从精准诊断到精准化疗——精准医疗时代新型肿瘤标志分子研究进展

高 锋

（上海交通大学附属第六人民医院检验科，上海 200233）

恶性肿瘤已成为威胁人类健康的主要疾病。世界卫生组织国际癌症研究机构（the International Agency for Research on Cancer，IARC）发布的《2020年全球癌症统计报告》显示，2020年全球新诊断癌症病例数和因癌症死亡例数均继续上升，其中有59.5%的新增癌症病例和58.3%的癌症死亡病例发生在亚洲[1]。与欧美国家相比，亚非国家的癌症病死率比癌症发病率高，我国的癌症发病率为18.6%，但癌症病死率＞25%[1]。我国居民死亡原因排名中，癌症居第1位，且新发癌症患者的绝对数量较大[1]。由此可见，我国的癌症防控形势十分严峻，癌症诊疗水平跟欧美发达国家相比仍存在较大的差距，要实现健康中国目标，需重视癌症的早期诊断和精准综合诊疗研究。

2011年，美国国家科学院正式提出精准医学的概念，其宗旨是给予患者以个性化的精确治疗。“精准诊疗”是基于循证医学模式发展而来的，以个体化医疗为基础，融合了“精准”的分子检测和大数据科学指导下的生物信息学分析，采用基因组学、蛋白组学等方法特异性地判定肿瘤的发病机制，从而有针对性地选择相应的治疗方式或药物，最终实现肿瘤的精准用药[2-3]。然而，没有精准诊断、就没有精准治疗。

精准诊断的基础是对肿瘤特征的深入认识。近年来，学者们发现了表观遗传可塑[4]、克隆进化[5]、肿瘤异质性[6-7]等肿瘤的新特征，这些新的肿瘤分子特征的发现正改变着肿瘤诊疗的思路与策略，为肿瘤诊疗带来了新的机遇和挑战。高度异质性和可塑性是肿瘤在特定微环境下自我适应和进化的结果，与肿瘤细胞的生长、侵袭、转移、耐药及患者预后等密切相关。同一患者体内的肿瘤异质性包括不同病灶间的异质性和同一病灶内不同细胞之间的异质性[8]，在临床治疗过程中，肿瘤细胞表型可发生动态变化[9-10]，为临床个体化治疗带来了巨大的挑战。鉴别出肿瘤在特定时间和空间的个性化特征，对于准确诊断和预后评估具有重要的临床意义。

随着肿瘤基因检测技术的进步，DNA突变、甲基化、循环肿瘤DNA（circulating tumor DNA，ctDNA）、循环肿瘤细胞（circulating tumor cell，CTC）的特异性生物标志物、外泌体等新型肿瘤标志分子正逐渐在肿瘤的辅助诊断、疗效预测、复发和转移监测，以及预后判断中发挥越来越重要的作用，在恶性肿瘤早期的复发风险评估及晚期的精准治疗中也已取得了一些研究成果。

1 分子分型与精准治疗

对新型肿瘤标志分子进行检测，根据基因表达谱的特征可将肿瘤分为不同亚型，对制定相对精准的治疗策略大有助益。例如：乳腺癌的分子分型有助于实现精准诊断，指导精准治疗，是现阶段制确定治疗方案的基础。根据雌激素受体（estrogen receptor，ER）、孕激素受体（progesterone receptor，PR）、人表皮生长因子受体2（human epidermal growth factor receptor 2，HER-2）和增殖细胞核抗原Ki-67的表达情况可将乳腺癌分为4个亚型[1]，分别为Luminal A型、Luminal B型、HER-2过表达型和基底样型。不同的分子分型预后不同，相应的治疗手段也不同[4]。Luminal A型术后以内分泌治疗为主，而Luminal B型多需要化疗联合内分泌治疗。有研究发现，有40%的ER+/HER-2-晚期乳腺癌患者伴有PIK3CA突变，其导致的磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）通路活化可促进内分泌耐药的发生，与患者预后不佳密切相关[11-12]。针对PIK3CA突变的抑制剂Alpelisib有良好的体内抑瘤效果，有可能成为伴PIK3CA突变患者在内分泌耐药或复发转移后的良好治疗方案。HER-2阳性患者的治疗策略多为抗HER-2的靶向治疗联合化疗。三阴性乳腺癌（triple negative breast cancer，TNBC）的治疗目前仍是以术后化疗为主，新的治疗药物仍在研发中。近年来，随着对TNBC分子特征认识的逐渐深入，按基因表达谱可进一步将TNBC分为6个亚型[2]：Basal like-1和Basal like-2型、免疫调节型、间质型、间质干细胞型和雄激素依赖型，分别表现出不同的化疗敏感性和预后。基于不同的分子亚型分类，可选择不同的治疗方案，如免疫治疗、抗雄激素治疗、小分子激酶抑制剂治疗、修复DNA损伤治疗等，这些都是精准治疗的研究热点。

2 表观遗传学与精准诊疗

肿瘤的表观遗传学变化，即DNA和组蛋白修饰等的变化可引起基因表达异常，并导致肿瘤的发生。监测表观遗传学的改变，可用于肿瘤的风险评估、疗效预测等，是精准诊疗不可或缺的组成部分。表观遗传可塑是肿瘤的标志性特征之一，表现为染色质重构、组蛋白修饰和DNA甲基化3种形式。染色质构象相关蛋白的基因突变可通过全基因组检测技术进行检测，由此产生了一种新的肿瘤治疗策略——重构染色质[13-14]，可通过“关闭”特定的异常基因而达到治疗效果。组蛋白变体、伴侣、修饰剂和异染色质等均可影响细胞特征及其可塑性。基因甲基化是基因表观遗传学修饰的一种重要方式。肿瘤组织的DNA甲基化水平与肿瘤发生风险密切相关，是理想的肿瘤风险预测标志物，已广泛应用于临床诊疗[15]。DNA甲基化作为生物标志物已广泛用于结直肠癌[16]、肝癌[17]、乳腺癌[18-19]等的诊疗。有研究发现，体液中游离核酸甲基化在肿瘤发生早期即可发生微量变化[20-21]，可用于肿瘤早期辅助诊断及预后判断。随着高通量测序、数字聚合酶链反应、微流控芯片等技术的发展和应用，DNA甲基化及游离核酸甲基化将在未来肿瘤诊断及治疗监测中发挥更重要的作用。

3 液体活检在肿瘤精准诊疗中的应用

液体活检是指非侵入式的体液检测，作为临床检验新技术，可检测体液中的CTC、ctDNA碎片和外泌体等，是肿瘤诊断和辅助诊疗的突破性检测技术，目前已逐步开始应用于临床。液体活检因取样方式灵活、安全、无创、便捷，且可动态监测等优势而备受瞩目，其主要检测目标是基因突变、表观遗传学变化和基因差异表达，目前已被用于肿瘤早期筛查、转移和复发风险预测、预后判断、疗效和耐药的动态监控等领域。可用于液体活检的样本包括血液、尿液、唾液、脑脊液、精液等所有体液，其中对血液的活检进展迅速，已有多项技术获得批准并应用于临床，如检测血浆ctDNA中的PIK3CA突变可在指导乳腺癌患者使用Alpelisib治疗中发挥重要预测作用[22]；检测7种微小RNA（microRNA，miRNA）可用于肝细胞肝癌的动态监测和疗效评估[23]。液体活检技术是临床诊治的发展方向，能够帮助临床在肿瘤的早诊断、早治疗方面实现突破，同时能够指导临床制定个性化治疗方案，实现真正的个体化精准诊疗。

4 精准化疗

精准化疗需要基于患者分子特征筛选最安全有效的治疗药物。肿瘤细胞的异质性与其对药物的敏感性密切相关，因此肿瘤细胞呈现的特异性生物标志对抗肿瘤药物的疗效和不良反应的预测、患者预后具有重要意义。检测肿瘤相关基因的表达水平和多态性可预测化疗药物疗效、不良反应和患者预后，可实现肿瘤的精准化疗。目前已发现多个肿瘤相关基因在预测化疗药物的疗效、不良反应和临床预后中具有一定的临床价值。p53和鼠双微体2（murine double minute 2，MDM2）基因多态性可作为非小细胞肺癌（nonsmall cell lung cancer，NSCLC）患者和肉瘤患者对铂类药物不良反应的预测指标[24-26]。BRCA1预测在软组织肉瘤患者对曲贝替定的治疗反应中有重要的临床价值[27]。WISP1多态性可预测肺癌患者对铂类药物的敏感性及不良反应[28]。ERCC1基因和XRCC1基因可预测直肠癌、胃癌、膀胱上皮肿瘤的预后，亦可预测肺癌和卵巢癌患者对铂类药物的敏感性[29]。PARP2基因rs878156位点多态性可预测乳腺癌患者使用蒽环类化疗药物的疗效和预后。谷胱甘肽S转移酶基因多态性可以预测乳腺癌患者对化疗药物的敏感性[30]。虽然精准化疗领域的研究已取得一定的进展，但目前仍缺乏有效的疗效预测指标来精确评估肿瘤患者对治疗的反应，联合检测多个化疗相关基因或可提高预测的准确性。精准化疗是未来肿瘤化疗的方向，寻找更敏感、准确的疗效预测指标，指导临床化疗药物选择任重道远。

5 未来方向

目前，我们对肿瘤的认识仍然所知有限。但是，肿瘤新特征的发现正在逐渐开启新的肿瘤诊疗模式，包括肿瘤表观遗传治疗、进化治疗、精准治疗等，这些新治疗模式与传统治疗模式的联合将是未来肿瘤治疗的发展方向。围绕肿瘤异质性和可塑性的研究将成为突破精准医疗瓶颈的关键点。随着对肿瘤异质性的深入研究，我们认为，肿瘤诊断应包括以下几个方面：对肿瘤进行多层次分型，指导个体化治疗方案的制定；在治疗前预测药物反应和预后；监测疾病演化，发现微量残存的肿瘤细胞及CTC，预测复发和转移。相信在不久的将来，会有更多的新型肿瘤标志分子被应用于临床，为肿瘤的精准诊断和精准化疗提供新的方法，给肿瘤患者带来新的希望。