癌症早期检测中的新方法

2011年1月第8卷第3期
·综述·
CHINA MEDICAL HERALD 中国医药导报[作者简介]刘赏汉（1972.5-），男，本科学历，主治医师，中级职称；研究方向：临床医学检验。

癌症早期检测中的新方法
刘赏汉
（北京市平谷区马坊中心卫生院检验科，北京
101204）
[摘要]免疫学、生物学、光谱分析、纳米技术等新技术的进步及交叉结合，使得癌症早期医学检测手段得到了进一步
的提高和改善，与传统的检测手段相比具有更高的敏感性和特异性。

本文从自身抗体在癌症早期检测中的应用、光谱分析技术在癌症早期检测中的应用、纳米技术在癌细胞成像中的应用三方面进行阐述，最终证实：随着各学科的交叉，多种技术与现有诊断技术的完美结合，这些用于癌症早期诊断的新技术必然会从实验研究转向临床应用，必将在癌症的研究与临床诊断中得到广泛的应用。

[关键词]癌症；早期检测；自身抗体；光谱分析，纳米技术[中图分类号]R730.43[文献标识码]A
[文章编号]1673-7210（2011）01（c ）-013－03
众所周知癌症已经成为困扰人类身体健康的一个重要疾病，全球癌症的发病率20世纪下半叶比上半叶增长了近10倍，已成为威胁人类生命的第一杀手[1]。

目前虽有多种方法对癌症进行诊断，但最终确定癌症的性质和程度，还是要依据病理学诊断和医生的经验，这些方法不但过程繁琐，常受人为因素影响，诊断过程还给患者带来极大的痛苦，而且确诊后大多进入了中晚期。

在当前癌症临床研究中，由于癌症早期不伴转移，肿瘤容易切除，可为患者赢得较多的存活机会，因此治疗癌症早期诊断是关键。

如果能通过非破坏性、非侵入性的检测能早期发现癌症，对癌症的治疗具有重大意义。

本文归纳了近年来在癌症早期检测中的一些新方法，虽然这些方法在目前还不能广泛地应用于临床实践中，但它代表了在癌症早期检测中的发展方向。

1自身抗体在癌症早期检测中的应用
最新的肿瘤免疫学研究认为，患者可对自身肿瘤抗原产生体液免疫应答[2]。

正常细胞向癌细胞转化过程中，突变的基因或各种异常表达的蛋白可以成为肿瘤抗原诱导机体的免疫反应，在肿瘤患者血清中可以检测到肿瘤相关抗原的自身抗体谱[3]。

进一步的研究发现在肿瘤患者和正常人的血清中肿瘤自身抗体谱存在显著差异[4]，提示自身抗体谱有可能作为肿瘤早期诊断的新型血清标志物。

血清抗体比其他血清蛋白在癌症的诊断中占优势，在肿瘤抗原水平很低，利用常规蛋白检测方法无法检测到时，免疫系统就能监测到该特异蛋白的存在，引发免疫反应，产生大量的抗体[5]，如同抗原作为模板的PCR 一样，对信号起到放大作用。

因此，血清自身抗体成为癌症检测的非常有前景的标志物。

目前各国的科学家致力于对各种肿瘤自身抗体谱的筛选，寻找作为癌症治疗的潜在分子靶点和癌症诊断新的候选血清学标志物；但恶性肿瘤的生长是一个极其复杂的多病因过程，仅靠一个指标进行诊断，灵敏性和准确度都不高，所以多个肿瘤标志物的联合检测是提高癌症早期诊断准确度的关键。

发现新的肿瘤标志物依赖于高通量的筛选技术。

蛋白芯片技术以其高通量能同时对几千个蛋白进行平行分析，从
而在癌症的早期检测中的作用脱颖而出[6]。

丹麦科学家最近开发出一个新的筛选工具，可充分利用人体自身的抗体优势来检测癌症在早期阶段的发展。

研究人员构建的这个微阵列系统可对患者体内被称为自体抗原的一种特殊类别的免疫物质进行分析。

研究人员发现，在有限数量的血液样本中，筛查测试可检测出那些刚被诊断为前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌的患者体内与癌症相关的自体抗原，而健康个体在其血液中并不会发现任何该种免疫物质的迹象。

研究人员通过化学方法合成了一种MUC1黏蛋白，并将其黏附于一种与癌症中发现的相类似的聚糖短链。

然后，他们将该结构附着在微阵列表面。

研究小组采集了3个试验组的血清样本，每个试验组中均包括20例前列腺癌、乳腺癌或卵巢癌患者。

研究人员让每个血清样本通过微阵列，随后进入一种可在自体抗原存在时发光的荧光剂溶液。

最后发现，自体抗原存在于20%～30%的癌症患者中，而健康个体的样本中则不存在自体抗原。

研究人员正计划将短聚糖结构和其他癌症相关蛋白进行结合，以增强测试的特定性，从而将该测试作为一种筛查工具纳入每年例行的健康检查之中。

2光谱分析技术在癌症早期检测中的应用
用于人体组织细胞结构与构象观察的主要方法有傅立叶变换拉曼光谱、红外光谱技术（NIRS ）及激光光谱，它们的共同特征是对构成细胞的蛋白质、脂类、碳水化合物和核酸等主要物质的空间结构、构象和组成情况进行微观分析，如：对骨架磷酸基因脱氧核糖碱基的破坏及氢键断裂测定、DNA 单链和双链断裂测定、RNA 的构象测定等的测定方法简单、灵敏和准确。

正常组织和细胞与癌变的组织和细胞的差异性在于构成细胞的化学物质的结构、构象和数量发生了变化，而用光谱分析方法能反映出这些早期微小变化，光谱技术是一种非破坏性、非侵入性、分辨能力高的检测方法，在癌症诊断中已经初显其优势。

单细胞的光谱研究，所需样品很微小，对患者几乎没有伤害，是寻求利用光谱技术诊断肿瘤的重要途径之一。

2.1癌症单细胞的拉曼光谱研究
近年来，国内外的一些研究学者[7-8]利用拉曼光谱技术或与其他的一些新技术相结合分别对胃癌单细胞、乳腺癌细胞、上皮癌的单个细胞的拉曼光谱进行比较分析，发现正常细胞
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与癌细胞相比在某些特征峰处有着明显的区别，Chen等[9]对收集到的光谱进行主成分分析，再进行对数回归得到能够最有效区分癌细胞与正常细胞的参数方程，建立了区分癌细胞和正常细胞的标准。

此诊断模型总的灵敏度为82.5%，特异性为92.5%。

拉曼光谱技术有着传统检测技术不可比拟的优点，但其信号弱、易受背景荧光干扰等缺点限制了拉曼光谱技术的应用。

随着各种拉曼光谱技术如时间分辨拉曼光谱技术、傅里叶变换红外拉曼光谱技术等的应用以及研究的不断深入，可有效地克服存在的局限，使其能够在生物医学领域得到更广泛的推广和应用。

2.2散射光谱探测分析技术
研究表明，85%的癌症最早都是在器官内壁上皮细胞的基础上开始形成的[10]。

如果及早治疗，治愈率会很高；然而，现有技术很难在这一阶段就诊断出癌症。

美国科学家最近利用光谱分析法研究出早期诊断癌症的新技术，能在癌症刚萌芽时就发现癌变细胞核的变化。

使用散射光谱探测分析技术，可以探测到癌变细胞核的特殊散射光谱；不过目前只有通过活组织切片分析才能发现这种特殊光谱。

美国麻省理工学院的科学家在英国《自然》杂志上报道说[11]，他们已研制出一种判断细胞是否发生癌变的新型光探针。

这种探针借助内窥镜导入体内后，只需将探针头接触器官内壁，就能记录上皮细胞核的散射光谱，这一过程不会对人体组织造成损伤。

这项技术成熟后可望用于对全身器官进行癌症早期诊断，从而大大提高患者生存的几率。

3纳米技术在癌细胞成像中的应用
纳米与生物技术的进步使得材料与生物学科交叉解决医学诊断与治疗方面的难题成为可能。

生物样品（如蛋白、细胞以及DNA分子等）的自身荧光对于通常使用的荧光标记和其他发光标记存在干扰，而生物样品在近红外区（远离可见光区）只有很微弱的吸收，因此生物样品对金纳米棒颗粒在近红外区附近的纵向SPR峰的影响可以忽略。

另外有机染料化学性质不稳定，易于光漂白，而金纳米棒颗粒性质稳定，而且其LSPR稳定，可见光不容易穿透组织，而利用近红外光激光可以实现深层组织的生物成像[12]。

因此金纳米棒颗粒作为新型的标记材料和新型造影剂，受到了人们的重视。

另外金纳米棒颗粒很容易被与其LSPR峰波长相近的近红外光的诱导产生热量，因此在肿瘤的光热治疗中将具有特殊的优越性。

许多癌细胞的表面都覆盖着表皮生长因子受体（epider-mal growth factor receptor，EFGR），EFGR为癌症提供治疗新靶点，而健康细胞则不会明显地显示出这种蛋白质。

对于常用的球形金纳米颗粒对可见光的强吸收特性使得光能可以转换为热能，因此采用球形金纳米微粒辅助激光热作用方法，可以达到对癌细胞的选择性破坏。

和正常细胞相比，杀死癌细胞只需一半的激光能量，而且不损害良性细胞。

对于皮肤癌治疗或者诊断，球形金纳米颗粒是很好的选择。

然而由于可见光不容易穿透生物组织，因此对于皮下组织的癌症的治疗或者诊断，球形金纳米颗粒就无能为力了。

新的影像学技术使用的造影剂上结合有分子识别物质或靶向性药物（抗体），具有信号增强作用，可以检测更微小更早期的癌细胞[13]。

近来证实，亲淋巴的顺磁性纳米粒子，可对前列腺癌的隐性淋巴结转移进行MRI显像。

meta分析显示[14]，使用纳米粒子造影的MRI对多种癌症的淋巴结转移的诊断具有很高的特异性（96%）和敏感性（88%）。

Kobayashi等[15]在乳腺癌小鼠中使用钆纳米载体——
—聚合状的树状体（den-drimers），可以清晰显示淋巴结和淋巴管的排泄，提示在临床上可以替代前哨淋巴结活检。

双峰纳米粒子，携带有近红外的肉眼可见的荧光基团，与MRI造影剂（交联氧化铁）共价结合，可以用于手术前脑肿瘤轮廓的描绘和术中的病变显示。

交联氧化铁纳米粒子与annexin-Y共价结合，用于MRI 可识别喜树碱诱导T细胞的凋亡。

使用生物精确纳米粒子，端粒酶活性（增殖潜能的标志）也可以在细胞水平由MRI检测。

4结论与展望
许多现代分析仪器如X射线透视、X射线、CT、超声波、放射性核素发射、磁共振成像等已用于医学诊断，这些技术属于影像学，前4种不够准确，后一种能够提供生化信息，但仪器昂贵。

利用现有的这些检测手段通常能够检测到的肿瘤都已进入中晚期，错过了肿瘤的最佳诊治时机。

因此，发展一种创伤小、方便、准确的诊断方法成为目前研究的热点。

本文总结的这些诊断方法对患者身体的创伤小，检测灵敏度高，最重要的是可在癌症未转移扩散之前，在癌症发生的早期阶段就被检测出来，提高了患者的生存几率。

这些方法目前在实验室阶段已取得了可喜的进展，但在应用于临床上还受到一些自身的限制，如自身抗体检测多适用于对血液等液体癌症的检测，对固体肿瘤的检测则有一些局限性，光谱法中的信号弱，易受背景荧光干扰等缺点限制了光谱技术的应用，纳米技术中则常要考虑到纳米颗粒的生物无毒化修饰等问题。

随着各学科的交叉，多种技术与现有诊断技术的完美结合，这些用于癌症早期诊断的新技术必然会从实验研究转向临床应用，必将在癌症的研究与临床诊断中得到广泛的应用。

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对病变处血流进行成像，动态、立体、全面地展示肿瘤周边及内部血管结构，为目前唯一能无创、重复显示肿瘤血管的技术[7]。

3D-CPA是一种非损伤性评价盆腔器官血流灌注状态的方法[8-9]，可以清楚地显示肿瘤内低速血流及血管构建和分布的变化，应用三维能量多普勒显像，血流显示完整直观，立体感强，能进一步提高卵巢肿物良恶性鉴别诊断的准确性。

3D-CPA定量分析的方法为计算和分析卵巢肿物内血流分布提供了一个新方法。

三维能量多普勒测量的功能主要是定量分析感兴趣区内的彩色亮度及灰阶值，这种技术被称为“三维彩色多普勒直方图”。

利用这种技术可以在3D-CPA 成像的基础上对所选取的空间内的血流信号像素进行计算，计算内容包括血管指数、血流指数等多个内容。

本研究结果显示卵巢恶性肿物组的VI、FI、VFI参数值均显著高于卵巢良性肿物组，差异具有统计学意义，恶性肿瘤血流丰富，新生血管多，故3个血流参数均较良性肿瘤高，符合Folkman[10]理论。

可见三维能量多普勒血流参数在鉴别诊断卵巢肿瘤性质中有较高的价值，术前根据卵巢肿物三维能量多普勒计算VI、FI、VFI值，从而定量分析肿物内实性部分的血供，并可显示肿瘤的形态、大小及其相应的血管网，使VI、FI、VFI定量分析肿瘤血供成为现实，因此三维能量多普勒直方图血流参数对于卵巢肿瘤血供状态可作出科学、可信的评价。

以上表明，血管分型愈高，VI值愈大，提示肿瘤的恶性可能性较大。

因此，3D-CPA结合三维形态检测是重要的卵巢癌早期诊断方式，明显地提高了诊断的准确率，但在鉴别卵巢良恶性肿物方面，VI、FI、VFI最恰当的分界值仍需进一步研究。

3D-CPA主要检测肿瘤的微细血管[11]，准确而客观地分析肿瘤内部血管多少、分布、走行、排列及各项血流指标，良性肿瘤多无血管或血管多在肿瘤周边分布，血管形态较规则，走行平直，分支少，血管畸形少见；而恶性肿瘤内部血流丰富，血管形态及走行异常、扭曲，并相互融合形成血管湖。

本研究表明，良性卵巢肿瘤多无血流或以Ⅰ级血流为主，恶性卵巢肿瘤以Ⅱ、Ⅲ级血流为主，良恶性之间存在差异。

术前通过3D-CPA成像可以客观地评价肿物的性质，对临床术式的选择、治疗方法的选择提供信息。

三维能量多普勒不仅可以立体清晰地显示卵巢肿瘤的血管走行、分布及分支，有利于对卵巢肿瘤血管分型进行定性诊断，而且还可以通过三维彩色多普勒直方图对卵巢肿瘤血供进行定量分析，客观地评价卵巢肿物内血流丰富程度。

术前通过3D-CPA可以客观地评价肿物的性质，对临床术式的选择、治疗方法的选择提供信息，还可以利用3D-CPA客观地估计肿物内部血管的丰富程度，对于血管含量丰富的肿物附加抗血管药物进行治疗，降低复发率、改善预后，为临床提供了术前评价卵巢肿瘤血供情况的量化指标，从而鉴别卵巢肿瘤的性质。

因此，3D-CPA为临床鉴别诊断卵巢良恶性肿瘤提供了新的参考指标，有效地弥补了二维超声的不足，为临床进一步治疗提供有力的依据。

目前卵巢癌的鉴别诊断仍比较困难，由于影像学表现的复杂性和形态学表现的不典型性，影像征象显示的情况需要与临床医师的认知相结合，从而有助于临床早期诊断与预后分析。

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