肺癌早篩早診的精準(zhǔn)化探索*

梁文華 黎才琛 何建行③

作者單位：①國家呼吸醫(yī)學(xué)中心，廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，廣州呼吸健康研究院，國家呼吸系統(tǒng)疾病國家臨床研究中心，呼吸疾病國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（廣州市510030）；②肇慶市第一人民醫(yī)院腫瘤科；③南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院胸外科

在全世界范圍內(nèi)，肺癌的發(fā)病率和死亡率均位居惡性腫瘤首位，年新發(fā)病例約78.2 萬，年死亡病例約62.6 萬[1]。尤其是晚期肺癌患者的遠(yuǎn)期預(yù)后較差，總體5年生存率低于10%[2]。近年來，已有大型隨機(jī)對照試驗(yàn)證實(shí)，運(yùn)用低劑量CT 對肺癌高危人群進(jìn)行早期篩查能大幅度降低肺癌的死亡風(fēng)險(xiǎn)，改善肺癌的預(yù)后[3-4]；但CT 篩查的高假陽性率為后續(xù)診療帶來一定的困難[5]。近年來，液體活檢技術(shù)廣泛應(yīng)用于晚期癌癥的基因分型及療效監(jiān)測，隨著痕量基因檢測技術(shù)的進(jìn)步，使得液體活檢運(yùn)用于早期癌癥篩查及診斷成為可能。本研究歸納近年來本課題組在肺癌早篩早診精準(zhǔn)化領(lǐng)域的相關(guān)工作，探討肺癌早篩早診的可行策略，為肺癌早篩早診的臨床實(shí)踐及科研方向提供新思路。

1 低劑量CT 篩查可提高肺癌早診率

目前，中國大部分患者因持續(xù)咳嗽、胸痛等臨床癥狀至醫(yī)院就診時(shí)，所發(fā)現(xiàn)的肺部腫瘤多數(shù)已屬中晚期，其5年生存率不足20%[6]。而早期肺癌通過手術(shù)治療，其5年生存率能夠提高20%～30%，ⅠA 期患者生存率超過90%。既往未能在肺癌早期階段及時(shí)診斷的主要原因是體檢/篩查工具的固有缺陷：常用的胸部平片（X-ray）無法發(fā)現(xiàn)體積小、密度低的早期肺癌病灶。美國國家肺癌篩查（NLST）為證明CT 篩查的有效性，開展了共納入了53 454 例受試者的隨機(jī)對照研究，試驗(yàn)組行低劑量CT（low-dose computed tomography，LDCT），對照組行胸片檢查，通過多年隨訪發(fā)現(xiàn)LDCT 組可以發(fā)現(xiàn)更多的肺癌，而肺癌相關(guān)死亡率較對照組下降20%，提示CT 篩查能夠通過提高早期肺癌的檢出而降低總體肺癌死亡率[4]。隨后揭曉的NELSON 研究在歐洲人群中再次重復(fù)了NLST 試驗(yàn)的結(jié)果[3]。因此，CT 已經(jīng)成為目前肺癌篩查公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)工具。

本課題組通過美國SEER 及全球疾病負(fù)擔(dān)（GBD）數(shù)據(jù)庫分析美國近年肺癌發(fā)病率和死亡率情況，發(fā)現(xiàn)自2002年CT 篩查這一概念廣泛引入臨床（NLST 試驗(yàn)啟動(dòng)）開始，美國所有肺癌中Ⅰ期肺癌的比例顯著上升；從2011年LDCT 用于早期肺癌篩查獲批后，Ⅰ～Ⅲ期肺癌死亡率在不斷下降，平均每年的下降幅度超過10%[7]。這個(gè)研究從群體層面上反映了CT 篩查對于提高整體肺癌生存的積極意義。

提示通過LDCT 識(shí)別有重要臨床意義的肺癌，同時(shí)鑒別假陽性結(jié)果、防止過度診斷是肺癌篩查過程中的重要挑戰(zhàn)。NLST 將LDCT 中發(fā)現(xiàn)的4 mm 及以上的結(jié)節(jié)定義為陽性結(jié)節(jié)，由于CT 的敏感性高，使得該臨床試驗(yàn)的假陽性率高達(dá)23.3%[4]；NLST 過度診斷率在原始分析（最后一次篩查后的4.5年中位隨訪時(shí)間）中高達(dá)18%[8]。此外，LDCT 引起的輻射損害也引人擔(dān)憂，但有研究指出其輻射量對人體而言微不足道（＜100 mSv），LDCT 的輻射對人體損害的確切證據(jù)有待進(jìn)一步研究[9]。

2 肺癌高危人群標(biāo)準(zhǔn)亟需修繕

篩查的意義明確，但需要進(jìn)行篩查的高危人群仍未完全清晰。本中心自2017年起承接廣州市越秀區(qū)“愛肺計(jì)劃”萬人肺癌篩查項(xiàng)目，前期回顧發(fā)現(xiàn)，約80%的肺癌患者并不符合美國國家綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)（NCCN）指南對高危人群的定義，約45%的肺癌患者不符合國內(nèi)專家共識(shí)的定義，提示現(xiàn)行的篩查高危人群標(biāo)準(zhǔn)并不完全符合現(xiàn)實(shí)需求，可能會(huì)造成大量漏檢。

其中肺癌起始篩查年齡是首要影響，目前NCCN指南指出，肺癌高危人群建議自50 歲或55 歲開始篩查[10]；中國的專家共識(shí)認(rèn)為年齡≥40 歲合并任意肺癌高危因素如吸煙史等需要接受肺癌篩查[11]。本研究團(tuán)隊(duì)通過分析已發(fā)表的隨機(jī)對照試驗(yàn)和隊(duì)列研究，從全世界26 項(xiàng)肺癌篩查研究中提取11 萬例的肺癌篩查患者信息，將起始年齡的篩查數(shù)據(jù)分為40、45、50 和55 歲組，發(fā)現(xiàn)Ⅰ期肺癌/肺癌總數(shù)的比例隨年齡的上升而下降，提示更早進(jìn)行篩查能夠發(fā)現(xiàn)更多處于可治愈階段的肺癌[12]。基于上述研究結(jié)果，廣州市“愛肺計(jì)劃”的起始年齡也從50 歲調(diào)整為40 歲。其后，本課題組進(jìn)一步通過廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院數(shù)據(jù)庫中18 歲以上CT 檢查結(jié)果，分析綜合肺癌發(fā)病數(shù)以及I 期肺癌占比，提出肺癌最佳的起始篩查年齡為35歲[13]。同時(shí)，提示35 歲以下的人群不建議進(jìn)行肺癌篩查，以免出現(xiàn)過度診療并增加患者的心理負(fù)擔(dān)。

除年齡外，目前已經(jīng)明確多項(xiàng)公認(rèn)的肺癌相關(guān)高危因素，如吸煙、氡暴露、二氧化硅等職業(yè)暴露、個(gè)人癌癥史、一級(jí)親屬肺癌家族史、既往肺部疾病史（慢性阻塞性肺疾病、肺結(jié)核、肺纖維化）等[10]。但影響肺癌發(fā)生的因素眾多，仍有待挖掘，為了降低漏檢率，本課題組一直致力于危險(xiǎn)因素譜的完善。比如既往未有文獻(xiàn)報(bào)道除肺癌以外，其他癌種如肝癌、腸癌等家族史人群的肺癌風(fēng)險(xiǎn)，本課題組通過回顧性研究分析發(fā)現(xiàn)，其他癌癥類型的家族史并不明顯提高肺癌的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，提示暫不推薦有除肺癌外的其他癌癥家族史的人群進(jìn)行積極的肺癌篩查[14]。

本課題組還建立了隊(duì)列研究結(jié)合孟德爾隨機(jī)化設(shè)計(jì)的整合分析方法，以尋找和肺癌發(fā)病存在因果關(guān)系的高危因素。由于遺傳變異在出生前隨機(jī)分配，在受孕時(shí)固定，孟德爾隨機(jī)設(shè)計(jì)消除了傳統(tǒng)觀察性研究只能提示相關(guān)性而無法證明因果關(guān)系的局限。通過隊(duì)列研究及薈萃分析，尋找和肺癌發(fā)生相關(guān)的因素，并通過孟德爾隨機(jī)化確定因果關(guān)系，研究明確了阿司匹林[15]、白癜風(fēng)[16]等可以降低肺癌風(fēng)險(xiǎn)，而系統(tǒng)性紅斑狼瘡[17]升高肺癌風(fēng)險(xiǎn)等一系列結(jié)果。

3 高危結(jié)節(jié)的鑒別診斷和處理

由于CT 檢查的敏感性高，隨著CT 篩查的普及，發(fā)現(xiàn)肺結(jié)節(jié)的人數(shù)也在不斷地上升，而其中僅有小部分為肺癌。因此提出一個(gè)重要的現(xiàn)實(shí)難題：哪一部分結(jié)節(jié)需要接受積極的臨床干預(yù)？既往研究報(bào)道，影像和臨床判斷高度懷疑惡性的結(jié)節(jié)中，術(shù)后仍存在高達(dá)30%～40%的良性病灶[18-19]，從結(jié)果角度來看，手術(shù)屬于“過度”治療，提示基于影像學(xué)對肺部病灶良惡性的綜合判斷依然與病灶的實(shí)際情況存在較大的偏差，術(shù)前病灶判斷的準(zhǔn)確性仍有待提高。以血清學(xué)的腫瘤標(biāo)志物作為輔助診斷是常見的臨床手段，如癌胚抗原（carcinoembryonic antigen，CEA）、細(xì)胞角蛋白19 片段21-1（cytokeratin 19 fragment,CYFRA 21-1）、鱗狀上皮細(xì)胞癌抗原（squamous cell carcinoma antigen，SCC）等，但傳統(tǒng)腫瘤標(biāo)志物診斷肺癌的靈敏度和準(zhǔn)確性十分有限，尤其小結(jié)節(jié)型的早期肺癌檢出率更低。

隨著二代測序的普及，在循環(huán)血液中發(fā)現(xiàn)了越來越多的生物標(biāo)志物，如循環(huán)腫瘤DNA（circulating tumor DNA，ctDNA）、miRNA、腫瘤特異性抗體等。ctDNA 長度約180 bp，源于腫瘤細(xì)胞凋亡或腫瘤細(xì)胞壞死，占總循環(huán)游離DNA（circulating free DNA，cfDNA）的0.01%～90.00%，適用于多種基因變異檢測，如點(diǎn)突變、甲基化、基因擴(kuò)增，可以直接反映病灶情況。本課題組前期通過小樣本研究探索了ctDNA高深度測序檢出肺癌特異突變的輔助診斷路徑，模型特異性高（100%），但由于無法檢出泛野生型肺癌以及ctDNA 濃度低的局限性，總體敏感性偏低（33.3%）[20]。為了提高檢出率，本課題組研發(fā)了基于高通量ctDNA 甲基化的無創(chuàng)檢測工具，通過血漿ctDNA甲基化技術(shù)發(fā)現(xiàn)其用于早期肺癌檢測與良性肺結(jié)節(jié)的鑒別的敏感性可達(dá)79.5%（63.5%～90.7%），特異性可達(dá)85.2%（66.3%～95.8%），診斷性能優(yōu)于PET-CT、超聲引導(dǎo)下纖支鏡活檢以及肺癌自身抗體譜七項(xiàng)[21-22]。其通過提高模型的敏感性，提高陰性預(yù)測值，有效排除良性結(jié)節(jié)，降低過度診療的比例。在上述研究基礎(chǔ)上，本課題組進(jìn)一步運(yùn)用深度學(xué)習(xí)（deep learning）開發(fā)了PulmoSeek 分類模型，該模型可通過血液的cfDNA 甲基化標(biāo)志物實(shí)現(xiàn)肺結(jié)節(jié)良惡性分類，準(zhǔn)確性達(dá)80%（95% CI：0.66～0.87）[23]。PulmoSeek模型優(yōu)于PET-CT 及兩種臨床常用的肺結(jié)節(jié)評估模型（Mayo Clinic 模型和Veterans Affairs 模型）[24]。同時(shí)，本課題組首次發(fā)現(xiàn)ctDNA 甲基化檢測可以和CT影像的人工智能（artificial intelligence,AI）技術(shù)互補(bǔ)，通過結(jié)合AI 分析將甲基化檢測模型升級(jí)，準(zhǔn)確率可提升至91%（95% CI：0.87～0.95）。

盡管PulmoSeek 模型由中國多家醫(yī)院聯(lián)合驗(yàn)證開發(fā)，模型的準(zhǔn)確性和普適性仍需要擴(kuò)大研究隊(duì)列以及開展前瞻性的臨床研究進(jìn)一步驗(yàn)證；而且該研究是針對具有術(shù)后病理結(jié)果的高危結(jié)節(jié)進(jìn)行開發(fā)，未覆蓋占比更高的低危結(jié)節(jié)，因此仍有待增加結(jié)節(jié)類型進(jìn)行研發(fā)。目前在全國23 家中心入組達(dá)到10 560 例“鐘聲計(jì)劃”將有助于解決上述問題[25]。另一方面值得注意的是，DNA 甲基化檢測技術(shù)僅是眾多腫瘤標(biāo)志物液體活檢技術(shù)之一，仍有其局限性，在將來可通過聯(lián)合其他生物標(biāo)志物，如ctDNA 基因突變、miRNA、抗原抗體等小分子，進(jìn)一步提高檢出率和檢測準(zhǔn)確性。此外，甲基化檢測技術(shù)以及判讀標(biāo)準(zhǔn)也有待提高，從而避免降解過程中可能會(huì)造成的關(guān)鍵信息的丟失[26]而降低檢測的準(zhǔn)確性。

此外，本課題組也發(fā)現(xiàn)運(yùn)用血漿ctDNA 甲基化技術(shù)，可用于預(yù)判非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）早期隱匿性淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況，使用血漿和組織樣本重疊的特異性甲基化標(biāo)志物，預(yù)測模型的AUC 分別為88.6%（95% CI：87.8%～89.4%），對于指導(dǎo)術(shù)中淋巴結(jié)清掃、臨床分期、術(shù)后放療等診療策略具有重要意義[27]。本課題組亟需將上述血檢技術(shù)，從輔助診斷擴(kuò)展至替代CT 成為新的篩查工具，以解決CT 篩查假陽性率高的問題。

4 惡性肺結(jié)節(jié)新治療手段的探索

對于懷疑惡性病變的肺結(jié)節(jié)，尤其表現(xiàn)為磨玻璃密度的超早期肺癌（浸潤前病變?yōu)橹鳎?，目前?biāo)準(zhǔn)的處理手段是通過手術(shù)完全切除。但對于多發(fā)肺結(jié)節(jié)無法同期完全切除，或患者主觀不愿行手術(shù)等情況，往往需要手術(shù)治療以外的治療手段。本課題組建立了藥物治療早期磨玻璃肺癌的新模式，在國際上首次報(bào)道EGFR 突變靶向藥物治療有效[28]，研究發(fā)現(xiàn)其有效率為33.3%，且多原發(fā)肺癌患者不同病灶間的基因突變異質(zhì)性是有效率偏低的主要原因，提示EGFR 野生型病灶對靶向藥物無效。因此，本課題組進(jìn)一步通過影像組學(xué)AI 的方法，分析結(jié)節(jié)病灶特征，實(shí)現(xiàn)“免活檢”的基因突變分型，富集突變?nèi)巳海岣甙邢蛩幬锏挠行褂?。本課題組前期研究也證實(shí)數(shù)字PCR（droplet digital PCR，ddPCR）方法能夠檢出早期肺癌的突變狀態(tài)[29]。對于EGFR 突變野生型的肺癌，可能對免疫治療更加敏感，但磨玻璃早期病灶，又可能由于免疫原性較低而難以起效。為了解決爭議，本課題組開展了國際首項(xiàng)程序性死亡受體1（programmed cell death receptor-1，PD-1）免疫藥物治療早期磨玻璃樣多原發(fā)肺癌的Ⅱ期臨床試驗(yàn)進(jìn)行探索[30]，目前已經(jīng)完成入組，初步結(jié)果積極。

目前，抗腫瘤藥物在治療前均需要病理活檢確診為惡性腫瘤，對于極早期的小病灶，行活檢的技術(shù)難度高，且有部分患者主觀上不愿行有創(chuàng)操作，明確這部分患者的診斷較為困難?；谏鲜鲅芯?，本課題組正致力探索一種解決模式：通過影像學(xué)特征分析結(jié)合液體活檢技術(shù)，在沒有組織病理活檢的情況下對小病灶進(jìn)行診斷和基因分型，并指導(dǎo)藥物治療，實(shí)現(xiàn)早期肺癌“免手術(shù)”的愿景。

5 結(jié)語

肺癌的早期篩查和早期診斷對于降低群體的肺癌相關(guān)死亡率至關(guān)重要。盡管運(yùn)用LDCT 進(jìn)行肺癌篩查已被證實(shí)可降低肺癌死亡率，但肺癌的精細(xì)化診治仍有許多問題亟需解決。明確肺癌篩查高危人群的定義、LDCT 發(fā)現(xiàn)病灶的鑒別診斷、新技術(shù)如液體活檢和AI 等的合理運(yùn)用，將有利于進(jìn)一步提高早篩早診的臨床獲益。此外，上述工具也可用于指導(dǎo)術(shù)后患者進(jìn)一步的精細(xì)化治療，如術(shù)后是否需要放化療等。本研究對新的肺癌早篩早診的解決路徑和思路進(jìn)行梳理，以期為臨床實(shí)踐及科研方向提供參考。