查用生物标志物具有一定的潜力。

6 非编码RNA

非编码RNAs(non-coding RNAs，ncRNAs)是一类无法编码翻译蛋白质的RNA，根据长度可分为长ncRNAs、小ncRNAs。有些ncRNAs的表达会在PCa的发生发展过程中发生改变，这些ncRNAs与PCa高度相关，使得其特异性能够满足临床诊断需要。而相较于mRNA，ncRNA的含量更多，使得其敏感性能够满足临床诊断的需求。

6.1 长链非编码RNA

通常将大于200个核苷酸的非编码RNA定义为长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)。有研究发现，PCAT1作为一段lncRNA，在PCa组织中高度表达，其通过与cMYc蛋白结合促进PCa细胞增殖[25]。此外其通过抑制抑癌基因BCAR2的功能来阻碍DNA的修复[26]。PCAT1与PCA3同属于PCa相关的lncRNA，但是PCA3在几乎所有的原发PCa中高表达，而在去势抵抗性前列腺癌(castration resistant prostate cancer, CRPC)和转移病灶中表达程度较低。PCAT1则在预后评价方面比PCA3更具有临床价值[27]。

SChLAP1能够在25%的PCa中表达，其表达更多见于CRPC，且与癌症复发、临床进展、转移和PCa特异性死亡的风险显著相关[28]。Wang等[29]发现lncRNASChLAP1在PCa患者中的水平明显要高于良性前列腺增生患者。将SChLAP1作为侵袭性和进展性PCa的标志物用于识别CRPC进展风险较高的PCa的患者具有独特的优势。

肺腺癌转移相关转录因子MALAT-1在PCa活检阳性尿液中的表达量显著高于活检阴性患者[30]。但其并非对PCa特异，其能够在乳腺癌、胰腺癌和结肠癌等多种癌症中高度表达[31]，Wang等[30]使用最近发展起来的尿液MALAT1评分模型可以防止约1/3的不必要活检，并且不会遗漏任何高级别癌症。

6.2 小非编码RNA

microRNA是一类长度在21～24 bp的单链非编码RNA，由于其在发育和疾病过程具有基因调控功能而被广泛研究。let-7会在PCa组织中表达下降[32]，其不仅能作为预测PCa的生物标志物，也能作为治疗PCa的重要基因靶点。let-7家族中的let-7c在体内和体外都抑制了PCa的生长。过表达let-7c可抑制PCa细胞的锚定依赖生长和锚定无关生长，而使用慢病毒编码的let-7c在人PCa细胞异种移植中重新表达，可显著抑制肿瘤生长[33]。

miR-25低表达于人类PCa干细胞，但在癌干细胞分化为腔上皮细胞表型的过程中，miR-25表达量稳步上升。进一步研究发现miR-25能够调控整合素的表达，从而减少PCa细胞的迁移，并强烈影响PCa细胞的形态[34]，其作为生物标志物对于PCa的进展和分级具有一定的参考作用。

miR-21在PCa的骨转移过程中起到一定的评估作用，有文献报道miR-15和miR-16的下调以及miR-21的上调能够共同促进PCa的骨转移[35]。miR-21能够作为PCa预测生物标志物，用于分子靶向制剂和骨转移治疗药物的疗效评估。

非编码RNA作为一种与PCa高度相关的生物标志物对于疾病的发展和预后密切相关，单独RNA指标的临床价值仍然有限。目前常通过多个RNA指标的联合检测来揭示PCa的预后，如Oncotype Dx Genomic Prostate Score®、Prolaris®、Decipher®等。

7 DNA甲基化

DNA甲基化是指甲基基团结合CpG二核苷酸的胞嘧啶第5位碳原子上的过程，其常常导致抑癌、修复、细胞周期调控等基因表达沉默，是促进PCa发生的重要因素之一。

启动子GSTP1是一种损伤修复基因，其在超过90%的PCa中均发生甲基化。Dumache等[36]将GSTP1甲基化指标用于判断PCa，其灵敏度和特异度分别达到了97%和89%，GSTP1的AUC则达到了0.936。其作为PCa的检测指标具有很高的临床应用价值。

PCa相关的肿瘤抑制基因APC甲基化有助于临床诊断和预后的判断，有研究报道，APC的甲基化与PCa特异性死亡率的增加有关[37]，当PCa患者基因中APC发生甲基化，其死亡率会高于未甲基化患者。

RASSF1同样属于肿瘤抑制基因，其甲基化会使细胞恶性转化。该基因的甲基化并非对PCa特异，在乳腺、肺、膀胱等器官组织的癌症中均能看到RASSF1的甲基化。Daniunaite等[38]的研究中，RASSF1甲基化指标对于PCa的特异度为66.7%，但是45%的PCa尿液样本甲基化强度明显高于良性前列腺增生病例(P=0.018)。

临床研究中常将GSTP1、APC、RASSF1等其他甲基化DNA指标联用，这种评价体系称为ConfirmMDx，其用于研究前列腺恶性肿瘤周围的病变表观遗传改变[39](及晕轮效应)。这种方法适用于首次前列腺组织活检阴性病例。由于较高的阴性预测值，ConfirmMDx可用于判断有无再次活检的必要。

8 总结

目前用于PCa的评估体系几乎涵盖了从预测到预后的所有阶段，但是这些评估方法都表现出了一定的局限性。具有相同组织学特征或生物标志物水平的患者，其临床表现、治疗结果也会表现出显著差异。临床上仍然需要一种更加可靠具体的生物标志物来区别不同的患者。而在前列腺的筛查过程中，找到一种或多种新的生物标志物，从而减少不必要的活检也是目前的研究热点之一。不同标志物之间的联合，从而互补各自之间的缺陷，提高PCa的鉴别能力也将是未来临床检验的主要发展方向。