肺癌防治策略與預測和診斷技術研究進展及展望

白春學

復旦大學附屬中山醫院呼吸科,上海 200032

根據最新中國國家癌癥中心發表的中國惡性腫瘤流行情況分析[1]，我國肺癌發病率居惡性腫瘤首位（57.26/10萬),新發肺癌病例約為78.7萬例,超過第二位胃癌40.3萬近1倍。肺癌在惡性腫瘤死因順位中男(61.52/10萬)女(29.43/10萬)均居首位。5年生存率只有(19.7%)[2],為改善肺癌預后,提高長期生存率,急需要重視其發生、發展的防治,特別是應用肺癌發生、發展的檢測和診斷技術推動早發現、早診斷和早治療的二級預防。中國肺癌防治聯盟自成立后即將二級預防作為重點,并先后牽頭制定肺結節診治中國專家共識[3]和亞太指南[4]。隨著這些共識和指南的推廣應用,使越來越多的早期肺癌患者得到及時診斷和治療。但是,仍有很多患者沒有得到早期診斷或死于復發轉移,致使中國肺癌5年生存率仍然低于20%[2]。如何解決這些問題,亟需要從傳統的疾病治療模式向“4P”和“5P”醫學邁進。“4P”醫學[5]包含預防性(preventive)、預測性(predictive)、個體化(personalized)和參與性(participatory)。其中強調教育患者主動參與、改變日常生活行為,以達到預防和控制疾病發展的目的。精準醫學(precision medicine)則為基于個體基因與環境差異而進行的個體化治療,對更好地管理肺癌患者具有重要參考意義。采用“5P”醫學[6]模式,可更好地、更智慧地預防腫瘤復發和轉移,最終改善患者生活質量和提高長期生存率。

近幾年隨著表觀遺傳學[7]、液體活檢[8]、生物標志物[9-10]和免疫功能監測研究[11]等肺癌發生發展檢測技術的進步,以及物聯網醫學[12]等技術的應用,為我們實施“5P”醫學奠定了基礎。

一、肺癌發生、發展防治及診療策略

為了更好地防治腫瘤的發生和發展、以及提高治愈或10年生存率,需要得到圖1所列的信息,優化防治策略給予及時干預或治療,才能得到事半功倍的效果。這需要了解表觀遺傳學、基因突變、細胞變異和浸潤啟動四方面信息,同時掌握相關的預測、檢測和診斷技術,才能對處于風險期和各階段的肺癌管理游刃有余。由于物聯網醫學技術具有全面感知、可靠傳輸和智能處理三大基礎流程,可輔助分析上述信息,輔助預測、檢測和診斷,作出精準的防治方案和調動患者參與性,產生“名醫治未病,大醫惠眾生”效果[12-14]。

二、肺癌風險預測及防治

(一)肺癌風險期概念

肺癌風險期指從表觀遺傳學到基因突變前的過程。危險因素為煙草暴露、大氣污染、職業因素、肺部慢性疾病和人體內在因素。家族遺傳、免疫機能降低、內分泌功能失調等均可對肺癌的發病起一定促進作用。表觀遺傳學涉及肺癌等大量腫瘤,有研究表明80%的疾病和腫瘤都與表觀遺傳學相關,而經典的遺傳因素只占很少比例[15]。由年齡、生活習慣、情緒、輻射等外在因素引起的表觀遺傳學改變是誘發疾病的最主要原因,可先于腫瘤發生,并增加其發生風險。將其作為腫瘤預測技術用于臨床,具有非常重要的潛在價值。

圖1 肺癌發生、發展及預測診斷流程圖

(二)預測肺癌風險技術

可應用表觀遺傳學技術預測肺癌風險。該技術是指基于非基因序列改變所致基因表達水平的變化,如DNA 甲基化、組蛋白乙?；腿旧|構象變化等[7,16],目前較成熟的為印跡基因技術。

基因組印跡是表觀遺傳學中基因調控的一種方式。其特點是來自特定親代的一對等位基因中一個基因發生甲基化,使某個基因只有一個等位基因表達,而另一個基因則陷入沉默狀態,該種基因被稱為印跡基因[17]。大量研究表明,在腫瘤發生早期印跡基因中處于沉默狀態的等位基因發生去甲基化而被激活,呈現雙等位基因表達(印跡缺失),甚至有些細胞出現多等位基因表達(拷貝數異常)[18-23]。相反,在健康細胞中印跡缺失的比例極低,與癌細胞成鮮明對比。所以,印跡基因的表達狀態可作為病理標記,通過特定分子檢測技術,對細胞異常狀態進行分析。我們最近開發了一種新的印跡基因原位檢測技術,直觀地顯示每個細胞中印跡基因的表達狀態,得到印跡基因的表達量、印跡缺失和拷貝數異常三個定量的指標,依據明確的分級標準對早期腫瘤的良惡性以及惡性程度給出分級。

與甲基化測序和RNA 高通量測序等間接、不定量的檢測技術不同,印跡基因原位檢測技術可直接顯示細胞核中印跡基因的表達狀態,可達到很高的敏感度和特異度。由于印跡基因的功能涵蓋細胞信號傳遞、細胞周期調控、細胞內外物質運輸、細胞外基質形成等多個方面,因此印跡基因不但能對肺癌進行早期診斷,還能對其進行分型和判斷預后,并指導治療。

(三)預防肺癌風險的目標和管理策略

肺癌風險期的管理目標為防止肺癌風險和發展。預防和避免因年齡、生活習慣、情緒、輻射等外在因素引起的表觀遺傳學改變,包括DNA 甲基化異常誘發癌癥。

三、肺癌發展期檢測及防治

(一)肺癌發展期概念

在肺癌細胞發展過程中,細胞突變源于基因突變。但細胞內單基因位點的突變是不能誘導形成癌細胞的,需要三類基因參與[14]。(1)癌基因：指肺細胞內原癌基因的突變,如Ras、Myc、Src基因等。癌基因突變后,并不意味著肺細胞就會轉化形成肺癌細胞,通常需要多位點或多基因的突變才能轉化肺癌細胞。由于在正常條件下,原癌基因對細胞分化發育起關鍵的作用,所以原癌基因并不是有害的。只有在其突變,并能逃脫機體和細胞本身保護反應后,才能使肺細胞轉化為肺癌細胞;(2)抑癌基因：或稱抗癌基因,最常見的是P53和RB 基因。此類基因在其缺失突變或功能不正常時,可致肺細胞轉化為肺癌細胞。RB 蛋白是細胞周期的抑制蛋白,突變后可致RB基因產物的功能失活,導致細胞生長不受控制。而P53蛋白功能是誘導細胞凋亡,突變后會使突變細胞存活下去,進而發展成癌細胞;(3)調節基因：在正常細胞轉化為肺癌細胞過程不起作用,但在肺癌的發展過程中起重要的作用,包括能逃脫免疫反應的基因突變、能誘導出新生血管形成的基因突變等。

(二)監測肺癌發展技術

監測肺癌細胞發展過程中參與的癌基因、抑癌基因和調節基因,有助于評估肺癌發展和指導防治。

1、免疫功能標志物

由于抗體的生物學放大效應,在腫瘤早期即產生自身抗體,可通過目前通用的免疫學技術,在出現臨床癥狀前5年或更早即被檢測到。另一特點是穩定性好,在循環系統中半衰期可長達30 d,并在離體樣本中穩定存在,適用于常規臨床樣本采集和保存方法。這兩個特點有助其克服腫瘤相關抗原檢測早期腫瘤的局限性,有可能用于腫瘤的早期發現。

已有百余種肺癌自身抗體被研究測試過[24-25],盡管個別自身抗體特異度較高,但通常靈敏度較低。這一局限可被自身抗體組合克服。多項國際研究表明,P53、NY-ESO-1、CAGE、GBU4-5、SOX2、Hu-D及MAGE A4 等7 指標組合(CE 認證)敏感度達47%(95%CI：34% ～60%),特異 度達90%(95%CI：89%～92%)[24]。但這些數據均來自歐美人群,其中國/亞洲人群中的意義尚有待系統評價。另一個7 指標組合(P53、GAGE7、PGP 9.5、CAGE、MAGE A1、SOX2、GBU4-5)(2015年國家藥監局注冊)曾在中國人群中進行了試驗[26],但其實際應用差異較大,特異度區間達61%～94.3%。綜合國內外研究,自身抗體譜檢測可能是一項有價值的早期肺癌篩查技術,但仍需進一步的中國人群最有效的組合及驗證。

2、液體活檢

由于腫瘤細胞可隨病程或治療發生高度異質性和可變性,為達到“5P”醫學要求,需要動態跟蹤腫瘤細胞的變化,液體活檢應運而生。該技術可通過非侵入性方式多次取樣,檢測血液或尿液中特定的生物標志物,協助診斷或提供相關信息。目前研究較多的是血液循環腫瘤細胞、循環腫瘤DNA(circulating tumor DNA,ctDNA)、以及腫瘤細胞分泌的含有核酸、蛋白質與脂質的囊泡狀外泌體[8]。

實體腫瘤的液體活檢,尤其是ctDNA 檢測技術在過去的數年間被譽為突破性技術。通過分析ctDNA 能夠了解腫瘤基因組綜合信息,找到體細胞突變,評估腫瘤的藥物敏感性或耐藥性。如從非小細胞肺癌的ctDNA 中檢測表皮生長因子受體基因突變可指導臨床用藥;ctDNA 深度測序可發現只在部分腫瘤細胞中出現的基因突變,揭露腫瘤組織的內部異質性問題。不久前發表的一項研究,利用改進的液體活檢技術分析了血液中游離DNA(cellfree DNA,cfDNA)的甲基化信息,成功地進行了早期腫瘤檢測并作了正確分類[27]。

使用液體活檢技術還可對影像學難以診斷的早期腫瘤提供參考意見。一項對包括良、惡性肺結節在內的研究表明,ctDNA 檢測可在滿足高度特異度和敏感度條件下發現驅動基因突變。基因突變檢出的敏感度和嚴重程度與肺癌臨床分期相關[28]。此外,術后多次血液取樣,縱向隨訪ctDNA 突變基因克隆和亞克隆還可預警腫瘤復發,甚至在復發事件前463 d即可被檢測到[29]。

液體活檢技術除了關注血液中的循環腫瘤細胞和ctDNA 之外,還涉及血液中RNA 和蛋白質等其它組分。在以往臨床實踐中,血液蛋白質被視為重要的生物標志物,其中有數十種腫瘤抗原或分泌蛋白被廣泛用于腫瘤發生或療效和預后判斷等。近年來隨著蛋白質組技術的發展,針對血液蛋白質的液體活檢技術正在陸續被研發[30]。顯然,如何把血液中各種組分充分用于腫瘤診斷和預測復發轉移預測是值得研究者認真考慮的問題。

但是,美國臨床腫瘤學會和美國病理醫師學會通過對已發表的1 338篇ctDNA 臨床研究論文分析后指出,“目前發表的ctDNA 研究均是比較腫瘤組織和血漿中致病突變的一致性而得出的結論,會受很多生物學因素影響,結果陰性的患者仍需要進行組織檢測,其廣泛推廣前仍需更多的有效性證據”[31]。

(三)肺癌發展期管理目標和策略

由于目前知識的局限性,在肺癌發展期管理目標只能嘗試協調癌細胞發展過程相關的癌基因、抑癌基因和調節基因之間關系,預防或者延緩肺癌發展。目前尚沒有具體的防治措施和研究證據,但是養成好的生活習慣、情緒、避免外在因素引起的表觀遺傳學改變有助于預防肺癌的發展。

四、肺癌原位期診斷及防治

(一)肺癌原位期概念

肺癌原位期指還沒有轉移的瘤灶,相當于TNM 分期中的Tis[14]。胸部CT 檢查時,原位腺癌(adenocarcinoma in situ,AIS)一般表現為磨玻璃樣結節,有時部分實變,偶為實性結節。AIS 生長緩慢,完全切除后預后極好,5年無瘤生存率和無復發生存率達100%。對5～10 mm 的病變,新分類中建議每年復查胸部CT,如發現病變增大或密度增加提示病變進展或有浸潤的可能。2011年多學科肺腺癌組織學分類對肺腺癌癌前病變概念做了進一步延伸與調整,將病灶≤3 cm、腫瘤細胞局限于正常肺泡結構內(貼壁式生長),并且缺乏間質、脈管或胸膜浸潤的病變定義為AIS。

(二)檢測原位期肺癌技術

1、組織活檢

活檢有助于確診,但是很多AIS術前較難獲得活檢標本。臨床醫師可通過權衡可及性、風險和成本效益等選擇下列診斷方法。

2、常規影像

X線胸片簡便、易行和放射損傷少,常被用于術后復查,但很難發現直徑小于5～6 mm 病變,且存在死角。由于肺癌根治性手術后存在復發的風險,美國國立綜合癌癥網絡指南[32]推薦非小細胞肺癌患者術后2～3年內,每6個月隨訪常規胸部CT±增強掃描,其后年度隨訪低劑量CT(low-dose computed tomography,LDCT)。對于接受放化療或有殘余病灶的患者,需要更頻繁的影像學隨訪。為較早發現微小的復發轉移,建議胸部薄層(≤1 mm層厚)CT 檢查,評價其形態特征,協助鑒別診斷。早期復發和轉移性肺癌影像學通常表現為2～5 mm 之間的病變,可為孤立性或多發性小結節影,邊緣不清、密度較淡者,易誤診為炎癥或結核。如腫瘤向肺門淋巴結蔓延,可見其間引流淋巴管增粗形成條索狀陰影伴肺門淋巴結增大。建議胸部薄層CT 的DICOM 格式檢查,以便人工智能進行深度挖掘分析[33],明確肺結節位置、形狀、邊緣、密度和血管生成等信息,協助鑒別診斷和指導臨床治療。

3、液體活檢 見肺癌發展期檢測及防治一節。

(三)肺癌原位期管理目標和策略

原位肺癌患者管理目標為提高終生治愈率或10年生存率。但是由于原位癌很多病灶較小,如果無法明確診斷,不建議對小病灶做手術切除。此外注意生活、飲食、調節免疫功能治療。

五、肺癌超原位期診斷及治療原則

(一)肺癌超原位期概念

這里所述肺癌超原位期指原位癌之后的肺癌。其中ⅠA 期非浸潤階段和原位癌被稱為早期肺癌。中期為ⅠB 期至可手術ⅢA 期,晚期為不可手術的肺癌。臨床研究表明,原位癌治愈率接近100%,ⅠA期肺癌患者的5年生存率達60%～90%,而ⅢB和Ⅳ患者的5年生存率僅5%～20%。大多數的小細胞肺癌在發現時已是晚期,只適合于化療和放療。早期診斷是改善肺癌預后的關鍵,但由于缺乏理想的早期診斷方法,肺癌的早期診斷率僅14%左右[14]。

(二)肺癌超原位期診斷技術

1、常規腫瘤標志物

大多數中、晚期肺癌常伴有生物學標志物升高。(1)胃泌素釋放肽前體(pro gastrin releasing peptide,Pro-GRP)：可作為小細胞肺癌的診斷和鑒別診斷的首選標志物;(2)神經特異性烯醇化酶(neurone specific enolase,NSE)：用于小細胞肺癌的診斷和治療反應監測;(3)癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA)：目前血清中CEA 的檢查主要用于判斷肺腺癌復發、預后以及肺癌治療過程中的療效觀察;(4)細胞角蛋白片段19(cytokeratin fragment,CYFRA21-1)：對肺鱗癌的診斷有一定參考意義;(5)鱗狀細胞癌抗原(squarmous cell carcinoma antigen,SCC)：對肺鱗癌療效監測和預后判斷有一定價值。

一項對中國人群進行的大規模多中心研究(臨床試驗管理標識符NCT01 92 8836)[10]共招募了715例受試者,在ARCHITECT i2000SR 上對血清標志物ProGRP、CEA、SCC和CYFRA21-1進行分析,并采集了相關臨床信息,用于開發患者風險模型和結節風險模型。結果表明,肺癌風險模型受試者工作特征曲線(receiver operating characteristic curve,ROC)下面積在訓練數據集為0.703,在驗證數據集為0.719。結節風險模型ROC 曲線下面積在訓練數據集為0.915,在驗證數據集為0.584。模型比對發現,本模型較美國AACC模型具有更好診斷效能(ROC曲線下面積：0.915 1 比0.836 0,P=0.001)。該項研究建立的肺癌早期診斷的患者風險模型和結節風險模型均有良好的效能,可對不同水平的肺癌風險進行分層,適用于中國高風險人群。

如果在隨訪階段發現腫瘤標志物進行性增高,例如CCR5、RANTES(或CCL5)或者集體增高,需要警惕早期肺癌,腫瘤復發或轉移[10,34]。

2、常規影像 見肺癌原位期診斷及防治一節。

3、功能顯像

目前常用的功能顯像為PET-CT,該檢查在肺癌的診斷、分期、治療評價中均有較高的敏感度和特異度[35]。對于LDCT 篩查中發現的可疑外周結節病灶,PET-CT 檢查是良好的補充,能避免患者不必要的有創檢查。在一項小規模的臨床試驗中,CT發現的可疑結節中76%可以通過PET-CT 明確。PET-CT 對惡性結節的診斷敏感度、特異度、陽性預測值和陰性預測值分別為69%、91%、90%、和71%。該試驗提出,對于CT 發現的可疑病灶進行選擇性PET-CT 檢查,如為陰性,3 個月后隨訪LDCT。該篩查方案的敏感度和陰性預測值為100%,可以有效減少有創檢查[36-37]。另一項臨床試驗也證實,LDCT 篩查發現可疑陽性結果后,聯合PET-CT 檢查可有效鑒別良惡性結節,以避免不必要的有創檢查和手術[38]。當然,PET-CT 對于直徑小于5 mm 的肺癌結節陽性率不高,需要密切隨訪以免漏診。

同樣,PET-CT 在中央型肺癌的早期診斷中亦有一定作用。有研究分析了22例患者CT 檢查陰性、而最終由支氣管鏡檢查確診的24處早期中央型肺癌病灶,發現PET-CT 掃描對早期中央型肺癌的敏感度、特異度、陽性和陰性預測值分別為73%、85%、80%和79%[39]。由此可見,PET-CT 可以發現CT 陰性的早期中央型肺癌,對于一些高度懷疑肺癌而CT 檢查陰性的患者,PET-CT 是很好的補充。

一項匯總13 個研究涉及1 035例肺癌患者的meta分析顯示,使用PET-CT 隨訪監測復發,其敏感度 為90%,特異度90%,而常規CT 聯合骨掃描、MRI隨訪監測術后復發的敏感度和特異度分別為78%和80%[40]。但是,對于小于5 mm 的病灶,PET-CT 的診斷意義有限。

(三)管理目標和策略

肺癌超原位期患者管理目標為提高5年或10年生存率,并改善生活質量。同時教育患者調整生活模式、注重飲食、提高抗腫瘤免疫功能。給予患者“全身結合局部,驅邪結合扶正,一般結合個體”的辨證施治綜合治療。

六、物聯網醫學技術輔助診治方案實施

在“5P”醫學模式中,調動患者參與性是管理患者的基石。但是,肺癌患者術后時間長了后,往往放松警惕,甚至不積極配合復查。通過物聯網醫學技術,可以很方便地與患者建立聯系,通過有計劃、有組織、有系統的術后健康教育,可使患者自覺采納有益健康的行為和生活方式,配合醫師做好一、二級預防。其核心是教育患者樹立術后管理目標、改變不良的行為生活方式,減少或消除影響健康的危險因素[41]。同時積極配合復查,特別是無癥狀者也要嚴格遵照醫囑定期復查,有條件者可以考慮精準監測,更精準地預防復發和轉移。做到“三個鏈接全時空,融合四眾在其中,質控防保與診療,全新模式惠眾生”的效果[12-13]。

(一)物聯網醫學技術

物聯網是麻省理工學院Ashton 教授1999年提出來的[13]。現已延伸用戶端和擴展到任何物品與物品之間,進行信息交換和通信的一種網絡概念。物聯網醫學技術包括全面感知、可靠傳輸和智能處理三大流程和十大基本功能,可應用于健康管理、醫療、術后管理和老年健康照護等領域,起到云連知名專家、端享現代醫療的效果[12-13]。其中人工智能帶來的科技產品可以模擬人的意識、思維的信息過程,協助醫療。雖然人工智能不是人的智能,但能像人那樣思考問題,也可能超過人的智能,可用于早期肺癌診斷、監測術后復發和轉移。

(二)物聯網醫學技術輔助肺癌防治的潛能

由于物聯網醫學技術具備全面感知、可靠傳輸和智能處理三大流程和十大基本功能[13](表1),可以更好地輔助實施“5P”醫學[6]。同時還可以將共識指南融合到5A 流程中(圖2),全時空輔助患者教育、康復、防治肺癌術后復發轉移。

表1 物聯網醫學技術對“5P”醫學模式的提升作用

(四)臨床應用

圖2 三級聯動“5P”醫學模式圖

應用物聯網醫學技術進行深度挖掘和智能處理,有助于全面了解患者表觀遺傳學到蛋白的變化及從全身到局部的病灶和功能改變,進而得到精準、全面的數據,制定智能管理方案,防治術后復發轉移。物聯網醫學技術在臨床中主要應用于[13]：(1)常規管理。通過5A 流程輔助實施共識的實施;(2)人工智能分析。包括影像、表觀遺傳學、液體活檢和印跡基因的人工智能分析,據其做好智能管理方案;(3)患者教育。通過物聯網醫學這一技術,更好地教育患者[12-13];(4)醫患互動。通過互聯網或物聯網醫學技術輔助醫患互動,更好地調動患者積極性;(5)個體化。在分析時既注重共識和指南,又要側重個體化,保證每個人受益。

七、展望

中國肺癌發病率高,已經超過第二位胃癌近1倍[1],加之病死率高和5年生存率低,造成嚴重的社會和經濟負擔。為解決這些問題,急需要重視其發生、發展的防治,特別是應用肺癌預測、檢測和診斷技術,以及物聯網醫學技術推動肺癌早發現、早診斷和早治療的二級預防。雖然目前的印跡基因、液體活檢等技術剛剛起步,但是表觀遺傳、基因突變、細胞變異等信息的檢測對防治和診斷早期肺癌的潛能極大。加之物聯網醫學技術具有全面感知、可靠傳輸和智能處理三大基礎流程和十大功能,利于深度挖掘上述信息,輔助預測、診斷和調動患者參與性,產生相應的社會經濟效益。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突