结直肠癌早期筛查及其诊断生物标志物的研究进展

张昱　张金卓

【摘要】 结直肠癌是我国最常见的恶性肿瘤之一，随着社会发展，人们生活水平逐渐提高，结直肠癌的发病率及死亡率在近几年也呈现快速增长趋势。由于结直肠癌的演变是一种慢性发生发展过程，临床上可通过早期筛查检出病变并及时治疗，从而显著降低其发病率和死亡率。目前常用检测方法包括风险评估问卷、粪便潜血试验（FOBT）、血清肿瘤标志物检测、血清或粪便DNA甲基化检测、结肠镜检查等。本文旨在对现有的常用结直肠癌早期筛查方法及检测生物标志物相关研究进行综述，以期为临床结直肠癌早期筛查及诊断提供一定价值的参考。

【关键词】 结直肠癌 早期筛查 DNA甲基化 基因检测

Advances in Early Screening and Diagnostic Biomarkers of Colorectal Cancer/ZHANG Yu， ZHANG Jinzhuo. //Medical Innovation of China， 2023， 20（12）： -173

[Abstract] Colorectal cancer is one of the most common malignant tumors in China， with the development of society and the gradual improvement of people's living standards， the incidence and mortality of colorectal cancer have also shown a rapid growth trend in recent years. Since the evolution of colorectal cancer is a chronic process of occurrence and development， early detection of lesions and timely treatment can significantly reduce its morbidity and mortality. At present， common detection methods include risk assessment questionnaire， fecal occult blood test （FOBT）， serum tumor marker detection， serum or fecal DNA methylation detection， colonoscopy， etc. This article aims to review the existing common colorectal cancer early screening methods and related studies of biomarkers detection， in order to provide a certain value for the early screening and diagnosis of clinical colorectal cancer.

[Key words] Colorectal cancer Early screening DNA methylation Genetic testing

First-author's address： Chengde Medical University， Chengde 067000， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2023.12.040

結直肠癌（colorectal cancer，CRC）是起源于结直肠黏膜上皮的恶性肿瘤，是临床上最常见的恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率呈现快速增长的趋势。2020年全球癌症统计报告显示：在我国全部恶性肿瘤发病率和死亡率中，CRC分别位于第2位和第5位，其中新发病例55.7万，死亡病例28.6万[1]。CRC的发生是多因素、多步骤、多阶段的过程，年龄、性别、糖尿病、吸烟史及绿色蔬菜、腌制食品、油炸食品和红肉的摄入均是CRC的独立预测因素[2-3]。Yu等[4]研究表明，与非糖尿病患者相比，2型糖尿病患者发生CRC风险增加27%，死亡率增加20%，结直肠腺瘤的发生风险增加50%左右。在结直肠腺瘤发生早期多无症状，这意味着确诊时往往已出现浸润或转移，为临床治疗带来困难，也进一步影响患者生存质量及预后。大多CRC从癌前病变发展到浸润性腺癌需要5～10年，在这一过程中我们有机会通过早期筛查对其进行干预[5]。早期筛查有利于CRC高风险人群早期诊断及治疗，可有效控制病情、提高生存率。目前CRC早期筛查手段分无创性和有创性，无创性主要有风险评估问卷、粪便潜血试验、粪便DNA甲基化检测，有创性包括血清肿瘤标志物检测、血浆DNA甲基化检测、结肠镜检查，本文旨在对现有的常用CRC早期筛查方法及检测生物标志物相关研究进行综述，以期为临床CRC早期筛查及诊断提供一定价值的参考。

1 无创性检查

1.1 风险评估问卷（self-reported symptom questionnaire，SRSQ） 中国抗癌协会根据我国人口基数大、结肠镜筛查依从性差等特点制订了风险评估问卷结合粪便潜血试验（FOBT）进行初筛，对筛查结果为高危风险的人群进行结肠镜诊断性检查。问卷主要针对以下相关病史进行评估：一级亲属有CRC病史；本人有癌症或肠道息肉史；本人有慢性便秘或腹泻史、黏液血便、慢性阑尾炎或阑尾切除史、慢性胆道疾病或胆囊切除史、不良生活事件史[6]。我国早年开展的城市癌症项目研究结果显示，参与CRC筛查率仅为17.25%，其中阳性病变的检出率仅为3.40%，癌前病变检出率为9.67%[7]。随后，在原有病史问卷基础上加入腹痛、贫血、大便习惯性质改变及不明原因体重减轻，其诊断敏感度较前提高近10%，但特异度没有显著差异[8]。SRSQ虽然可用于大规模筛查，但筛查显示为高风险的人群需进行结肠镜检查以确诊或治疗，并且其受病史覆盖范围影响，检出率低。因此，若应用于CRC早期筛查还需进一步完善相关评估内容。

1.2 FOBT FOBT通过检测粪便中血红蛋白从而判断消化道内是否存在出血，对临床早期诊断消化道肿瘤有重要意义。目前常用的有化学法粪便潜血试验及免疫法粪便潜血试验（immunochemical fecal occult blood testing，iFOBT）。

1.2.1 化学法粪便潜血试验 化学法粪便潜血试验是利用血红蛋白中亚铁血红素过氧化物酶活性，通过催化过氧化氢氧化受体试剂达到显色效果，该操作为无创性检查，出结果快。由于检测前食用含亚铁离子的食物或药物会造成一定的假阳性率，且需反复检测，使得公众依从性并不理想。同时，化学法粪便潜血试验对于出血量有一定要求，需大于90 μg/mL，受主观取材部位影响，显色结果也存在差异，导致敏感度相对较低，只有33.3%～57.1%[9-10]。此外，化学法粪便潜血试验特异度也较低，不能与其他消化道出血疾病相鉴别。故而，无法达到早期筛查及诊断CRC的要求。

1.2.2 iFOBT 该检测方法利用血红蛋白抗原与抗体结合发生免疫反应来判断是否存在消化道出血。iFOBT不受饮食及药物的影响，对人血红蛋白有针对性，可检测出微量出血。但其稳定性相对较差，若长期停留于消化道容易使其变性从而导致抗原性降低。相关研究表明，iFOBT检测CRC的敏感度为73.8%，检测晚期腺瘤（advanced adenoma，AA）的敏感度为23.8%，检测阴性结果受试者的特异度为96.4%[11]。在Han等[12]的研究中，iFOBT检测Ⅰ期CRC、AA的敏感度分别为53.0%、27.0%，在阴性受试者中检测的特异度为94.6%。在iFOBT与化学法联合免疫胶体金法对CRC的诊断效能的对比研究中，iFOBT的病变检出率为71.88%[13]。FOBT虽可发现早期CRC，有操作简单、经济等优点，适合我国人群大规模筛查，但敏感性偏低，对于没有出血症状的肿瘤及息肉，存在漏诊风险，而结果为阳性的患者仍需完善结肠镜检查以确诊或治疗[14]。相较于化学法粪便潜血试验而言，iFOBT检测确实显示出更好的优越性，但单纯应用于CRC早期筛查仍存在局限性。

1.3 粪便DNA甲基化 DNA异常甲基化在CRC早期病变中是一种常见的表观遗传修饰现象，在化学和生物学上较稳定，可在包括粪便和血液在内的多种类型的生物样本中检测到，适合作为非侵入性或微创性CRC早期筛查的检测方法[15]。研究表明，SEPT9、SDC2、SFRP2、TFPI2、VIM、NDRG4和BMP3[11，16-20]等基因甲基化与CRC发生有关，可作为检测CRC的生物标志物。

SDC2是一种跨膜硫酸盐蛋白，在细胞外基质蛋白受体介导下可参与细胞增殖、迁移和细胞基质间的转化，在肿瘤形成、转移诱导、黏附和血管生成中起关键作用[21]。通过对SDC2甲基化诊断CRC的荟萃分析中发现，SDC2诊断各期CRC敏感度和特异度分别为81.0%和95.0%，对于腺瘤敏感度为47.0%，在众多粪便基因甲基化检测中表现优异[22]。一方面，在1 110例受试者的sDNA测试和结肠镜检查中发现，粪便SDC2甲基化检测对CRC和AA检测的敏感度分别为83.8%、42.1%，阴性受试者检测的特异度为98.0%，证实了SDC2启动子高甲基化是结直肠从腺瘤到癌发展过程中频繁和早期事件。另一方面也表明SDC2甲基化与受试者的年龄、性别、TNM分期、肿瘤位置、大小及异型增生之间没有显著关联[23]，不受饮食、药物限制，且较多靶点联合检测价格低廉，是一种非常具有临床意义的潜在生物标志物。

Imperiale等[11]對9 899例50～84岁接受结肠镜筛查的受试者进行粪便多个甲基化基因（K-ras、NDRG4、BMP3）的联合检测，发现其检测CRC的敏感度为92.3%，对晚期癌前病变（AA或无柄锯齿状息肉，最大直径≥1 cm）的敏感度为42.4%，并发现检测敏感性与腺瘤的大小有关。结肠镜检查结果为非进展期腺瘤或未见腺瘤的人群中，DNA检测的特异度为86.6%，而结肠镜检查未发现腺瘤的人群特异度为89.8%。邵书先等[24]研究证实，粪便中sFRP2、Vimentin和HPP1在检测CRC特异度相似的情况下，检测敏感度分别为46.7%、43.3%、53.3%，而联合检测敏感性为83.3%，均高于其中任一项单基因检测。与单基因检测相比，多基因联合检测具有更高的敏感性（80.8% vs. 57.8%），但特异性没有显著降低（87.8% vs. 92.1%）[25]。虽然多靶点粪便基因甲基化可明显提高检测敏感性，但在一定程度上会降低特异性[19]。此外，与年龄相关的DNA甲基化或结肠镜检查过程中导致的漏诊可能会对检测结果造成影响[11]。

Zhao等[16]对230例受试者进行粪便DNA联合检测mSEPT9和mSDC2，其对于AA、早期（0～Ⅱ）CRC和Ⅰ～Ⅳ期CRC的敏感度分别为66.7%、90.9%和90.4%，两基因联合检测阴性结果受试者的特异度为91.9%。并且与血浆DNA甲基化试验相比，在检测AA（66.7% vs. 47.8%）和Ⅰ期CRC（85.0% vs. 80.0%）方面，粪便基因甲基化检测表现更优异。在一项对420例受试者的粪便DNA试验联合检测mSEPT9和mSDC2的研究发现，该基因联合检测AA、早期（0～Ⅱ）CRC和Ⅰ～Ⅳ期CRC的敏感度分别为53.8%、89.1%和83.8%，二者联合检测阴性结果受试者的特异度为93.5%[19]。与血浆DNA甲基化测试相比，二者对于AA检测敏感性相似，但在检测CRC方面，粪便基因甲基化更胜一筹。这是由于CRC和腺瘤均发生在肠道并与粪便直接接触，组织脱落细胞混于粪便中可收集更多肿瘤DNA，这一过程比血管浸润发生早[19]。基因检测阳性结果更有助于提高内镜医师对结肠镜检查的警惕性，增加CRC早期病变的检出率[4]。因此，粪便DNA检测作为无创性操作，不受饮食、药物影响，无须肠道准备，检测CRC准确性及特异性较高，对于评估患者肠道中腺瘤及癌症发生风险有重要警示作用。用于CRC早期筛查可有效避免一部分人进行无效结直肠镜检查，不仅能够达到早期筛查及预防作用，在一定程度上节约了医疗资源，将有限的人力物力应用到真正需要治疗的患者中。

2 有創性检查

2.1 肿瘤标志物 临床上用于检测CRC的肿瘤生物标志物包括癌胚抗原（CEA）、糖类抗原199（CA199）、糖类抗原724（CA724）、糖类抗原125（CA125）、细胞角蛋白19的可溶性片段（CYRA211）[26]，其中CEA和CA199在临床中应用最为广泛，二者联合检测还可作为监测CRC复发的指标[27]。研究发现，单项检测中CEA、CA199、CA724对CRC敏感度分别为68.33%、53.33%、51.60%，三者联合检测的敏感度和特异度分别为90.00%、82.50%，其特异度与单项检测相近[28]。通过检测受试者血清CA125、CA199、CEA及CYFRA211发现其对于CRC敏感度分别为70.65%、68.48%、69.56%、72.83%，将以上指标进行联合检测，发现其总体敏感度为91.30%，特异度为93.47%[29]。血清肿瘤标志物作为一项微创性检测手段，检测方便，经济负担低，是临床上筛查CRC最常用的检测方法，但由于单项检测敏感性较低，临床上为提高诊断准确性，一般采取多项联合检测方式，从而减少漏诊误诊的发生。

2.2 血浆DNA甲基化 在众多血浆基因甲基化中Septin9表现最为突出。SEPT9基因编码Septin9是具有三磷酸鸟苷（guanosine triphosphate，GTP）活性的高度保守的Septin家族成员，参与各种生物发展过程，如细胞质分裂、细胞极化、囊泡转运和细胞膜重建，调节细胞生长，对于肿瘤抑制也有一定作用[30]。SEPT9基因的表达与许多癌症相关，包括乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌和CRC。其中在CRC病变进程中，SEPT9的mRNA表达从腺瘤下降到异型增生再到癌，表明SEPT9甲基化与mRNA在CRC中的低表达有显著相关性[30]。选取3个已被充分证实在CRC患者启动子区域高度表达的基因——Septin9、BCAT1和SDC2，在CRC诊断中评估血液中该基因甲基化程度，发现三者对CRC筛查的敏感度分别为83.7%、83.7%、76.9%，特异度分别为94.6%、93.9%、90.8%。在这一过程中，Septin9检测效果更理想[31]。在多项检测血浆Septin9甲基化水平中发现，其对CRC的敏感性和特异性分别为48.2%～95.6%、80.0%～98.9%[5]。相关研究显示，血液SEPT9检测CRC敏感性与肿瘤大小相关，并且与肿瘤分期存在显著相关性，在结肠癌术后监测评估中也明显优于CEA[32]。综上，Septin9检测性能良好，不受性别、年龄、肿瘤部位等因素影响，对CRC检测的敏感度较高，但缺乏组织特异性，也可在其他肿瘤中检测到，而且相较于同基因粪便甲基化检测，对腺瘤及早期（0～Ⅱ）CRC检测敏感性偏低，单独作为诊断标志物存在假阴性可能，应用于早期筛查CRC仍存在局限性，可通过联合其他基因或iFOBT检测进一步提高CRC检测性能，更好的应用于临床早期筛查。

2.3 结肠镜检查 目前为止，结肠镜检查及病理诊断是CRC的诊断金标准，可做到早发现、早诊断、早治疗，降低CRC的发病率和死亡率。根据2020年我国CRC筛查指南推荐一般人群年龄大于50岁及有家族史的高危人群年龄大于40岁均应开始进行CRC早期筛查[33]。结肠镜对于CRC的敏感度在75%～93%[34]，特异度接近100%，对于AA（≥1 cm）敏感度在88%～98%[14]。有研究指出，进行结肠镜筛查可使CRC的发病风险降低56%，死亡风险降低57%[33]。事实上，结肠镜检查虽可有效检出结直肠早期病变，但作为一项侵入性操作，需要提前进行肠道准备，可能发生恶心、呕吐、脱水、心脑血管意外等，并且受饮食限制，总体检查耗时长，检查过程中存在消化道出血、穿孔等风险，使公众依从性差。根据我国两个大规模筛查项目结果显示，结肠镜顺应性不足25%[35]。而腺瘤检出率在一定程度上也受内镜医师主观因素影响，导致检查结果存在差异。加之我国人口众多，医疗资源紧张。因此，结肠镜虽可做到早期诊断及治疗，但不适合作为普遍筛查的检测方法。

3 总结

目前为止，CRC仍是全世界最常见的恶性肿瘤之一，早期筛查可明显降低发病率及死亡率，极大地改善患者的预后。尽管可用于筛查CRC的检测手段众多，但结直肠镜检查仍是确诊金标准及早期根治的最终方法。然而，粪便sDNA作为一项无创性检查，相较于其他检测方法，具有操作简单、方便、不受饮食及时空限制、无须肠道准备等优点，其对于CRC的检测敏感度高，相信随着现代科学技术不断完善，可进一步筛选出检测效果更佳的基因组合，大规模应用于我国CRC早期筛查，有效降低CRC死亡率，成为临床上CRC早期检测的有效方式。

参考文献

[1]刘宗超，李哲轩，张阳，等.2020全球癌症统计报告解读[J/OL].肿瘤综合治疗电子杂志，2021，7（2）：1-14.https：//www.nstl.gov.cn/paper_detail.html？id=ae5e07033470c9e185c4567badef7e99.

[2]李娟娟，张新闻，陈晓云，等.1990和2019年中国与全球结直肠癌疾病负担和危险因素比较分析[J].中华肿瘤防治杂志，2022，29（18）：1317-1322.

[3]贺子轩，沈振，柏愚，等.多靶点粪便DNA检测技术在结直肠癌筛查中的应用价值研究进展[J].结直肠肛门外科，2021，27（6）：542-546.

[4] YU F，GUO Y，WANG H，et al.Type 2 diabetes mellitus and risk of colorectal adenoma： a meta-analysis of observational studies[J].BMC Cancer，2016，16（1）：1-9.

[5] NIKOLAOU S，QIU S，FIORENTINO F，et al.Systematic review of blood diagnostic markers in colorectal cancer[J].Techniques in Coloproctology，2018，22（7）：481-498.

[6]郑树，张苏展，蔡三军，等.中国结直肠肿瘤早诊筛查策略专家共识[J].中华胃肠外科杂志，2018，21（10）：1081-1086.

[7]陈万青，李霓，曹毛毛，等.2013—2017年中国城市癌症早诊早治项目基线结果分析[J].中国肿瘤，2020，29（1）：1-6.

[8]朱云峰，朱胜强，沈永洲，等.不同变量问卷表在结直肠癌早诊早治筛查中的效果评价[J].中国肿瘤，2015，24（5）：380-384.

[9]夏晨静，陈志荣.粪便DNA甲基化检测对结直肠癌诊断及预后评估临床价值研究进展[J].临床军医杂志，2019，47（6）：657-659.

[10]刘蓉，胡建功.肿瘤标志物在结直肠癌诊断中应用的研究进展[J].中国肛肠病杂志，2021，41（5）：76-78.

[11] IMPERIALE T F，RANSOHOFF D F，ITZKOWITZ S H，

et al.Multitarget stool DNA testing for colorectal-cancer screening[J].N Engl J Med，2014，370（14）：1287-1297.

[12] HAN Y D，OH T J，CHUNG T H，et al.Early detection of colorectal cancer based on presence of methylated syndecan-2 （SDC2） in stool DNA[J].Clinical Epigenetics，2019，11（1）：1-11.

[13]蔡金平，劉琼，李琴.免疫法与化学法粪便隐血试验在大肠癌早期筛查中的应用比较[J].中国当代医药，2021，28（20）：183-186.

[14]安锦慧，王静静，李涛，等.结直肠癌常用筛查方法及其研究进展[J].现代医学，2020，48（6）：795-799.

[15] HONG S N.Genetic and epigenetic alterations of colorectal cancer[J].Intestinal Research，2018，16（3）：327-337.

[16] ZHAO G，LIU X，LIU Y，et al.Aberrant DNA methylation of SEPT9 and SDC2 in stool specimens as an integrated biomarker for colorectal cancer early detection[J].Frontiers in Genetics，2020，18（11）：643.

[17] LIU C，XU L，LI W，et al.Multiple biomarker-combined screening for colorectal cancer based on bisulfate conversion-free detection of fecal DNA methylation[J].Bio Med Research International，2021，28（9）：1-10.

[18]金文文，张晓，刘龙，等.粪便SDC2和NDRG4基因甲基化检测在结直肠癌筛查中的应用分析[J].湖南师范大学学报（医学版），2021，18（6）：88-92.

[19] ZHAO G，LIU X，LIU Y，et al.Methylated SFRP2 and SDC2 in stool specimens for colorectal cancer early detection： a cost-effective strategy for Chinese population[J].Journal of Cancer，2021，12（9）：2665-2672.

[20] ZHANG W，YANG C，WANG S，et al.SDC2 and TFPI2 methylation in stool samples as an integrated biomarker for early detection of colorectal cancer[J].Cancer Management and Research，2021，13：3601-3617.

[21] MA L，QIN G，GAI F，et al.A novel method for early detection of colorectal cancer based on detection of methylation of two fragments of syndecan-2 （SDC2） in stool DNA[J].BMC Gastroenterology，2022，22（1）：1-10.

[22] WANG L，LIU Y， ZHANG D，et al.Diagnostic accuracy of DNA-based SDC2 methylation test in colorectal cancer screening： a meta-analysis[J].BMC Gastroenterology，2022，22（1）：1-11.

[23] WANG J，LIU S，WANG H，et al.Robust performance of a novel stool DNA test of methylated SDC2 for colorectal cancer detection： a multicenter clinical study[J].Clinical Epigenetics，2020，12（1）：1-12.

[24]邵书先，沈忠，张秀峰，等.粪便多基因联合检测在结直肠癌早期筛查中的应用[J].中华全科医学，2020，18（11）：1819-1822.

[25] GACHABAYOV M，LEBOVICS E，ROJAS A，et al.Performance evaluation of stool DNA methylation tests in colorectal cancer screening： a systematic review and meta-analysis[J].Colorectal Disease，2021，23（5）：1030-1042.

[26]杨创杰.血脂水平与血清肿瘤标志物联合检测在结直肠癌诊断中的应用价值[J].现代诊断与治疗，2018，29（1）：6-7.

[27] ZHAO J，ZHAO H，JIA T，et al.Combination of changes in CEA and CA199 concentration after neoadjuvant chemoradiotherapy could predict the prognosis of stage Ⅱ/Ⅲ rectal cancer patients receiving neoadjuvant chemoradiotherapy followed by total mesorectal excision[J].Cancer Management and Research，2022，14：2933-2944.

[28]張丽萍，陈丽娟.血清CEA、CA19-9和CA72-4联合检测在结肠癌早期筛查及诊断中的意义[J].中国现代医生，2020，58（36）：119-121，125.

[29]喻茂文.CYFRA-21、CA125、CA19-9、CEA联合检测在结直肠癌的诊断中的价值研究[J].标记免疫分析与临床，2018，25（6）：907-910.

[30] WANG Y，CHEN P，LIU R.Advance in plasma SEPT9 gene methylation assay for colorectal cancer early detection[J].World Journal of Gastrointestinal Oncology，2018，10（1）：15-22.

[31] XU F，YU S，HAN J，et al.Detection of circulating tumor DNA methylation in diagnosis of colorectal cancer[J/OL].Clinical and Translational Gastroenterology，2021，12（8）：e00386.https：//pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34382948/.

[32] SONG L，GUO S，WANG J，et al.The blood mSEPT9 is capable of assessing the surgical therapeutic effect and the prognosis of colorectal cancer[J].Biomarkers in Medicine，2018，12（9）：961-973.

[33]陈万青，李霓，兰平，等.中国结直肠癌筛查与早诊早治指南（2020，北京）[J].中国肿瘤，2021，30（1）：1-28.

[34]孙洁，赵君宁.结直肠癌筛查的研究进展[J].实用老年医学，2019，33（3）：294-297.

[35]李小强，王莹莹，陶沙，等.上海浦东新区大肠癌不同初筛模式肠镜检查顺应性[J].中华肿瘤防治杂志，2019，26（2）：75-81.

（收稿日期：2022-10-20） （本文编辑：张明澜）