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专题肿瘤自身抗体标志物的研究进展 [复制链接]

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陶生策,副院长,教授。在NatureBiotechnology等期刊发表论文70余篇,获20余项专利授权。获“”、“”、“十二五”、“十三五”重大专项以及“自然科学基金”等经费支持。现为Proteomics编委,中国医药生物技术协会生物芯片分会委员,中国生物化学与分子生物学会糖复合物专业委员会委员,蛋白质组学专业委员会委员。研究方向为结核病系统生物学、生物芯片及相关新技术的开发和应用。

恶性肿瘤是威胁人类生命健康的一类重大疾病。虽然经过科学家和临床医生的努力,肿瘤的治疗有了长足的进步,但高死亡率仍未得到有效控制。根据国家癌症中心的统计数据,我国每年恶性肿瘤的新发病例约为万,死亡病例约为万。肿瘤血清学标志物对于肿瘤防治有重要价值,可通过筛查血清标志物发现早期病变、进行术后评估以及术后监测等。其中,自身抗体,即机体针对肿瘤抗原发生免疫响应而产生的特异性抗体,在肿瘤的早期诊断和术后监测具有较大的应用潜力。

1 肿瘤自身抗体产生的机制

早在20世纪60年代,Baldwin发现机体可针对肿瘤产生免疫反应。经大量研究验证,在肿瘤发生过程中,异常表达的蛋白可刺激机体免疫系统,产生抗体,这些蛋白被称为肿瘤相关抗原(tumorassociatedantigens,TAAs)或肿瘤特异性抗原(tumor-specificantigens,TSAs),对应的抗体称为自身抗体(autoantibody)。自身抗体产生的机制目前尚不完全明确,主流的理论假说是免疫监视理论(immunesurveillance),即肿瘤在发生过程中受到免疫系统的攻击,诱导T细胞主导的细胞免疫和B细胞主导的体液免疫。为了对抗这种攻击,肿瘤细胞利用一系列的机制产生免疫逃逸,比如诱发免疫检查点蛋白PD-L1通路、抑制T细胞活性。免疫治疗通过抑制这种对抗或重新激活T细胞表现出肿瘤治疗的潜力。而B细胞针对肿瘤抗原产生抗体,即自身抗体,释放到血液中(图1)。最近的一些研究表明,B细胞及肿瘤自身抗体对于肿瘤的免疫治疗或许有较大的辅助作用。能够引起机体产生免疫反应的抗原包括异常高表达、突变、错误折叠、错误定位以及修饰异常等的蛋白,蛋白的来源包括核蛋白、细胞质蛋白等,蛋白的种类涉及细胞周期蛋白、RNA结合蛋白以及生长因子等。

图1 肿瘤自身抗体产生的过程

其中,p53抗体是最具代表性、研究最为广泛的肿瘤相关自身抗体。p53是抑癌基因TP53的产物,参与细胞周期调控,引导DNA修复和细胞凋亡。已有研究表明超过50%的癌症病人中存在p53基因突变(主要发生在DNA结合结构域),突变后的蛋白失去调控功能,容易发生细胞癌变。另外,突变的p53稳定性增加(半衰期延长),导致其在细胞核中累积,从而刺激免疫反应导致自身抗体的出现。p53抗体最早由Crawford等于年发现,广泛出现在各种类型的肿瘤病人的血液中,很少在健康人中被检测到,因此其特异性较高(96%),但跟其他自身抗体类似,p53抗体仅在约30%的肿瘤病人中可被检测到,因此灵敏度偏低。然而研究发现,p53抗体先于临床症状几个月至几年即可出现,因此可用于高危人群的筛查,并且和治疗有密切的相关性,可作为肿瘤复发的检测指标。

2 自身抗体在早期诊断中的应用

自身抗体用于肿瘤早期诊断的价值已获得广泛认可,在多种类型的肿瘤中已经发现多个TAAs,并且有诸多综述文献对肿瘤(如肝癌、肺癌、食管癌、结直肠癌等)的TAAs进行了全面的总结和分析,代表性的TAAs包括p53、c-myc等抑癌基因蛋白或驱动基因蛋白、MAGE-A蛋白家族、NY-ESO-1等CT抗原(cancer-testisantigen)以及其他多种类型的蛋白。作为早期诊断的一类指标,自身抗体具有以下特点。①伴随肿瘤的发生过程产生,先于临床症状,适用于早期诊断。肿瘤的发生是一个不易察觉的过程,而目前的诊断往往基于影像学且需要有明显的临床症状作为依据。然而,自身抗体可先于临床症状几个月到几年出现明显增加。Zhang等基于回顾性研究发现,在肝癌病人确诊之前,血清中抗核抗体水平显著升高,针对自身抗原p62的抗体水平也是如此。Liu等同样在肝癌病人血清中发现抗原MDM2的自身抗体,并基于一系列不同时间点的样本检测发现,在确诊之前6~9个月,该自身抗体水平已有显著提高。②自身抗体的产生是免疫反应的结果,经过免疫系统的放大,抗体更容易被检测。大多数蛋白质在血液中不稳定,且含量很低。而抗体比较稳定,经过B细胞增殖的多级放大,可在一周内放大11个数量级,因此更容易被检测。③具有特定类型肿瘤特异性。研究发现一些抗原是肿瘤特有的,但不同肿瘤间无特异性(如p53);也有一些抗原是某种肿瘤特异性的(如前列腺癌的与氧化应激相关的蛋白)。④对于一个特定的TAA,其自身抗体仅出现在10%~30%的病人中,作为诊断工具,其灵敏度偏低。这可能源于肿瘤的异质性或者免疫反应的多样性。因此,建立一个标志物组合,联合多个TAAs是一种有效的策略,在维持较高特异性的前提下,提高检测灵敏度,从而可应用于临床诊断。例如,Zhang等建立了一个含有8个自身抗体标志物的组合(IMP1、IMP2、IMP3、c-myc、p53、survivin、cyclinB1和p16),可以将检测灵敏度提高至60%,将特异性提高到82.4%。

目前市场上已经出现了商业化试剂盒。英国Oncimmune公司推出的肺癌检测试剂盒EarlyCDT?-Lung,基于对7种自身抗原(CAGE、HuD、NYESO-1、SOX-2、GBU4-5、MAGE-A4和p53)的检测,检测灵敏度为41%、特异性为91%、准确度为92%,能够与目前主流的肺癌筛查方法低剂量CT形成互补,降低其假阳性率。研究发现该产品在早期诊断中具有优势(20%早期可检测,可早于临床症状5年检测出)。基于此产品,英国国民医疗服务体系(NationalHealthService,NHS)主导启动了ECLS项目,已招募名高危病人,系统性地对EarlyCDT?-Lung早期筛查的价值进行前瞻性评估,年12月公布的初步结果显示其具有比预期高的灵敏度和很好的早期诊断价值,整个项目完成时间在年。杭州凯保罗生物有限公司也成功开发了肺癌检测试剂盒,该试剂盒包含7种自身抗体(p53、GAGE7、PGP9.5、CAGE、MAGE-A1,SOX-2和GBU4-5抗体)的检测,是首个被国家食品药品监督管理总局(CFDA)批准的用于联合低剂量螺旋CT的肺癌检测试剂盒,在肺癌早期检测领域有重要的意义(国械注准)。另外,美国Provista公司(实验室获得CLIA和CAP认证)开发的Videssa?Breast乳腺癌早期诊断试剂盒,包含23个蛋白和自身抗体检测指标,阴性预测率高达98%~99.3%,可将乳房X射线的影像学检测的假阳性率降低73%,从而减少乳腺癌的过度治疗。

3 自身抗体在个体化肿瘤术后监测中的应用

肿瘤相关自身抗体在预后的临床作用中也有诸多报道。整体上,较多报道发现p53阳性的病人呈现更高的复发率和死亡率。但是,也有的研究结论相反或显示无显著性影响。但是肿瘤自身抗体标志物浓度的变化在术后复发监测过程中可能发挥很大的作用。自身抗体依赖于肿瘤的持续刺激而存在,因此,肿瘤被切除后,由于缺乏抗原的持续刺激,相应的自身抗体逐渐减少,并维持在低浓度状态,在复发时再次增高,因此自身抗体具有复发监测的价值。其中,研究最多、最具代表性的是p53自身抗体。

年,Thierry团队报道了一个肺癌病人血清中p53抗体在诊断前、手术后的变化情况。在肺癌临床诊断前几个月,p53抗体浓度呈现逐渐升高的趋势并到达高峰,之后采取手术治疗,发现p53抗体浓度急剧下降,其下降速率接近IgG在体内自然代谢的速率(IgG在血液中的半衰期为21~30天),直到下降到接近发病之前的浓度水平。接着,该团队在多个结肠癌病人中发现了类似的情况(图2)。图2展示了两个代表性病人的情况。病人CC24[图2(a)]接受手术治疗后,p53抗体浓度出现了显著下降并在化疗的过程中维持在较低的水平,14个月后,p53抗体浓度上升,于第16个月时检测到复发并再次实施手术,p53抗体浓度则对应再次降低,而CEA和CA浓度则并无相关性表现。病人CC37[图2(b)]在接受放疗后,p53抗体浓度出现下降,之后肿瘤手术切除,而后又回升,发现肝脏转移,进行手术切除后再次观察到下降。以上均反映出p53抗体浓度与疾病进程显著相关,而CEA和CA浓度则并无相关性表现。该团队后续增加了肺癌样本的数量,系统性地分析了12个p53自身抗体阳性的肺癌病人,发现手术治疗后,75%(12/16)的病人血清中的p53抗体浓度出现了>50%的下降,在4个归为未出现显著下降的病人中,3个被检测到有下降的趋势。另外,同时检测了HAV抗体作为基线对照,从而严格证明了p53抗体的变化是肿瘤进程特异的。

图2 肿瘤病人CC24(a)和CC37(b)术后p53抗体浓度变化曲线

Saffroy等研究了9个肝癌病人中p53抗体的变化。在8个有效的病人数据中,6个肝癌病人在手术后出现了显著p53抗体浓度下降,但是若不考虑后续的抗体浓度波动,1~3个月内,病人均表现出p53抗体浓度下降。Takeda等在另外一项研究中,分析了17个p53抗体阳性的病人治疗前后的变化,发现所有病人血清中p53抗体浓度在术后出现下降,且16个病人p53抗体由阳性转为阴性。

在大规模乳腺癌的研究中,Metcalfe等[40]检测了位病人治疗后血清样本中的p53抗体,跟踪的血清样本总数超过例,结果发现在位p53抗体呈现阳性的病人,大部分治疗后p53抗体浓度并未出现减少或消失。这个结论似乎与先前研究相反。但是,作者认为这是因为病人的治疗并非采用手术切除,而是采用放射治疗的方式。一方面,肿瘤细胞依然残留;另一方面,放射治疗可能对正常组织细胞造成损伤而释放p53抗原,由于抗原的持续刺激并未消失,p53抗体仍处于阳性。这表明治疗方式可能有很大的影响,同样是乳腺癌,在另一项研究发现p53抗体在术后复发监测中具有重要价值。

综上所述,p53自身抗体浓度会在手术(或其他治疗)后出现显著下降,并在复发前出现回升,其浓度变化跟疾病进程高度相关。虽然对于p53抗体阳性的肿瘤病人,大部分在术后会出现抗体浓度下降,但是p53在肿瘤病人中的阳性率仅为20%~30%。因此,作为术后评估较有意义。对于p53阴性的病人,则需要寻找新的自身抗体标志物。精准医疗是在充分考虑个体化差异的基础上提出来的,自身抗体的特征与肿瘤个体化差异的特点完全一致。若能比较手术前后,发现个体特异的自身抗体,即可实现个体化的复发监测,对于肿瘤防治具有重要意义。

4 发现自身抗体的方法和手段

自身抗体均是由其识别的抗原进行定义的,筛选、发现自身抗体(或抗原)的方法均基于免疫检测,本质上是抗原库的制备和免疫筛选的建立(图3)。抗原的来源包括重组表达蛋白、cDNA表达库、细胞或组织分离的蛋白质组;筛选方法主要是免疫印迹和高通量蛋白质芯片;后续基于测序或质谱的方式鉴定TAAs。主要的研究方法和工具方法如下。

图3 肿瘤自身抗体研究的方法

4.1 SEREX

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