寻找早期癌症的“指纹”

对癌症的早期发现仍然是非常困难的事，但是科学家相信，他们在一些癌症的早期诊断和预防上找到了新的线索，这为大幅度降低癌症的死亡率提供了基础。

中国癌症每年新发病例约312万例，平均每天8550人，全国每分钟有6人被诊断为癌症。

过去几年里，基因组学的研究让科学家认识到，大部分的人类癌症是2到8个基因相继变化而造成的，这些变化发生在20到30年的时间里。

在如此漫长的发展时间里，只有在最后的几年，癌症才会达到不可治疗的阶段，发生转移。“换句话说，在今年将死于癌症的一百万人里，绝大部分是因为他们的癌症没有在癌症存在的前90%的时间中被发现。”美国约翰-霍普金斯大学基梅尔（Kimmel）癌症中心的伯特·沃格尔斯坦（Bert Vogelstein）等人在2013年3月份的一篇综述文章中写道。

他们在这篇发表于美国《科学》杂志的文章中说，当人们想到摧毁癌症这件事时，通常想的是治疗晚期癌症。如果是在50年前，持有这种想法是可以理解的，因为那个时候癌症的分子发病机理还是个谜；但是在今天，这种观念已经不可接受。

沃格尔斯坦及同事认为，对付癌症的“A计划”应该是预防和早期检测，“B计划”是治疗晚期癌症，只有当“A计划”失败的时候，才实施“B计划”。

以胰腺癌为例，中国的研究显示，早期接受治疗的患者的五年生存率是30%，其中有少数可以被治愈。而在二期接受治疗的患者，五年平均生存率降到了约10%，他们中很少有人会被治愈。等到三期才得到治疗的患者，他们的平均生存期只有8到12个月；四期开始接受治疗的患者平均生存期甚至只剩3到6个月。

随着癌症的进展，患者的生存率曲线就像是陡峭的悬崖一样下降。“我同意早期检测并不是一个新想法，但我们感觉到，在我们与癌症的战斗当中，对它的强调是远远不够的。”基梅尔癌症中心的肯尼斯·金茨勒（Kenneth Kinzler）教授对南方周末记者说。

然而，在实际操作中，除了前列腺癌这样容易在早期发现的癌症之外，大部分癌症的早期发现仍然是令科学界感到非常为难的事情。只有3%的胰腺癌病例能在一期被查出。

为何难以发现？

国际顶级医学杂志《柳叶刀》2011年曾组织医学专家们做过关于非小细胞肺癌（NSCLC）的讨论，最终发表的报告论文中，大量的篇幅都放在了治疗方面，关于早期检测还是未知甚多，未到临床应用阶段。

既然早期检测并不是新想法，为什么研究人员却很少将重心放在这上面呢？“因为没有线索。”南京大学生命科学学院的张辰宇教授说。

传统的检测方法包括血液测试、X射线影像及核磁共振。然而，它们提供的结果往往十分模糊。医生们没有很好的办法将人身体内部的情况看得清清楚楚。在这样的状况下，许多患了癌症的人会检测不出来，而没有患癌症的人也有可能出现“假阳性”的结果。

仍以胰腺癌为例，由于原发性病灶位于后腹膜区域，通常的CT很难看到。一个体积约1立方厘米的病变部位一般就不容易被发现了。而按照世界卫生组织（WHO）的分型，这样的病变已可以被定性为一期癌症。

美国纪念斯隆－凯特琳癌症中心（MSKCC）的彼得·巴赫（Peter Bach）曾经调查过CT筛查早期肺癌的效果。他发现，CT大大增加了发现的患者数量，这些结果也带来手术数量的剧增。然而，不管患者是否做过CT检查，死亡率并有没发生变化。巴赫猜测，肺癌肿瘤根据进展速度分有不同类型，而CT无法将二者区别开来。

“从公共健康的角度，我们已经更好地理解了影响有效和无效筛查的因素。”金茨勒说，“我们已经知道，无效筛查带来的负面结果不仅仅是未查出的肿瘤，还包括假阳性结果带来的治疗，以及过度医疗带来的损伤。”

到目前为止，在影像学方法基础上最终确诊癌症的“金指标”仍然是病理学方法，即从初步检测到的病灶部位穿刺取得组织样本进行病理学分析。不过，科学家们也取得了一些重要的进展。比如对蛋白进行质谱分析的方法，以及检测由凋亡的肿瘤细胞所释放的游离DNA。

新的有力工具

“蛋白的质谱分析提供了一种新的有力工具，来寻找基于蛋白的癌症生物标志物。”金茨勒说，“使用肿瘤释放到血液、粪便、尿液中的游离DNA来作为生物标志物，也是未来癌症检测具有前景的一个方向。”

1995年开始的蛋白质组学是过去几年里许多人报以希望的领域。蛋白质在身体的细胞间传递信息，而蛋白质组学想要将人体内所有的蛋白质研究清楚，包括它们与疾病之间的关联。通过质谱分析的方法，科学家能够将人体内不同质量的蛋白质绘制在一幅图的不同位置，这样就得到了一个图谱。

吃饭前后、睡觉前后、生病前后等等不同的身体状态下，一个人体内的蛋白质的表达谱会不太一样。乃至于接受医学治疗之后每个人身体的不同反应也都可以通过蛋白质表达谱反映出来。科学家们设想，假如能够找到癌症特异的蛋白质表达谱，就能够做到检测癌症。

许多人投入到这项工作之中，筛选体内可能与癌症状况紧密相关的蛋白质。发明家丹尼·赫里斯（Danny Hillis）最初尝试用人工的方法检测人血液中的蛋白质，但发现这个过程及其繁复，需要多达一百多步的连续过程，中间只要实验者稍微休息一会儿，可能就会前功尽弃。于是他后来发明了仪器来完成这项工作。

大量潜在的标志物先后被发现，其中也有一部分已经进入了临床阶段。但是，这个方向也并非设想中的那样简单。

由于蛋白质组学技术复杂，对仪器操作的要求高，以及对生物信息分析的复杂性，目前的实验结果只能在实验室得到较为理想的结论，而实际应用中的可靠性则存在问题。比如，目前能实际应用于肝癌的标志物只有α-胎蛋白，它存在于血清中，便于检测且特异性强，但缺点是准确度不理想。

“越是简单的概念，越是简单的方法得出的结论，就越可靠，临床上越能用。”张辰宇说。他认为蛋白质组学的方法虽然强大，在过去几年中让人们对癌症的发病机理有了更深入的认识，但是把它用于临床检测就太过复杂了。

张辰宇想要从另一个路径攻克癌症早期诊断的难题，他所利用的生物标志物是一种起初并不被人们所看好的物质——微小核糖核酸（microRNA）。

把诊断提前三年

微小核糖核酸最早发现于1993年，是一种由19到23个核苷酸组成的小分子单链RNA。它存在于动物、植物和病毒中。在许多生命活动中，微小核糖核酸都发挥了对信号转导途径的调控作用，这些过程包括胚胎发育、细胞的增殖、分化与凋亡、免疫应答等等。

科学家最早从血液中检测出微小核糖核酸时，并没有在生物学界引起很大的反响，因为血液当中提取出核酸并非新鲜事，而且人人都知道“RNA是不稳定的”，这也就很难让人们看到它的应用前景。

但是张辰宇及其合作者却发现，血液中的微小核糖核酸是稳定可检测的，甚至相比于一些蛋白质性质的标志物还要稳定，而且不受检测者本身情绪等干扰因素的影响。因而这很可能是一个比蛋白质更优秀的肿瘤标志物。

“对人类癌症中微小核糖核酸的诊断及其他一些研究进展，让我们以前所未有的眼光了解到癌细胞究竟有何不同。”金茨勒向南方周末记者评论说。他没有参与张辰宇的研究项目。

科学家们发现，微小核糖核酸在各种肿瘤中都有异常表达，因而它的特定变化被认为是肿瘤发生与发展的主要特征之一。目前人体中已知的微小核糖核酸有上千种，当某种癌症发生时，可能会有一些相应的微小核糖核酸发生浓度变化，如果能找到这些变化的规律，就能够形成癌症的“指纹”。

与蛋白质组学方法类似，只需要抽取少量的血液样本，研究者就能够检测出患者体内微小核糖核酸的表达谱。不同的是，过程上简单许多：只需要在传统的临床仪器中加入一个特定的试剂盒就可以了。

正因为如此，张辰宇认为微小核糖核酸的应用前景在于它操作的简便性：个人诊所规模就可以进行患者的样本采集，再通过早已成熟的定量逆转录PCR处理之后就可以代入数据库对比，分析检测结果了。目前他所在的实验室已经建立了容量上万的患者样本数据库，但是他们希望在这项技术真正投入使用的时候这个库可以达到几亿个样本，那样分析结果的可靠性又会大大提高。

另一方面，到目前为止，微小核糖核酸的确显示了它在癌症早期检测上的潜力。与传统方法相比，在用于非小细胞肺癌的诊断时，微小核糖核酸能够提前33个月做出检测。张辰宇的实验室还检测了300个美国的病例样本，双盲检测之后得到的结论是病例中有108例肺癌。这个结果只错了3例。

不仅仅是肺癌，包括肾细胞癌、胰腺癌等癌症也都在张辰宇等人的研究范围。“目前国内医疗水平较高的医院检测出的胃癌病例中80%到85%是晚期患者，我希望通过自己的技术将这个数字降低到20%到30%。”张辰宇说。

“我们相信，在未来的十年里，癌症死亡数可以被降低75%，但是只有在我们把更大的力量投入到早期诊断和预防上时，这个数字才有可能达到。”沃格尔斯坦等人在他们的《科学》文章的结论部分这样写道。
http://www.infzm.com/content/91936对癌症的早期发现仍然是非常困难的事，但是科学家相信，他们在一些癌症的早期诊断和预防上找到了新的线索，这为大幅度降低癌症的死亡率提供了基础。

中国癌症每年新发病例约312万例，平均每天8550人，全国每分钟有6人被诊断为癌症。

过去几年里，基因组学的研究让科学家认识到，大部分的人类癌症是2到8个基因相继变化而造成的，这些变化发生在20到30年的时间里。

在如此漫长的发展时间里，只有在最后的几年，癌症才会达到不可治疗的阶段，发生转移。“换句话说，在今年将死于癌症的一百万人里，绝大部分是因为他们的癌症没有在癌症存在的前90%的时间中被发现。”美国约翰-霍普金斯大学基梅尔（Kimmel）癌症中心的伯特·沃格尔斯坦（Bert Vogelstein）等人在2013年3月份的一篇综述文章中写道。

他们在这篇发表于美国《科学》杂志的文章中说，当人们想到摧毁癌症这件事时，通常想的是治疗晚期癌症。如果是在50年前，持有这种想法是可以理解的，因为那个时候癌症的分子发病机理还是个谜；但是在今天，这种观念已经不可接受。

沃格尔斯坦及同事认为，对付癌症的“A计划”应该是预防和早期检测，“B计划”是治疗晚期癌症，只有当“A计划”失败的时候，才实施“B计划”。

以胰腺癌为例，中国的研究显示，早期接受治疗的患者的五年生存率是30%，其中有少数可以被治愈。而在二期接受治疗的患者，五年平均生存率降到了约10%，他们中很少有人会被治愈。等到三期才得到治疗的患者，他们的平均生存期只有8到12个月；四期开始接受治疗的患者平均生存期甚至只剩3到6个月。

随着癌症的进展，患者的生存率曲线就像是陡峭的悬崖一样下降。“我同意早期检测并不是一个新想法，但我们感觉到，在我们与癌症的战斗当中，对它的强调是远远不够的。”基梅尔癌症中心的肯尼斯·金茨勒（Kenneth Kinzler）教授对南方周末记者说。

然而，在实际操作中，除了前列腺癌这样容易在早期发现的癌症之外，大部分癌症的早期发现仍然是令科学界感到非常为难的事情。只有3%的胰腺癌病例能在一期被查出。

为何难以发现？

国际顶级医学杂志《柳叶刀》2011年曾组织医学专家们做过关于非小细胞肺癌（NSCLC）的讨论，最终发表的报告论文中，大量的篇幅都放在了治疗方面，关于早期检测还是未知甚多，未到临床应用阶段。

既然早期检测并不是新想法，为什么研究人员却很少将重心放在这上面呢？“因为没有线索。”南京大学生命科学学院的张辰宇教授说。

传统的检测方法包括血液测试、X射线影像及核磁共振。然而，它们提供的结果往往十分模糊。医生们没有很好的办法将人身体内部的情况看得清清楚楚。在这样的状况下，许多患了癌症的人会检测不出来，而没有患癌症的人也有可能出现“假阳性”的结果。

仍以胰腺癌为例，由于原发性病灶位于后腹膜区域，通常的CT很难看到。一个体积约1立方厘米的病变部位一般就不容易被发现了。而按照世界卫生组织（WHO）的分型，这样的病变已可以被定性为一期癌症。

美国纪念斯隆－凯特琳癌症中心（MSKCC）的彼得·巴赫（Peter Bach）曾经调查过CT筛查早期肺癌的效果。他发现，CT大大增加了发现的患者数量，这些结果也带来手术数量的剧增。然而，不管患者是否做过CT检查，死亡率并有没发生变化。巴赫猜测，肺癌肿瘤根据进展速度分有不同类型，而CT无法将二者区别开来。

“从公共健康的角度，我们已经更好地理解了影响有效和无效筛查的因素。”金茨勒说，“我们已经知道，无效筛查带来的负面结果不仅仅是未查出的肿瘤，还包括假阳性结果带来的治疗，以及过度医疗带来的损伤。”

到目前为止，在影像学方法基础上最终确诊癌症的“金指标”仍然是病理学方法，即从初步检测到的病灶部位穿刺取得组织样本进行病理学分析。不过，科学家们也取得了一些重要的进展。比如对蛋白进行质谱分析的方法，以及检测由凋亡的肿瘤细胞所释放的游离DNA。

新的有力工具

“蛋白的质谱分析提供了一种新的有力工具，来寻找基于蛋白的癌症生物标志物。”金茨勒说，“使用肿瘤释放到血液、粪便、尿液中的游离DNA来作为生物标志物，也是未来癌症检测具有前景的一个方向。”

1995年开始的蛋白质组学是过去几年里许多人报以希望的领域。蛋白质在身体的细胞间传递信息，而蛋白质组学想要将人体内所有的蛋白质研究清楚，包括它们与疾病之间的关联。通过质谱分析的方法，科学家能够将人体内不同质量的蛋白质绘制在一幅图的不同位置，这样就得到了一个图谱。

吃饭前后、睡觉前后、生病前后等等不同的身体状态下，一个人体内的蛋白质的表达谱会不太一样。乃至于接受医学治疗之后每个人身体的不同反应也都可以通过蛋白质表达谱反映出来。科学家们设想，假如能够找到癌症特异的蛋白质表达谱，就能够做到检测癌症。

许多人投入到这项工作之中，筛选体内可能与癌症状况紧密相关的蛋白质。发明家丹尼·赫里斯（Danny Hillis）最初尝试用人工的方法检测人血液中的蛋白质，但发现这个过程及其繁复，需要多达一百多步的连续过程，中间只要实验者稍微休息一会儿，可能就会前功尽弃。于是他后来发明了仪器来完成这项工作。

大量潜在的标志物先后被发现，其中也有一部分已经进入了临床阶段。但是，这个方向也并非设想中的那样简单。

由于蛋白质组学技术复杂，对仪器操作的要求高，以及对生物信息分析的复杂性，目前的实验结果只能在实验室得到较为理想的结论，而实际应用中的可靠性则存在问题。比如，目前能实际应用于肝癌的标志物只有α-胎蛋白，它存在于血清中，便于检测且特异性强，但缺点是准确度不理想。

“越是简单的概念，越是简单的方法得出的结论，就越可靠，临床上越能用。”张辰宇说。他认为蛋白质组学的方法虽然强大，在过去几年中让人们对癌症的发病机理有了更深入的认识，但是把它用于临床检测就太过复杂了。

张辰宇想要从另一个路径攻克癌症早期诊断的难题，他所利用的生物标志物是一种起初并不被人们所看好的物质——微小核糖核酸（microRNA）。

把诊断提前三年

微小核糖核酸最早发现于1993年，是一种由19到23个核苷酸组成的小分子单链RNA。它存在于动物、植物和病毒中。在许多生命活动中，微小核糖核酸都发挥了对信号转导途径的调控作用，这些过程包括胚胎发育、细胞的增殖、分化与凋亡、免疫应答等等。

科学家最早从血液中检测出微小核糖核酸时，并没有在生物学界引起很大的反响，因为血液当中提取出核酸并非新鲜事，而且人人都知道“RNA是不稳定的”，这也就很难让人们看到它的应用前景。

但是张辰宇及其合作者却发现，血液中的微小核糖核酸是稳定可检测的，甚至相比于一些蛋白质性质的标志物还要稳定，而且不受检测者本身情绪等干扰因素的影响。因而这很可能是一个比蛋白质更优秀的肿瘤标志物。

“对人类癌症中微小核糖核酸的诊断及其他一些研究进展，让我们以前所未有的眼光了解到癌细胞究竟有何不同。”金茨勒向南方周末记者评论说。他没有参与张辰宇的研究项目。

科学家们发现，微小核糖核酸在各种肿瘤中都有异常表达，因而它的特定变化被认为是肿瘤发生与发展的主要特征之一。目前人体中已知的微小核糖核酸有上千种，当某种癌症发生时，可能会有一些相应的微小核糖核酸发生浓度变化，如果能找到这些变化的规律，就能够形成癌症的“指纹”。

与蛋白质组学方法类似，只需要抽取少量的血液样本，研究者就能够检测出患者体内微小核糖核酸的表达谱。不同的是，过程上简单许多：只需要在传统的临床仪器中加入一个特定的试剂盒就可以了。

正因为如此，张辰宇认为微小核糖核酸的应用前景在于它操作的简便性：个人诊所规模就可以进行患者的样本采集，再通过早已成熟的定量逆转录PCR处理之后就可以代入数据库对比，分析检测结果了。目前他所在的实验室已经建立了容量上万的患者样本数据库，但是他们希望在这项技术真正投入使用的时候这个库可以达到几亿个样本，那样分析结果的可靠性又会大大提高。

另一方面，到目前为止，微小核糖核酸的确显示了它在癌症早期检测上的潜力。与传统方法相比，在用于非小细胞肺癌的诊断时，微小核糖核酸能够提前33个月做出检测。张辰宇的实验室还检测了300个美国的病例样本，双盲检测之后得到的结论是病例中有108例肺癌。这个结果只错了3例。

不仅仅是肺癌，包括肾细胞癌、胰腺癌等癌症也都在张辰宇等人的研究范围。“目前国内医疗水平较高的医院检测出的胃癌病例中80%到85%是晚期患者，我希望通过自己的技术将这个数字降低到20%到30%。”张辰宇说。

“我们相信，在未来的十年里，癌症死亡数可以被降低75%，但是只有在我们把更大的力量投入到早期诊断和预防上时，这个数字才有可能达到。”沃格尔斯坦等人在他们的《科学》文章的结论部分这样写道。
http://www.infzm.com/content/91936