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周俊
周俊 主治医师
徐汇区中心医院 核医学科

【一问一答,通俗易懂】十问什么无创的方法可诊断早期肺癌

肺癌是个永恒的肿瘤话题,特别是2015年它成为男性最常见癌症和女性第二常见癌症(女性第一常见癌症是乳腺癌),同时它又是最致命的癌症,因而近50年来它总是变得越来越受关注。2005年至2011年,肺癌5年生存率为17.4%2007I肺癌(早期肺癌)的5年生存率为50%,而IV肺癌5年生存率则低于5%上海市徐汇区中心医院核医学科周俊

肺癌胸部CT筛查是肺癌早期诊断迫切需要的利器,而有力的诊断使得肺癌分期前移,拯救了很多患者的性命,令人十分鼓舞。虽然每年诊断的肺癌患者相对恒定,但是每年CT检查的肺小结节的数目则是看涨。2011年国家肺筛查临床试验(national lung screening trialNLST)公布的结果显示肺癌分期前移及其相关死亡率下降,但有40%CT筛查患者发现了直径4 mm以上的肺小结节,而在这些阳性扫描结果中96.4%都不是肺癌。这令临床医师十分头疼,特别是影像医学与核医学的医师,这也是大家看到的为什么全国上下研究肺小结节的医生们会如此忙碌的原因。

对于肺癌患者,用手术把这种早期的肺小结节切除是一劳永逸的,生存期又非常长,真是一件医患双方都值得高兴的事情。但是,对于不是肺癌的患者,这种肺小结节就真是愁死人了。如果能不做创伤性的手术,也不会出现术后大部分患者少则三年、多则七年的手术微创伤口的不舒服,那真是这些良性结节患者的最大心愿。

无创诊断肺癌的方法可以说是医患双方都极其渴望的,但目前它仍是一种难以攻克的难关。在可预见的将来,组织病理学诊断仍是金标准,与创伤性诊断相关的风险和开销仍是最重要的议题。不过,今天好大夫周俊医生反其道而行之,采用惯用的十问十答的形式来与大家分享能改善可疑肺小结节无创性早期评估的一些新方法,今天主要介绍生物标记的优缺点。我们的终极目标就是将早期诊断转化为早期治疗,为有肺小结节的患者鉴别良恶性,区分惰性肿瘤与侵袭性肿瘤。

Q1:什么是诊断生物标记物呢?

A1:肺癌的生物标记物是确定疾病状态的一系列方法,它包括肺癌的风险评估、诊断、分期、预判肿瘤缓解及其预后的多种生物标记物。

1)风险评估生物标记物是用来预判高危人群未来发生肺癌的概率;

2)诊断生物标记物在临床上应用最为广泛。最常见的临床场景就是偶然发现一个不确定的肺小结节后,为了降低CT扫描的假阳性,使用无创性诊断生物标记物来提升肺癌的概率,从未为创伤性活检作出指导;

3)预判肿瘤缓解的生物标记物可以预示治疗结果。比方说,最为著名的预判肿瘤缓解的生物标记物是表皮生长因子受体(EGFR)突变和间变性淋巴瘤激酶酪氨酸受体(ALK-TKR)突变,非小细胞肺癌的这些突变能作治疗选择并改变患者的临床结局。

4)预后生物标记物是一种独立于治疗的与患者临床结局有关的测量因子。比如说,KRAS突变阳性的肺腺癌与患者生存很差相关。

Q2:影像学预判肺小结节为肺癌的生物标记物是什么?

A2:是结节大小。它可能没被认为是传统的生物标记物,但是它可能是最古老而且最常用的计算肺癌似然性的非组织学方法。

肺小结节的大小与肺癌的似然性呈正相关,且80%的良性偶发小结节最大径都在2 cm以下。研究发现肺小结节的最大径在2.13 cm时是肺癌的似然比为3.67;而最大径在1.12 cm时则为0.74

NLST3肺癌筛查中,诊断为肺癌598枚肺小结节有70.5%的最大径大于2 cm,而小于1 cm的仅15%。而国际早期肺癌行动计划(international early lung cancer action programI-ELCAP)的筛查数据显示将结节大小的阈值移至6 mm时,在12个月内不会延迟患者的肺癌诊断,却可将扫描的阳性率从16%降至10%,这样减少了36%的进一步检查工作量。

随着多排螺旋CTMDCT)的普及,肺小结节的薄层扫描层厚在2.5 mm以下时都可进行肺小结节的容积评估。荷兰和比利时的一项研究对1 cm以下实性结节进行首次筛查CT3个月的随访CT扫描,当有以下三种情况时肺癌的阴性预测值为99.9%:首次筛查CT时结节的体积在50 mm3以下的、筛查CT和第二次CT扫描之间结节没生长和容积倍增时间大于400天。而Smith,et al.用稳定的钙化结节作对照,发现GE VCT软件鉴别良恶性肺结节时,不管初始结节体积,肺小结节的随访CT扫描最佳时间间隔为81天。相关的内容我好大夫周俊医生在《【一问一答,通俗易懂】十问孤立性肺结节(SPN)与肺癌》中的Q8第八问(怎样才能知道SPN长大了?)中有更详细的叙述。不过,计算机辅助的肺结节容积分析及定量有很多应用障碍导致它在临床未能广泛应用。

Q3:临床预测肺癌模型究竟好用吗?

A3:临床预测模型一般都是用影像学生物标记物加病历资料来计算最大径为830 mm肺小结节的恶性似然比。

最早的一个模型就是“Mayo Clinic”模型,不过它使用的是X光胸片而非现在普及的胸部CT检查,它也是唯一一个使用胸片的模型。这个单中心研究建立预测模型时的肺癌比例为23%。相关的内容我好大夫周俊医生在《一问一答,通俗易懂】发现了孤立性肺结节怎么处理?》中的Q1第一问(肺癌可以预测吗?)中有更详细的叙述。

退伍军人事务SNAP合作研究组基于几乎全是男退伍军人组成的肺癌比例为54%的队列,通过多变量逻辑回归分析确定CT上结节最大径、年龄、有吸烟史和戒烟时长四个预测因子。这个模型更适合于退伍军人团体。

McWilliams et al.等的预测模型独特的地方在于计算的是肺癌CT筛查时偶发肺小结节的恶性危险度,该模型的肺癌比例约5%。而胸部研究评估与治疗(Thoracic Research Evaluation and TreatmentTREAT)模型使用的是患者术前评估可用的所有临床参数,该模型的肺癌比例高达72%

上述四个临床预测模型没有哪一个更优,它们的局限性在于来源于不同的人群。美国胸科医师学院(American College of Chest PhysiciansACCP)指南评估孤立性肺结节的临床判别或是使用一个临床预测模型给出的推荐证据级别为2C

Q4:什么是肺结节结构图像定量(放射组学/影像组学即Radiomics)分析?

A4:Radiomics包括结节体积、质地、密度和形态等非常广的解剖学测量。它研究的放射组学特征是T分期的,而非NM分期。研究显示放射组学特征与肿瘤病理学类型有很强的相关性。放射组学的最终目标是通过影像识别标志来推测潜在的基因组学模式。目前,没有足够的前瞻性数据确定200以上的放射组学特征中哪些对诊断肺癌有最大的价值。很明显,将影像学分析技术作为一个基因表达特征的替代指标是会有很大获益的。但是,要完成这些目前,需要很多技术要规范。

Q5:什么是支气管基因识别标志(bronchial genomic signature)?

A5:支气管基因识别标志是有可疑肺小结节的患者进行支气管刷检时对上皮细胞的基因表达分析,它可排除肿瘤或对肺癌目前的无创性诊断有增益价值。该诊断最初的应用是在美国加州的南三藩市,目的是检测阴性结果,因为一个高的阴性预测值能帮助那些可能是良性病变的患者避免不必要的创伤性操作的痛苦。研究发现仅分析主支气管内上皮细胞的基因表达,检出肺癌的敏感性小于90%,而支气管结果联合基因表达分析,其敏感性可高达98%,在特定人群中,其阴性预测值为92%

Q6:什么是自身抗体(autoantibodies)?

A6:自身抗体是直接作用于肿瘤抗原的生物标记物,它们的价值已用于肿瘤筛查。而肿瘤相关抗原代表着非自身靶识别和免疫系统的抗体形成。市面上最著名的是由7个肿瘤相关抗原(CAGEGBU4-5HuDMAGE A4NY-ESO-1p53SOX-2)组成的EarlyCDT-Lung自身抗体检查。研究发现该检查方法在所有肺癌类型中的最佳特异性为90%,敏感性约40%。值得注意的是,57%的非小细胞肺癌血清检查阳性的患者是I期或II肺癌7抗原的EarlyCDT-Lung检查总的阳性似然比为4.11

Q7:近几年非常火的microRNAsmiRNAs)在肺癌方面有什么帮助吗?

A7:特异性循环miRNAs的异常水平与多种恶性肿瘤相关,其中就包括肺癌miRNAs是内源性非编码RNAs,它们能在转录后通过抑制mRNA的翻译来调节基因表达。这些小分子通过定量逆转录多聚酶链反应(qRT-PCR)在血清、血浆和痰液中进行检测。这些小分子的识别标志已经用作独立的疾病预测因子,当它们与其它诊断工具(如低剂量CTLDCT)联合应用时能降低假阳性率。意大利多中心肺检测临床试验进行了一项有关miRNA识别标志分类器(MSC)的研究,发现MSC联合LDCT在大于5 mm的非钙化结节亚组中能将LDCT自身19.4%的假阳性率降低至约1/53.7%

多项研究发现特异性的miRNAs在预测患者肺癌的敏感性在80%左右,特异性在90%左右。而系统综述更是将所有体液内的miRNAs预测肺癌的文学进行分析,结果显示miRNAs对确定非小细胞肺癌有非常高的准确性,而且很少有研究间的miRNAs重叠。

Q8:什么是蛋白质组生物标记物?

A8:蛋白质组生物标记物是指非抗体蛋白生物标记物,它们可在肺癌组织或血清中呈过表达或独特的表达,是一种新型的诊断工具。如鉴别良恶性肿瘤的硒结合蛋白1的下调和过氧化物酶13的上调。

美国华盛顿州西雅图市的整合诊断公司推出的Xpresys Lung检查将13个鉴别良恶性肿瘤组织表达的质谱信息做成了一个蛋白质分类器,这些蛋白质包括LRP1BGH3COIA1TETNTSP1ALDOAGRP78ISLRFRILLG3BPPRDX1FIBAGSLG1。该检查的本意是通过强大的阴性预测值来辅助诊断良性病变。在一项肺癌发病率为15%的回顾性病例对照研究(n=104)中,该蛋白质分类器有90%的阴性预测值和44%的特异性。

Q9:挥发性有机化合物在肺癌诊断中能起什么作用?

A9:挥发性有机化合物(volatile organic compoundsVOCs)作为肺癌分无创性生物标记物发现于呼出的气体中。VOCs是肿瘤细胞或肿瘤周围微环境中发出至血液中,然后分泌至肺内由患者呼出的物质。因为VOCs与呼吸道交互作用如此紧密,且可无创采样,因此它们作为肺内病变生物标记物有很广阔的前景。目前的研究众多,但是各家报道的方法和生物标记物却大相径庭,因此暂不能进行数据综合分析找到有充分证据公认的肺癌VOCs生物标记物。

Q10:循环肿瘤细胞和循环肿瘤DNA目前在诊断肺癌中有何作用?

A10:循环肿瘤DNActDNA)我好大夫周俊医生在《【一问一答,通俗易懂】十问抽个血就能查出早期肺癌》就专题介绍了。在此我仅介绍另一个研究热门--循环肿瘤细胞(circulating tumor cellCTC)。有意思的是,我好大夫周俊医生的几位大学同学就CTC进行研究,研究成果去年已发表在Nature子刊。不过需要说明的是,这些方法很有前景,但目前还在研究阶段,未能走入临床,相信在不久的将来会有一些成果转化,为患者带来福音。

与其它的循环细胞的密度相比,CTC在外周血中非常稀少。CTCs作为诊断工具的应用与技术和检查方法的革新有着紧密的联系。讲了那么多,那么什么是CTC呢?迄今为止,CTC的鉴定是在CTC浓度极低的整个血液样本中,使用一种配体来提供信号进行检测,这种配体有足够高亲和力,能与癌细胞进行特异性结合或是过表达,例如表皮细胞黏附因子(epithelial cell adhesion moleculeEpCAM)。

Ilie et al.在研究COPD的高危人群时在CT检出肺小结节之前做了平均3.2年的CTCs检测,而在这5名检出CTCs的患者中,最终都进展为可切除的IA期早期肺癌4个腺癌和1个鳞癌),而且发表的随访数据显示无肿瘤复发。

结语:医学界在肺癌的无创诊断方面做了大量的工作,其中最为突出的就是肺癌筛查,不过过多的肺小结节检出之后,让医学界又处于肺小结节诊断困难的两难境地。生物标记物的研究给肺癌无创性诊断带来多种可能性,初步研究的结果也很鼓舞人心,特别是多种生物标记物的联合诊断给人以更大的希望。

目前,整合临床、影像和分子变量并转化为一个更准确且快速评估的疾病概率模型是我们最好的一个方法。总之,这类研究的目的就是减少对可疑结节患者的创伤性操作、降低对惰性肿瘤过度诊断和过度治疗、节约个人的医疗费用以及舒缓患者的焦虑。

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参考资料:

[1]Atwater T,Cook CM,Massion PP.The Pursuit of Noninvasive Diagnosis of Lung Cancer.SeminRespir Crit Care Med.2016 Oct;37(5):670-680.Epub 2016 Oct 12.

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