文摘
早期发现肺癌的要求没有或很少有侵入性技术。远端肺癌(40%的病例在大多数欧洲国家)可以敏感地检测到螺旋计算机断层扫描。从理论上讲,在60%的情况下,近端病变支气管镜检查(主要节段支气管,可访问的)应该能够被痰细胞学检测。不幸的是,这种非常具体的技术具有低灵敏度和费时。荧光支气管镜检查会增加早期或微创病变的检出率和可能提出在高度选择的人群,但不是作为一个筛选试验。生物标志物在临床血液及唾液尚未验证。然而,产生的数据量的研究首先在切除肿瘤,早期支气管病变和最近对血液和痰为调查提供了宽视野。
肺部致癌作用是一个多步过程的特点是连续的累积分子遗传和表观遗传异常,导致选择克隆细胞不受控制的增长能力在整个呼吸道(字段cancerisation)。分子损伤远远先于形态学变换的肿瘤出现前的支气管病变(发育不良)或肺泡损伤(肺泡非典型增生)。遗传和表观遗传异常的基因参与细胞周期、衰老、凋亡、修理、分化和细胞迁移控制可能会发现支气管活检,对呼吸道细胞从循环的痰,甚至脱氧核糖核酸(DNA)。关键基因包括那些在P53 -视网膜母细胞瘤(Rb)通路。
细胞周期蛋白依赖性激酶及其抑制剂的平衡调节的Rb磷酸化水平及其函数在G1-S过渡;P53在至少两个函数(细胞周期和细胞凋亡控制)。bax-bcl2的平衡是很重要的在控制细胞凋亡以及失去脆性组氨酸三表达式。O (6) -methylguanine-DNA甲基转移酶似乎是重要的DNA修复控制,在分化RARβ受体,钙粘着蛋白H和E和不同metalloproteases基因在细胞迁移。
hyperexpression或沉默基因的演示需要不同的验证技术:免疫组织化学活检或细胞学的准备,分子生物学技术突变,杂合性丢失和异常甲基化异常。这些技术将允许早期检测的自动化和小型化,可广泛应用临床验证。
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肺癌是癌症相关死亡的主要原因,不仅在世界各地的男性也是女性1- - - - - -3。尽管进步在过去几十年里,诊断和治疗预后oflung癌症仍然很差,有时间埋葬在许多国家总体存活率一般< 10%。肺癌症状时检测到的地方而且转移扩展阻碍任何治愈的希望。除了戒烟和烟草预防、早期发现肺癌的显然是唯一的方法来改善整个生存在肺癌的流行。检测血液中的细胞肺癌抗原,如carcino-embryonic抗原,未能在早期检测使用。然而,产生的数据量的研究癌基因激活和分子和基因异常的范围在切除肿瘤4- - - - - -7已经开了一个宽领域的调查和大部分的组织致力于肺癌目前试图验证准确的生物标记为肺癌的早期诊断。
多步cancerisation致癌作用和字段
肺部癌形成是一个多步骤、多中心的过程,特点是逐步积累的遗传和分子异常致癌物暴露后,导致克隆细胞的选择与不受控制的增长能力8- - - - - -11。分子病变发生在正常的上皮细胞在缺乏ofdysplasia。这些已经被证明先于肿瘤出现前的支气管病变的形态步骤,称为化生,轻微的发育不良,温和的发育不良,严重发育不良和癌insitu公司(CIS)12,13。在吸烟者化生显示基因异常,它现在可以被视为一种肿瘤出现前的病变。这些病变是多个,反映出致癌的随机过程可能影响支气管树中的任何网站和伴随的病变可以以不同的速率不同的年龄和可能的进步对入侵14- - - - - -17。这通常代表了领域cancerisation前面定义的过程。没有明确的预测进展延迟的入侵,可以推导出的形态,因为即使独联体可能进步或倒退。目前的假设是,任何个人病变的分子特征,关于撤销对细胞周期和细胞凋亡,可能反映其发展潜力18- - - - - -20.。然而,大多数现在高档病变局部治疗,这意味着他们的自然历史不能被清楚地理解。或者,在任何随机损伤累积率的分子异常,无论其形态等级,可能反映cancerisation领域的严重程度和预测个体易感性的开发一个癌症病人的支气管树(图。1⇓)。肺实质,非典型肺泡发育不良,视为前bronchiolo-alveolar癌肿瘤出现前的病变,也展示基因异常积累21,22。
遗传和分子的累积异常导致克隆细胞不受控制的增长和增加这些细胞的迁移能力,这正是癌症恶化,即。肿瘤生长和转移。不受控制的生长和迁移的细胞可以概括为之间的dysbalance致癌基因的激活,驱动细胞繁殖和迁移,肿瘤抑制基因的失活(次数)18(图2⇓)。致癌基因的激活可能是由于基因改造:突变,放大,染色体重排或hyperexpression等表观遗传修饰。次数失活可能是由于基因改造(突变、染色体材料(一个或两个等位基因)奥兰表观基因甲基化等现象)。基因改造似乎很难正确没有一个非常精准的基因转移。表观遗传修饰似乎更容易被药理疗法(脱甲基代理)。治疗的努力也针对基因改造的结果(如。farnelysating特工阻止突变ras基因的途径)。致癌基因通常被认为是显性基因和次数如需要修改两个染色体隐性基因灭活基因。无论机制、表达式或丧失,相反,hyperexpression的蛋白质是最好的方法来显示失活或基因的激活。所有方法检测恶性肿瘤细胞的脱氧核糖核酸(DNA),核糖核酸(RNA)或蛋白质水平可以应用在不同的样本来自病人(血液、痰切片)。然而,用作生物标记他们需要满足不同的需求。
遗传和分子机制异常:基因沉默和超表达
DNA在细胞分裂过程中,损失或增加染色体重排合成和分裂。这是几年前,通过细胞遗传学技术,染色体的短臂上的删除3 (3 p)在肺癌很频繁。像其他染色体缺失,它对应于一个地方存在一个或多个次数,因此灭活。先前确定的次数,很容易检查相应的染色体网站上删除。相比之下,在一个意想不到的染色体重复删除网站显示需要寻求一个新的假定的次数在这个位置通过识别突变或甲基化在剩下的等位基因。由于高密度和删除3 p的大尺寸的数量次数(s)怀疑在这个位置高。脆性组氨酸三(FHIT)在3 p14.2似乎是个好主张23。
染色体物质损失不可见的与传统的细胞遗传学技术也可以显示。首先,几个可以使用探测器,专门补一对染色体的一部分,一个已知或假定的次数。扩增的DNA和电泳迁移之后,这两个乐队父系和母系的染色体分离由于轻微的这两个染色体的多态性。基因的杂合性可见在正常组织,比如在血液中的淋巴细胞,然后与损失的等位基因在肿瘤细胞只有一个乐队是可见的,展示一个等位基因的丧失或杂合性丢失(LOH)。这个损失是早期事件经常发现在不同的染色体(3好,9 p21 17 p13 13 q14, 5温度系数,1 q, 2 q, 8 q)在组织学检查发现,他们可能正常或化生的上皮在吸烟者或exsmokers19,20.,23。
LOH现在可以研究小型化和自动化技术在微阵列24。这允许一个更广泛的染色体位点和减少文物的研究中,由于样品的制备使用小型序列单核苷酸多态性等。这些技术的限制是需要高比率的肿瘤细胞,以避免污染周围的正常细胞和需要等样品的显微解剖支气管活检。在痰液,分离的上皮细胞可能是必要的为了避免炎症细胞的污染。在特定基因位点的数量和频率LOH显然已经证明与支气管蔓延前的病变的严重程度增加。纯合子缺失,这是两个单基因的等位基因的丢失,可以使用荧光显示原位杂交技术的同时固定gene-specific探针和centrometric探测器相同的染色体25。显示完整的基因的失活,但目前该技术难以大规模应用是费时。
异常基因甲基化是一种优惠基因沉默的方法。控制基因表达的一种方式是通过甲基化的胞嘧啶磷酸鸟苷富裕地区(CpG岛)的染色体(图3所示⇓)。大多数脊椎动物的染色体灭活,只有unmethylated地区那些CpG岛的浓度高,这对应于基因的启动子。这些领域之一的异常甲基化引起的沉默基因。肿瘤通常表现出全球区域启动子甲基化和甲基化与基因表达的沉默。发现众多hypermethylated启动子区域次数以及更好的理解基因沉默机制表明,DNA甲基化是一种替代机制失活的次数。在肺癌26- - - - - -32众多次数,DNA甲基化失活如P16、P15,谷胱甘肽转移酶1,O (6) -methylguanine-DNA甲基转移酶(O6metalloprotease管理),组织抑制剂(TIMP) 3和死亡相关蛋白激酶(DAP)。异常甲基化可以使用特定的放大显示技术(methylation-specific聚合酶链反应(PCR))。这种技术似乎前途不仅microdissected组织还在痰液和循环DNA守恒的简单的固定剂。越来越多的基因研究可能需要使用甲基化芯片。
微阵列的使用也在寻找突变将必要自古典测序或接近技术难以大规模应用和许多不同的可能的突变可能是高(例如P53)33。Gene-specific甚至肺癌症特异性微数组技术目前在不同的实现阶段。
当抗体针对癌基因或次数,最简单的方法来评估hyperexpression或损失的表达式的共有基因免疫组织化学34,35。动力学差异野生或突变蛋白可以用来表明突变基因P53的(见下文)。因为它是一个敏感的现场技术优势的数量很高,特别是组织学病变中表达的差异比较和周围的正常组织,亚细胞间的变化表达(细胞核、细胞质、膜)和蛋白表达的使用内部控制(如。表达蛋白的血管)。限制变量的特异性抗体,需要谨慎的验证和蛋白质的能力被发现在福尔马林fixed-samples不仅在冰冻的
癌基因和肿瘤抑制基因
不同家庭的基因与肿瘤生长和转移的过程(图4所示⇓)。第一家庭的基因、生长因子及其受体是位于细胞膜36- - - - - -39。表皮生长因子受体在至少80%的nonsmall细胞肺癌(NSCLC)。阻断剂,如抗体或新的分子代理,有潜在作用chemopreventative治疗这样的过表达生长因子受体。
第二信使允许则增殖信号从细胞膜的细胞核。这些第二信使,ras似乎特别有用的腺癌的早期检测40- - - - - -47。大多数的k - ras基因突变影响密码子12腺癌的30%吸烟者和非吸烟者的5%。有趣的是,k - ras基因突变似乎特定癌症和癌前状态,因为它被描述在严重的肺泡发育不良和肺泡非典型增生21,22。这个基因的突变的识别痰,例如,可以在肺与癌症的发展。这种基因突变的研究似乎是有趣的,因为很少有突变研究技术非常敏感。ras突变等位基因的一个细胞可以被探测到的背景与野生型等位基因10000个细胞48。
细胞周期调控基因收集不同的基因网络参与的发展连续分裂的细胞通过细胞周期的阶段。其中一些基因控制扩散过程在不同的检查点周期(G1-S G2-M)和致癌过程中容易放松管制。最重要的一个网络P53-retinoblastoma基因(Rb)通路(图5所示⇓)。Rb蛋白,D-cyclins和cyclin-dependant激酶抑制剂属于一群基因的内部细胞周期机械可能管制。外部机械由P53、P21 MdM2和Waf1蛋白质。
P53被称为“基因组”监护49,50一旦被激活,由于基因毒性压力,它减少了Rb磷酸化和诱发停止G1-S核对基准点允许DNA修复或驱动细胞凋亡计划通过伯灵顿/ bcl2和其他p53诱导基因调控过程。P53蛋白失活,导致失控的G1逮捕并损失细胞凋亡导致不受控制的生长。
P53的突变在肺癌和很频繁的发生在50%的非小细胞肺癌和小细胞肺癌(sclc)的75%51。大多数的突变蛋白增加一半生命,与P53蛋白在细胞核的积累,可以轻松地通过免疫组织化学显示。如果> 20%的细胞P53蛋白的积累相当的同义突变34,20%的变异可能影响无义密码子或与截断信使RNA剪接网站。在这些情况下,测序技术是必要的来识别突变52,53。然而,免疫组织化学积累P53在支气管活检似乎是一个非常有趣的生物标志物。缺席的化生,当出现在发育不良似乎与存在或癌症的结果54(图6⇓)。目前,P53的突变可能在微阵列研究以来,大量的突变研究是辅助技术的限制之一55- - - - - -63年。
Rb基因64年是灭活> 80%的高档肺神经内分泌肿瘤,特别是SCLC吗65年- - - - - -67年,但似乎很难提出这个基因作为生物标志物的研究目前由于肿瘤出现前的这些肿瘤病变不知道和Rb损失出现在只有10%的鳞状细胞癌的肿瘤出现前的病变。相比之下,P16和周期蛋白d1,调节Rb磷酸化,管制在非小细胞肺癌的50%。当前作者观察到的P16蛋白表达增加速度在不同肿瘤出现前的病变支气管活检上使用免疫化学。这个损失的表达有关,与周期蛋白d1的进步超表达68年,69年。P16的潜在机制失活,导致P16蛋白表达,是纯合缺失、甲基化和突变频率递减的顺序25。P16似乎是一个有趣的生物标志物在使用免疫化学支气管或肺活检、支气管等细胞制剂愿望或痰,或从血液循环DNA。基因沉默可能证明异常甲基化的存在。异常在P19替代阅读框INK4a的产物,一个共同的轨迹与P16似乎重要的肺部致癌作用70年,71年但其作为生物标志物评估。
放松管制的细胞凋亡可能是由两个基因的表达研究:巴克斯和bcl272年- - - - - -74年。伯灵顿是一种凋亡基因的蛋白质二聚的产品形成凋亡。相反,bcl2是一种生存(凋亡)和二聚体伯灵顿/ bcl2基因诱导中和伯灵顿和细胞凋亡的丧失。伯灵顿/ bcl2放松管制,伯灵顿/ bcl2比率的反演,研究肿瘤出现前的病变54。比< 1,表明hyperexpression bcl2和伯灵顿丧失正常支气管上皮细胞相比,已被证实与肿瘤出现前的病变的严重程度增加,从低品位高档。FHIT基因也参与凋亡过程;这个基因是位于3 p,经常迷失在肺癌。失活的基因LOH或损失的蛋白质表达使用免疫化学已经在支气管活检显示为一个早期事件,还发现吸烟者的痰75年。
衰老过程也在肿瘤出现前的管制和肿瘤病变。端粒位于真核生物染色体的结束76年,77年,78年,在维护他们的稳定是非常重要的。胎儿细胞和一些干细胞端粒酶活性,以弥补在复制端粒缩短(图7所示⇓),而绝大多数正常成年细胞不具有端粒酶活性。然而,端粒酶活性检测在大多数人类癌症,尤其是小细胞肺癌和非小细胞肺癌。端粒酶活性可能也发现癌前病变的肺,反映出早期分子参与肺肿瘤的起源79年。
上面提到的四个基因家族(生长因子受体、第二信使、细胞周期调控、细胞凋亡/衰老家庭)并不是唯一参与肿瘤生长和转移的过程中,由于粘附/迁移基因、DNA修复基因,分化的基因,可能很多人可以参与这个复杂的过程。目前,沉默或激活不同的基因在这些家庭已经被提议作为生物标志物和沉默目前正在研究这些基因的异常甲基化在不同样本,尤其是痰液和循环DNA。
如何成为一名优秀的生物标志物吗?
良好的生物标志物应要求没有或抽样的微创技术80年。支气管或肺活检是重要的建立一个生物标志物的价值,但很难提出筛选项目。支气管肺泡灌洗或刷牙是侵入性较小,但仍需要一个内窥镜检查81年- - - - - -83年。痰似乎很有趣84年,但除了保护或准备的问题,主要问题是必要的时间来收集优质诱导痰(15 - 30分钟专业护士或技术人员)。然而,为期3天的收集Saccomano固定剂似乎是足够好的研究DNA而不是RNA修改(未发表的数据)。循环DNA的血液似乎是一个非常有前途的方法研究生物标志物早期发现肺癌。定量PCR只需要少量的肿瘤DNA。虽然起源仍然是模糊的,循环肿瘤DNA的存在已是不争,可能出现在疾病的第一阶段转移的过程85年,86年。
一个好的生物标志物必须显示肿瘤与正常组织之间的显著差异,应该与癌症的发展。应用于筛选项目,它应该能够以较低的成本和执行效率高。理想情况下,它应该被用来治疗目标或控制其功效(中间终点标记)化学预防计划提出了一次。
临床应用
螺旋计算机断层扫描(CT)无疑是最好的技术来检测周围小结节。然而,即使它比胸部x线摄影更准确87年,螺旋CT检测早期近端支气管病变。研究Henschkeet al。87年,只有一个近端支气管癌组中检测出27个癌症。可能的改进技术将允许更好地检测这些病变。痰细胞学是一个非常具体的技术,但不幸的是,灵敏度很低。研究j·杰特(j·杰特,梅奥诊所,波士顿,MA,美国个人通信),例如,在痰细胞学在1500年发现了只有两个癌症患者。以及缺乏敏感性,痰细胞学也是耗费时间的技术。自动化细胞学已经验证了宫颈准备,但即使不同的技术实际上是提出,没有一直在验证痰88年。
最好的方式查看和活检近端病变从气管的大部分subsegmental支气管通过fibreoptic支气管镜检查。这种技术也可以不建议作为一个筛选技术,因为它是一个侵入性程序可能不是成本有效的,除非它是应用于人口高度选择的病人。显然荧光fibreoptic支气管镜检查发现早期病变的敏感性增加。第一个系统由L我et al。14是生命系统。照明与确定波长(520µm)激光诱发的汽车荧光支气管上皮细胞,可能由于反射的光内支气管壁(胶原蛋白)的一部分。当增加支气管粘膜的厚度似乎深棕色区域,对应于肿瘤出现前的,微创或支气管壁的炎性病变。作为针对这样的活检显然增加了肿瘤出现前的病变的检测率。相对灵敏度是4.7乘以2.3为低度恶性肿瘤出现前的损伤和高档病变,与白光支气管镜检查在278年的一项研究病人当前作者最近发表的89年。然而,这种技术不是很高的特异性(55%在当前作者的研究)。这项研究允许更好地确定高危人群。烟草消费的持续时间和强度是与高肿瘤出现前的病变,但最重要的因素是鳞状上皮癌的历史。在目前的作者的系列中,11个肺癌患者通过手术切除治愈有鳞状上皮癌,未发现肿瘤出现前的病变患者的支气管腺癌的历史。百分之五十五的病人有几个高档病变在40%的情况下,这些病变是双边。这显然说明了cancerisation理论领域。没有共识目前的方式来管理这些病变。独联体似乎进展侵入性癌症在大多数情况下,尤其是在管腔内的电烙术治疗或光动力治疗16,17,90年。中度和重度发育异常是肿瘤出现前的病变由于这些病变的进展的风险或积累的分子异常水平,大多数组织认为他们需要一个当地的电烙术治疗。讨论持续上皮化生和轻度发育不良和一个随机试验正在进行中。然而,很难证明这些病变的自然历史和治疗干预的作用。新的世界卫生组织/国际研究协会的肺癌(IASLC)分类13给病理学家更好的元素分类这些病变和interobserver变异性可能会减少训练的病理学家,他们没有意识到这些病变91年,92年。培训和interobserver变异性也将改善英国之间使用不同类型的荧光内镜设备93年。两个主要问题是representativity和活检的再现性。当切片数量的增加从一到五支气管部门,发现更严重的病变,如。microinvasive癌CIS,而是增加。的重复活检在同一点上几个月后很难解释。前活检的网站很容易定位,由于这样一个事实:有一个黑点在自体荧光检测领域的一个以前的活组织检查。但是当新的活检显示了病变的恶化,很难证明如果真的恶化或缺乏第一活检取样。当新的活检失败显示肿瘤出现前的病变,第一个活检删除全部或它对应于改良或一个真正的病变的治疗。这两个问题,特别是模糊这些病变的自然历史和一个在解释时必须谨慎的进化在纵向跟踪给定的损伤。
螺旋CT和荧光支气管镜检查明显增加的速度检测肿瘤出现前的或早期癌症。生物标记物的作用,然而,可能是重要的选择一个人口需要放射或内镜筛查项目推荐更激进的诊断程序或治疗干预时辐射或内窥镜损伤被发现。目前作者最近表明,分子的数量异常支气管肿瘤出现前的病变与事件有关的癌症55。评估这些生物标记两种不同协议的作用是启动如下:Biomarkscan,飞行员nonrandomised早期检测项目非常高风险患者;Depiscan,法国的一部分在无症状吸烟者筛选随机控制试验。
Biomarkscan计划的病人会有螺旋CT和诱导痰液和血液取样,每年5岁。荧光支气管镜检查患者将每2年进行的鳞状上皮癌的历史,起初症状群的吸烟者,反复3或6个月后当一个高档或低度恶性病变。所有的病人和对照组的志愿者招募将有一个关于呼吸道症状的问卷和烟草消费和戒烟会推荐。第一组的患者将包括那些历史的肺或上呼吸道癌症手术治愈;在第二组,有症状的吸烟者;在第三组,癌症患者的纳入协议(这将作为阳性对照组的决心和后续生物标记血液和痰里);最后一组,正常不吸烟的志愿者将被用作生物标记物阴性对照组。这些协议的目的是增加使用螺旋CT早期检测和生物标记,以确定生物标志物预测的不可逆性和发展中高档肿瘤出现前的病变,画一个分子和基因身份证来评估罹患癌症的风险,最后,建立一个表型受体描述为了设置upa化学预防计划。这个项目的一个初步结果是23异常甲基化的检测次数6个基因的启动子(FHIT基因P16, DAP-kinase, O6管理、TIMP-3钙粘蛋白)的支气管愿望第一个76个病人。4名患者有两个甲基化这些基因和五个病人有至少一个基因的甲基化没有癌症的内窥镜。
Depiscan计划是国家随机规划评价螺旋CT的价值在特定的肺癌死亡率的减少。病人是不一样的,因为他们是无症状吸烟者。在这些患者中,血液和唾液取样将以及重复进行螺旋CT驴生物标记的修改。这两个协议都包含在国际合作推动欧洲肺癌早期检测(EULCED)组81年,82年。
结论
显然,未来的生物标记物的使用必须经过小型化和自动化技术,可能使用微阵列。不幸的是,在肺癌没有敏感的和特定的生物标记物,如前列腺特异性抗原在前列腺癌。一些生物标记可能会一起使用,包括P53、ras和不同的基因的甲基化。这将增加的成本使用生物标志物;然而吸烟所产生的大量的钱可以更好地针对吸烟者以这种方式中获益。相反,即使早期检测技术看起来很有希望,这将是不道德的医生不专注于减少肺癌的发病率的唯一方法,就是戒烟计划和吸烟预防规划。
确认
作者想感谢我和m . Lorinet Berruyer打字手稿。
- 收到了2002年7月10日。
- 接受2002年8月22日。
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