生物标记检测在神经胶质瘤诊断中的研究进展.docx

1、生物标记检测在神经胶质瘤诊断中的研究进展第30卷 第6期 吉 林 医 药 学 院 学 报 V01.30No.6352 2009年12月 Journal of Jilin Medical College Dec.2009文章编号:16732995(200906-0352-06生物标记检测在神经胶质瘤诊断中的研究进展Study progress on biomarker detection in glioma diagnosis综述郭素红1,卢 洁2,于常海2(1.吉林医药学院,吉林吉林 132013;2.北京大学神经科学研究所,北京 100083摘 要:神经胶质瘤是中枢神经系统最常见而又最难治的

2、恶性肿瘤,因其部位的特殊性,造成诊断困难,因而 寻找胶质瘤特异性生物标记的诊断变得更为重要。生物标记物是近些年来出现在医学研究领域上的热点,它 作为可供客观测定和评价的一个生化或分子生物学指标,反映机体当前所处的生物学状态及进程。检测一种 疾病特异性的生物标记物,对于疾病的鉴定、早期诊断、预防、预后及治疗过程中的监控可起到关键的辅助作 用。本文将通过对近些年来出现在血液、脑脊液、组织中用于神经胶质瘤诊断的生物标记的特性、检测方法及 适用性进行综述。关键词:神经胶质瘤;生物标记中图分类号:R543.1文献标识码:A神经胶质瘤(glioma是一种起源于胶质细胞的 中枢神经系统原发性肿瘤,是颅内最常

3、见的肿瘤之 一,目前,对于神经胶质瘤的诊断主要依赖影像学的 检查和术后病理组织切片的实验室分析,此方法的局 限性在于取样不便,也不能及时诊断和跟踪治疗效 果。因此,寻找其他特异性的诊断指标对胶质瘤患者 进行明确诊断已成为近年来的研究热点。生物标记 物(biomarker作为反映器官功能或健康状况的一个 指标,可以用一种蛋白或核酸的水平变化或状态的改 变来指示疾病的发生和发展1引。针对生物标记的研 究已经开展几十年了,但直到最近,生物标记与临床 诊断应用的相关性才取得了一些进展。除经典的胶 质瘤生物标记,如透明质酸结合蛋白、神经巢蛋白、神 经元特异性烯醇化酶(NSE、S100蛋白等外,以下是 近

4、些年来出现的与神经胶质瘤诊断相关的生物标记, 按它们在检测标本中存在的情况大体分为两类。1血液和脑脊液中的生物标记对血液和脑脊液中的生物标记用于神经胶质瘤 诊断的检测在研究领域中曾被认为是一种挑战,也是 目前研究的热点。从胶质瘤的血瘤屏障特点看,胶质作者简介:郭素红(1968一,女(汉族,副教授,硕士 瘤附近的血脑屏障由于瘤细胞的侵袭及形态异质性 而被破坏,且肿瘤内毛细血管的通透性高,因此胶质 瘤细胞或分泌、或坏死的相关生物标记就游离到脑脊 液中,进而流入血液中,所以为血液和脑脊液中生物 标记的存在提供了理论依据,目前,出现在血液和脑 脊液中的胶质瘤标记有如下几种:1.1AttractinAt

5、tractin是细胞黏附和指导蛋白CUB家族的成 员之一,最初被鉴定为一种可溶性的人血浆蛋白,它 具有二肽基肽酶活性。同时是控制色素沉着和能 量代谢的鼠红褐色基因的产物。人attractin的基因 结构揭示可溶性attractin来自于人20p13的25个连 续的外显子转录,因可变剪接ATRN基因而以 175kDa分泌形式和200kDa的跨膜形式存在,J。分 泌型的attractin是一种血清糖蛋白,但正常生理情况 下在中枢神经系统中缺乏,并在脑脊液中不能测得。 Khwaja等H o发现97%的恶性胶质瘤患者的脑脊液中 attractin升高,以4级胶质瘤中升高最为明显。免疫 组化证实attr

6、acfin是由肿瘤细胞产生和分泌的,这种 蛋白对恶性胶质瘤的病人是特异的,并证实来自于胶 质瘤病人的脑脊液促使胶质瘤细胞株迁移。由此可 见,对恶性胶质瘤来说attractln是一种分泌性蛋白, 并提示它可能是一种促进肿瘤侵袭的重要因子。它 的侵袭力是神经胶质瘤的恶性特征和难以治疗的主万方数据第6期 郭素红,等.生物标记检测在神经胶质瘤诊断中的研究进展 一353一要原因,同时也是未来治疗的一个潜在靶标。1.2甲基化肿瘤特异性DNA血浆和血清中肿瘤DNA的出现反映肿瘤凋亡与 坏死比率的生物学特性。在致癌作用期间出现了很 多与关键基因缺失相关的异常基因启动子甲基化。 这种甲基化基因含量的改变对早期肿

7、瘤发生及癌症 进展或转移的形成有着显著的生物学含义。启动子 区甲基化对肿瘤抑制基因、DNA修饰基因和转移抑 制基因的转录沉默起关键作用,同时与其他癌症相关 基因改变的遗传缺陷相关联j。l临床上表现为肿瘤 病人的血浆和血清中的甲基化DNA可作为早期非浸 袭性筛查的危险率估计,以及对新生肿物监测的特 异、敏感的生物标记。非肿瘤性病人血浆中的总DNA含量很低,通常 小于100Ixg/mL。而Weaver等用甲基化特异性多 聚酶链反应的方法分别检测胶质瘤患者血浆和肿瘤 组织中p16、p73、RARl3和MGMT甲基化基因启动 子,结果显示,胶质瘤患者血浆中总的DNA浓度明显 增高。因此推断胶质瘤细胞产

8、生大量的DNA进入血 液,这些病人血浆肿瘤特异性DNA的检测可用于开 展定量监测肿瘤状态的神经胶质瘤血浆生物标记的 第一步。两年后,WeaverL61和他的研究小组进一步证 实了相同的结论。1.3胶质纤维酸性蛋白胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein, GFAP为中间丝蛋白,是星形胶质细胞的特异性标记 物,但也存在于其他类型细胞(如上皮细胞的早期 发育阶段。xu等口。采用免疫组化染色的方法发现各 型星形胶质瘤中GFAP表达呈阳性反应;对GFAP阳 性细胞计数,可见随着病理分级增高,GFAP阳性细 胞数减少,两两比较显示,级与级、级间差异显 著(P0.0

9、5。可见星形细胞瘤中GFAP免疫反应强 度对判断预后有一定意义。Brommeland等【8】采用ELISA法对3l例高级别 的胶质瘤病人血清中的GFAP和SIOOB进行检测,同 时结合临床数据库的影像资料和组织学变化来进行 统计分析,结果发现52%的患者血清中GFAP升高, 而只有6.8%的患者S100B升高。肿瘤大小与血清 中GFAP水平相关,相关系数为0.67。表明在诊断 高级别的神经胶质瘤时,与S100B相比,GFAP为相 对更可靠的生物标记。 1.4胰岛素样生长因子和胰岛素样生长因子结合蛋 白2胰岛素样生长因子(insulinlike gro叭h factor, IGF是一类多肽类生长

10、因子,它作为一种重要的促 有丝分裂原在肿瘤细胞的恶性增殖、细胞周期调节、 拮抗凋亡和肿瘤转移等方面起着重要作用。一些研 究显示:IGF与患癌症的风险相关。L6nnl9o采用巢式 病例对照的方法探讨血清中IGF一1和IGF结合蛋白3 (IGFBP3与患胶质瘤的相关性。发现IGFBP3与患 神经胶质瘤间没有统计学联系,而IGF一1与患神经胶 质瘤呈负相关。胰岛素样生长因子结合蛋白2(insulin-like growth factor binding protein 2,IGFBP2是IGF超家族 成员之一,可由多种神经组织合成,是脑脊液中含量 最丰富的胰岛素样生长因子结合蛋白(IGFBP,脑内

11、合成部位主要为脉络丛和软脑膜,与大脑发育有关。 Sallinen等刚通过cDNA微阵列及组织芯片技术发 现,多形性胶质母细胞瘤(GBM中IGFBP2有高表 达,其表达水平越高,预后越差。可见IGFBP2可作 为对神经胶质瘤预后的一个特异性标志物。1.5金属基质蛋白酶.9和YKL-40金属基质蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9, MMP.9是一种自明胶溶解酶B,大小为92kDa,研究 发现许多恶性肿瘤细胞都分泌MMP-9,它在促血管 生成、肿瘤细胞侵袭和转移灶形成中起作用。YKL一 40作为哺乳动物甲壳酶样蛋白的成员之一,由几种 实体瘤分泌与表达。在对组织改造过程中

12、显现出细 胞生长因子活性。YKL-40可能在癌细胞增殖、生存、 入侵、肿瘤周围的炎症、血管生成以及细胞外基质的 重建中起作用。Hormigo等121把血清中YKL40 (一种糖蛋白,关节破坏指标和MMP-9的水平结合 用于各期神经胶质瘤病人诊断的潜在生物标记,提示 在GBM中是否存在转移以及神经胶质瘤病人手术后 的复发情况。这需要用大量病人进行纵向调查研究 来进一步证实。2组织中的生物标记目前,由于在肿瘤的发生、发展过程中,肿瘤组织 中的某些特异性标记物不能大量进入血液及脑脊液 中,而是存在于肿瘤细胞中,组织中癌细胞形态检测 依然是诊断恶性肿瘤的金标准,而细胞化学染色是鉴 别恶性肿瘤类型的主要

13、依据。临床上常用细胞或组万方数据吉林医药学院学报2009年12月 第30卷织化学染色的方法来定位这些特异性标记物的存在。 目前用于神经胶质瘤组织诊断的生物标记有:PTEN、 存活素、VEGF、GGs、HPSE、端粒酶等。2.1PTENPTEN(phosphatase and tension homology deletedOn ehrom080me ten是一个与很多癌症相关的肿瘤抑 制基因,位于10q23.3染色体,全长200kb,其蛋白的 分子量为47.1kD,是编码403个氨基酸的多肽链, 具有双特异性磷酸酶活性和脂质磷酸酶活性,有促进 细胞凋亡、参与细胞周期的调控以及抑制细胞的粘附 及

14、肿瘤转移的作用。PTEN标记至少由9个基因组 成,一些与肿瘤形成相关。Steck等131通过等位基因 缺失分析发现PTEN的突变主要发生于GBM,而很 少发生于低恶性度胶质瘤中。Zhou等41对46例胶 质瘤标本进行DNA测序,发现PTEN突变在间变性 星形细胞瘤中发生率为23%,在GBM中发生率为 36%,而在19例低度恶性胶质瘤中,没有发现PTEN 基因的改变。这种只发生在高侵袭胶质瘤中的 PTEN突变,提示PTEN可能与胶质瘤的恶性进展过 程有关,可以作为判断胶质瘤预后的重要指标。2.2存活素存活素(survivin是一种凋亡抑制基因,在人胚 胎组织和多种肿瘤组织中高表达,而在分化成熟的

15、正 常组织中则不表达或低表达。目前已发现存活素在 人类很多恶性肿瘤中表达,并与肿瘤的增殖、凋亡、血 管生成、预后和耐药性的产生密切相关引。Uematsu 等1酬发现有存活素表达的胶质瘤患者总生存期明显 缩短,提示存活素表达在脑胶质瘤中有明确的预后价 值。Jiao等刊的实验发现存活素表达的强度和程度 与肿瘤的分级有相关性,在多形性胶质母细胞瘤中表 达最强,而在纤维状星形胶质细胞瘤和多形性黄色星 形细胞瘤中的阳性表达较弱。Pan等u引采用免疫组 织化学方法证明survivin在胶质瘤细胞浆中有表达, 但其表达与胶质瘤的预后无关,而Survivin细胞核表 达与胶质瘤的病理学分级呈正相关,是胶质瘤预

16、后的 不利因素,可以作为胶质瘤预后评估的生物标记。 2.3血管内皮细胞生长因子血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial cellgrowth factor,VEGF是主要促进血管再生的生长因 子,可促进内皮细胞增殖、迁移,增加局部毛细血管通 透陛,支持并诱导毛细血管长入,在正常及良性增生 的组织中不表达。目前多数文献认为VEGF的表达 主要与Ras癌基因突变有关,但在胶质瘤中Ras的表 达水平并不高,VEGF的高水平表达可能是由于EGF 基因的过表达而刺激VEGF过度表达。另外,由于瘤 体内缺氧,反向激活增强因子刺激VEGF的mRNA 所致9【。研究进一步发现】,胶质瘤中

17、的坏死区有 大量VEGF表达,VEGF的酪氨酸激酶受体(VEGFR 则出现在肿瘤内皮细胞中,在正常的成人脑内皮细胞 中则不表达。可见人类神经胶质瘤的肿瘤血管生成 是由VEGF及其受体VEGFR共同参与调节的,由于 VEFG在恶性胶质瘤内的高表达,因此可用做恶性胶 质瘤的辅助诊断、监狈4肿瘤复发等常用的生物标记 物。2.4神经节苷脂神经节苷脂(Gangliosides,GGs是一种小分子量 的糖脂类复合物质,能穿过血脑屏障进入大脑,镶嵌 在受损的神经细胞膜上,修复受损的神经。GGs有害 的变异与肿瘤的进展及侵袭有关,被认为是肿瘤的生 物标记和治疗的靶标。Vukelie等拉使用蛋白组学 分析技术,

18、用薄层分析系统分析GGs在神经胶质肉 瘤与正常脑组织中的组成特性。结合质谱分析能够 同时对73个不同GGs种类的结构进行分析。根据 质谱分析的方法对神经胶质瘤的几乎全部的GGs组 成杼陛检测,能够提供一个与鞘糖脂相关的在脑肿瘤 生物学、特定诊断、预测和新的治疗理念的基本结构 信息。这是一个高灵敏度和高精确度的检测手段,需 要更多的研究来验证。2.5类肝素酶类肝素酶(Heparanase,HPSE是近年来发现的 体内唯一能够降解主动脉内膜的重要组成成分(硫 酸乙酰肝素蛋白多糖的一种内切糖苷酶,破坏基底 膜和细胞外基质的稳定结构,促进肿瘤的浸润和转 移,除此以外,HPSE还参与肿瘤血管的生成。Ue

19、no 等口21通过检测发现类肝素酶mRNA在GBM病人体 内不能检测到,而在转移性脑肿瘤患者的组织中却有 表达,尤其是侵入到血管的肿瘤细胞表现为强的类肝 素酶免疫活性;体外类肝素酶表达在两种高侵袭性的 胶质瘤细胞株(U87MG和U251MG中,而在皮下或 大脑内的实验性胶质瘤中检测不到。这些结果提示 类肝素酶在GBM体内表达下调,是GBM很少转移到 中枢神经系统外的远隔器官的原因。SinnappahKang 等旧1通过对成神经管细胞瘤(MB样本中HPSE一1基因与蛋白表达情况检测,发现76%的3岁以上儿 童的MB组织中有显著的HPSE一1表达。由此可见, 类肝素酶对GBM与脑内转移陛肿瘤的鉴别

20、可起到一万方数据第6期 郭素红,等.生物标记检测在神经胶质瘤诊断中的研究进展定的辅助作用,同时对MB的诊断有帮助。2.6端粒酶端粒酶(Telomerase是一种特殊的逆转录合成 酶,广泛存在于多种生物细胞内,能以自身为模板逆 转录来补充染色体端粒末端,它使细胞在增殖过程中 保持端粒长度不变而具有无限分裂潜力,维护细胞 “永生化”。Vietor等口。通过实验发现12种恶性胶 质瘤细胞株中均有端粒酶的阳性表达。端粒酶的活性 在细胞分裂周期中不受bcl-2或p53调节,与bc.2和 p53家族蛋白表达不相关。Shervington等旧副研究端 粒酶及其亚单位(TEPl、Tankyrase、Dyske

21、rin、hTERT 表达情况发现除对照组的脑组织外,TEPI在所有的 胶质瘤细胞株中及70%的恶性胶质瘤组织中均有表 达;除在对照组织中表达外,Tankyrase在85%的恶性 胶质瘤中表达,但在复发性室管膜瘤组织和对照细胞 株中表达下调;除U87一MG和NHA以及复发的室管 膜瘤组织外,Iyskerin在所有的细胞株中均有表达; hTERT在所有胶质瘤细胞株和组织中均有表达,但 在对照细胞和组织中不表达;IPDDC.A2细胞以及 57%的恶性胶质瘤组织中缺乏端粒酶活性。这些结 果提示,hTERT表达但没有端粒酶活性可能作为一 种简单和可靠的生物学诊断工具。3蛋白质组分析图谱蛋白质组是指某一个

22、细胞或者某一个组织当中 所有表达出来的蛋白质的一个集合,虽然同一个个体 不同的细胞它的基因组是一样的,但不同的细胞它的 蛋白质组是不一样的。通常临床对神经胶质瘤的诊 断主观的归于肿瘤的异质性、浸润性并依赖于神经病 理学家。目前研究人员采用蛋白质组分析来更精确 预测脑肿瘤病人的预后,而避免了这种主观的方法。 Schwartz等瞄1将辅助基质激光解吸电离质谱分 析法应用到各种等级的神经胶质瘤组织,来检测神经 胶质瘤特异性蛋白,即直接分析组织样品中的蛋白 谱。通过应用统计学结合肿瘤组织切片鉴定的蛋白 质图谱,发现这种新的监测神经胶质瘤的分子学方法 能提供给临床关于恶性肿瘤的相关信息,适合大批量 的对

23、胶质瘤预后的临床筛查。另有研究表明疾病时 蛋白标记的出现,将直接影响相关疾病的细胞蛋白补 体的比例,这将提供一个独特的数据集为更有效的诊 断、预测和治疗效果监测提供帮助嵋7。除以上出现在各型神经胶质瘤中的生物标记外, 还出现了一些跨学科的诊断神经胶质瘤的生物标记, 比如磁共振成像(MRI术结合生物标记在小儿科脑 瘤诊断中的联合运用28l,提供了一个非侵袭性的预 测小儿脑瘤临床等级的体内生物学标记,提高了4,JL 脑瘤临床等级诊断的准确性,为寻找预测4,JL脑瘤等 级的生物标记提供了又一思路。4结语与展望通过以上对神经胶质瘤患者的血液、脑脊液及组 织等标本中特征性生物标记物的检测,可以看出依靠

24、免疫组化或原位杂交等方法从组织中检测的生物标 记相对比较成熟,数量也多,但检测所用的组织标本 需要通过有损伤的手术获取。虽然从血液或脑脊液 中检测的生物标记数量还少,相对不太成熟,而且其 检测的灵敏度取决于胶质瘤细胞分泌或坏死释放的 生物标记量的多少。但相对于组织取材,血液和脑脊 液标本的获取更方便、损伤更小、更容易被患者接受, 同时也就更便于对胶质瘤的早期诊断、疗效的跟踪观 察及预后的判断,这也是未来临床检验发展的方向。 然而,目前对神经胶质瘤这些生物标记的研究还 存在特异性不强、灵敏度不高、研究不系统等不足。 况且以上所列举的血液、脑脊液以及组织中所出现的 生物标记也不是绝对的,随着分子生

25、物学的发展、检 测方法灵敏度的提高,以前曾只能在组织中检测到的 生物标记也可能在血液或脑脊液中被检测到。目前 的研究证实,癌症是多基因、多因素综合作用的结果, 一种生物标记可存在于不同类型的癌症中,同时一种 癌症可表达多种不同的生物标记。因此,筛选胶质瘤 相对特异的生物标记,特别是筛选对神经胶质瘤进行 风险预测、早期诊断、疗效观察和预后判断方面特异 生物标记,同时采用多种生物标记联合检测神经胶质 瘤患者的血液、脑脊液中的特异性生物标记是未来医 学研究者的方向。参考文献:1bsere M N,Johnson K R,Boers M,et a1.DeGnitions and validation

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