淺談前列腺特異性抗原的前世今生

楊小奇 葉章群

前列腺特異性抗原(prostate specific antigen, PSA)作為第一個(gè)被美國FDA批準(zhǔn)的腫瘤標(biāo)志物，被廣泛應(yīng)用于前列腺癌患者的篩查及診斷。自發(fā)現(xiàn)以來，PSA發(fā)揮了重要的作用，且不斷得以完善和擴(kuò)充。本文從PSA的發(fā)現(xiàn)、PSA的理化性質(zhì)、PSA及其衍生指標(biāo)的臨床應(yīng)用、非前列腺來源的PSA和PSA的展望等五個(gè)方面對(duì)PSA的前世今生進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。

一、PSA的發(fā)現(xiàn)

二十世紀(jì)，隨著免疫學(xué)理論和技術(shù)的飛速發(fā)展，眾多科學(xué)家從不同方面著手，共同推動(dòng)了PSA這一重大生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)。早在1960年，F(xiàn)locks等[1]首次報(bào)道了前列腺組織的抗原特性，隨后，Hara等[2]于1966年在人體精液中分離出一種可以作為強(qiáng)奸案件法醫(yī)學(xué)證據(jù)的抗原，并于1971年將其命名為γ-精漿蛋白。1970年，Ablin等[3]報(bào)道了兩個(gè)前列腺組織特異性抗原及一個(gè)來自前列腺組織和前列腺液的抗原，并第一次使用了“PSA”這一術(shù)語。1973年，Li等[4]分離并描述了兩個(gè)人類精漿特異性抗原，分別命名為E1抗原和E2抗原。1978年，Sensabaugh等[5]通過對(duì)精液進(jìn)行凝膠電泳，發(fā)現(xiàn)了兩種未知的蛋白質(zhì)，并根據(jù)它們的分子量將其命名為P30和P41，并且在血清、淚液、唾液、尿液及經(jīng)血等液體中均沒有發(fā)現(xiàn)P30。在隨后的研究中，γ-精漿蛋白、E1抗原以及P30被證實(shí)與PSA是同一種蛋白質(zhì)[6-8]。1979年，Wang等[9]從前列腺中提純并描述了一種抗原，將其命名為前列腺抗原(prostate antigen， PA)，PA在正常前列腺組織、良性疾病前列腺組織及惡性疾病前列腺組織中均存在。進(jìn)一步的研究表明PA是前列腺獨(dú)有的，因此更多的使用PSA這一術(shù)語。γ-精漿蛋白、E1抗原、P30、PA和PSA等同一蛋白質(zhì)的不同的命名是眾多科學(xué)家試圖從精液和前列腺中尋找抗原，共同努力的結(jié)果。

二、PSA的理化性質(zhì)

PSA也被稱為激肽釋放酶3，是人激肽釋放酶家族的成員之一。人激肽釋放酶基因座上有15個(gè)基因(KLK基因)，串聯(lián)排列在染色體19q13.3～q13.4上300 kb的區(qū)域，其中編碼PSA的KLK3基因長度為5 846 bp，由5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子組成。雄激素受體是類固醇激素受體家族的成員之一，同時(shí)也是一個(gè)重要的轉(zhuǎn)錄因子，當(dāng)其在細(xì)胞質(zhì)中與配體(雄激素)結(jié)合后，從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移進(jìn)入細(xì)胞核，與特定的雄激素受體反應(yīng)元件結(jié)合，進(jìn)而調(diào)控PSA基因的轉(zhuǎn)錄。此外，轉(zhuǎn)錄因子PDEF、NF-κB等參與了PSA基因的雄激素非依賴性調(diào)控。PSA的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制目前還未完全闡明，有待進(jìn)一步探討。

PSA以單鏈的前酶原形式合成，隨后在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)被加工，產(chǎn)生一個(gè)含有244個(gè)氨基酸殘基的酶原，即PSA前體(proPSA， pPSA)。pPSA在囊泡內(nèi)運(yùn)輸至細(xì)胞膜，進(jìn)而從細(xì)胞內(nèi)分泌至前列腺導(dǎo)管內(nèi)。pPSA被激肽釋放酶2及其他來自精漿的蛋白酶激活，釋放N-端的Ala-Pro-Leu-Ile-Leu-Ser-Arg結(jié)構(gòu)域，轉(zhuǎn)化成有酶活性的成熟PSA。成熟PSA是一個(gè)分子量為28 430 Da，含有237個(gè)殘基的糖蛋白，具有很低的糜蛋白酶樣絲氨酸蛋白酶活性。

在正常前列腺組織和良性前列腺增生組織中，PSA 只能通過滲漏到細(xì)胞外液并擴(kuò)散到達(dá)血液循環(huán)。1987年，在血清中發(fā)現(xiàn)了PSA的兩種存在形式——游離PSA(free prostate specific antigen,fPSA)和PSA復(fù)合物(PSA復(fù)合物也稱復(fù)合PSA，compound prostate specific antigen, cPSA)。PSA與α1抗糜蛋白酶(alpha-1-antichymotrypsin, ACT)形成的復(fù)合物PSA-ACT是血清中PSA復(fù)合物的主要形式[10]，其半衰期為2～3 d。PSA與α2巨球蛋白形成的復(fù)合物PSA-MG是血清中PSA復(fù)合物的另一形式，PSA-MG半衰期只有2～5 min，進(jìn)入循環(huán)中的PSA主要通過PSA-MG經(jīng)肝臟代謝清除[11]。四聚體的α2巨球蛋白把PSA包裹在其內(nèi)部，致使PSA的所有抗原表位不能被抗體識(shí)別，因此不能通過傳統(tǒng)的免疫分析方法將PSA-MG檢測出來[12]。此外，人血清中大約還有15%的PSA與α1-蛋白酶抑制劑結(jié)合[13]以及很低濃度的PSA與間α胰蛋白酶抑制劑形成的復(fù)合物[10]。在前列腺癌組織中，上皮細(xì)胞行為異常，使PSA不經(jīng)正常途徑分泌到腺管，而分泌到細(xì)胞外間隙并進(jìn)入血液循環(huán)。這解釋了前列腺癌患者血清總 PSA (total prostate specific antigen, tPSA)水平較高的原因[14]。

PSA的生理功能主要是通過水解精液中的精囊蛋白Ⅰ和精囊蛋白Ⅱ及纖連蛋白，從而參與精液液化及增強(qiáng)精子運(yùn)動(dòng)。此外，氨基酸序列分析發(fā)現(xiàn)，PSA與γ神經(jīng)生長因子、表皮生長因子結(jié)合蛋白及α神經(jīng)生長因子分別有56%、53%和51%的同源性[15]，可能直接或間接參與細(xì)胞的生長調(diào)控。

三、PSA及其衍生指標(biāo)的臨床應(yīng)用

前列腺癌是全球范圍內(nèi)發(fā)病率最高的惡性腫瘤之一[16]。在我國，前列腺癌發(fā)病率呈逐年明顯增長趨勢(shì)，嚴(yán)重影響著我國老年男性的身心健康[17]。1987年，Stamey等[18]通過分析大量的血清樣本發(fā)現(xiàn)，前列腺癌患者血清PSA水平升高，且患者血清PSA水平與腫瘤分期及腫瘤體積呈正比，根治性前列腺癌切除術(shù)后PSA又會(huì)下降至檢測不到的水平。因此他們得出結(jié)論，PSA可以作為監(jiān)控前列腺癌對(duì)放療的反應(yīng)性以及前列腺癌殘留或復(fù)發(fā)的生物標(biāo)志物。至此，PSA開啟了其作為前列腺癌重要腫瘤標(biāo)志物，為人類健康保駕護(hù)航的征程。PSA作為單一預(yù)測指標(biāo)，比直腸指診或經(jīng)直腸前列腺超聲有更高的前列腺癌陽性診斷預(yù)測率[19]。雖然PSA水平不高(PSA<4.0 ng/ml)的人群中大約有20%可能患有前列腺癌[20]，PSA水平高(PSA>4.0 ng/ml)的人群也可能不是前列腺癌[21]。但總的來說，PSA是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值，其水平越高，患前列腺癌的可能性就越大。目前，tPSA 測定仍是前列腺癌管理的金標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外公認(rèn)tPSA>4.0 ng/ml為異常，4～10 ng/ml為 PSA 灰區(qū)。

PSA的發(fā)現(xiàn)是里程碑式的飛躍，是前列腺癌篩查、診斷和預(yù)后監(jiān)測的重要生物標(biāo)志物，發(fā)揮著不可替代的作用，但仍存在特異性不高的局限性。如果運(yùn)用不當(dāng)，會(huì)造成前列腺癌患者的過度診斷和過度治療。為了提高PSA診斷特異性，下述PSA衍生相關(guān)指標(biāo)應(yīng)運(yùn)而生，越來越多地用于指導(dǎo)臨床實(shí)踐。fPSA約占tPSA的5%～35%，有pPSA、良性前列腺增生相關(guān)性PSA(benign prostatic hyperplasia associated PSA, BPSA)和非活性形式PSA(inactive form of PSA, iPSA)三種分子形式，三者比例大致相等[22]。其中，pPSA主要分布于前列腺外周帶，在前列腺癌組織中顯著升高，BPSA主要在前列腺移行帶集中分布，與良性前列腺增生有關(guān)[23]，而iPSA與pPSA相反，在良性疾病中升高[24]。由此可以看出，fPSA更多的是與前列腺良性疾病相關(guān)。pPSA斷裂產(chǎn)生的p2PSA比pPSA更具特異性，與前列腺癌密切相關(guān)[25]，由p2PSA衍生出%p2PSA(血清p2PSA與fPSA的比值)和前列腺健康指數(shù)[(prostate health index, PHI)[26],%p2PSA與tPSA平方根的乘積]兩項(xiàng)相關(guān)指標(biāo)。在tPSA為2.0～10.0 ng/ml的患者中，%p2PSA和PHI是前列腺癌首次活檢的最強(qiáng)預(yù)測因子，且明顯比tPSA和%fPSA更準(zhǔn)確[27]?；趖PSA、fPSA、、iPSA及hK2(human glandular kallikrein 2)四項(xiàng)指標(biāo)的4K評(píng)分有助于確定符合前列腺活檢標(biāo)準(zhǔn)的患者患侵襲性前列腺癌的概率，從而減少低風(fēng)險(xiǎn)患者的不必要活檢[28]。 fPSA比值是fPSA占tPSA的比值(fPSA/tPSA)，與前列腺癌的發(fā)生率呈負(fù)相關(guān)[29]。在tPSA水平為4.0～10.0 ng/ml灰區(qū)及直腸指診正常時(shí)，fPSA/tPSA可以提高其前列腺癌早期診斷的特異性，進(jìn)而決定是否穿刺活檢或者穿刺陰性后是否重復(fù)穿刺[30]。此外還有PSA密度(prostate specific antigen density, PSAD)，即血清tPSA值與經(jīng)直腸超聲確定的前列腺體積的比值，目前認(rèn)為，PSAD 的正常值<0.15，其值越大，診斷為前列腺癌的可能性就越大。最近一項(xiàng)有關(guān)我國男性PSA及PSAD的研究顯示， PSAD臨界值選擇 0.12 時(shí)敏感度比0.15時(shí)更高[31]。cPSA密度(compound prostate specific antigen density, CPSAD)[32]，即血清cPSA與經(jīng)直腸超聲確定的前列腺體積的比值，移行帶PSA密度(transition zone prostate specific antigen density, TZPSAD)[33]，即血清tPSA值與經(jīng)直腸超聲確定的前列腺移行帶體積的比值，與PSAD類似，CPSAD及TZPSAD兩者預(yù)測前列腺癌的可能性均與其數(shù)值呈正相關(guān)。PSA速率(prostate specific antigen velocity, PSAV)[34]，即每年P(guān)SA的絕對(duì)增加量，目前公認(rèn)的臨界值為0.75 ng/(ml·年)。PSA倍增時(shí)間(prostate specific antigen doubling time, PSA-DT)[35]，即血清PSA濃度升高至原先兩倍所需的時(shí)間，診斷為前列腺癌的可能性與其數(shù)值呈負(fù)相關(guān)。這些衍生指標(biāo)也更多地應(yīng)用于臨床以提高前列腺癌早期診斷的特異性，減少不必要的前列腺穿刺活檢。

近年來，前列腺抗原3(prostate cancer antigen 3, PCA3)[36]、循環(huán)腫瘤細(xì)胞(circulating tumor cell, CTC)[37]、microRNA[38]、lncRNA[39]及外泌體[40]等新興前列腺癌標(biāo)志物也在不斷補(bǔ)充著PSA特異性不足的局限性，具有潛在臨床應(yīng)用價(jià)值，但都只能在某一方面彌補(bǔ)PSA的不足，而無法取代PSA及其相關(guān)指標(biāo)的地位。

值得注意的是，血清PSA水平受體內(nèi)外多種因素影響，如年齡、種族和藥物等。其次射精，急性及亞急性前列腺炎，急性尿潴留等生理病理狀態(tài)會(huì)使血清PSA水平升高。此外，前列腺按摩、直腸指診、前列腺活檢和經(jīng)尿道前列腺切除術(shù)等臨床操作也會(huì)使血清PSA水平升高。因此，臨床上應(yīng)用PSA診斷及管理前列腺癌時(shí)，不能生搬硬套PSA的參考值范圍，應(yīng)全面考慮，聯(lián)合PSA衍生相關(guān)指標(biāo)、病史、直腸指檢及影像學(xué)資料，必要時(shí)行前列腺穿刺活檢，以期最大的臨床獲益。

四、非前列腺來源的PSA

起初認(rèn)為PSA只由前列腺組織產(chǎn)生，是一個(gè)前列腺組織特異性的生物標(biāo)志物。但后來通過 RT-PCR、原位雜交和免疫組化等生物學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，PSA和hK2 在多種組織中有表達(dá)，如氣管、甲狀腺、乳腺、皮膚、唾液腺、空腸、回腸、尿道、睪丸、精囊、附睪、胰腺、腎、腎上腺和大腦等[41]。尿道周圍腺 (斯基恩氏腺)與前列腺組織同源，是女性體內(nèi)第一個(gè)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生 PSA的組織，被稱為“女性前列腺”。妊娠、雄激素增多癥和多囊卵巢綜合征等都可以使女性血清PSA水平升高。1993年，通過免疫組織化學(xué)的方法首次發(fā)現(xiàn)乳腺組織中存在PSA[42]。戴金華等[43]研究報(bào)道，女性乳腺癌患者術(shù)前PSA水平明顯高于各對(duì)照組 (P<0.05)，乳腺癌腫塊切除術(shù)后,血清PSA的含量明顯下降，與術(shù)前比較差異有顯著性。Black等[44]研究表明，20% 的乳腺癌患者體內(nèi)以fPSA 為主(fPSA占tPSA的50%以上)，而只有3%的健康女性或4%的良性乳房疾病患者以fPSA 為主要形式。以fPSA作為乳腺癌的診斷標(biāo)志物，有高達(dá)約96%的特異度，而敏感度大約只有20%。PSA 在乳腺癌中的作用尚不清楚，有待進(jìn)一步探討。Zarghami等[45]研究發(fā)現(xiàn)，PSA可以在男性及女性的肺部腫瘤組織和正常組織中檢測到，但其水平遠(yuǎn)低于女性乳腺癌中的水平。另一項(xiàng)關(guān)于PSA和結(jié)腸癌的研究報(bào)道，20%的結(jié)腸癌患者體內(nèi)以fPSA 為主(fPSA占tPSA的50%以上),而只有3.3%的健康女性以fPSA為主要形式。以fPSA作為結(jié)腸癌的診斷標(biāo)志物，特異度為96.7%，敏感度為20%[46]。吳偉晴等[47]研究發(fā)現(xiàn)，血清t-PSA在胰腺癌以及結(jié)腸癌中顯著高于正常人群,f-PSA在直腸癌中顯著高于正常人群。

由于非前列腺組織中的PSA合成量甚微，自發(fā)現(xiàn)以來并沒有受到很高的重視。但隨著PSA定量技術(shù)的不斷進(jìn)步，檢測敏感性的不斷提高，非前列腺來源的PSA又重新回到我們的視線中，其在諸如雄激素增多癥、多囊卵巢綜合征、乳腺癌和結(jié)腸癌等女性疾病的診斷或預(yù)后中也有許多潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。

五、小結(jié)及展望

對(duì)PSA的認(rèn)識(shí)是一個(gè)發(fā)展變化的動(dòng)態(tài)過程，目前認(rèn)識(shí)到PSA既無腫瘤特異性，也沒有前列腺組織特異性。鑒于PSA用于前列腺癌的篩查、診斷及預(yù)后評(píng)估有著較高的靈敏度，但存在特異度不足的缺點(diǎn)，一系列PSA衍生指標(biāo)應(yīng)運(yùn)而生，從而使其臨床應(yīng)用不斷完善和擴(kuò)展。在進(jìn)一步認(rèn)識(shí)PSA理化性質(zhì)和對(duì)前列腺癌發(fā)病機(jī)制研究更加深入的基礎(chǔ)上，相信更加敏感及特異的PSA衍生指標(biāo)將被發(fā)現(xiàn)及用于指導(dǎo)臨床實(shí)踐?？v觀PSA的發(fā)現(xiàn)及臨床應(yīng)用歷程，不難發(fā)現(xiàn)，用單一的PSA指標(biāo)來指導(dǎo)前列腺疾病診療已經(jīng)不能滿足臨床需要，在臨床上綜合運(yùn)用PSA及其衍生指標(biāo)，以及聯(lián)合應(yīng)用其他生物指標(biāo)是必然趨勢(shì)。除了和前列腺癌的緊密聯(lián)系，PSA 作為一種生物標(biāo)志物，在許多女性疾病的診斷或預(yù)后中有潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)予以重視，有待進(jìn)一步深入研究。