肺癌早期诊断进展

张 勇 白春学

肺癌是世界上发病率最高，死亡率最高的恶性肿瘤之一。全世界每年新发肺癌病例数为160万，占所有恶性肿瘤的13%，因肺癌导致的死亡患者每年有140万，占所有恶性肿瘤死亡的18%［1］。这主要是因为大部分肺癌发现时已为晚期，仅能进行姑息治疗，致使生存时间很短。如果临床上能诊断早期肺癌，将会明显延长患者的生存期。肺癌发现较晚主要是缺乏对高危人群有效的早期诊断方法。原位癌微侵犯的早期肿瘤，治愈的可能性近100%，手术切除的I期肺癌，10年生存率也可达90%以上。因此，需要发展新的早期诊断方法，提高肺癌患者的生存率。

一、低剂量CT(low dose CT，LDCT)筛查肺癌

长期以来，对LDCT筛查肺癌存在较大的争议。一项长达10年的大样本早期肺癌行动计划(early lung cancer action program，ELCAP)研究证实了LDCT的年度筛查可发现85%的I期肺癌，而筛查后进行手术切除的I期肺癌患者的10年生存率为92%［2］。多项临床试验显示LDCT对Ⅰ期肺癌的发现率为71% ～100%［3］。尽管如此，仍有人认为，这些LDCT筛查研究均未设对照组，也未提出筛查的安全性，因此并不能作为LDCT筛查的可行证据［4］。基于上述，美国国家癌症研究所(National Cancer Institute，NCI)进行了大规模的LDCT对比胸片筛查肺癌的随机对照研究:(national lung screening trial，NLST)。NLST研究将53454例肺癌高危人群随机分为LDCT组和胸片组，LDCT组诊断的肺癌数为645例/万人，而胸片组仅诊断了572例/万人。LDCT组肺癌死亡数为247例/万人，而胸片组为309例/万人。最终LDCT筛查肺癌相对胸片可以降低20%的肺癌病死率(P=0.004)［5］。由于得到了阳性结果，NLST研究于2010年提前终止。这是第一个LDCT筛查可以降低肺癌病死率的随机对照试验，提供了有说服力的证据。而且，NLST对CT设备的要求仅仅为4排，也仅筛查了最初3年的病例［6］，因此，LDCT筛查的获益甚至可能被低估。今后筛查的临床试验，应注重于优化LDCT筛查方案和阳性结果的随访流程，以最大限度提高LDCT的特异性和敏感性。

二、PET-CT

PET-CT检查在肺癌的诊断、分期、治疗评价中均有较高的敏感性和特异性［7］。对于LDCT筛查中发现的可疑外周结节病灶，PET-CT检查是良好的补充，能避免患者不必要的有创检查。在一项小规模的临床试验中，CT发现的可疑结节中76%可以通过PET-CT明确。PET-CT对恶性结节的诊断敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为69%、91%、90%、和71%。该试验提出，对于CT发现的可疑病灶进行选择性PET-CT检查，如为阴性，3个月后随访LDCT。该筛查方案的敏感性和阴性预测值均为100%，可以有效减少有创检查［8-9］。另一项临床试验也证实，LDCT筛查发现可疑阳性结果后，联合PET-CT检查可有效鉴别良恶性结节，以避免不必要的有创检查和手术［10］。当然，PET-CT对于直径小于5 mm的肺癌结节检查阳性率不高，需要密切随访以免漏诊。

同样，PET-CT在中央型肺癌的早期诊断中亦有一定作用。有研究分析了22位患者CT检查阴性，而最终由支气管镜检查确诊的24处早期中央型肺癌病灶。发现PET-CT扫描对早期中央型肺癌的敏感性、特异性、阳性和阴性预测值分别为73%、85%、80%和79%［11］。由此可见，PET-CT可以发现CT阴性的早期中央型肺癌，对于一些高度怀疑肺癌而CT检查阴性的患者，PET-CT是很好的补充。

三、自荧光纤维支气管镜(automatic fluorescence bronchoscopy，AFB)

对于早期中央型肺癌，特别是支气管腔内小病灶，CT难以显示，需要纤维支气管镜(纤支镜)检查才能发现。但临床上有时会遇到痰液检查可见到恶性细胞、但纤支镜检查看不到病变的情况。这是因为常规白光纤支镜(white light bronchoscopy，WLB)不能发现一些黏膜和黏膜下早期病变。

AFB的原理为利用组织自荧光的不同特性观察和分析气管、支气管黏膜病变。当用特殊波长的光激发正常组织时，组织可发出特异的荧光。病理状态时，由于疾病过程引起的组织结构完整性变化可改变或抑制自荧光。但自荧光强度极低，不能被肉眼看见。目前已可将现代精密照相机、计算机控制的图像分析系统和荧光内镜系统连到AFB上，对气道进行自荧光检查，实时采集图像，检测出气管支气管黏膜中很小区域的荧光变化。对气管支气管树上异常荧光区域黏膜的活检可增加小的恶变前病灶(发育异常)或早期恶变(原位癌)的检出率。已有研究证实，联合使用痰脱落细胞和AFB检查，是检查出早期中央型肺癌的有效手段［12］。

欧洲一项大样本多中心随机对照研究收集了年龄≥40岁且吸烟指数≥400支/年的1173名吸烟者，分组使用常规WLB和WLB+AFB进行检查。肿瘤侵袭前病灶(Ⅱ～Ⅲ度异性增生和原位癌)检出率分别为2.7%和5.1%(P=0.037)，用AFB+WLB指导活检，可以将活检的敏感性从单用WLB的57.9%提高到82.3%［13］。然而AFB的特异性较低，假阳性较高。为此，有研究引入荧光颜色比(红/绿比)这一指标来指导活检。在738例患者的3362处活检标本中，将红/绿比0.54作为指标指导活检，发现高度和中度不典型增生的敏感性为85%，而特异性也上升至80%［14］。

对长期大量吸烟的中央型鳞癌高危人群，特别是影像学检查阴性但存在反复痰血症状的患者，AFB检查有重要意义。而通过AFB观察到的恶性病变范围，也可指导外科手术的切缘。在实施各种介入性操作时，例如对不可手术的肺癌患者施行腔内治疗时，也可用AFB确定病变部位，指导治疗。与传统纤支镜检查比较，AFB检查除了略增加检查时间外，并没有增加并发症。

四、支气管内超声(endo-bronchial ultra-sound，EBUS)

EBUS是将支气管镜和超声系统联合起来，可以弥补肉眼的不足。目前，EBUS在肺癌早期诊断中的价值主要有:①提高外周孤立肺结节活检的阳性率;②提高对纵膈淋巴结分期的准确度;③提高早期支气管内肿瘤(原位癌)的检出率，并可指导局部治疗。

已有研究表明，对＜2 cm的外周孤立肺结节取活检时使用旋转传感器超声引导，EBUS可以将检查阳性率从常规透视下TBLB的50%提高到70%以上［15］。对于淋巴结分期，EBUS也有其优越性，在适当的条件下可发现直径最小为2～3 mm的淋巴结。EBUS可以与经食管超声内镜(endoscopic ultrasound，EUS)联合使用，两者可以起到相互补充的作用，从而对大部分纵隔淋巴结进行准确穿刺，并且有可能完全取代更具创伤性的纵隔镜检查［16］。一项关于EBUS纵膈淋巴结分期的meta分析显示，11个研究中共收录了1299例患者，EBUS-TBNA诊断肺癌的总敏感性为93%，特异性为100%。而仅有2例患者出现了并发症［17］。对于CT和PET-CT检查未发现纵膈淋巴结转移的患者，EBUS检查也可能有阳性发现［18］。而EBUS穿刺确诊为阴性排除纵膈淋巴结转移的患者，可能获得手术切除治愈肺癌的机会。

此外，EBUS通过对黏膜下超声结构的观察，可发现CT和纤支镜检查不能发现的支气管内肿瘤。早期肿瘤的病理解剖定义是肿瘤没有突破到黏膜下。对黏膜似乎是完整的早期肿瘤，常规支气管镜检查显然无法发现。EBUS则可显示改变后的黏膜下层解剖学结构，因此可以发现肿瘤黏膜下浸润。EBUS不仅可以检查肿瘤的浸润程度，并可对原位癌进行治疗。在日本的一项研究中，采用EBUS正确的检查出24例肺癌患者中23例的肿瘤支气管浸润深度，其敏感性和特异性均高于CT;对其中18例早期NSCLC或原位癌患者中的9例进行了光动力治疗，随访32个月未发现肿瘤复发［19］。

EBUS已成为常规方法。但尚需进一步的作前瞻性研究并与常规方法比较，同时改进支气管内多普勒超声解剖学，提高对良恶性组织图像的鉴别分析并加以活检，以达到提高诊断水平的目的。

五、荧光共聚焦显微镜支气管镜(fibered confocal fluorescence microscopy，FCFM)和细胞内镜(endocytoscopy)

1.FCFM可以观察到支气管和细支气管壁上皮下网状板的清晰图像，信号主要来自基底膜区的弹性蛋白成分。目前认为，在癌前期病变中存在基底膜网状板纤维结构的变化。因此，研究者开始尝试使用FCFM联合支气管镜来早期发现支气管壁内的肿瘤。检查时将1 mm的共聚焦微探头装入支气管镜的工作通道，通过探头与支气管壁直接接触，得到黏膜层的显微图像。探测范围可深达支气管壁下50 μm，图像直径约为600 μm。在检查的同时，由计算机记录实时视频图像。由于每个视野范围较小，对患者所有的支气管壁进行FCFM检查显得不太可能。因此，需要首先进行AFB检查，对其中可疑病变部位有选择地进行FCFM检查，即“光学活检”。这样，可大大提高支气管镜活检的阳性率，避免病变阴性部位活检和重复操作。Thiberville等［19］应用FCFM准确发现了22例支气管上皮化生、19例发育不良、5例原位癌和2例浸润性癌患者。联合使用FCFM和AFB，可以在组织损伤最少的条件下，观察到与癌前期病变有关的支气管基底膜变化，甚至是原位癌。

2.细胞内镜(endocytoscopy，EC)(Olympus，Tokyo，Japan)是最新出现的实时体内内镜技术，可以提供体内黏膜1400倍的放大视野，观察细胞水平的粘膜结构变化，从而为发现癌前期病变提供可能。与FCFM不同，EC虽然只能观察到黏膜表浅的变化，但可以观察微血管形成的情况，并能通过观察染色细胞形态，达到直接病理观察的效果［20］。有研究使用EC观察了22例患者(7例鳞癌，11例的支气管鳞状上皮增生和4例光动力治疗后的患者)亚甲蓝染色的支气管黏膜。发现正常的支气管黏膜可见纤毛柱状上皮，在支气管鳞状细胞增生的患者可见规则排列富含细胞质的黏膜细胞，而在鳞状细胞癌的患者可见多形态的肿瘤细胞，如细胞密度增加，分层排列不均。EC的观察结果和组织学病理活检的结果符合［21］。也有学者对4例小细胞肺癌(small cell lung cancer，SCLC)患者采用EC支气管镜进行观察，发现SCLC组织呈小圆型细胞，核深染，胞浆少，明显不同于正常支气管黏膜［22］。EC是非常有前景的实时内镜系统，发现异常黏膜病灶后可进行快速治疗。然而其诊断的敏感性和特异性尚需进一步明确。

六、电磁导航支气管镜(electromagnetic nawigation bronchoscopy，ENB)

常规支气管镜对＜2 cm的肺外周病灶诊断阳性率很低，仅为14% ～50%。为了突破这一限制，发展了很多支气管镜辅助方法，ENB即为其中的一种。ENB的工作原理是对CT获得的肺和支气管完整数字图像进行三维重建，创建支气管树结构的三维虚拟结构。检查时由计算机控制定位探头，将探头引导至CT确定的病灶部位，最后通过活检针进行活检。由于计算机定位准确，可以大大提高活检的精确性，提高诊断阳性率。ENB包括4个部分:①与计算机相连的电磁定位板;②可以向8个方向转动的可操纵传感探头;③连接探头、毛刷、活检针的外接工作通道;④可将CT图像重建成为虚拟的仿真三维支气管图像的计算机软件系统。探头在支气管树中的位置可以通过电磁定位板反映在计算机软件中，从而引导探头到达病灶位置。ENB使支气管镜下甚至透视下不可见的肺部周围病灶以及纵隔病灶的活检成为可能，并可指导TBNA。

一项前瞻性研究显示，在肺周围病灶平均大小22.8 mm的情况下，ENB的活检成功率为74%;对于纵隔淋巴结，平均大小在28.1 mm时，活检的成功率为100%;在接受检查的全部54例患者中，并发症发生率与常规支气管镜检查比较，差异无统计学意义［23］。另一项研究发现，无论病灶大小，ENB对周围型肺病灶的检查成功率可达67%，检查时间为16.3～45.0 min，平均导航误差为9 mm左右，对右中叶病灶检查的成功率最高(88%)［24］。

ENB对周围型肺病灶和纵隔淋巴结活检阳性率更高，并且可以避免X线透视对人体的伤害。ENB有较高的操作要求，术者必须熟悉CT三维图像的导航方向，并了解呼吸运动对支气管位置的影响，使虚拟图像和实际图像尽可能吻合，能够熟练操作探头在支气管内的运动，一般需要进行数次检查后才能熟练掌握该技术。相信计算机三维技术的发展必然会大大提高ENB定位病灶的准确性，从而使该技术日臻成熟。

七、细胞和分子生物学

肺癌患者呼出气中含有体内的代谢产物和气道内壁的细胞和组织，可能作为早期诊断的依据。呼出气体检查完全无创，费用也相对较低。近年来很多学者努力都在寻找呼出气中早期诊断肺癌的分子标记物，但目前距离临床应用仍有一段距离。目前采用最多的呼出气检查方法为质谱分析法。Poli等［25］发现肺癌、慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease)、无症状吸烟者和正常人群的13种呼出气中的挥发性有机物VOC存在较大差别。另一项研究采用质子转移反应质谱分析(PTR-MS)比较220例肺癌患者和441位正常人群呼出气体VOC的特点。发现呼出气体中的肺癌可能标记物是酒精、乙醛、酮和碳氢化合物。采用这些指标诊断肺癌的敏感性和特异性最高为80%和100%［26］。此外，相对于质谱分析法，呼出气化学感应元件更易使用。近年来已有数个采用呼出气感应甚至是经训练的犬类来鉴别肺癌和正常人群的临床研究［27］。其诊断肺癌的阳性率为40%～80%。然而必须指出这些感应元件难以标准化，难以比较其优劣。因此，尚需大规模的多中心临床研究证实其有效性。

痰液细胞学检查虽然阳性率低，但结合X线检查仍可能降低肺癌的病死率。一项大样本研究发现，对重度吸烟者每4个月进行胸片和痰细胞学检查，比单纯胸片检查可轻度降低肺癌的病死率［28］。而优化的细胞学检查方法有:①液基细胞学检查(liquid-based cytologytest，LCT)和液基薄层细胞学制片(ThinPrep)技术，较常规痰液检查可明显提高恶性细胞的发现率［29-30］;②DNA染色与自动细胞分析技术结合起来的自动痰细胞分析(LungSign test)可早期发现痰中的恶性变化。应用该方法对1123例肺癌高危人群进行筛查，最终370例患者诊断为肺癌，全部肺癌患者中的40%和Ⅰ期肺癌患者中的35%经该方法检出，而常规痰细胞学检查仅能发现全部肺癌患者中的16%［31］。自动痰细胞分析仪获得的结果可由细胞病理学家核对，以提高准确性。

运用分子生物学的方法检测肺癌早期的基因及分子改变，使得肺癌的分子早期诊断成为可能。常用的检测技术包括PCR、逆转录PCR及基因芯片技术，现已应用于痰液、支气管肺泡灌洗液、支气管刷检标本、组织活检标本、外周血和骨髓标本的研究。

肺癌分子学检查包括多种分子标记物，如血清K-ras和p53突变，p16(INK4A)、RASSF1A和NORE1A超甲基化，端粒酶活性、不均一核糖核蛋白(hnRNP)、微卫星异常、Pentraxin-3等［32］。有研究提出，p53突变和p16超甲基化以及痰液中的microRNAs有望成为痰液筛查指标［33-34］。而痰液细胞与烟草相关的HYAL2和FHIT基因缺失也可能会成为早期肺癌的筛查指标［35］。但将这些检查应用于临床为时尚早。

新的筛选和检测方法的开发，为肺癌早期诊断提供了重要手段。LDCT适用于周围型肺癌的筛查，并已经逐步开展。而注重早期中央型肺癌的AFB、FCFM、EC技术也正逐渐应用于临床。EBUS/ENB技术旨在更快和更准确地对肺癌进行诊断和分期，使更多的患者通过手术切除。而痰液、呼出气、血液中的细胞学和分子生物学的筛查指标也已有望在不远的将来进入临床使用。但是，不同方法各有其局限性，需要我们将这些手段有效地联合，同时更深入地了解肺癌的自然史，了解从癌前病变至发生肺癌的动态过程，在此基础上不断研究和发展新的方法，使肺癌的早期诊断日臻完善。

1 Jemal A，Bray F，Center MM，et al.Global cancer statistics［J］.CA Cancer J Clin，2011，61(2):69-90.

2 Henschke CI，Yankelevitz DF，Libby DM，et al.Survival of patients with stage I lung cancer detected on CT screening［J］.N Engl J Med，2006，355(17):1763-1771.

3 Henschke CI，Yankelevitz DF.CT screening for lung cancer:update 2007［J］.Oncologist，2008，13(1):65-78.

4 Welch HG，Woloshin S，Schwartz LM，et al.Overstating the evidence for lung cancer screening:the International early lung cancer action program(I-ELCAP)study［J］.Arch Intern Med，2007，167(21):2289-2295.

5 Aberle DR，Adams AM，Berg CD，et al.Reduced lung-cancer mortality with low-dose computed tomographic screening［J］.N Engl J Med，2011，365(5):395-409.

6 Patz EF Jr，Caporaso NE，Dubinett SM，et al.National lung cancer screening trial american college of radiology imaging network specimen biorepository originating from the contemporary screening for the detection of Lung cancer trial(NLST，ACRIN 6654):design，intent，and availability of specimens for validation of lung cancer biomarkers［J］.J Thorac Oncol，2010，5(10):1502-1506.

7 Steinert HC.PET and PET-CT of lung cancer［J］.Methods Mol Biol，2011，727:33-51.

8 Bastarrika G，Garcia-Velloso MJ，Lozano MD，et al.Early lung cancer detection using spiral computed tomography and positron emission tomography［J］.Am J Respir Crit Care Med，2005，171(12):1378-1383.

9 Pastorino U，Bellomi M，Landoni C，et al.Early lung-cancer detection with spiral CT and positron emission tomography in heavy smokers:2-year results［J］.Lancet，2003，362(9384):593-597.

10 Ashraf H，Dirksen A，Loft A，et al.Combined use of positron emission tomography and volume doubling time in lung cancer screening with low-dose CT scanning［J］.Thorax，2011，66(4):315-319.

11 Pasic A，Brokx HA，Comans EF，et al.Detection and staging of preinvasive lesions and occult lung cancer in the central airways with 18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography:a pilot study［J］.Clin Cancer Res，2005，11(17):6186-6189.

12 Lam B，Lam SY，Wong MP，et al.Sputum cytology examination followed by autofluorescence bronchoscopy:a practical way of identifying early stage lung cancer in central airway［J］.Lung Cancer，2009，64(3):289-294.

13 Haussinger K，Becker H，Stanzel F，et al.Autofluorescence bronchoscopy with white light bronchoscopy compared with white light bronchoscopy alone for the detection of precancerous lesions:a European randomised controlled multicentre trial［J］.Thorax，2005，60(6):496-503.

14 Lee P，den Berg RM v，Lam S，et al.Color fluorescence ratio for detection of bronchial dysplasia and carcinoma in situ［J］.Clin Cancer Res，2009，15(14):4700-4705.

15 Paone G，Nicastri E，Lucantoni G，et al.Endobronchial ultrasound-driven biopsy in the diagnosis of peripheral lung lesions［J］.Chest，2005，128(5):3551-3557.

16 Khoo KL，Ho KY.Endoscopic mediastinal staging of lung cancer［J］.Respir Med，2011，105(4):515-518.

17 Gu P，Zhao YZ，Jiang LY，et al.Endobronchial ultrasound-guided transbronchial needle aspiration for staging of lung cancer:a systematic review and meta-analysis［J］.Eur J Cancer，2009，45(8):1389-1396.

18 Herth FJ，Eberhardt R，Krasnik M，et al.Endobronchial ultrasound-guided transbronchial needle aspiration of lymph nodes in the radiologically and positron emission tomography-normal mediastinum in patients with lung cancer［J］.Chest，2008，133(4):887-891.

19 Miyazu Y，Miyazawa T，Kurimoto N，et al.Endobronchial ultrasonography in the assessment of centrally located early-stage lung cancer before photodynamic therapy［J］.Am J Respir Crit Care Med，2002，165(6):832-837.

20 Neumann H，Fuchs FS，Vieth M，et al.Review article:in vivo imaging by endocytoscopy［J］.Aliment Pharmacol Ther，2011，33(11):1183-1193.

21 Shibuya K，Fujiwara T，Yasufuku K，et al.In vivo microscopic imaging of the bronchial mucosa using an endo-cytoscopy system［J］.Lung Cancer，2011，72(2):184-190.

22 Neumann H，Vieth M，Neurath MF，et al.In vivo diagnosis of small-cell lung cancer by endocytoscopy［J］.J Clin Oncol，2011，29(6):e131-e132.

23 Eberhardt R，Anantham D，Ernst A，et al.Multimodality bronchoscopic diagnosis of peripheral lung lesions:a randomized controlled trial［J］.Am J Respir Crit Care Med，2007，176(1):36-41.

24 Anantham D，Feller-Kopman D，Shanmugham LN，et al.Electromagnetic navigation bronchoscopy-guided fiducial placement for robotic stereotactic radiosurgery of lung tumors:a feasibility study［J］.Chest，2007，132(3):930-935.

25 Poli D，Carbognani P，Corradi M，et al.Exhaled volatile organic compounds in patients with non-small cell lung cancer:cross sectional and nested short-term follow-up study［J］.Respir Res，2005，6:71.

26 Bajtarevic A，Ager C，Pienz M，et al.Noninvasive detection of lung cancer by analysis of exhaled breath［J］.BMC Cancer，2009，9:348.

27 Amann A，Corradi M，Mazzone P，et al.Lung cancer biomarkers in exhaled breath［J］.Expert Rev Mol Diagn，2011，11(2):207-217.

28 Doria-Rose VP，Marcus PM，Szabo E，et al.Randomized controlled trials of the efficacy of lung cancer screening by sputum cytology revisited:a combined mortality analysis from the Johns Hopkins Lung Project and the Memorial Sloan-Kettering Lung Study［J］.Cancer，2009，115(21):5007-5017.

29 Choi YD，Han CW，Kim JH，et al.Effectiveness of sputum cytology using ThinPrep method for evaluation of lung cancer［J］.Diagn Cytopathol，2008，36(3):167-171.

30 Wu GP，Wang EH，Li JH，et al.Clinical application of the liquid-based cytological test in cytological screening of sputum for the diagnosis of lung cancer［J］.Respirology，2009，14(1):124-128.

31 Kemp RA，Reinders DM，Turic B.Detection of lung cancer by automated sputum cytometry［J］.J Thorac Oncol，2007，2(11):993-1000.

32 Diamandis EP，Goodglick L，Planque C，et al.Pentraxin-3 is a novel biomarker of lung carcinoma［J］.Clin Cancer Res，2011，17(8):2395-2399.

33 Yu L，Todd NW，Xing L，et al.Early detection of lung adenocarcinoma in sputum by a panel of microRNA markers［J］.Int J Cancer.2010，127(12):2870-2878.

34 Baryshnikova E，Destro A，Infante MV，et al.Molecular alterations in spontaneous sputum of cancer-free heavy smokers:results from a large screening program［J］.Clin Cancer Res，2008，14(6):1913-1919.

35 Li R，Todd NW，Qiu Q，et al.Genetic deletions in sputum as diagnostic markers for early detection of stage I non-small cell lung cancer［J］.Clin Cancer Res，2007，13(2 Pt 1):482-487.