结直肠癌相关生物标志物研究进展

王晓娜，刘忠于，龚慧，徐明

1 中国人民解放军联勤保障部队第九八九医院科研部/全军肛肠外科研究所/全军重点实验室 河南洛阳 471000

2 中国人民解放军联勤保障部队第九四〇医院结直肠肛门外科 甘肃兰州 730050

结直肠癌（colorectal cancer，CRC）是消化道常见的恶性肿瘤之一，2020年《中国卫生健康统计年鉴》[1]中的相关数据显示CRC在所有癌症中发病率排名第三位，死亡率排名第四位，对CRC的防治已成为重要的公共卫生问题。CRC的发生是基因突变逐渐积累的结果，早发现、早治疗能够提高患者的生存率[2]。生物标志物是用来客观地检测和评价正常生物学过程、病理过程或药理学反应的生物学指标，主要包括DNA、RNA、微小RNA（miRNA）、表观遗传变化和抗体等，可用于识别细胞类型，研究药效学和剂量反应，制定个体化的治疗干预措施，预测药物不良反应，在CRC的早期诊断、治疗及预后评估方面发挥着重要作用[3]。

1 生物标志物在CRC早期诊断中的应用

无症状CRC患者的早期诊断是CRC诊疗的主要目标之一，识别早期CRC以及包括息肉在内的癌前病变可以使患者生存获益。目前最常用的CRC诊断方法是结肠镜检查，但由于其具有侵入性，患者依从性往往较差。相比之下，粪便和血液等生物标志物检测样本采集起来更容易、痛苦更小，更容易被患者接受，因此非侵入性的生物标志物检测技术，如粪便潜血试验（FOBT）等，更有利于结直肠癌筛查的推广和实施。目前，在粪便和血液中研究较多的生物标志物主要有DNA甲基化和miRNA等[4-5]。

启动子区域的DNA甲基化增高通常与某些肿瘤基因转录沉默现象相关，是肿瘤发生过程中常见的表观遗传变化，因此异常甲基化的DNA可以作为肿瘤生物标志物。Lao等[6]指出，从正常肠黏膜上皮细胞发展至异常肠隐窝病灶，再进一步发展为CRC，甚至在出现转移的过程中，均可检测到DNA的异常甲基化。Grützmann等[7]检测了252例CRC患者和102例健康对照者外周血SEPT9 DNA甲基化水平，结果显示SEPT9 DNA甲基化检测结直肠癌的敏感性为72%，特异性为90%～93%，健康对照者的SEPT9 DNA甲基化水平极低。另一项针对SFRP2甲基化的小样本研究中，CRC的检测敏感性为77%～90%，特异性为77%。Guo等[8]的研究发现，CRC患者可表现为高甲基化FBN1，通过粪便检测此改变可进行结直肠癌早期筛查，敏感性为72.0%，特异性为93.3%。研究表明，多项甲基化标志物联合检测可提高结直肠癌早期筛查的诊断率[9]。Pedersen等[10]将74例CRC患者和144例健康对照者的两种DNA甲基化标志物BCAT1和IKZF1进行比较，结果发现CRC患者中甲基化的BCAT1、IKZF1的检出率分别为65%、68%，合并BCAT1和IKZF1甲基化的检出率为77%；健康对照者中甲基化的BCAT1、IKZF1的检出率分别为4%、5%，合并BCAT1和IKZF1甲基化的检出率为7.6%。Lind等[11]研究发现，CNRIP1、FBN1、INA、SNCA等基因高甲基化在结直肠癌（65%～94%）和腺瘤（35%～91%）中很常见，而甲基化在正常肠黏膜组织样本中少见（<5%），且2个或2个以上的甲基化基因联合检测对结直肠癌的敏感性为94%，对腺瘤的敏感性为93%。

miRNA是一类由内源基因编码的非编码单链RNA，长度约为22个核苷酸[12]。miRNA相对稳定，不易被RNA酶降解和受高温、极端pH的影响，其作为生命过程的重要调控分子，与肿瘤密切相关，是一种具有潜力的生物标志物[5]。di Leva等[13]研究发现多达51.5%的miRNA位于基因组的脆性位点（fragile region）上，这些位点容易发生扩增、缺失或重排，导致miRNA的表达也发生变化，而miRNA的变化会引起下游基因表达改变，从而影响肿瘤的进程。Huang等[14]通过实时荧光定量PCR检测了CRC患者、晚期腺瘤患者和健康对照组的血浆样本中12个miRNA的水平，发现miR-29a联合miR-92a检测对CRC和晚期腺瘤的敏感性分别为83.0%和73.0%，特异性分别为84.7%和79.7%，结果表明miR-29a和miR-92a联合检测对CRC和晚期腺瘤具有重要的诊断价值。Liu等[15]发现与腺瘤患者和健康受试者相比，CRC患者血浆miR-182的表达明显上调，对CRC患者的早期诊断具有78%的敏感性和91%的特异性，miR-182有望成为一种诊断CRC的生物标志物。Wu等[16]通过阵列分析发现，miR-135b在CRC和晚期腺瘤中的表达显著上调，粪便miR-135b检测对CRC的敏感性为78%，对晚期腺瘤的敏感性为73%，对结直肠腺瘤的敏感性为62%，与该结论一致的是，CRC和晚期腺瘤患者术后粪便中的miR-135b表达水平显著降低，说明miR-135b可作为诊断CRC和晚期腺瘤的生物标志物。虽然免疫粪便潜血试验（iFOBT）广泛应用于CRC筛查，但其敏感性不高。Kogo等[17]在一项研究中将iF⁃OBT与miRNA检测相结合，发现在进行iFOBT的同时增加粪便miR-106a检测可以在iFOBT结果阴性的人群中鉴别CRC患者，说明miR-106a是一种潜在的生物标志物，iFOBT联合粪便miR-106a检测可提高对CRC的检测敏感性。

2 生物标志物在CRC治疗中的应用

目前，越来越多的生物标志物被用于指导CRC临床治疗和评估耐药性[18-19]。

为了减少CRC的复发和转移，提高治愈率，部分患者术后需要进行辅助化疗。有研究表明，在5-FU为基础的辅助化疗中加入奥沙利铂可以提高患者的生存率，同时奥沙利铂也可单独用于错配修复缺陷 （mismatch repair deficiency， dMMR） Ⅲ 期CRC[20]。研究表明miRNA-21在77.6%的局部晚期直肠癌患者中过表达，与术前放化疗后肿瘤分级和病理反应显著相关[21]。Salendo等[22]研究发现 miR-320a、miR-132、miR-224与CRC患者的放化疗敏感性相关。靶向治疗在CRC个体化治疗中发挥着重要作用。分子靶向药物可延长CRC患者无进展生存期（PFS）、总生存期（OS），在临床上应用广泛。表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）是酪氨酸激酶Ⅰ型受体亚家族的成员，是肿瘤化疗的关键靶点之一[23]。Ouchi等[24]检测了接受抗EGFR治疗的KRAS野生型mCRC患者全基因组的DNA甲基化水平，结果显示低甲基化mCRC患者在疾病控制率、PFS和OS方面明显优于高甲基化mCRC患者，说明全基因组DNA甲基化状态是KRAS野生型mCRC患者抗EGFR治疗的表观遗传预测因子。舒尼替尼（Sunitinib）是一种多靶点受体（VEGFR 1-3/PDGFR β/c-KIT/FLT-3/RET）酪氨酸激酶抑制剂，用于治疗mCRC后，患者血浆血管内皮生长因子（VEGF）水平较治疗前明显升高；并且在抗血管生成治疗结束后2周左右血浆VEGF水平恢复至接近基线水平，因此，动态监测治疗前后血浆VEGF水平的变化可作为预测治疗效果的生物标志物[25]。

以5-FU为基础的药物化疗是目前应用最广泛的肿瘤治疗方法之一，然而有近50%的mCRC患者对5-FU有耐药性。CRC细胞对细胞毒性药物的化疗耐受导致化疗疗效显著下降。使用5-FU进行治疗的mCRC患者中，肿瘤胸苷酸合成酶（thymidylate syn⁃thase，TS）低表达患者比高表达患者显示出更长的OS，表明胸苷酸合成酶基因（TYMS）的mRNA表达水平可能具有预后预测价值，同时也表明mCRC患者TYMS的过表达可能与对5-FU产生的耐药性相关[26]。浆细胞瘤变异易位1（plasmacytoma variant translocation 1，PVT1）是一种长链非编码RNA，可作为药物治疗反应和耐药性的指标。一项关于CRC患者对顺铂敏感性与耐药性的研究中发现，PVT1的过表达与患者对顺铂的耐药性相关[27-28]。Pothuraju等[29]研究发现人粘蛋白5AC（MUC5AC）过表达的患者OS和无病生存期（DFS）显著缩短，MUC5AC过表达导致CRC患者对5-FU和奥沙利铂产生耐药性，敲低MUC5AC能增加CRC患者对药物的敏感性，说明MUC5AC有可能成为预测CRC患者对5-FU和奥沙利铂耐药性的生物标志物。BRAF突变与抗EGFR治疗的耐药性有关[30]。8%～12%的mCRC患者中有BRAF突变，BRAF突变型mCRC患者对西妥昔单抗联合化疗的反应率（8.3%）明显低于野生型mCRC患者的反应率（38.0%）[31]。

3 生物标志物在CRC预后评估中的应用

癌胚抗原（carcinoembryonic antigen，CEA）、长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA）、肿瘤干细胞（CSCs）等生物标志物可用于评估CRC预后，包括早期复发和生存情况。

CEA是一种高分子量糖蛋白，是应用最广泛的CRC生物标志物之一，可用于预测术后早期复发[32-33]。Kisiel等[34]发现CRC术后，NDRG4和BMP3的甲基化水平显著下降，14例术前NDRG4和BMP3的甲基化水平升高的患者中，有13例术后恢复正常，1例术后NDRG4甲基化水平迅速升高的患者被诊断为肿瘤复发，这些结果提示检测NDRG4和BMP3的甲基化水平可以预测CRC术后复发。ABCG2和OCT-4的表达与右半结肠癌（right colorectal cancer，RCC）复发和不良预后相关，提示ABCG2和OCT-4可能是RCC复发的预测指标[35]。KRAS是GTP结合蛋白RAS家族的一个原癌基因，KRAS表达异常会导致细胞持续生长并阻止细胞凋亡，最终导致肿瘤发生。KRAS突变与mCRC复发风险增加相关[36]。

lncRNA在CRC的生长和转移过程中起着重要作用。近年来的研究发现，lncRNA、miRNA和蛋白编码mRNA协同参与CRC的进展[37]。PVT1是一种lncRNA，在CRC中具有抗凋亡活性，敲低PVT1可促进肿瘤细胞凋亡并降低肿瘤细胞的侵袭能力，CRC细胞中PVT-1过表达与总体存活率低相关[38]。Wang等[39]的研究表明，PVT1高表达的CRC患者OS较短，说明高表达的PVT1可能是预测CRC患者预后的潜在生物标志物。研究发现，与CRC癌旁正常组织相比，ZFAS1在癌组织中的表达显著上调，且在CRC转移瘤中的表达高于相应的原发肿瘤，ZFAS1过表达患者的DFS和OS均较短，说明ZFAS1是CRC的独立预后因素[40]。Zeng等[41]通过多因素Cox比例风险回归模型分析发现四种lncRNA（LINC01555、RP11-610P16.1、RP11-108K3.1和LINC01207）与结直肠腺癌患者OS显著相关，可以作为预测结直肠腺癌生存情况的潜在独立生物标志物。

CSCs是具有胚胎干细胞（ESC）特征的一小部分细胞亚群，可以自我更新并产生分化的癌细胞，从而启动肿瘤的生长[42]。研究发现，SIRT1使DNA修复因子Ku70去乙酰化，将促凋亡因子Bax与线粒体隔离，从而抑制应激诱导的细胞凋亡，发挥肿瘤启动子的作用[43]。Zu等[44]通过Meta分析发现SIRT1过表达的CRC患者的OS较短，提示SIRT1可能是预测CRC患者预后的潜在生物标志物。转录因子OCT4、SOX2和NANOG通过结合其启动子来调节自我表达，在多能性调控中起主导作用，能够分化出多种细胞组织，在多种肿瘤中均有表达[45-46]。Ibrahim等[47]发现NANOG1在CRC细胞系的细胞亚群中有表达，占总细胞群的0.5%～2%。Hadjimichael等[48]的研究表明，NANOG的表达受OCT4/SOX2复合物调控，三者共同调控多能性相关基因的表达，NANOG的过表达与CRC患者的不良预后相关。

4 小结与展望

粪便和血液中的生物标志物检测由于无创的优点，容易被患者接受。利用生物标志物对CRC患者进行靶向治疗具有副作用少的优势，根据个体肿瘤的分子特点制定个性化治疗方案，有助于克服CRC患者的耐药性的问题，提高疗效，提高生存率。CEA、lncRNA、CSCs等生物标志物对CRC的预后具有潜在的预测价值，对预后较差的CRC患者进行早期干预有助于改善患者的预后。深入了解生物标志物在CRC患者的诊断、治疗和预后评估中的作用，将有助于我们今后完善CRC的早期检测方法、新的治疗方法和预后评估方法。

利益冲突声明 全体作者均声明不存在与本文相关的利益冲突。