浅谈前列腺特异性抗原的前世今生

杨小奇 叶章群

前列腺特异性抗原(prostate specific antigen, PSA)作为第一个被美国FDA批准的肿瘤标志物，被广泛应用于前列腺癌患者的筛查及诊断。自发现以来，PSA发挥了重要的作用，且不断得以完善和扩充。本文从PSA的发现、PSA的理化性质、PSA及其衍生指标的临床应用、非前列腺来源的PSA和PSA的展望等五个方面对PSA的前世今生进行了系统阐述。

一、PSA的发现

二十世纪，随着免疫学理论和技术的飞速发展，众多科学家从不同方面着手，共同推动了PSA这一重大生物标志物的发现。早在1960年，Flocks等[1]首次报道了前列腺组织的抗原特性，随后，Hara等[2]于1966年在人体精液中分离出一种可以作为强奸案件法医学证据的抗原，并于1971年将其命名为γ-精浆蛋白。1970年，Ablin等[3]报道了两个前列腺组织特异性抗原及一个来自前列腺组织和前列腺液的抗原，并第一次使用了“PSA”这一术语。1973年，Li等[4]分离并描述了两个人类精浆特异性抗原，分别命名为E1抗原和E2抗原。1978年，Sensabaugh等[5]通过对精液进行凝胶电泳，发现了两种未知的蛋白质，并根据它们的分子量将其命名为P30和P41，并且在血清、泪液、唾液、尿液及经血等液体中均没有发现P30。在随后的研究中，γ-精浆蛋白、E1抗原以及P30被证实与PSA是同一种蛋白质[6-8]。1979年，Wang等[9]从前列腺中提纯并描述了一种抗原，将其命名为前列腺抗原(prostate antigen， PA)，PA在正常前列腺组织、良性疾病前列腺组织及恶性疾病前列腺组织中均存在。进一步的研究表明PA是前列腺独有的，因此更多的使用PSA这一术语。γ-精浆蛋白、E1抗原、P30、PA和PSA等同一蛋白质的不同的命名是众多科学家试图从精液和前列腺中寻找抗原，共同努力的结果。

二、PSA的理化性质

PSA也被称为激肽释放酶3，是人激肽释放酶家族的成员之一。人激肽释放酶基因座上有15个基因(KLK基因)，串联排列在染色体19q13.3～q13.4上300 kb的区域，其中编码PSA的KLK3基因长度为5 846 bp，由5个外显子和4个内含子组成。雄激素受体是类固醇激素受体家族的成员之一，同时也是一个重要的转录因子，当其在细胞质中与配体(雄激素)结合后，从细胞质转移进入细胞核，与特定的雄激素受体反应元件结合，进而调控PSA基因的转录。此外，转录因子PDEF、NF-κB等参与了PSA基因的雄激素非依赖性调控。PSA的转录调控机制目前还未完全阐明，有待进一步探讨。

PSA以单链的前酶原形式合成，随后在内质网被加工，产生一个含有244个氨基酸残基的酶原，即PSA前体(proPSA， pPSA)。pPSA在囊泡内运输至细胞膜，进而从细胞内分泌至前列腺导管内。pPSA被激肽释放酶2及其他来自精浆的蛋白酶激活，释放N-端的Ala-Pro-Leu-Ile-Leu-Ser-Arg结构域，转化成有酶活性的成熟PSA。成熟PSA是一个分子量为28 430 Da，含有237个残基的糖蛋白，具有很低的糜蛋白酶样丝氨酸蛋白酶活性。

在正常前列腺组织和良性前列腺增生组织中，PSA 只能通过渗漏到细胞外液并扩散到达血液循环。1987年，在血清中发现了PSA的两种存在形式——游离PSA(free prostate specific antigen,fPSA)和PSA复合物(PSA复合物也称复合PSA，compound prostate specific antigen, cPSA)。PSA与α1抗糜蛋白酶(alpha-1-antichymotrypsin, ACT)形成的复合物PSA-ACT是血清中PSA复合物的主要形式[10]，其半衰期为2～3 d。PSA与α2巨球蛋白形成的复合物PSA-MG是血清中PSA复合物的另一形式，PSA-MG半衰期只有2～5 min，进入循环中的PSA主要通过PSA-MG经肝脏代谢清除[11]。四聚体的α2巨球蛋白把PSA包裹在其内部，致使PSA的所有抗原表位不能被抗体识别，因此不能通过传统的免疫分析方法将PSA-MG检测出来[12]。此外，人血清中大约还有15%的PSA与α1-蛋白酶抑制剂结合[13]以及很低浓度的PSA与间α胰蛋白酶抑制剂形成的复合物[10]。在前列腺癌组织中，上皮细胞行为异常，使PSA不经正常途径分泌到腺管，而分泌到细胞外间隙并进入血液循环。这解释了前列腺癌患者血清总 PSA (total prostate specific antigen, tPSA)水平较高的原因[14]。

PSA的生理功能主要是通过水解精液中的精囊蛋白Ⅰ和精囊蛋白Ⅱ及纤连蛋白，从而参与精液液化及增强精子运动。此外，氨基酸序列分析发现，PSA与γ神经生长因子、表皮生长因子结合蛋白及α神经生长因子分别有56%、53%和51%的同源性[15]，可能直接或间接参与细胞的生长调控。

三、PSA及其衍生指标的临床应用

前列腺癌是全球范围内发病率最高的恶性肿瘤之一[16]。在我国，前列腺癌发病率呈逐年明显增长趋势，严重影响着我国老年男性的身心健康[17]。1987年，Stamey等[18]通过分析大量的血清样本发现，前列腺癌患者血清PSA水平升高，且患者血清PSA水平与肿瘤分期及肿瘤体积呈正比，根治性前列腺癌切除术后PSA又会下降至检测不到的水平。因此他们得出结论，PSA可以作为监控前列腺癌对放疗的反应性以及前列腺癌残留或复发的生物标志物。至此，PSA开启了其作为前列腺癌重要肿瘤标志物，为人类健康保驾护航的征程。PSA作为单一预测指标，比直肠指诊或经直肠前列腺超声有更高的前列腺癌阳性诊断预测率[19]。虽然PSA水平不高(PSA<4.0 ng/ml)的人群中大约有20%可能患有前列腺癌[20]，PSA水平高(PSA>4.0 ng/ml)的人群也可能不是前列腺癌[21]。但总的来说，PSA是一个连续的数值，其水平越高，患前列腺癌的可能性就越大。目前，tPSA 测定仍是前列腺癌管理的金标准，国内外公认tPSA>4.0 ng/ml为异常，4～10 ng/ml为 PSA 灰区。

PSA的发现是里程碑式的飞跃，是前列腺癌筛查、诊断和预后监测的重要生物标志物，发挥着不可替代的作用，但仍存在特异性不高的局限性。如果运用不当，会造成前列腺癌患者的过度诊断和过度治疗。为了提高PSA诊断特异性，下述PSA衍生相关指标应运而生，越来越多地用于指导临床实践。fPSA约占tPSA的5%～35%，有pPSA、良性前列腺增生相关性PSA(benign prostatic hyperplasia associated PSA, BPSA)和非活性形式PSA(inactive form of PSA, iPSA)三种分子形式，三者比例大致相等[22]。其中，pPSA主要分布于前列腺外周带，在前列腺癌组织中显著升高，BPSA主要在前列腺移行带集中分布，与良性前列腺增生有关[23]，而iPSA与pPSA相反，在良性疾病中升高[24]。由此可以看出，fPSA更多的是与前列腺良性疾病相关。pPSA断裂产生的p2PSA比pPSA更具特异性，与前列腺癌密切相关[25]，由p2PSA衍生出%p2PSA(血清p2PSA与fPSA的比值)和前列腺健康指数[(prostate health index, PHI)[26],%p2PSA与tPSA平方根的乘积]两项相关指标。在tPSA为2.0～10.0 ng/ml的患者中，%p2PSA和PHI是前列腺癌首次活检的最强预测因子，且明显比tPSA和%fPSA更准确[27]。基于tPSA、fPSA、、iPSA及hK2(human glandular kallikrein 2)四项指标的4K评分有助于确定符合前列腺活检标准的患者患侵袭性前列腺癌的概率，从而减少低风险患者的不必要活检[28]。 fPSA比值是fPSA占tPSA的比值(fPSA/tPSA)，与前列腺癌的发生率呈负相关[29]。在tPSA水平为4.0～10.0 ng/ml灰区及直肠指诊正常时，fPSA/tPSA可以提高其前列腺癌早期诊断的特异性，进而决定是否穿刺活检或者穿刺阴性后是否重复穿刺[30]。此外还有PSA密度(prostate specific antigen density, PSAD)，即血清tPSA值与经直肠超声确定的前列腺体积的比值，目前认为，PSAD 的正常值<0.15，其值越大，诊断为前列腺癌的可能性就越大。最近一项有关我国男性PSA及PSAD的研究显示， PSAD临界值选择 0.12 时敏感度比0.15时更高[31]。cPSA密度(compound prostate specific antigen density, CPSAD)[32]，即血清cPSA与经直肠超声确定的前列腺体积的比值，移行带PSA密度(transition zone prostate specific antigen density, TZPSAD)[33]，即血清tPSA值与经直肠超声确定的前列腺移行带体积的比值，与PSAD类似，CPSAD及TZPSAD两者预测前列腺癌的可能性均与其数值呈正相关。PSA速率(prostate specific antigen velocity, PSAV)[34]，即每年PSA的绝对增加量，目前公认的临界值为0.75 ng/(ml·年)。PSA倍增时间(prostate specific antigen doubling time, PSA-DT)[35]，即血清PSA浓度升高至原先两倍所需的时间，诊断为前列腺癌的可能性与其数值呈负相关。这些衍生指标也更多地应用于临床以提高前列腺癌早期诊断的特异性，减少不必要的前列腺穿刺活检。

近年来，前列腺抗原3(prostate cancer antigen 3, PCA3)[36]、循环肿瘤细胞(circulating tumor cell, CTC)[37]、microRNA[38]、lncRNA[39]及外泌体[40]等新兴前列腺癌标志物也在不断补充着PSA特异性不足的局限性，具有潜在临床应用价值，但都只能在某一方面弥补PSA的不足，而无法取代PSA及其相关指标的地位。

值得注意的是，血清PSA水平受体内外多种因素影响，如年龄、种族和药物等。其次射精，急性及亚急性前列腺炎，急性尿潴留等生理病理状态会使血清PSA水平升高。此外，前列腺按摩、直肠指诊、前列腺活检和经尿道前列腺切除术等临床操作也会使血清PSA水平升高。因此，临床上应用PSA诊断及管理前列腺癌时，不能生搬硬套PSA的参考值范围，应全面考虑，联合PSA衍生相关指标、病史、直肠指检及影像学资料，必要时行前列腺穿刺活检，以期最大的临床获益。

四、非前列腺来源的PSA

起初认为PSA只由前列腺组织产生，是一个前列腺组织特异性的生物标志物。但后来通过 RT-PCR、原位杂交和免疫组化等生物学技术发现，PSA和hK2 在多种组织中有表达，如气管、甲状腺、乳腺、皮肤、唾液腺、空肠、回肠、尿道、睾丸、精囊、附睾、胰腺、肾、肾上腺和大脑等[41]。尿道周围腺 (斯基恩氏腺)与前列腺组织同源，是女性体内第一个发现产生 PSA的组织，被称为“女性前列腺”。妊娠、雄激素增多症和多囊卵巢综合征等都可以使女性血清PSA水平升高。1993年，通过免疫组织化学的方法首次发现乳腺组织中存在PSA[42]。戴金华等[43]研究报道，女性乳腺癌患者术前PSA水平明显高于各对照组 (P<0.05)，乳腺癌肿块切除术后,血清PSA的含量明显下降，与术前比较差异有显著性。Black等[44]研究表明，20% 的乳腺癌患者体内以fPSA 为主(fPSA占tPSA的50%以上)，而只有3%的健康女性或4%的良性乳房疾病患者以fPSA 为主要形式。以fPSA作为乳腺癌的诊断标志物，有高达约96%的特异度，而敏感度大约只有20%。PSA 在乳腺癌中的作用尚不清楚，有待进一步探讨。Zarghami等[45]研究发现，PSA可以在男性及女性的肺部肿瘤组织和正常组织中检测到，但其水平远低于女性乳腺癌中的水平。另一项关于PSA和结肠癌的研究报道，20%的结肠癌患者体内以fPSA 为主(fPSA占tPSA的50%以上),而只有3.3%的健康女性以fPSA为主要形式。以fPSA作为结肠癌的诊断标志物，特异度为96.7%，敏感度为20%[46]。吴伟晴等[47]研究发现，血清t-PSA在胰腺癌以及结肠癌中显著高于正常人群,f-PSA在直肠癌中显著高于正常人群。

由于非前列腺组织中的PSA合成量甚微，自发现以来并没有受到很高的重视。但随着PSA定量技术的不断进步，检测敏感性的不断提高，非前列腺来源的PSA又重新回到我们的视线中，其在诸如雄激素增多症、多囊卵巢综合征、乳腺癌和结肠癌等女性疾病的诊断或预后中也有许多潜在的临床应用价值。

五、小结及展望

对PSA的认识是一个发展变化的动态过程，目前认识到PSA既无肿瘤特异性，也没有前列腺组织特异性。鉴于PSA用于前列腺癌的筛查、诊断及预后评估有着较高的灵敏度，但存在特异度不足的缺点，一系列PSA衍生指标应运而生，从而使其临床应用不断完善和扩展。在进一步认识PSA理化性质和对前列腺癌发病机制研究更加深入的基础上，相信更加敏感及特异的PSA衍生指标将被发现及用于指导临床实践。纵观PSA的发现及临床应用历程，不难发现，用单一的PSA指标来指导前列腺疾病诊疗已经不能满足临床需要，在临床上综合运用PSA及其衍生指标，以及联合应用其他生物指标是必然趋势。除了和前列腺癌的紧密联系，PSA 作为一种生物标志物，在许多女性疾病的诊断或预后中有潜在的临床应用价值，应予以重视，有待进一步深入研究。