前列腺癌诊断和预后相关生物标志物的研究进展

黄俊 王清华 郭佳

前列腺癌是男性最常见的泌尿生殖系统肿瘤，近年来其发病率持续上升，美国癌症协会数据显示，2021年美国前列腺癌新发病例约248 530例，为男性癌症新发病例第一位，也是男性癌症死亡的第二大常见原因[1]。由于起病隐匿，早期前列腺癌并无明显症状，随着疾病进展可逐渐出现尿路梗阻、性功能异常甚至骨痛症状，因此多数前列腺癌患者发现时已处于晚期[2]。虽然前列腺癌患者对去势治疗相对敏感，但经过一段时间治疗后都不可避免地发展为去势抵抗性前列腺癌，患者整体预后很差。因此，筛选有效的前列腺癌特异性生物标志物对于目标群体筛查、高风险患者判断以及前列腺癌早期诊断至关重要[3]。

PSA是临床上用于前列腺癌早期筛查和预后评估的分子标志物。PSA是由前列腺上皮细胞分泌的一种丝氨酸蛋白酶，其生物学作用主要是通过蛋白水解机制参与液化精液。在临床实践中实施PSA的测定使早期前列腺癌患者的检出率逐渐增高，此外也可将PSA水平与前列腺癌分期相结合用于评估患者预后[4]。但是由于PSA并不是肿瘤特异性而是器官特异性标志物，并且其表达水平随着年龄增长而逐渐增高，因此PSA在临床应用中也显示出一定的局限性[5-6]。此外，PSA水平与前列腺癌恶性程度的相关性并不十分紧密，所以其对前列腺癌的分级、分型并没有显著意义[7]。

因此，寻找前列腺癌的新型标志物显得尤为重要。新发现的标志物不仅可以辅助诊断前列腺癌，而且在理想情况下应该有助于前列腺癌风险评估和疾病进展监测。本文对目前已报道的多种新的分子标志物进行探讨，并对其在未来的应用进行展望。

一、前列腺癌的新型生物标志物

1.proPSA：proPSA是PSA的无活性前体，在人体中，激肽释放酶2通过切割其前导序列参与PSA的激活，前导序列的部分切割导致不同种proPSA的产生，如[-2]proPSA[8]。前列腺健康指数(prostate health index, PHI)是前列腺癌诊断的辅助指标之一，它可以通过[-2]proPSA、游离PSA和总PSA之间的函数公式来计算。

Heidegger等[9]研究表明在前列腺癌患者血清中proPSA水平显著升高，此外proPSA异常高水平往往预示着前列腺癌组织侵袭。Catalona等[10]通过PHI评分明确了Gleason评分为3+4或更高、而曲线下面积(area under curve, AUC)为0.703、PSA为2～10 ng/ml且前列腺穿刺活检阴性病例的诊断。总之，与单独的proPSA相比，PHI在前列腺癌诊断和恶性程度评估方面具有更高的价值。一项包括16 762例患者在内的Meta分析结果显示，PHI在前列腺癌检测中的合并灵敏度为0.89，合并特异性为0.34，AUC为0.76，而对于高级别前列腺癌的检测，PHI的合并灵敏度为0.93[11]。另一项Meta分析显示，PHI评分对3+4或更高级别前列腺癌判断的合并灵敏度为0.90[12]。这些研究结果表明PHI评分可有效判断并识别侵袭性前列腺癌。也有研究表明，在根治性前列腺切除术后的患者中，PHI与前列腺癌的恶性程度有关[13]。总之，proPSA和PHI对前列腺癌恶性程度及预后预测具有重要参考价值，两者均已被美国FDA批准应用于前列腺癌的临床诊断。

2.前列腺癌抗原3：前列腺癌抗原3(prostate cancer antigen 3, PCA3)是被美国FDA批准的第二种用于前列腺癌检测的分子标志物。PCA3是一种在前列腺癌细胞中高表达的特异性非编码RNA，包括3个内含子和4个外显子。在前列腺非癌病变中PCA3的表达水平很低，例如良性前列腺增生、非典型小腺泡增生、前列腺炎和前列腺上皮内瘤变等[14]。这些特征使PCA3有望用于临床诊断。

Ferreira等[15]研究发现PCA3通过调控雄激素受体(androgen receptor, AR)依赖性信号传导和AR辅助因子的表达以及参与上皮间质转化来调节前列腺癌细胞的生物学行为。Zhang等[16]研究表明PCA3可以通过与miR-218-5p结合从而下调高迁移率族蛋白B1来降低细胞活力和迁移率，进而抑制前列腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭。PCA3的临床应用是针对初次活检阴性且血清PSA水平异常的患者，通过RT-PCR对PCA3进行定量检测并计算PCA3评分。PCA3评分<25分表明前列腺癌的发病风险较低，而较高的评分则提示前列腺癌活检阳性的可能性增加[17]。在临床实践中，研究者将35分作为PCA3评分的阈值，一项最近的Meta分析研究比较了阈值分别为20和35分的诊断能效，结果表明其灵敏度分别为0.93和0.80，特异性分别为0.65 和0.44，AUC分别为0.85和0.72，因此，与35分相比，阈值为20分可能有更高的诊断价值[18]。Auprich等[19]通过将PCA3与PSA及其衍生物进行比较，发现PCA3具有更高的诊断能效以及对高风险患者的高筛选作用。尿液PCA3检测在前列腺癌筛查和诊断中同样具有重要作用，Cui等[20]总结了46项临床研究共涉及12 295例患者的结果发现，尿液PCA3检测的灵敏度、特异性和AUC分别为0.65、0.73和0.75。此外，直肠指诊后的尿液样本对PCA3检测更有帮助，但也有观察发现该方式仅对第一次重复活检的预测有效，不适于后续的重复活检。综上所述，无论是血液或尿液PCA3检测对前列腺癌的筛查和早期诊断都有重要的辅助作用。

3.TMPRSS2-ERG融合基因：TMPRSS2-ERG融合是前列腺癌活检中发现的常见的基因改变，但在未接受去势治疗的转移性前列腺癌中这种融合的发生率较低，这可能表明其参与了癌症向侵袭阶段转变的过程[21]。

TMPRSS2基因编码促癌基因跨膜丝氨酸蛋白酶2，这种蛋白酶的功能尚不清楚，有研究报道TMPRSS2可以通过与一种ETS转录因子-ERG融合进而破坏AR介导的信号网络导致雄激素非依赖[22]。Shan等[23]研究发现 TMPRSS2-ERG融合基因可调节调节性T细胞的募集和浸润，从而促进前列腺癌细胞的生长。Delliaux等[24]发现异位TMPRSS2-ERG融合表达增强了前列腺癌细胞系通过刺激骨形成和抑制骨溶解作用诱导成骨细胞病变的能力，从而促进癌细胞的骨转移。直肠指诊后尿检TMPRSS-ERG转录产物被认为可用于诊断前列腺癌，同时TMPRSS2-ERG还可预测Gleason评分和临床肿瘤分期，这表明该融合基因对前列腺癌的预后判断有重要价值[25]。TMPRSS2-ERG检测与其他标志物相结合可以提高诊断灵敏度和特异性。Merdan等[26]研究表明，对至少1次活检阴性且PSA水平升高的患者，同时使用PCA3评分和TMPRSS2-ERG检测可减少临床上的重复活检，且对其10年生存率无显著影响。因此，TMPRSS2-ERG融合基因不仅可辅助评估前列腺癌患者的预后，而且由于其促进骨转移的机制，或许可作为骨转移风险评估的潜在指标。

4.循环肿瘤DNA：循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA, ctDNA)是指肿瘤细胞脱落或者死亡后进入循环系统中的DNA片段，长度约为134～144 bp，由于其具有肿瘤细胞基因的特征，因此ctDNA可以作为一种潜在的肿瘤血清标志物。

Vandekerkhove等[27]研究发现单纯依靠活检诊断激素敏感性前列腺癌会有36%的患者发生漏诊，而结合血液中ctDNA检测可以显著提高其诊断准确率，然而去势治疗后ctDNA的水平迅速降低，这表明ctDNA在临床应用中可能会有相应的局限性。Beltran等[28]通过对血液中ctDNA 的全外显子组测序以及对转移性前列腺癌和去势耐药的神经内分泌前列腺癌(neuroendocrine prostate cancer, NEPC)患者的肿瘤活检，确定了可在循环系统中检测到NEPC特异表达产物，并可通过ctDNA基因组来识别NEPC患者。Annala等[29]通过对202例转移性去势抵抗性前列腺癌(metastatic castration-resistant prostate cancer, mCRPC)患者的临床研究发现，血液中ctDNA的水平与肿瘤负荷的临床标志物密切相关，包括较高的血PSA、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶等，并且高水平的ctDNA患者对化疗表现出更强的抵抗性，而低水平的ctDNA患者往往预后更佳。Sonpavde等[30]在514例mCRPC患者血液中发现有482例患者至少有一个ctDNA发生改变，其中最常见的突变为TP53、AR等，而较高数量的ctDNA改变与无进展生存率和总生存率密切相关，患者预后更差。ctDNA作为一种新型无创性液体活检方式，不仅可以减少不必要的穿刺活检，还可以作为一种灵敏度高、特异性强的诊断标志物，对评估患者是否存在药物抵抗也有重要参考价值。

5.循环肿瘤细胞：循环肿瘤细胞(circulating tumor cells, CTCs)最早发现于1869年，CTCs被认为是在肿瘤形成或者进展过程中从原发灶或转移性肿瘤分离到循环系统中的肿瘤细胞或转移细胞群，并且具有相应肿瘤特征，如肿瘤内异质性和克隆进化。另外，越来越多的研究表明CTCs可作为多种肿瘤诊断和预后评估的生物标志物。

周旭东等[31]通过对113例患者静脉血的研究发现，CTCs、PSA对前列腺癌的诊断灵敏度分别为0.88和0.86，特异性分别为0.74和0.66，而且CTCs 与 PSA、Gleason评分均呈显著正相关关系，CTCs个数亦随病理分期提高而增加，这表明 CTCs水平对预测前列腺癌的发生、发展有一定的临床意义。Stott等[32]通过对血液中捕获的CTCs的PSA和细胞分裂标志物Ki-67进行双重染色表明，在CTCs中增殖细胞的比例更高，另外，在CTCs中Ki-67增殖指数的增加与去势治疗的耐药性有关。AR的分子修饰可导致前列腺癌患者对去势治疗产生耐药性。Steinestel等[33]通过检测前列腺癌患者血液CTCs中两种最常见的AR修饰，即AR-V7剪接变异体和AR点突变，发现携带AR突变的患者对阿比特龙和恩杂鲁胺治疗不敏感，预后更差。Scher等[34]也验证了血液中CTCs核表达AR-V7蛋白可作为mCRPC患者经紫杉烷治疗后一种特异性的预后标志物。Oeyen等[35]使用图像分析工具对170例mCRPC患者的研究发现，在不考虑CTCs水平的情况下，在治疗前表现出高CTCs表型异质性患者的中位无进展生存时间明显缩短，这表明除了CTCs水平可以影响患者化疗效果，CTCs表型多样性对患者的预后也会产生一定影响。

6.外泌体：外泌体是直径为40～150 nm、内部包含多种生物活性分子的细胞外囊泡。外泌体可以通过传递某些物质参与到前列腺癌的发生和发展，包括肿瘤微环境重建、细胞自噬、血管生成、转移、免疫逃避和耐药等。

前列腺癌来源外泌体中的miRNA-221和miR-222可调控肿瘤的生长，miR-92a和miR-1792参与促进血管生成，从而促进癌细胞增殖和迁移[36]。前列腺癌患者常合并骨转移，从而造成成骨性或混合性损伤，Dai等[37]研究发现外泌体介导的PKM2以低氧诱导因子1α依赖的方式上调BMSC CXCL12的表达，从而增强了前列腺癌在骨髓中的播散和生长，这一新的机制表明外泌体PKM2具有作为生物标志物的潜能，并为前列腺癌骨转移提供了潜在的治疗靶点。有研究表明AGR2基因的表达在NEPC中异常增加，尿液外泌体中AGR2 SV-G和SV-H对NEPC患者的诊断优于血清PSA，受试者工作特征曲线显示，SV-G和SV-H对前列腺癌的预测能力最高，这提示AGR2 SV-G和AGR2 SV-H可以作为利用尿液外泌体无创检测NEPC的潜在诊断生物标志物[38]。Wang等[39]通过对1 436例受试者的235个尿液外泌体小分子非编码RNA(small non-coding RNA, sncRNA)进行分析验证，发现其对前列腺癌诊断和分级具有较高的敏感性和特异性，这表明尿液外泌体sncRNA可用于前列腺癌的无创诊断。另有一项研究结果表明，将传统检测手段与尿液外泌体检测相结合可显著提高对高级别前列腺癌的预测，这也表明外泌体具有作为前列腺癌诊断生物标志物的潜能[40]。

二、结论

目前在鉴定和验证前列腺癌相关新型分子标志物方面取得了重大进展，这些前列腺癌新型标志物有助于弥补现阶段前列腺癌筛查和诊断的不足，同时对前列腺癌患者的风险分层、不良终点预测、重复活检决策、选择强化治疗或主动监测等方面都有重要参考价值。另外将前列腺癌分子标志物与可用的化学疗法或免疫疗法及其组合相匹配从而达到最佳的治疗结果，这也是未来前列腺癌新型诊断标志物的应用方向。尽管前列腺癌新型标志物应用前景乐观，但是目前仍然存在诸多问题需要解决，例如有些标志物仍停留于基础研究，其具体机制仍不明确，是否适用于临床也需多方面的研究验证。总之，新型生物标志物为前列腺癌患者的诊断和预后评估提供了新的选择，同时对患者的个体化治疗也具有重要的参考价值。