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胰腺癌miRNA早期检测方法探究

来源:学术堂 作者:韩老师
发布于:2014-05-26 共5169字
论文摘要

  2012年《中国肿瘤登记年报》显示目前我国肿瘤发病率为 285.91/10万。其中,胰腺癌恶性度极高,预后差,死亡率接近 100%,在我国恶性肿瘤 死 亡 率 中 排 第 6位,占 全 部 癌 症 的4.54%.由于胰腺位于腹腔深部,其癌症早期的临床症状通常不明显,大多数患者发现时已处于中晚期,并且超过 95%的患者死于病理诊断后的 5年内。当前上海市胰腺癌发病率正持续上升,总发病率为 12.2/10万,已达到高发国家水平。胰腺癌早期诊断困难与肿瘤的形成过程、诊断方法的局限性以及标志物的选择有很大关系。

  分子诊断学是近年来发展的新临床诊断方法,主 要 是 对 DNA、RNA 和 蛋 白 质 的 检 测。

  miRNA近来受到很多专家学者的关注,目前已发现的人类 miRNA共有 1048种(SangermiRBase数据库 20.0版),其数量之多,调节表达功能各异。并已有研究表明 miRNA在胰腺癌中异常表达,是早期发生事件,可反映胰腺癌发生、发展及病理分级,这使 miRNA可以作为新的生物标志物用于胰腺癌的早期诊断.但由于 miRNA序列较短,同源 miRNA相似度高,所以对于其检测敏感性和特异性等方面都提出新的挑战。本文综述了胰腺癌当前临床诊断方法及诊断标志物,并对用于胰腺癌 miRNA早期检测方法进行了探究。

  一、当前胰腺癌诊断方法及局限性
  
  胰腺癌常规诊断方法有病史、查体、病理形态学诊断和影像学诊断等。病史和查体只能大概了解患者情况,而病理形态学诊断是确诊的唯一依据。影像学诊断方法主要有超声诊断、计算机断层扫描成像、核磁共振成像、经内镜超声扫描、内镜下逆行胰胆管造影以及磁共振胆胰管成像等.超声诊断价格低且没有射线辐射的危险,是目前胰腺癌诊断的重要方法之一,但易受肠胀气、腹水和患者体型等影响,对病灶 <2cm的胰腺病变检出率低;计算机断层扫描成像是胰腺癌疑似病例首选的影像学检查方法,与超声诊断相比,计算机断层扫描成像能更清楚的显示肿瘤大小、形态及与周围组织、血管的关系,能更好地判断有无血管侵犯,但其诊断的敏感性与病灶体积密切相关,对于 <2cm的病灶显示有较大的局限性,对早期胰腺癌的诊断意义不大;磁共振胆胰管成像可以了解肿瘤侵及范围,提供全面的胰胆管解剖图像,判断胰管梗阻程度,进行肿瘤术前分期和评价,具有无创、可对角度观察等优点,但显像较粗糙,对早期仅一期胰管形态细微变化的小胰癌的发现有一定的局限性;内镜下逆行胰胆管造影通过收集胰液或对胰管进行细胞学检查,其诊断准确度高,但属于有创检查,创伤性较大,且操作复杂,插管失败率较高,不宜作为首选检查方法;经内镜超声扫描能够通过内镜直接观察黏膜病变,诊断结果优于其它的影像诊断方法,然而该诊断是将探头插入消化管内,并不适合早期筛查.

  影像学诊断方法是临床肿瘤诊断的常规方法,但是影像设备由于其自身的种种缺陷,通常都是几种技术联合使用,并且由于其诊断敏感性低和特异性不高而多用于诊断高危人群,不能达到早期检测的目的。

  二、胰腺癌诊断标志物
  
  2009年美国临床肿瘤学会(AmericanSocietyofClinicalOncology,ASCO)提出了-些新的胰腺癌检测标志物.蛋白类主要有糖类抗原 19?9(carbohydrateantigen19?9,CA19?9)、PAM4、可溶性 C3b、Dupan?2及 Span?1等;DNA类有 K?ras;RNA类有唾液转录组标记物和 miRNA等。但直到今天,临床上用于胰腺癌患者的诊断、复发以及预后的指标仍然只有 CA19?9.它是一种糖类肿瘤相关抗原,能够为单克隆抗体 1116?NS?19?99所识别。CA19?9脏器特异性不强,可能存在于正常人的胰腺、胆道、胃、肠等组织中,在多种肿瘤中如胰腺癌、结肠癌、肝癌、胃癌、胆囊癌、肺癌以及乳腺癌中都可能有不同程度的升高。因此已经有许多学者认为血清 CA19?9检测并不能准确地鉴别肝胆胰疾病的良恶性,目前 ASCO也不再提倡将其作为用于肝胆胰恶性肿瘤诊断和确诊依据。诊断标志物的缺乏使很多研究人员正致力于寻求新的、特异性强的诊断标志物。

  三、胰腺癌新型分子标志物 miRNA及其检测方法
  
  1.miRNA与胰腺癌 miRNA具有广泛的基因调节功能,据统计 miRNA调节了人类 30%基因,参与了一系列生命活动,包括细胞增殖及凋亡、器官形成、造血过程、发育进程等,与肿瘤的发生、诊断、治疗和预后等有着密切关系,成为肿瘤研究的新热点。它相比于蛋白质等标志物表达异常出现的更早,对早期诊断更加有利。且 miRNA很小,则能有效避免被内源和外源体液降解,因此miRNA相比于 DNA和 mRNA更加稳定。不同种类的肿瘤具有不同的 miRNA表达谱,胰腺癌组织和血液中异常表达的 miRNA具有细胞类型和疾病特异性,提示这些 miRNA可以作为胰腺癌早期诊断的肿瘤标志物.大量研究发现 miRNA与胰腺癌发生、发展相关,其中表达上调的有miRNA?7d、miRNA?15b、miRNA?18a、miRNA?21、miRNA?31、miRNA?93、miRNA?100、miRNA?103、miRNA?107、miRNA?204、miRNA?221、miRNA?196a等;表达下调的有 miRNA?155、let?7、miRNA?139、hsa?miRNA?96、hsa?miRNA?27、hsa?miRNA?148b、hsa?miRNA?216、hsa?miRNA?375等。miRNA与胰腺癌发病相关的、最常见表达异常的癌基因是 K?ras和 CyclinD1,抑癌基因是 p53、p21、p16、p27和SMAD4/DPC4.miRNA通过与靶 mRNA的 3′?UTR结合来发挥生物学效应。因此,若从已知的靶基因和预测的潜在靶基因中对 miRNA的表达进行干预,可以达到早期预防的效果。进一步明确胰腺癌发生、发展的分子生物学机制,某些miRNA有可能作为治疗胰腺癌的目标靶分子。

  抗 miRNA寡核苷酸类物质通过与致癌的 miRNA互补,能够特异性抑制肿瘤组织中 miRNAs的活性。此外,人为提高抑癌作用的 miRNAs,如 miR?217,可能会对肿瘤的治疗有益.

  2.用于胰腺癌早期诊断的 miRNA检测方法在胰腺癌的早期检测中,除了标志物的选择和样本等的确定之外,检测方法也是提高检测特异性和敏感性很重要的一个方面。成熟 miRNA片段小,没有 poly(A)尾巴,家族成员间通常只有一两个碱基的差别,并且在细胞中的表达水平普遍较低,从而为 miRNA检测建立带来了困难和挑战。科学家一直在探索可实现 miRNA定量灵敏检测的新方法,如 Northernblotting、微阵列芯片 原 位 杂 交 技 术、定 量 聚 合 酶 链 反 应(polymerasechainreaction,PCR)、滚环扩增法等。这些方法主要分为 2类,一类是无需样本扩增基于探针直接杂交技术的检测方法;另一类是基于样本扩增反应的检测方法。

  Northernblotting方法是一种直接检测的半定量方法,不需要对 miRNA样本进行预扩增,如Wang等应 用 Northernblotting技 术 分 析 了let?7i、miR?22、miR?143、miR?29b在胰腺癌组织细胞 BxPC?1、Capan?2和 Panc?1中的作用机制;以及Weiss等用同样的方法探究了 miR?10a对于促进胰腺癌细胞转移的机制;虽然 Northernboltting是当前 miRNA分析的标准方法,但其缺点是操作繁琐、耗时长、敏感性低,需要样本量过多等,且对RNase污染非常敏感。微列阵芯片是实现 miRNA表达谱分析和多种 miRNA高通量同时检测的主要技术,Volinia等应用 miRNA微阵列芯片技术研究了包括胰腺癌在内的 6种肿瘤,监测了228种 miRNAs的表达情况,结果发现有 137种miRNAs可以很好地区别肿瘤组织来源;该方法的优越性在于可实现高通量、多组分同时检测,但微阵列芯片的制作和检测费用很高,芯片上可利用的样本体积很小,导致敏感性不高,获得数据偏差较大。原位杂交是用比色或荧光试剂等标记的核酸探针与细胞或组织中的 miRNA进行杂交,通过显色或荧光成像检测 miRNA的表达,可直观地展现 miRNA的时空表达模式,如 Obernosterer等设计了用地高辛标记的锁核酸探针,此方法成功应用于多种组织和细胞内 miRNA原位分析,也提 高 了 miRNA 的 检 测 敏 感 性;然 而 由 于miRNA序列较短,原位杂交技术需进一步改进,以提高杂交的亲和性,避免 miRNA在杂交及随后的洗脱过程中丢失。滚环扩增法模仿生物体唤醒DNA分子滚环式复制的方式,以循环实现 DNA的连续扩增,Yao等设计了 5′端磷酸化特异性引物,实时定量检测鼠组织中 5种 miRNA表达,该方法可区分组织 let?7中 8种 miRNA,线性范围可达到 7个数量级,并且 let?7在胰腺癌中是明显表达下调的,结果提示其有望成为胰腺癌早期检测的分子标志物;但以 miRNA为模板连接探针成环的效率低、特异性较差,需要电泳分离后利用放射性同位素检测。定量 PCR是高敏感性定量检测 miRNA的主要方法,反转录 PCR检测是先把miRNA反转录成 cDNA,然后再以 cDNA为模板进行 PCR扩增。目前主要的荧光定量 PCR方法有荧光染料法和水解探针法。常用荧光染料分子式 SYBRGreenI,如 Raymond等首先利用其荧光定量,分析了 12种组织样本中的 6种 miRNA;Jiang等用 SYBRGreenI的 PCR方法定量了人体胰腺、肺等组织中 222种 miRNA前体,并建立了一个在人类癌细胞株中的 miRNA前体表达数据库。SYBRGreenI的优势在于使用方便,不需设计复杂的荧光,也使检测方法变得简单,同时降低成本,但是它对 PCR有一定的抑制性,并且荧光强度较低,稳定性差。水解探针以 TaqMan探针为代表,Lee等利用 TaqMan探针分析了包括胰腺在内的多种人体组织细胞及肿瘤中多种miRNA表达谱,并对 225种前体 miRNA和成熟miRNA的表达谱进行比较。Jiang等用同样的方法来区分几乎完全相同的 let?7亚型家族成员。

  TaqMan探针的出现解决了荧光染料非特异性的特点,反应结束不需进行熔解曲线分析,缩短实验时间,但是其价格高,且只适合于一个特定目标,不便普及应用。此外 TaqMan探针两侧的荧光基团与淬灭基团相距较近,淬灭不彻底使其本底高。

  由于成熟的 miRNA分子只有 20个碱基左右,序列较短,不能直接用 PCR实现扩增反应,开发miRNA新型检测方法是当前研究者的重点。

  分子信标检测技术是在上述两大类 miRNA检测方法上发展的一种新型荧光定量技术,弥补了样本量需求大和步骤繁琐的缺陷,并且具有敏感性高、特异性强和可实时监测等优点,是能够实现对 miRNA进行简便快速检测的新方法。

  目前已有许多尝试将分子信标技术用于 miRNA检测的研究。如 miRNA?21已被发现是一种具有高致癌性的 miRNA,也是目前发现唯一在多种实体肿瘤及非实体肿瘤中高表达的 miRNA.Baker等通过分子信标探针对成熟 miRNA?21和miRNA?21前体进行检测,研究结果表明分子信标可以区分成熟 miRNA?21和 miRNA?21前体,实现了 miRNA的体外定量检测,因而有可能成为临床样本中成熟 miRNA?21和 miRNA?21前体评估的有力 工 具。Yin等将 LNA(LockedNucleicAcid)分子信标作为探针,利用电化学的方法开发出了针对 miRNA?21序列检测的高敏感性生物传感器,提高了分子信标检测的敏感性,并且解决了miRNA?21不稳定性和低丰度的难题。Stanford大学的 Utz等开发了一种用于 miRNA分型的新方法,该方法采用等速电泳与分子信标相杂交的技术,其优点是便宜、简单、不需要扩增,只需要很少量样本(100ng量级),有望取代 miRNA检测常用的 PCR或 NorthernBlotting方法。Yao等把 miRNA?155作为非小细胞肺癌诊断标志物,设计合成了 miRNA?155分子信标,利用激光共聚焦显微镜和体视显微镜成像系统实现对 miRNA?155的快速检测。

  四、展望
  
  综上所述,胰腺癌恶性度高、预后差、死亡率高,临床通常依靠影像检测,所用诊断试剂盒特异性、准确性低,使其早期发现、鉴别诊断困难。鉴于 miRNA可以反映胰腺癌的发生、发展及病理分级,并且其表达稳定无个体差异,可长期稳定存在,符合人们对于理想分子标志物的要求,可作为胰腺癌分子诊断标志物用于胰腺癌早期诊断。

  miRNA的检测对于胰腺癌的分子诊断具有重要意义,其分析方法正在不断发展,通过结合新的分析技术和新的探针材料,研究开发高通量、高敏感性、强特异性的 miRNA检测方法,进而实现胰腺癌早期筛检诊断试剂盒的应用。

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