前列腺癌特异基因PCA3的研究进展

罗振国,王天喜,王 超,辛 华

(佳木斯大学附属第一医院泌尿外科,黑龙江佳木斯 154003)

前列腺癌(carcinoma of prostate)在欧美国家发病率极高,在高龄男性仅次于肺癌,但在我国比较少见,随着人均寿命的不断增长,近年发病率迅速增加。前列腺癌多数无明显临床症状,常在直肠指检时偶然被发现,也可在前列腺增生手术标本中发现。临床上大多数前列腺癌患者因转移病灶引起的症状来就诊如骨痛、脊髓压迫神经症状及病理性骨折,已经处于前列腺癌的晚期,失去治疗的最佳时机,往往预后不良容易复发。目前临床上诊断前列腺癌的基本方法有直肠指检、经直肠超声检查和血清前列腺特异性抗原(PSA)测定。CT和MRI对A期与B期前列腺癌的诊断价值不大,只能对C期、D期肿瘤显示其侵犯及包膜外、精囊、膀胱颈以及盆腔肿大的淋巴结。目前临床上主要用直肠指检联合血清PSA测定对前列腺癌患者进行初步的筛选,然后对阳性患者进行反复的穿刺活检,最后才能确诊。血清PSA的水平容易受到多种因素的影响如经直肠超声,前列腺按摩,经直肠前列腺穿刺活检等,而且前列腺增生和前列腺炎也可以引起血清PSA水平的升高[1]。这样就容易导致许多的假阳性结果,进而导致不必要的穿刺活检。反复的穿刺活检不仅增加了病人的痛苦而且可能导致其他并发症的发生。目前其他的前列腺癌肿瘤标记物的研究也取得了很大的进展,如α-甲酰基辅酶A消旋酶(AMACR)、前列腺特异膜抗原(PSM A)等被证实具有前列腺特异性,但对前列腺癌的诊断效果不是特别理想。PCA3(PCA3 mRNA:前列腺癌抗原3又称DD3 mRNA是一种前列腺癌特异基因,具有很高的组织特异性和癌特异性,根据人类基因组命名法DD3又称为PCA3)基因在癌变的前列腺细胞中表达量很高,具有较高的敏感性和特异性,可以把它用于前列腺癌诊断筛查的标记物,也可以利用它的特异性对进行治疗后的患者进行有效的检测。本文就该基因的研究现状和进展做一全面的综述。

1 PCA3mRNA的发现及其命名

1999年通过体细胞杂交,Busserrmkers等[2]发现,在9号染色体上可以发现DD3mRNA,利用包含有9号染色体着丝点特异性探针和其他四种(differential display code 3,DD3)相关的基因组克隆产物的探针,证明该基因位于人类染色体9q21-22,全长约25kb。DD3初步转录的结构由3个内含子和4个外显子构成,其中较大的内含子,大约20 kb,较小的分别为227bp和873bp。经转录后修饰内含子全被剪接。外显子分别包括为外显子1,外显子2,外显子3和外显子4,其中外显子4是由4a,4b,4c三个亚单位选择性剪接所组成。转录产物经修饰后,在三种不同的转录产物中(0.6kb,2kb,4kb)中,外显子1和3还有外显子4的亚单位4a都有表现。外显子4b和外显子4c仅在较大的转录产物中表现。根据人类基因组命名法DD3又称为PCA3(prostate cancer antigen 3)。

2 PCA3mRNA分子生物学特性

通过研究发现PCA3基因的阅读框架中均含有高密度的终止密码子,PCA3基因是非编码的 RNA。此外通过Grail软件可以发现PCA3基因中散在分布着数个小的可读框架(ORF),预测PCA3基因最可能的开放读码框定位在外显子3和4a,但是全长cDNA的体外转录和翻译也没有证据证实有蛋白产物产生。总结该基因的特点为:①PCA3mRNA基因是一种非编码基因,但又不是假基因。②通过人类胎盘基因组 DNA 文库,没有检测到和PCA3mRNA基因同源的基因。③通过检测发现在其他正常的组织、肿瘤组织(如乳腺癌细胞、肾癌细胞、膀胱癌细胞、子宫颈癌细胞),没有PCA3mRNA基因表达,只有前列腺癌细胞中可以检测到PCA3mRNA基因。

3 PCA3mRNA与前列腺癌的诊断

Hessels D[3]等利用荧光定量RT-PCR技术测量108个研究对象尿液(PSA＞3ng/mL)中的PCA3mRNA量并比较正常前列腺组织与恶性组织的PCA3mRNA的含量。研究显示,相对于良性前列腺增生组织,癌组织中的PCA3mENA量明显升高。其中95%的癌组织标本可以测到PCA3mRNA量升高,这就表明微量的前列腺癌标本也可以与正常的组织进行区分,敏感度较高。在108个研究对象中,其中有24例经过穿刺活检被证明是前列腺癌患者,PCA3mRNA的敏感性是 67%(16/24),而且阴性预测值90%是正确的。利用 AUC-ROC比较 PCA3mRNA和hTERT gene两者在正常组织、增生和癌组织的诊断、预后价值。PCA3mRNA(AUC-ROC,0.98)被证明诊断价值要比hTERT(AUC-ROC,0.88)高。而且相对于正常的前列腺组织,肿瘤组织中,在mRNA扩展中,中位数 PCA3mRNA的增加要比hTERT高。作为前列腺癌的检测指标具有PCA3mRNA较高的敏感性和特异性这使得有可能在大量正常前列腺细胞存在的背景下检测出少量癌细胞,也可用于体液如血液、精液、尿液和前列腺按摩液中少量癌细胞的检测。

4 PCA3mRNA与前列腺癌预后的监测

不同分期的前列腺癌有不同的治疗的方法,分期的不同治疗后患者的预后也是不同,晚期的前列腺癌复发的几率要大。所以对治疗后的前列腺癌患者也要时时进行监测,及早的发现复发的肿瘤,及早的进行治疗,以便提高生存率。PCA3的敏感性和特异性较高,可以用于预后的监测,有研究[4]对70个经过前列腺穿刺活检的病人、52个健康的男性和21个经过前列腺根治术的病人分别进行前列腺直肠指检,然后取他们的尿液。从中提取 PCA3、PSA的M RNA通过PCR技术进行扩增。通过PSA基因对PCA3基因进行矫正,利用它们之间的比率来判断标本活检的正确率。结果显示准确率达到了98.2%,通过临床的研究显示PCA3基因的ROC曲线下面积、敏感性、特异性分别是 0.746、69%79%相同组的血清PSA的特异性只有28%。PCA3 and PSA mRNAs不能在标本内发现除了一例复发的患者以外,表明该基因可以预测肿瘤的复发。不仅如此,PCA3评分可以对肿瘤的体积和是否有局部组织的侵入进行预测,这样不仅可以选择合适的治疗方法也可以对患者的预后有一个评估。国外有研究[5]将准备进行前列腺切除的临床上确诊的前列腺癌患者作为研究的对象,把他们的尿液标本分为四组,V1在外科手术前对其进行直肠指检然后取尿液,V2不进行直肠指检取尿液,V3和V4分别是手术后10天和6周的尿液样本。对标本进行PCA3和PSA基因的提取,反转录扩增,得出PCA3评分。结果显示V1 V2 V3 V4的评分分别是91 85 0和2%。这些结果和病理分级和Gleason＞6没有关系。在V1中局部有神经侵入的病例,评分较高(P＜0.05)。表明PCA3评分的高低和肿瘤的病理分级是没有关系的,但是它可以反映肿瘤是否有局部的神经侵入。

5 展望

虽然我们通过对前列腺癌的分子领域内做的大量研究,实验结果也已经证实了PCA3基因在前列腺癌细胞中的表达非常高,被认为是目前最好的前列腺癌特异性标志物。但是,他的分子生物学的特性和功能还未完全了解;检测方法标准化控制需更进一步完善;与前列腺癌发生发展的机制不是很清楚,目前需要通过对机体其他肿瘤细胞进行分析,以更多的实验依据证实该基因具有肿瘤学特异性,同时,需要更多的实验来证实PCA3基因在前列腺癌各个临床分期和病理分期中的扮演什么样角色,特别是在前列腺癌早期诊断中能否成为一个特异性的分子标记物;此外,PCA3基因在治疗领域里面是否能成为预后的判断分子标记物,特别是根据基因序列特点能否设计靶向基因疫苗来治疗前列腺癌,所有这些都是空白。这些都依赖对PCA3分子生物学特性的进一步认识及基因治疗相关技术的进一步完善。

[1]Freedland SJ,Partin AW.Prostate-specific antigen:update 2006[J].Urology,2006,67(3):458-460

[2]Bussemakers MJ,vanbokhoven A,Verhaegh GH,et al.PCA3:a new prostate specific gene,highly overexpressed in prostate cancer[J].Cancer Res,1999,59(23):5975-5979

[3]Hessels D,Klein Gunnewiek JM,van Oort,et al.DD3(PCA3)-based molecular urine analysis for the diagnosis of prostate cancer[J].EU R Urol,2003,44(1):8-16

[4]Jack Groskopf,Aubin SM,Deras IL,et al.APTIMA PCA3 M olecular Urine T est:Development of a Method to Aid in the Diagnosis of Prostate Cancer[J].Urology,2003,62(5):34-43

[5]Liss MA,Santos R,Osann K,et al.PCA3 molecular urine assay for prostate cancer:association with pathologic features and impact of collection protocols[J].World J Urol,2010,9(15):5477-5485