胰腺癌
 
胰腺癌
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胰腺癌知识  

胰腺癌中的新型生物标志物

  胰腺癌是世界范围内主要的死亡原因之一。经常错过早期诊断。当前的成像技术未能检测到早期的PC,并且缺乏特异性和敏感的生物标记物限制对散发PC进行经济有效筛查的可能性。每年在英国大约有9000例新诊断为PC,其中有7000例以上的患者居住在英格兰。可悲的是,PC致死率与诊断率一样高。实际上<5%的胰腺癌患者在5年后还活着,即使是适合手术切除的患者,其5年生存率也约为20%。PC的最常见类型来自胰腺导管细胞,被称为胰腺腺癌。在过去被认为是一种同质性疾病,提供支持根据分子和遗传特征将PDAC分为亚型的证据。他们确定一个“经典”亚型,其特征是粘附相关和上皮基因AGR2和S100PBP的高水平表达。“准间充质”亚型,表达高水平的间充质相关基因twist家族,TWIST1和S100A2,以及“外分泌样”亚型,其中涉及消化过程的基因如REG3A和PRSS1被高度表达。这些分子亚型已被证明在临床结局和治疗反应方面存在差异。根据从456位PDAC患者的RNA表达谱中获得的数据,描述PDAC的四种新亚型:“鳞状”,“祖细胞”,“免疫原性”和“异常分化的内分泌外分泌”,其特征是其各种组织病理学特征特殊性和不同的总生存期。测序分析已经证实了PDAC的异质性,表明潜在的可能性,可用于鉴定可药物基因中具有特定突变的独立亚型。
   众所周知,PDAC不会从头出现但在此之前,会先进行非侵入性前体病变,这些病变会进行组织学和遗传学进展,最终达到浸润性赘生物的形成。PDAC最常见的癌变前体是胰腺上皮内肿瘤。等级不同与浸润性癌症的不同风险相关。PaIN-1a病变的特征是扁平结构,而PaIN-1b病变则显示出乳头状结构。在PaIN-2和-3病变中存在中度至严重的细胞学异常,表现出较高的恶性风险。PDAC的其他前体病变包括粘液性囊性肿瘤和导管内乳头状粘液性肿瘤。IPMN与罹患恶性肿瘤的风险增加相关。迄今为止,IPMN的诊断是使用成像技术进行的。如果要改善IPMN患者的临床管理,则有必要鉴定与恶性转化有关的生物标志物。手术是唯一可以治愈的治疗选择。不幸的是,只有20%的PDAC在可切除阶段被诊断出。不可切除主要是由于血管和神经结构的侵犯,鉴于对PDAC的致密基质反应,它也可能存在于小肿瘤中。因此,> 50%的根治性切除术会导致阳性切缘,这说明复发的风险很高。与单独观察相比,单药化疗辅助治疗已证明是有益的,可使中位生存期从15个月增加至23个月。但是,切除后的OS仍然很差,并且正在进行临床试验以研究联合化疗是否可以改善辅助治疗的生存优势。
   转移性PDAC的预后不佳,在不进行任何治疗的情况下,中位OS约为6个月。全身化疗可以改善这一数字,并且在过去几年中一直是临床研究的重点。晚期PDAC的全身治疗包括单药吉西他滨,两种药物的组合或三种药物的组合。反应率和OS与所用药物的数量相关,但是不幸的是,随着使用更多药物,毒性也显着增加。越来越多的证据支持一线治疗失败的患者使用二线化疗。因此,根据预期的结果,临床医生可以选择提供三联组合作为一线药物,也可以采用顺序方法,可以在疾病过程中分配活性药物的给药。新疗法的发展可以促使人们发现健壮的生物标志物,从而有助于个性化治疗。蛋白质编码基因的研究未能鉴定出PDAC中药物反应的生物标志物,而hENT1除外,后者似乎预示吉西他滨辅助药物的益处。由于从诊断细胞学获得的材料数量有限,且肿瘤内的异质性很高,因此PC中预测性生物标志物的鉴定变得很复杂。确实,人们正在努力研究“液体活检”以克服这些局限性。
   人类基因组包括翻译成蛋白质的基因和转录成RNA但缺乏翻译成蛋白质的基因。蛋白质编码基因约占基因组的2%,其中大部分由ncRNA代表。几十年来,ncRNA被认为是无功能的基因组垃圾元素。但是,在过去的几年中,越来越多的证据表明ncRNA发挥着重要的调节作用。现已知道,ncRNA会驱动脊椎动物的生物学复杂性,并代表进化生物学和发育生物学的重要角色。ncRNA分为长度通常为20–30个核苷酸的sncRNA或长度大于200 nt的lncRNA。sncRNA的类别由参与RNA干扰机制的不同分子组成,例如miRNA,siRNA,piRNA和tiRNA。
   miRNA分子是由18-22 nt组成的小ssRNA,可调节多个基因的翻译后表达。miRNA的生物合成始于细胞核,并在细胞质中完成。第一步是由RNA聚合酶II介导的,并导致主要miRNA的转录:以5'7-甲基鸟苷酸帽和3'poly尾巴为特征的长分子。这些长分子的长度为几千个碱基,随后被RNase III复合物切割成60–100 nt的发夹结构,称为前体miRNA。通过Exp5蛋白从细胞核转运到细胞质。在胞质溶胶中,被解旋酶MOI切成miRNA双链。每个双链体的两条链被解旋酶分开,无功能链被破坏。成熟的功能链与hAgo一起加载到RNA诱导的沉默复合物中,是促进miRNA 5'区域与mRNA内互补靶位点之间的碱基配对的催化成分-主要是3'非翻译区域。mRNA碱基配对通过一个短的“种子区域”进行。如果碱基配对很牢固,则hAgo蛋白会去除mRNA的多聚A-尾巴,并使分子暴露于外切核酸酶进行降解。如果碱基配对的范围较广,则第一个直接作用是抑制翻译,然后可能将mRNA携带至P体,并被核糖体隔离以进行降解。有时需要多个miRNA来结合相同的mRNA并减少其翻译。
   lncRNA是被RNA聚合酶II转录的长于200 nt的序列。它们的基因主要位于内含子和基因间区域,尽管在某些情况下它们可以与蛋白质编码基因重叠。根据它们与蛋白质编码基因的接近程度,lncRNAs可以归类为:反义序列;感觉; 双向 内含子 和基因间的lncRNA。大多数具有与mRNA相同的结构,例如5'帽和3'poly尾巴。lncRNAs可以具有二级结构,可以位于细胞核和细胞质中。它们还可以在其5'和3'末端进行剪接以生成circRNA。它们的特点是缺乏内含子和低GC含量,这说明了它们在细胞中的低表达水平。基因间和反义lncRNA被认为比其他类型的lncRNA更稳定。对于lncRNA,已经假设了几种功能。它们可以作为基因活性的顺式或反式调节剂,作为染色质修饰复合物的支架元件,作为基因增强子或作为ceRNAs。
   尽管它们的大小很小,但已显示内源性miRNA对蛋白质编码基因的表达具有显着影响。miRNA图谱的失调已经牵涉到一些肿瘤中。miRNA可以充当肿瘤抑制因子或致癌基因。抑制肿瘤的miRNA的下调可以促进参与癌症进展的基因的上调,而致癌miRNA的过表达可以引起基因的下调,从而抑制肿瘤的发展。通过miRNA分析可以很容易地监测miRNA的失调,并为了解胰腺肿瘤发生提供新的线索。人PDAC中miRNA失调的第一个证据来自表达谱研究,该研究鉴定与相邻组织相比人PDAC中异常表达的几种miRNA,包括miR-155,miR-21,miR-22 / miR-222,miR- 10和miR-181。将mRNA靶标鉴定为细胞行为的关键调节剂,证实miRNA在胰腺癌变过程中的作用。在最近的研究中发现lncRNA在PC中的新作用,该研究调查PC组织中lncRNA与正常组织相比的失调。这些研究强调PC组织中H19 ,HOTAIR,HOTTIP和MALAT-1 的水平更高。PVT1 ,HULC ,AF339813 ,LOC389641 和AFAP1-AS1在PDAC中也似乎被上调。相反地,GAS5和ENST00000480739被发现在PDAC组织中下调与正常胰腺组织比较。尽管如此,这些ncRNA在PDAC中的确切作用机制仍有待充分阐明。lncRNA ROR可以在PC细胞中充当ceRNA 。
   生物标志物是“客观测量和评估的特征,可作为正常生物过程,病原过程或对治疗干预的药理反应的指标”。为了确定一种在疾病过程中易于监测的非侵入性,可重复生产,具有成本效益的生物标记物,已经在致力于研究PDAC中循环生物标记物的研究工作日趋增多。为了改善PDAC患者的临床管理,需要在疾病开始时增加诊断性生物标志物以帮助早期诊断,可以满足需要辅助治疗的预后因素以及对化疗反应的预测性生物标志物。此外,基于血液的标记物将使临床医生能够追踪肿瘤的进展,代表肿瘤异质性的替代标记,并提供来自不可活检部位的信息。迄今为止,可用于PDAC的唯一生物标志物是Ca19-9。这种抗原在80%的PC患者中过表达。但是,其对PDAC的特异性很差,因此不建议将其用作诊断性生物标志物。Ca19-9具有识别侵袭性肿瘤的潜力,在一个化疗周期后Ca19-9的下降可能会鉴定出将从吉西他滨化疗中受益的患者。
   miRNA可以作为游离RNA在血液中循环,与hAgo2结合或包含在外泌体中。在这两种情况下,它们都是稳定的,并且可以很容易地在患者的生物流体中检测到。几位作者试图研究循环miRNA在PDAC中的诊断价值。规模最大的研究调查409例PC患者,25例慢性胰腺炎和312名健康参与者。90%的PDAC患者无法切除。在这些情况下,全血是在患者开始化疗之前收集的,而在可切除病例中,则是在手术前进行采样。在发现队列中测试了700多个miRNA,其中包括141例确诊的PDAC。在发现队列中将PDAC患者与慢性胰腺炎和健康对照区分的38个miRNA中,有19个在训练队列中得到验证和9个miRNA被发现在发现,培训和验证队列中一直受到放松管制。这些miRNA用于基于miR-145,miR-150,miR-223和miR-636得出诊断指标。此诊断性miRNA面板的灵敏度和特异性均不优于Ca19-9。有趣的是,该指数与白细胞,粒细胞和血小板计数显着相关。尽管这不足为奇,但鉴于分析是对全血样本进行的,因此它强调血液中游离miRNA的水平远低于细胞中可检测的水平的事实。因此,在选择样品来源和样品处理方法时应格外小心。尽管事实上在临床实践中容易收集全血,并且使用它避免额外的步骤和离心操作,但从全血中获取的信息可能与从血浆和/或血清中获取的信息有所不同,这可能更好地反映了游离miRNA的一部分,并有可能用作肿瘤替代物。
   在PDAC患者的血清中鉴定miR-1290,并观察到其队列中的诊断准确度高于Ca19-9,并且在肿瘤组织中也有表达预后的意义。其他几项研究发现,在PDAC患者的血浆和血清中发现的循环miRNA或miRNA面板具有诊断潜力,并可提高Ca19-9在诊断中的准确性。在某些情况下,发现唾液中的miRNA在早期的PDAC中失控。然而,这些小型研究之间缺乏一致性代表在临床实践中实施基于miRNA的诊断测试的主要挑战。造成这种不一致的原因可能有两个:采用的归一化方法;以及 其他医学状况对循环miRNA失控的贡献。用于组织中miRNA表达正常化的标准参考基因不适用于生物流体分析,因为这将暗示生物流体中存在完整细胞。最近,作者尝试将循环miRNA的表达标准化为一个或一组其他miRNA。不幸的是,通常情况下,被选作参考基因的miRNA的表达在样品之间不一致,这表明它们可能参与该工作旨在检测的疾病的致病机制。
   例如,miR-1228被用作肝癌中循环miRNA谱分析的参考基因,几年后,它被证明可调节肝细胞癌的发育,并已被证实可改变肝细胞的血清。肝细胞癌患者。我们的观点是,循环RNA的水平必须根据生物流体的体积进行归一化,因为我们的目标是检测个体液体中某种元素的量,这与流体中存在的细胞数量无关。实际上,miRNA不仅可以源自破碎的细胞,还可以源自组织中miRNA的直接释放。另外,对于从垂死的循环肿瘤细胞中释放的miRNA,有理由推测这些miRNA在循环中可能比其他长RNA更稳定。使用循环miRNAs作为诊断标记的另一个主要限制是对肿瘤的特异性。我们不能忘记,许多其他医学状况可能会影响循环miRNA的表达,例如肝肾损伤,败血症,心血管疾病和免疫系统疾病。
   尝试在具有挑战性的病例中进行鉴别诊断时,胰腺组织中miRNA的表达也可能被证明是有用的标记。miR-196在疼痛2/3的病变被上调,并且可以帮助识别与转化的更高的风险病变。miR-21和miR-155被上调在PDAC与相邻组织比较,和解除管制也可见早在IPMN,这表明此类miRNA可被认为是转化的标记物。旨在确定IPMN囊肿液体分析是否有助于临床决策的研究正在进行中。值得注意的是,最近对55例内窥镜超声引导下细针穿刺活检组织中miRNA表达的分析发现,miR-21和miR-155水平可用于比标准病理学更准确地区分恶性和良性病变。但是,无法与其他生物标志物进行比较。另一个临床挑战是在PDAC和胆管癌之间进行鉴别诊断。已经鉴定出具有疾病特异性表达模式的miRNA,这些miRNA可能被证明可用于此类诊断目的。然而,迄今为止,这些基于miRNA的研究均未进入临床实践,因为在具有同类技术的大型队列研究中还需要更多的验证。
   miRNA可调节的所涉及的发展,进展和PDAC细胞转移扩散蛋白质编码基因过多。结果,已广泛研究将miRNA用作PDAC的预后标志物的潜力。大量报告显示,在切除或无法手术的PDAC中,miRNA与OS之间存在相关性,在多项研究中均观察到miR-21。对20项研究进行荟萃分析,包括1500多名患者。这表明miR-21可能代表有待在前瞻性队列中验证的良好候选者。十三项研究得出结论,miR-21作为PDAC生存的预测指标具有预后意义。即使作者纠正了出版偏倚,miR-21仍与临床结果明显较差有关。在切除PDAC的患者中,miR-21的高表达可以确定复发的风险和对吉西他滨辅助药物的反应。这表明,miR-21可能代表了在前瞻性队列中进行验证的良好候选者。即使在较少数量的研究中对其他一些miRNA进行了观察,也观察到了统计学上显着的关联。最值得注意的是,miR-34的下调与OS降低有关,这与以前的证据支持该miRNA的抑癌作用及其与p53的联系相一致。
   基于已公开的证据,评估切除的PDAC组织中miRNA的表达可能是一种可行且有希望的标志物,用于鉴定适合佐剂治疗的候选药物。但是,对于组织可用性有限的无法手术的患者,miRNA表达的评估可能更具挑战性。但是,如果可以将循环中的miRNA的整体失调用作肿瘤特征以及患者一般合并症的替代指标,那么它可能是患者选择的有希望的预后和预测性生物标志物。已经证明,miR-21的血浆水平可以识别出可能不适合放化疗联合治疗的局部侵袭性局部晚期PDAC患者。在一线化疗之前失败的患者中,特异性血清miRNA的增加与对拉帕替尼和卡培他滨治疗的耐药性相关,这表明miRNA可以用作PDAC进化中不同阶段的标志物。化学抵抗是一个复杂的过程,导致PDAC患者的存活率低。细胞和基质因素在PDAC的耐药性中起主要作用。实际上,显示出不仅通过调节癌细胞生物学影响化学抗性miR-21的表达,但也可以影响癌症相关的成纤维细胞。实际上,miR-21在人PDAC的PDAC细胞和CAF中均过表达,但在RTOG 9704试验中仅发现与CAF相关的miR-21与对氟尿嘧啶的反应有关。
   最近的研究聚焦于可能在PC机中具有预后作用的lncRNA的集合。HOTAIR是一种在某些肿瘤中具有促癌活性的lncRNA。在PDAC人体组织中观察到HOTAIR的过表达,与较差的临床结果相关。体外数据证实,该lncRNA能够调节细胞增殖和侵袭性。已知MALAT -1是其他实体瘤中的致癌lncRNA。观察MALAT-1在126个人类PDAC组织中的表达,并观察到MALAT-1在大多数PDAC中过表达过高,在PDAC中它代表不利的预后指标,而与临床分期,肿瘤大小,淋巴结转移和远处转移无关。在支持这些发现,MALAT-1被发现参与干细胞样表型的诱导和在PDAC细胞迁移和侵袭的调节。已经证实lncRNA与PDAC的发病机制有关。但是,它们作为临床生物标志物的价值尚未得到评估,因此有必要进行进一步的研究来解决这一问题。
   最近,已经对miRNA递送系统进行了单独或与化学治疗剂联合测试,以确定是否有可能将miRNA治疗剂引入生物系统以抑制PC。携带miR-34a或miR-143 / miR-145的脂质体纳米颗粒,以及提供miR-150的聚合物纳米制剂,被证明能够在体外和体内抑制胰腺肿瘤的生长。相反,使用反义寡核苷酸靶向癌症中上调的主要OncomiR的实验已证实这些致癌miRNA参与肿瘤发生。施用miR-21 ASO和miR-221 ASO在鼠PC模型中,导致体外和体内PC细胞中癌细胞的增殖,迁移和化学抗性降低。有趣的是,这些ASO的共同给药显着增强它们的作用。其他研究表明,miRNA-mimics或抗miRs与化学疗法的共同给药可降低PC的化学耐药性。已证明,施用miR-205-吉西他滨缀合的胶束可增强耐吉西他滨的胰腺细胞系和体内异种移植模型的化学敏感性,同时减少体外肿瘤的增殖和生长。miR-17-5p ASO的转染也已被确认为提高体外对吉西他滨化学敏感性的一种潜在方法。H19调控序列单独或与吉西他滨联用在胰腺治疗中具有潜在作用。HOTTIP,HOTAIR和MALAT -1基因敲低增加体外和体内异种移植模型中致瘤细胞对吉西他滨的敏感性,这表明基于ncRNA的疗法可与常规化疗药物结合使用以增强其疗效。基于miRNA的疗法已在人类中进行研究,并已证明在治疗肝炎感染方面是安全有效的。在动物模型中,抑制或强制表达ncRNA被证明对癌症是可行,安全和有效的。基于miRNA的疗法在癌症患者中的临床试验正在进行中,技术的进步很可能将使ncRNA的选择性递送能够将目前的研究阶段扩展到miRNA领域,作为治疗HCV的疗法。但所有情况下,大型和多重研究都需要付出更多的努力来鉴定和验证合适的ncRNA候选物。
   PDAC是一种致命疾病,每年在英国杀死约9000人。通过对PDAC中ncRNA的研究,我们对PDAC的致病机制有了深入的了解,从而为改进PDAC患者的临床治疗策略开辟道路。大量研究强调了ncRNA作为预后和预测生物标志物的潜力,从而使个性化临床方法成为可能。如果由于缺乏特异性而使循环中的miRNAs作为诊断标志物表现出一定的局限性,认为它们可能代表良好的预后和预测性生物标志物,可为肿瘤与宿主之间的相互作用提供信息。一直以来,特别是一直发现miR-21表达与临床结果相关,为将这种miRNA纳入下一步前瞻性验证提供了令人信服的证据。ncRNA与常规治疗剂的结合使用可能成为解决PC患者耐药性的一种有前途的方法。有确凿的证据表明,基于miRNA的治疗剂在人类中是可行且安全的,技术发展可能会改善这些治疗剂的给药。
   miRNA参与PC的发病机理得到了很好的支持。越来越多的证据表明,lncRNA参与胰腺癌的发生。迄今为止,长的基因间ncRNA受到科学界的最大关注。但是,最近的发现表明,其他类型的lncRNA,例如环状ncRNA,可能代表PDAC发育和进展的有前途的介质。它们在其他癌症中的作用已得到广泛研究,并且对它们参与PDAC的更深入了解对于确定用作临床生物标志物或治疗靶标的候选者至关重要。现在有令人鼓舞的数据,突出miRNA充当生物标志物的潜力,可为PDAC患者的临床治疗提供信息。我们相信,miRNA可能为评估患者的预后和选择治疗方法提供有用的信息。如前所述,到目前为止,最有趣的候选药物是miR-21,对它的测量有可能根据疾病的侵袭性对患者进行分层,并确定早期PDAC复发的风险。应当进行大规模的前瞻性验证研究,以便为基于ncRNA的生物标记物在临床实践中的潜在整合提供可靠的证据。可以通过多种技术对切除的组织标本中的miRNA进行评估杂交。尽管基于PCR的技术具有特异性的优势,但它们带来了设置阈值的挑战,这些阈值将以预期的方式使用。相反,原位这些技术可以使ncRNA信号可视化,并提供ncRNA表达的半定量测量结果,可用于类似于护理标准技术对患者进行分层。相反,我们相信在先进的PDAC中,循环ncRNA的评估可能是一种有价值的工具。如果miR-21再次成为评估患者预后的良好候选者,以鉴定预测对不同化疗方案反应的选定ncRNA。临床前证据支持ncRNA参与调节对治疗的反应,并为研究ncRNA作为人类患者反应的生物标志物提供了理论依据。

 
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  由著名肿瘤医学家、首届“国之名医—卓越建树奖”获得者夏廷毅教授担任医学总顾问;著名放射肿瘤物理学家、中国肿瘤放疗事业特殊贡献奖获得者张红志教授担任物理技术总顾问,领率国家一大批肿瘤放疗专家和物理师组建专业团队,聚焦精准放疗,整合多学科资源,通过专家下沉基层开展医疗技术服务,助推肿瘤精准放射医学产、学、研、用全链条一体化发展,全面提高全国各地肿瘤病人精准放疗可及性和综合治疗水平,最大限度满足肿瘤患者就地就近享受高水准、高质量人性化诊疗服务。
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