肺癌早期无创性检查方法的研究进展

曹美娜,李玉鑫,胡明成,姜 珊,梁 龙,任卓君,梁 爽,李为民

(1.牡丹江医学院;2.牡丹江医学院附属第二医院影像科;3.牡丹江医学院附属红旗医院核磁共振科,黑龙江 牡丹江 157011)

在全球范围内,肺癌是严重危害人类身体健康的恶性肿瘤之一,发病率和死亡率均高[1]。肺癌按照病理类型可分为小细胞肺癌(SCLC)和非小细胞肺癌(NSCLC),其中NSCLC占80%以上。不同临床分期的肺癌患者5年生存率有显著差异,其中IA期患者可高达92%,远处转移患者不足10%。然而,只有大约20%的肺癌患者在早期(I期和II期)被诊断出来,导致全球肺癌患者的生存率较低。因此,提高肺癌患者的生存率和降低死亡率的关键是早期诊断和早期治疗,早期诊断又是重中之重。以往主要是通过胸部X线片及CT等影像学检查来对早期肺癌进行筛查。近年来,生物标志物如肺癌自身抗体、小分子RNA等无创性技术不断进步和发展,为早期肺癌的筛查创造了有利条件。本文就近年来肺癌早期无创性检查方法的研究进展进行综述。

1 影像学检查

1.1 胸部X线片检查胸部X线片检查主要是通过X射线穿透不同密度的人体组织,投影在胶片上。胸部X线片检查具有经济实惠、方便快捷、辐射剂量小等优势,目前仍是健康体检的常规项目,对肺癌的早期诊断或提示诊断具有重要的参考意义。但其空间分辨率低,病灶容易被其他脏器所掩盖从而导致漏诊及误诊的发生,尤其是对于直径小于1 cm的肺结节。因此,只应用胸部X线片检查来筛查肺癌准确性低。对于长期大量吸烟等肺癌高危人群,行胸部X线片检查时需要联合其他诊断方法,以降低肺癌的漏诊率。

1.2 电子计算机断层扫描电子计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)具有无创性、成像速度快、价格较低、图像分辨率高等优势,目前已作为早期肺癌的首选影像学检查方式。其中,低剂量CT可以显著地减少电离辐射,并且已经通过大规模随机对照试验证明:使用低剂量CT降低了肺癌死亡率。影响最为广泛的美国肺癌筛查试验(national lung screening trial,NLST)表明:对照胸片组,低剂量CT降低肺癌死亡率约20%[2]。基于此,美国癌症协会、美国胸外科协会、美国临床肿瘤协会等先后出台了早期肺癌筛查准则,建议对肺癌高危人群进行低剂量CT扫描。我国基于美国肺癌筛查试验结果及本国人口特点于2015年制定了低剂量CT肺癌筛查指南,并于2018年进行修订。肺癌早期症状不明显,多数仅在影像学上表现为肺结节。低剂量CT扫描通过观察结节的大小、密度、形态以及周围淋巴结等可判别肺结节的良恶性。对于首次检查难以确定的患者,需要定期随访观察。以往我们只是通过对比结节的直径来确定结节有无增长,其准确性较低。目前我们可以通过测定结节体积倍增时间来明确结节生长速度,进一步提高了早期肺癌诊断的准确性。为使早期肺癌诊断更加精准,我们需要获取更多的肺结节特征性信息,高分辨率CT应运而生。超高分辨率靶扫描是通过高分辨率CT的薄层扫描及高分辨率算法重建获得容积数据,加上MPR、MIP、CPR、SSD、VR等后处理技术,可进一步明确肺结节形态、边界等特性。此外,能谱CT更有助于评估肺结节分子形态学及病变内微循环情况,对肺结节的诊断及鉴别诊断具有良好的应用价值[3]。

1.3 核磁共振扫描核磁共振扫描(Magnetic Resonance Imaging,MRI)无电离辐射、对软组织显示较好、并可提取大量组织功能学信息。但由于肺内氢质子浓度低、检查时限过长、磁场不均匀、运动伪影重等因素,MRI对早期肺癌的诊断价值十分有限。近年来,由于磁共振检查技术的进一步提高,以及呼吸触发、心电门控和并行采集等扫描技术的开展,MRI在肺部的应用也日益普遍,尤其是在肺结节的良恶性鉴别方面。扫描方案建议在常规T1WI、T2WI形态学序列外,适当加入功能学序列如扩散加权成像(DWI)。DWI序列可以通过测量表观扩散系数(ADC值)来评估组织内水分子的扩散程度,Zhou等[4]研究表明:肺部恶性结节的ADC值明显低于良性结节,扩散加权成像对直径为3～5 mm、6～9 mm、≥10 mm肺结节的灵敏度分别为43.8%、66.4%、97%。在DWI序列基础上发展的双指数模型扩散加权成像(IVIM)降低了血管灌注对ADC值的影响,可获得真实扩散系数(D值)和灌注分数(F值)且能够利用多b值进行扫描,对肺结节的良恶性诊断提供了更高的价值[5]。此外,磁共振扩散峰度成像(DKI)可以较准确反映组织的微观结构。不同组织的非高斯扩散特征是有差异的,其平均峰度值(MK)的高低有助于评估肺结节的良恶性[6]。但对于磨玻璃结节的检测精准度并不理想,主要问题在于磨玻璃结节缺乏实性成分,因而造成周围磁场不均匀、信号弱、图像质量差。

1.4 正电子发射计算机断层扫描正电子发射计算机断层扫描(Positron Emission Tomography-Computed Tomography,PET-CT)通过注射放射性显像剂,进行局部或全身代谢成像。近年来,PET-CT在肺癌的分期、转移、治疗评估等方面具有重要的作用[7]。最大标准化摄取值(SUVmax)的大小可帮助判断肺结节的良恶性,当结节SUVmax≥2.5时,多考虑为恶性,反之亦然[8]。但对于呈非实性改变的早期支气管肺泡癌诊断效能欠佳,其主要原因为早期癌细胞增殖速度慢、肺泡结构没有被破坏,导致摄取的FDG值偏低进而显像模糊、假阴性高[9]。另外,PET-CT对直径不足10 mm的肺结节检查意义也是有限的,这或许和结节过小、血供不足、摄取FDG并不明显相关。所以说,PET-CT在肺癌早期诊断应用方面并无定论,但其已成为辅助肺癌分期的重要手段。一般来说,PET-CT在淋巴结分期上的诊断效能是明显优于CT的。

2 生物标志物检查

2.1 肿瘤标记物肿瘤标记物是指肿瘤细胞产生和释放的一类活性物质,可在血液、尿液、肿瘤组织等检测到。具有取材方便、检测创伤小、重复性好等优势。目前临床常用的肺癌相关的肿瘤标志物包括:癌胚抗原(CEA)、鳞状细胞抗原(SCC)、细胞角蛋白19片段(CYFRA21-1)、神经元特异性烯醇化酶(NSE)等。CEA是一种广谱的肿瘤标记物,主要存在于结直肠癌、胃癌、胆管癌等组织中,在肺癌中也有一定程度的升高,但敏感性不足。SCC及CYFRA21-1对肺鳞癌诊断具有高度特异性,但对于其他类型的肺癌诊断价值没有得到证实。NSE是神经元和神经内分泌组织所特有的,对小细胞肺癌具有高度敏感性。张等[10]研究结果表明:神经元特异性烯醇化酶对非小细胞肺癌诊断价值十分有限,而在早期诊断小细胞肺癌中的敏感性可达77.8%。

2.2 肺癌自身抗体肿瘤自身抗体是反映机体肿瘤免疫应答状态的重要指标,在外周血中稳定性好、半衰期长。近年来,国内外多项研究表明肺癌自身抗体是一种较新的生物标志物,应用前景广阔。在2010年的美国临床肿瘤学会上,美国MD安德森癌症中心、国际疾病预防协会、耶鲁大学、科罗拉多大学癌症中心、埃默里大学联合研究表明:肺癌自身抗体检测技术能够高灵敏发现早期肺癌。肺癌自身抗体检测可以为肺结节提供生物学特性信息,其结果可以作为肺小结节危险分层管理的参考指标。在美国,已经把肺癌自身抗体检测作为对肺癌高危人群早筛的血液指标。癌症的发生发展是一个多基因、多步骤的过程,只凭借一个指标进行检测诊断会导致假阳性或假阴性过高,肺癌多种自身抗体联合检测可以提高诊断的准确性。Huang等[11]对肺癌患者和健康人群进行了肺癌七种自身抗体表达水平的检测,结果发现其灵敏度和特异度较单一抗体比较显著提高。肺癌七种自身抗体检测联合低剂量CT检查将进一步提高早期肺癌诊断的准确率。德国肺癌筛查干预实验表明:肺癌七种自身抗体联合低剂量CT检测对肺结节的特异性估计为91.1%[12]。针对中国人群进行的肺癌自身抗体筛查实验表明:肺癌七种自身抗体检查联合低剂量CT诊断肺癌的阳性率可达95%[13]。

2.3 小分子RNA小分子RNA(MicroRNAs)是生物体内的一种非编码RNA,主要通过翻译抑制或者降解靶mRNA,在转录后调控基因表达。某些MicroRNAs在肿瘤病人的身体内会发生显著的变化,通过MicroRNAs分析可以为癌症病人包括肺癌病人提供更精准的检测。MicroRNAs检测在诊断肺结节良恶性方面有很好的敏感度和特异度。Zhang等[14]研究表明:与健康人对照组相比,肺癌患者miRNA-21表达水平显著提高,具有高度的特异性,可以作为肺结节定性诊断以及肺癌早期筛查的有效手段之一。多种血浆miRNA结合肺结节直径建立的诊断模型可以提高诊断的灵敏度和特异度。林等[15]开发的一个具有两种血浆miRNA(miR-205-5p和miR-126)和孤立性肺结节直径的诊断模型对于鉴别孤立性结节的良恶性有89.9%的敏感性和90.9%的特异性。MicroRNAs联合低剂量CT的特征性分析,对恶性肺结节的诊断效能有进一步的提高,这在Xi等[16]研究中已经得到证实。此外,特定的MicroRNAs表达谱还可以划分肺癌亚型,陈等[17]检测出的两种miRNA(miR-25和miR-223)对诊断肺鳞癌、腺癌等非小细胞肺癌具有一定的准确性,并在对152位癌症病人和75位健康者的独自样本数据上获得了进一步的证明。但目前MicroRNAs对于小细胞肺癌患者的检测标本较少,其诊断价值需要进一步的研究。

2.4 循环肿瘤细胞循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cell,CTC)是从原发或转移的肿瘤组织分离出来进入外周血的肿瘤细胞。CTC在外周血液中浓度偏低,不利于检测。近年来,新技术不断发展,有效的循环肿瘤细胞可以在外周血中找到,对早期肺癌诊断具有重要的参考意义。Ilie等[18]在168例慢阻肺患者中首先开展了CTC检测,并发现有5名病人CTC检测结果为阳性,在接下来的年度随访中,这5名病人相继发现肺结节并最终被确诊为肺癌。靶向叶酸受体(FR)可作为检测CTC的通用标记,FR在不同类型的癌症中均可以高表达。以8.7 Folate Units/3 mL为阈值,肺部恶性肿瘤患者的CTC表达水平显著高于良性疾病患者。刘等[19]研究表明:靶向FR CTC检测技术诊断肺癌的敏感度、特异度分别为78.7%和71.1%。Yin等[20]研究表明:外周血FR CTC检测对肺癌诊断的敏感性可达87.05%,可以有效评估肺结节的良恶性。肺癌患者CTC表达水平与TNM分期也是密切相关,在不同TNM分期的肺癌患者中,CTC诊断的敏感性也是不同的。Chen等[21]研究表明:CTC检测对I期-IV期肺癌患者的敏感性分别为67.2%、69.4%、80.9%和100%,与传统肿瘤标志物(CEA、NSE、CYFRA21-1、SCC)相比敏感性显著提高。

2.5 循环肿瘤DNA循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA,ctDNA)是坏死的肿瘤细胞释放到脑脊液、血液等体液中的DNA,也是一种特征性的肿瘤生物标记物[22]。由于近年来基因检测技术的不断发展,ctDNA可在多种晚期癌症中检测到,且病情越严重突变率越高。进展期NSCLC患者的ctDNA的浓度较无进展期NSCLC患者明显升高。然而,ctDNA对早期肺癌的检测效果是不确定的。Newman等[23]研究结果表明:ctDNA对II-IV期NSCLC病人的敏感性可高达100%,对I期NSCLC病人的敏感度也可达到50%。Abbosh等[24]研究表明:ctDNA对II-III期鳞状细胞癌的敏感性也是100%,但对I期腺癌的敏感性仅为15%。为进一步提高ctDNA在早期肺癌检测中的敏感性,应致力于开展更多高端技术,如新一代测序技术、标记扩增深度测序等。

3 呼出气中的发挥性有机化合物

呼出气中的发挥性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)检测具有无创、经济、快速、敏感性高、可重复性好等优点,在肺癌的筛查方面具有良好的潜力。陈等[25]研究发现:VOCs的组成和浓度可以反映肺癌的疾病状态,肺癌患者的VOCs成分明显不同于健康人群。所以建立和开发其数据库及模型,对肺癌早期诊断具有十分重要的意义。但VOCs种类繁多,来源复杂,同时涉及到的技术内容也多,目前还没有统一的标准。所以现在急需解决的核心问题就是找到一种标准化的检测技术,一旦确定标准化的检测技术,VOCs检测将会为肺癌的早期筛查带来革命性的变化。

4 总结与展望

随着医学的不断创新发展,早期肺癌的检查技术日新月异。目前,早期肺癌筛查主要采取的是无创性检查,如影像学、生物标志物及呼出气中的发挥性有机化合物。其中,CT具有巨大优势,但单独应用仍有较高的假阳性率,将CT与生物标志物检测联合应用可提高诊断的准确性。但目前多数新型生物标志物还处在研究阶段,临床应用方面还未发展成熟。因此,未来需要研究者投入更多的时间和精力去完善。由于早期肺癌的筛查不能只依靠一种技术独自完成,因此需要将现有的检查技术进行联合应用,从多维度进行科学评估。但对于早期肺癌筛查的最佳联合模式仍有待商榷,这就需要医生充分了解这些检查方法的优缺点,结合患者的临床资料适当地选取几种方法联合应用,以实现肺癌患者的早发现、早诊断、早治疗,为肺癌患者带来光明与希望。