結(jié)直腸癌篩查方法研究進(jìn)展*

邱智宇 綜述，李濟(jì)賓 審校

510060 廣州，中山大學(xué)腫瘤防治中心 肝臟外科(邱智宇), 臨床研究部(李濟(jì)賓)

結(jié)直腸癌是常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤。2018年國際癌癥研究組織報(bào)道，全球新發(fā)結(jié)直腸癌患者約180萬例，死亡人數(shù)約86.1萬[1]。我國是結(jié)直腸癌高發(fā)國家，發(fā)病率和死亡率分別位居所有癌種第4位和第5位[2]。因此，結(jié)直腸癌的篩查與防治已成為我國當(dāng)前面臨的重大公共衛(wèi)生問題。

近20年來，得益于結(jié)腸鏡篩查的普及與避免高危因素的暴露，發(fā)達(dá)國家結(jié)直腸癌發(fā)病率和死亡率呈顯著下降趨勢[3]。但對于發(fā)展中國家而言，由于腸鏡篩查成本高、專業(yè)醫(yī)生短缺等原因，全面開展腸鏡篩查并不現(xiàn)實(shí)。以我國上海為例，在結(jié)直腸癌初篩陽性的受檢者中，僅有47.01%選擇接受進(jìn)一步的腸鏡檢查[4]。近幾年，醫(yī)學(xué)研究者針對結(jié)直腸癌篩查、腫瘤標(biāo)志物、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型及數(shù)據(jù)挖掘方面開展了系列的探索性研究，本文就現(xiàn)行篩查方法與策略、篩查預(yù)測模型、腫瘤標(biāo)志物組合的研究進(jìn)展，以及聯(lián)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行系統(tǒng)綜述。

1 現(xiàn)行結(jié)直腸癌篩查方法

目前，國內(nèi)外常用的結(jié)直腸癌篩查策略以糞便潛血試驗(yàn)(fecal occult blood test，F(xiàn)OBT)為初篩方法，輔以結(jié)腸鏡或CT等檢查手段。為減少患者的負(fù)擔(dān)，指南一般推薦采用序貫篩查方法，即在愈創(chuàng)木脂潛血試驗(yàn)(guaiac FOBT，gFOBT)或糞便免疫化學(xué)實(shí)驗(yàn)(fecal immunochemical test，F(xiàn)IT)等測試結(jié)果陽性的基礎(chǔ)上，建議受檢查者進(jìn)行內(nèi)鏡檢查。近年來，隨著研究的進(jìn)一步深入，多種基于嶄新思路的檢驗(yàn)方法陸續(xù)出現(xiàn)，部分方法在國外甚至已獲批進(jìn)入臨床使用，詳見表1。

表1 現(xiàn)行結(jié)直腸癌篩查方法一覽

Table 1. Current Screening Methods for CRC

Screening methodAdvantageDisadvantageEfficacy[5]High risk factor assess-ment questionnaire[6]Simple and easy accessibility;Wide cov-erageThe positive predictive value is low;It is not recommended to use it alone.Not reportedFOBT(gFBOT and FIT)Easy to conduct;Suitable for countries with insufficient colonoscopy equipment and low accept-ance of endoscopyEasily affected by diet and other fac-tors, leading to false negative/ positive results32% lower modality of CRCEndoscopy Colonoscopy[7]Gold standard which can be used to di-rectly observe the whole process of co-lon and rectum and remove polyps for pathological examinationsBowel prep is needed;Risk of intestinal perforation; Low acceptance68% lower modality of CRC Flexible sigmoidoscopy[8]Easier to conduct, shorter time, lower risk and higher acceptance; Can be used as a substitute to some ex-tent when performing the whole course of colonoscopy is impossibleCan only be used for detecting the dis-tal part of spleen flexure; Lesions in the proximal colon are easily missed; Lower efficacy than colonoscopy26%-31% lower modali-ty of CRC Capsule endoscopy[9]Fewer complications (such as intestinal perforation) than colonoscopy and flex-ible sigmoidoscopyShort working time of battery; Can only reach the ileocecum; Higher cost and lower sensitivity than colonoscopyNot reportedCT colonography[8]Suitable for people who cannot tolerate endoscopyLesions cannot be resected; Radioactive exposure; Risk of extra colon lesions, causing ad-ditional medical expensesSimilar to endoscopy for polyps≥10 mm; Inferior to endoscopy for polyps<10 mm Fecal DNA test (FIT-DNA)[10]Higher sensitivity than FITLower specificity than FITNot reportedCirculating DNA test (SEPTIN9)[11]Easy to conduct;Only blood samples are neededLower sensitivity than FOBT, FIT and colonoscopyNot reported

CRC: Colorectal cancer; FOBT: Fecal occult blood test; gFOBT: Guaiac fecal occult blood test; FIT: Fecal immunochemical test.

2 結(jié)直腸癌篩查策略

結(jié)直腸癌篩查是一個(gè)完整的鑒別診斷過程，包括篩查對象、篩查年齡、篩查方法和篩查間隔等。除篩查方法外，世界各國在其余幾個(gè)方面所實(shí)施的具體策略亦不近相同。

2.1 篩查對象

以美國的結(jié)直腸癌篩查指南(US preventive services task force recommendation statement，USPSTF)為代表，目前達(dá)成國際共識的篩查對象是處于一般風(fēng)險(xiǎn)下的無癥狀人群；對于有結(jié)直腸癌或增加結(jié)直腸癌患病風(fēng)險(xiǎn)的遺傳病(比如Lynch綜合征或家族性多發(fā)結(jié)腸息肉)家族史，以及有炎癥性腸炎、腺瘤樣息肉、結(jié)直腸癌等既往史的高危人群，則需要考慮提前接受篩查[12]。

2.2 篩查年齡

對于一般風(fēng)險(xiǎn)人群而言，包括我國在內(nèi)的絕大多數(shù)國家都選擇了50～74歲或75歲作為篩查年齡。如果將篩查起始年齡提前至45歲，可增加每一千人的獲得生命年(life-years gained，LYG;衡量篩查收益的常用指標(biāo))，且能將結(jié)腸鏡的篩查間隔從10年延長至15年，從而部分抵消每一千人的終身結(jié)腸鏡檢查次數(shù)(lifetime number of colonoscopies，No.CSY；衡量篩查負(fù)擔(dān)的常用指標(biāo))，使LYG和No.CSY達(dá)到更好的平衡。但這種策略所增加的LYG其實(shí)并不可觀，且會增加個(gè)人的衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)以及內(nèi)鏡檢查帶來的風(fēng)險(xiǎn)，故沒有被USPSTF推薦。雖然76～85歲人群接受篩查的收益大為降低，但個(gè)體若合并其他疾病，可在醫(yī)生建議下繼續(xù)接受篩查；對于85歲以上人群，尚無足夠證據(jù)表明他們能從篩查中獲益。對于高危人群而言，篩查年齡可一定程度地提前：如果待檢查者有1位在60歲前患結(jié)直腸癌的一級親屬，或2位以上在任意年齡段患結(jié)直腸癌的一級親屬，起始年齡應(yīng)提前至40歲或親屬患癌年齡的10年以前[12]。先前未接受過篩查的高危人群在80歲后仍能從篩查中獲益[13]。

2.3 篩查間隔

USPSTF指出，以下4種不同間隔的篩查策略在增加LYG方面無顯著差別：(1)每年1次FIT；(2)每年1次FIT 聯(lián)合10年1次FS(已有研究表明FS聯(lián)合FIT在減少死亡率方面優(yōu)于單用FS[14])；(3)10年1次結(jié)腸鏡檢查；(4)5年1次CT檢查。對于新近出現(xiàn)的FIT-DNA聯(lián)合法，指南推薦的間隔為3年1次，但其篩查效果仍存在爭議，尚未明確相較上述4種策略而言是否具有可比性[12]。

3 結(jié)直腸癌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型

流行病學(xué)研究已找到多個(gè)與結(jié)直腸癌發(fā)生相關(guān)的因素，除社會人口學(xué)因素外，主要可分為遺傳因素(結(jié)直腸癌及相關(guān)疾病的家族史或既往史、基因位點(diǎn)等)和環(huán)境因素(飲食習(xí)慣、吸煙、基礎(chǔ)疾病等)兩類[15]。在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)外的研究者建立了多種包含不同類型因素的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型。表2列舉了主要的腸癌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型，需要注意的是，基于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型的篩查策略目前仍處在研究階段，多數(shù)模型并未在臨床得到驗(yàn)證。

表2 國內(nèi)外主要預(yù)測模型一覽

Table 2. Common Predictive Models at Home and Abroad

ModelCountries/regionsFactors includedPredictive value(AUC/C statistics)Ma[16]JapanAge, BMI, physical activity, smoking, alcoholC statistics: 0.64APCS[17]Asian-Pacific coun-tries and regionsAge, gender, family history of CRC, smokingNot reportedAdelstein[18]AustraliaAge, symptom (bloody stool, mucus stool and fatigue)AUC: 0.83 (CRC); 0.70 (advanced adenoma); 0.67 (non advanced adenoma)Wang[19]China16 single nucleotide polymorphism sitesAUC: 0.72Tao[20]GermanyAge, gender, smoking, history of CRC in first-degree rela-tives, alcohol, history of polyps, red meat consumption, histo-ry of NSAIDs or colonoscopyAUC: 0.68Shin[21]KoreaMale: age, height, BMI, fasting blood glucose, serum total cholesterol, family history of cancer, alcohol consumption, meat consumption;Female: age, height, family history of cancer, fasting blood glucose, meat consumptionC statistics: male 0.78; female 0.73Li[22]ChinaAge, gender, smoking, alcohol, 7 single nucleotide polymor-phism sitesAUC: 0.59

AUC: Area under the curve; BMI: Body mass index; APCS: Asia-Pacific Colorectal Screening; CRC: Colorectal cancer; NSAIDs: Nonsteroidal antiinflammatory drugs.

研究者期望將優(yōu)秀的篩查模型用于結(jié)直腸癌的篩查策略中，從而提高現(xiàn)行篩查策略的衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)學(xué)效果。有研究指出，結(jié)合流行病學(xué)危險(xiǎn)因素的預(yù)測模型能進(jìn)一步提高“gFOBT/FIT—結(jié)腸鏡序貫篩查策略”的篩查能力[23-24]，但目前已有的模型并未納入足夠的結(jié)直腸癌預(yù)警癥狀。一項(xiàng)關(guān)于預(yù)警癥狀組合的研究表明，陽性預(yù)測值最高的組合為貧血與腹壁緊張(>10%)，其它表現(xiàn)較優(yōu)的組合還有腹痛與貧血(6.9%)，以及腹壁緊張和體重下降(7.4%)[25]，但這些癥狀并未被納入現(xiàn)有的預(yù)測模型。此外，充分納入遺傳因素，也有望進(jìn)一步提升現(xiàn)有模型的預(yù)測能力。

4 腫瘤標(biāo)志物

腫瘤標(biāo)志物是另一類備受關(guān)注的篩查方法。目前，研究者已在血液、糞便、尿液等標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)了多種具有潛在篩查價(jià)值的結(jié)直腸癌標(biāo)志物。

4.1 血液標(biāo)志物

4.1.1 DNA DNA類腫瘤標(biāo)志物可以進(jìn)一步分為三個(gè)亞類：(1)細(xì)胞游離DNA(cell free DNA，cfDNA)，即由于疾病、治療等原因從細(xì)胞中釋放到外周血中的DNA，通常不包括循環(huán)腫瘤DNA(circulating tumor DNA，ctDNA)。Gallardo-Gómez等[26]借助微陣列技術(shù)比較結(jié)直腸癌患者與健康人群的cfDNA后，發(fā)現(xiàn)二者的甲基化位點(diǎn)存在顯著差異；Molparia等[27]則直接從拷貝數(shù)變異(copy number variants，CNV)入手，發(fā)現(xiàn)cfDNA中>100mb的CNV同樣能預(yù)測結(jié)直腸癌的發(fā)生；(2)異常甲基化DNA，其中最具代表性的便是甲基化septin9(SEPT9)基因，目前已有多款篩查工具(如Epi’s proColon?、ColoVantage?等)投入臨床應(yīng)用。除SEPT9外，其他正在研究中的甲基化DNA還有runt轉(zhuǎn)錄相關(guān)因子-3、速激肽-1、眼缺失蛋白同源物4和生長抑素等，但均停留于試驗(yàn)階段[28]；(3)ctDNA,ctDNA與cfDNA一同被視作“液體活檢”技術(shù)的代表，當(dāng)前研究的主要靶點(diǎn)包括KRAS、APC和TP53等基因[29]。2018年的一項(xiàng)研究表明，甲基化APC2有望成為中國結(jié)直腸癌人群的新標(biāo)志物[30]。但ctDNA在臨床應(yīng)用中仍面臨著假陽/陰性率高、缺乏標(biāo)準(zhǔn)等問題，其用于結(jié)直腸癌篩查的效果具體如何，還有待更深入的研究。

4.1.2 非編碼RNA 結(jié)直腸癌細(xì)胞中存在著多種調(diào)控癌細(xì)胞生物學(xué)行為的非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)。迄今為止，國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)了超過50種能作為篩查標(biāo)志物的ncRNA或組合；然而，在較大樣本(人數(shù)≥100)的試驗(yàn)中表現(xiàn)出不遜色于FIT的篩查效果(敏感度≥79%，特異度≥94%)的ncRNA僅有miR-139-3p一種[31]。最近Mai等[32]又揭示出，一種與Piwi蛋白相互作用的pi-RNA54365在結(jié)直腸癌組織中呈現(xiàn)出高表達(dá)。這種可能促進(jìn)癌細(xì)胞增殖的小分子RNA不僅能在患者血清中得以檢測，且表達(dá)水平與患者的預(yù)后呈負(fù)相關(guān)。

4.1.3 可溶性蛋白 可溶性蛋白種的代表性分子有癌胚抗原、CA19-9、胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白2、C反應(yīng)蛋白、Dickkopf3、PKM2和甲基化FOXE1等。由于目前并沒有找到一個(gè)結(jié)直腸癌專屬的可溶性蛋白分子標(biāo)志物，故新的研究思路是將多種蛋白質(zhì)標(biāo)志物聯(lián)合用于腫瘤的篩查，繼而產(chǎn)生了各類標(biāo)志物組合(表3)。

表3 新近出現(xiàn)的結(jié)直腸癌蛋白質(zhì)標(biāo)志物組合一覽

Table 3. New Protein Marker Combinations of CRC

Biomarker combinationSensitivitySpecificityAUCGDF15, amphiregulin, FasL, Flt3L, TP53[33]CRC: 56.4%;Advanced adenoma: 22.0%90%CRC: 0.82;Advanced adenoma: 0.60BAG4, IL6ST, VWF, EGFR, CD44[34]62.3%-73.3%90%0.79-0.87Combination of nucleosomes[35]Clinical stage I: 72%;Clinical stage II: 86%90%0.97Antitumor antibodies: anti-TP53, anti-IMPDH2, anti-MDM2, anti-MAGEA4[36]26%90%Not reportedCEA, GDF15, anti-p53[37]54%98%Not reported

CRC: Colorectal cancer; AUC: Area under the curve; VWF: von Willebrand factor; EGFR: Epidermal growth factor receptor; CEA: Carcinoembryonic antigen.

4.2 糞便標(biāo)志物

結(jié)直腸癌患者的糞便中可檢測到從病灶脫落的腫瘤細(xì)胞，而它們所攜帶的突變基因(突變KRAS、APC、TP53、微衛(wèi)星不穩(wěn)定性相關(guān)基因等)亦可作為腫瘤篩查的目標(biāo)靶點(diǎn)[38]。表1提及的糞便基因檢測工具，便是最新一代的多靶點(diǎn)糞便篩查工具Cologuard?，其檢測的基因位點(diǎn)包括突變KRAS、BMP3和NDGR4。此外亦有報(bào)道，聯(lián)合甲基化TWIST1檢測和FIT對進(jìn)展期腺瘤篩查的敏感度可上升至82.4%[39]，表明這項(xiàng)技術(shù)的篩查效果還有更進(jìn)一步的提升空間。

腸道菌群也是影響結(jié)直腸癌變的重要因素之一。一項(xiàng)2017年的研究表明，微小微單胞菌(Parvimonasmicra)和抗口臭致病菌(Solobacteriummoorei)這兩種細(xì)菌與結(jié)直腸癌的發(fā)生存在顯著的相關(guān)性。經(jīng)過進(jìn)一步的外部驗(yàn)證，研究者篩選出了4種在不同國家結(jié)直腸癌患者的糞便標(biāo)本中穩(wěn)定存在的微生物基因。這些結(jié)果提示，特定菌群及相關(guān)的基因有望成為新一類的結(jié)直腸癌篩查標(biāo)志物[40]。

4.3 尿液標(biāo)志物

尿液具有易于采集、較少受到蛋白質(zhì)與微生物干擾、含有代謝產(chǎn)物等優(yōu)點(diǎn)，故同樣被視作是尋找結(jié)直腸癌標(biāo)志物的理想標(biāo)本。迄今為止報(bào)道的尿液標(biāo)志物主要包含：(1)尿蛋白，如組織因子、Cyr61、TFF3等；(2)尿DNA，如甲基化VIM、甲基化WIF1、甲基化NDGR4等；(3)代謝產(chǎn)物及其組合，如二乙酰精胺和犬尿氨酸等；(4)前列腺素與活性氧[41]。盡管部分尿液標(biāo)志物已在試驗(yàn)中表現(xiàn)出優(yōu)異的篩查效果，但目前的臨床證據(jù)尚不足以支持它們投入臨床應(yīng)用。

5 數(shù)據(jù)挖掘在腫瘤篩查中的潛在價(jià)值

近年來，不少思路開闊的研究者將目光投向數(shù)據(jù)挖掘,期望能將這一項(xiàng)新興技術(shù)應(yīng)用于臨床工作，為臨床決策提供更有力的支持。數(shù)據(jù)挖掘是一種以統(tǒng)計(jì)分析為基礎(chǔ)，從大量的模糊信息中尋找出有價(jià)值的知識的技術(shù)，包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、Bayes判別分析和決策樹等方法。迄今為止，數(shù)據(jù)挖掘已在腫瘤診治這一領(lǐng)域取得了可觀的成績。表4匯總了應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)建立的結(jié)直腸癌標(biāo)志物組合模型。綜合來看，標(biāo)志物組合的篩查效果較單個(gè)蛋白標(biāo)志物表現(xiàn)優(yōu)異。可以設(shè)想，如果在現(xiàn)行的篩查策略中納入標(biāo)志物組合，有望進(jìn)一步提升篩查的準(zhǔn)確性。

表4 基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)建立的結(jié)直腸癌標(biāo)志物組合一覽

Table 4. Marker Combinations of Colorectal Cancer Based on Data Mining

Biomarker combinationData mining methodSpecificitySensitivityPositive predictive rate/accuracyCEA, CA19-9, CA24-2, CY21-1, CA72-4[42]Neural networks95%83%Positive predictive rate: 95%CEA, AFP, CA50, CA12-5, CA19-9, CA24-2, CA72-4[43]Neural networks96.4%91.4%Accuracy: 93.9%CEA, CA72-4, 4 chosen protein biomarkers[44]Neural networks96.7%92.3%Not reportedCEA, CA19-9, CA72-4, CY21-1[45]Neural networks87.01%80.03%Accuracy: 81.77%CEA, CA72-4, CA24-2, CA15-3, HSP60[46]Machine learningNo dataNo dataAccuracy: 62.5%-91.3%

CEA: Carcinoembryonic antigen; AFP: Alpha-fetoprotein.

類似于蛋白標(biāo)志物組合，孟潘慶等[47]結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和組織芯片技術(shù)建立了一種原位雜交診斷模型(包含ST13、Bcl-2、Survivin與HSF1 mRNA四種指標(biāo))。劉皛等[48]則將決策樹分類方法運(yùn)用于激光誘導(dǎo)自體熒光技術(shù)，開發(fā)出一套可辨別癌變組織的早癌診斷系統(tǒng)?？偠灾?，數(shù)據(jù)挖據(jù)技術(shù)在結(jié)直腸癌篩查方面的應(yīng)用才剛剛起步。如果將這一技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)大到對各種篩查方法進(jìn)行整合與訓(xùn)練，建立一個(gè)更完備的篩查模型，有望革新現(xiàn)行的篩查策略。

6 討 論

我國的結(jié)直腸癌篩查工作尚屬起步階段，但國家對腫瘤篩查高度重視，2005年啟動了包括結(jié)直腸癌在內(nèi)的農(nóng)村癌癥早診早治項(xiàng)目，涵蓋全國的10余省份;2012年啟動了國家重大公共衛(wèi)生服務(wù)項(xiàng)目——城市癌癥早診早治項(xiàng)目，涉及我國城市高發(fā)的五大腫瘤(肺癌、乳腺癌、肝癌、上消化道癌和結(jié)直腸癌)，擴(kuò)展至全國16省份的20余城市。目前，我國尚未建立起全國性的篩查系統(tǒng)，急需一套易于操作且符合衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)學(xué)的篩查策略?，F(xiàn)行的篩查策略采用高危因素風(fēng)險(xiǎn)評估問卷或FOBT作為初篩方法，但前者沒有納入足夠的危險(xiǎn)因素(包括流行病學(xué)因素、預(yù)警癥狀和遺傳因素等)，篩查效能較低；而后者針對的主要是一般風(fēng)險(xiǎn)人群，難以指引高危人群接受進(jìn)一步的檢查。因此，我國的結(jié)直腸癌篩查策略在提高受檢者依從性和平衡收益與負(fù)擔(dān)方面仍有較大的改善空間。風(fēng)險(xiǎn)評分、腫瘤標(biāo)志物的研究進(jìn)展，以及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的跨學(xué)科應(yīng)用，為新策略的制定提供了更廣闊的思路。因此，充分利用醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘和人工智能技術(shù)，建立更加精確的腫瘤篩查預(yù)測模型，預(yù)期可以提高結(jié)直腸癌篩查的早診率，獲得更高的成本效益。

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