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肿瘤分子诊断的现在与未来

2014/09/02 来源:小桔灯IVD
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导读
肿瘤分子诊断在肿瘤学的基础和临床研究中已经显示出强大的生命力。凭借分子诊断的技术优势和巨大潜能,将极大地推动在更深层次揭示肿瘤的本质、指导临床诊断和治疗。本文对肿瘤分子诊断的现在与未来进行了综述。


二十一世纪的今天,恶性肿瘤仍然是严重危害人类生命健康的重大疾病。从世界范围内看,肿瘤的发生、发展不容乐观。随着人口逐渐老龄化、吸烟、感染、环境污染、膳食结构等问题的存在,肿瘤诊断所面临的形势极为严峻。

随着分子生物学的发展,特别是人类基因组计划的顺利实施、人类基因组序列的剖析以及相关基因功能的识别,已经赋予了传统意义上的肿瘤实验诊断以全新的内涵,肿瘤分子诊断也逐渐成为分子医学的重要组成和研究热点。

就定义而言,肿瘤分子诊断尚存有争议。有人认为,在分子生物学理论和技术基础上建立起来的诊断技术在肿瘤领域的应用就是分子诊断。也有人认为,从分子水平上完成对与肿瘤相关的核酸(DNA和RNA)和蛋白质这些生物大分子的检测即属肿瘤分子诊断。前者强调所采用的技术和方法,后者则更关注所检测的对象。笔者更倾向于不必清晰界定,肿瘤分子诊断可以理解为是一类将分子生物学原理和技术应用于肿瘤诊断的方法,其核心为基于核酸和蛋白的诊断技术,通过检测与肿瘤发生相关的大分子以及大分子体系的存在、结构或表达调控等改变,为肿瘤的预测、诊断、治疗、预后及转归提供分子水平上的诊断信息。在这个意义上,目前临床上得以普遍应用的肿瘤标志物检测,均可归入肿瘤分子诊断的范畴。

一、肿瘤生物标志物的发现

肿瘤发生、发展的有迹可循,促使人们投放了更多的精力于发现新标志物。自从1846年Henrey Bence-Jones在多发性骨髓瘤患者中发现了最早的肿瘤标志物——本-周蛋白以来,160多年的研究中,人们已经陆续发现了100多种肿瘤标志物。这些标志物各具有不同的生化性质或生理功能,分属于胚胎蛋白和糖蛋白类、酶类、激素类、癌基因蛋白类等。目前将它们归类为:(1)原位性肿瘤相关物质,如细胞内酶;(2)异位性肿瘤相关物质,如肺癌中升高的促肾上腺皮质激素(ACTH);(3)胎盘和胎儿性肿瘤相关物质,如AFP、CEA、hCG等;(4)病毒性肿瘤相关物质,如与肿瘤相关的HTL-1病毒(成人T细胞白血病)、EB病毒(Burkitt淋巴肉瘤)、HS病毒(宫颈癌与皮肤癌)、HB病毒(肝癌)和人巨细胞病毒等。

近年来,随着分子生物学技术的不断进展,肿瘤生物标志物所囊括的种类也越来越多,除了癌基因、抑癌基因及其产物这一重要类别外,单核苷酸多态性(SNP)、基因组、转录组和蛋白质组等都被列入肿瘤生物标志物的范畴。

二、肿瘤分子诊断技术的进步

随着人类基因组计划的完成,越来越多的基因组和蛋白组信息被人们用来服务于与临床诊断相关的实验工作中,承担这些信息分析的各种分子生物技术也不断涌现。尽管分子杂交、PCR和DNA序列测定仍然是检测DAN和RNA的基本和主流技术;Western blot、免疫法、质谱法仍然是分析测定蛋白质的主要手段,但新的分子诊断技术正层出不穷。另一方面,在原有技术基础上的衍生、组合或联合而形成新的分析方法也大大提高了分子诊断的特异性、敏感性和准确性。

近年在肿瘤诊断技术方面,有几个方面的进展值得关注:

(1)基因扩增在芯片上进行已经实现。单核苷酸多态性(SNP)、突变分析芯片、差异表达芯片、比较基因组杂交芯片等多种高密度微阵列芯片,正在被用于发现与肿瘤相关的生物标志物,并被用于临床对肿瘤的诊断和治疗指导。个体化用药将借助芯片技术实现由候选基因向全基因组研究的飞跃。集成各项功能的芯片实验室也即将步入产业化阶段。

(2)测序技术在肿瘤基因诊断,尤其是在肿瘤分子分型、个体化治疗方案选择中发挥着日益重要的作用。随着测序技术的进步,在未来2-3年内,仅百万美元即可测定全基因组的目标将有可能实现,测序技术将可能成为临床实验室分析肿瘤基因组变化的常规武器。

(3)分子显像技术的应用为肿瘤诊断提供了新的方法。该技术在细胞、基因和分子水平上实现了生物体内部生理或病理过程的无创、实时、动态的在体成像,从而对机体内的肿瘤进行早期发现和精确定位。

(4)分子病理学在肿瘤研究领域的重要作用日益突出和彰显。分子病理诊断突破了单纯的诊断范畴,担负起为临床个体化治疗提供信息和证据的责任。近年在临床得以普遍应用的有:乳腺癌HER-2基因的扩增检测,肺癌、结直肠癌EGFR和K-RAS基因突变检测,腹腔胃肠道间质瘤C-kit基因检测等。随着肿瘤研究的拓展和深入,以基因诊断为主导的分子病理分型将成为指导临床个体化治疗的重要手段。

三、肿瘤分子诊断的临床应用

纵观肿瘤分子诊断的发展,其将主要应用于:肿瘤的早期诊断及鉴别诊断;肿瘤的分级、分期及预后判断;微小病灶、转移病灶及血中残留癌细胞的识别检测;判断手术中肿瘤切除是否彻底、有无周围淋巴结转移等。

近年在下列几个方面的发展可能代表了未来的趋势:

(1)肿瘤的易感基因检测:从肿瘤诊断过渡到肿瘤遗传相关易感基因检测。目前已明确的肿瘤易感基因有Rb1(视网膜母细胞瘤)、WT1(肾母细胞瘤)、p53(Li-Fraumeni 综合征)、APC(家族性腺瘤性息肉病)、HNPCC(遗传性非息肉病性结肠癌)、NF1(神经纤维瘤病)、VHL(VonHippel-Lindau综合征)、PTEN(Bannayan-Riley-Ruvalcaba综合征)、BRCA(家庭性乳腺癌、卵巢癌)、Ret基因突变(Ⅱ型多发性内分泌肿瘤)和GST基因型(判断个体暴露于致癌物时的致癌危险性)等。

(2)肿瘤的鉴别诊断:在拥有可靠的分子诊断标志物和诊断技术后,我们可对一些临床上的良、恶性增生性疾病进行鉴别诊断。例如,对Bcr区基因重排的检测,可帮助对急、慢性粒细胞性白血病进行鉴别。N-myc和C-myc的扩增和表达检测,对鉴别神经母细胞瘤和神经上皮瘤具有应用价值。

(3)肿瘤的预后评估和监测:肿瘤预后常常与肿瘤基因突变、扩增及过度表达密切相关,研究发现从分子水平上判断肿瘤的生物学行为及预后具有较高的准确性。例如,p53基因突变与乳腺癌、肝癌、结肠癌等多种肿瘤预后有关;nm23的状态与肿瘤转移相关。研究者们根据胃癌、肝癌、肺癌、结肠癌等相关基因的变化,提出了它们癌变和演进的分子模型,阐述了癌基因激活、抑癌基因失活与主质细胞增生、癌前状态、癌变和转移各阶段基因变化的特征,这些为临床上判断肿瘤预后和预后监测开辟了新的途径。

(4)肿瘤的个体化治疗:近年来,随着肿瘤分子生物学的发展和人类基因组序列的破解,以及肿瘤靶向药物的问世,人们开始尝试通过患者基因及其表达状态来预测其治疗效果。在靶向药物、生物制品和激素等新型抗肿瘤药物治疗方面,乳腺癌采用Her2表达水平的分子病理或FISH分析,指导临床Herceptin的正确应用,已经成为个体化治疗的经典范例;Lynch发现表皮生长因子受体(EGFR)特定部位的突变可以预测非小细胞肺癌患者对靶向药物易瑞沙治疗的反应。然而,目前有关肿瘤个体化治疗的分子诊断尚属于起步性阶段。鉴于肿瘤的发生是一个多阶段、多步骤和多基因参与的过程,肿瘤敏感性和耐药性也可能由复杂的基因网络调控。基于多个基因或标志物的表达状态,以及相关节点蛋白质、代谢物的变化规律的个体化分子治疗方案和技术尚有待探索。

综上,肿瘤分子诊断在肿瘤学的基础和临床研究中已经显示出强大的生命力。凭借分子诊断的技术优势和巨大潜能,将极大地推动在更深层次揭示肿瘤的本质、指导临床诊断和治疗。

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