第二节 肿瘤标志物的分类
肿瘤标志物的分类和命名尚未完全统一。
（一）按生化性质分类
1.核酸标志物
核酸标志物主要由基因突变、微卫星不稳定、DNA甲基化，以及miRNA异常表达等产生。肿瘤发生的早期，可通过血液中的核酸检测出来。血液中的核酸包括循环肿瘤DNA、循环肿瘤RNA、miRNA等。血液中循环肿瘤DNA除基因突变外，还会发生微卫星不稳定或甲基化等。早在1948年就出现过关于循环核酸的报道，但并未引起重视；直到1994年肿瘤学家Sorenson从肿瘤患者外周血中检测到突变的ras基因片段，循环核酸才作为肿瘤标志物被广泛关注。目前相关机制尚无定论，主流看法认为，循环核酸来源于细胞凋亡或坏死时的主动分泌和循环细胞的裂解。
（1）基因突变：
基因突变指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变，包括碱基置换突变、移码突变、缺失突变及插入突变等；依据临床意义可分为诊断型、预后型和疗效预测型。但三者无严格界限。
（2）微卫星不稳定（MSI）和DNA甲基化：
微卫星DNA又被称作短串连重复（short tandem repeats，STR）或简单重复序列（simple sequence repeat，SSR），是整个基因组中1～6bp重复的单元，正常人类基因组包含大约50万个微卫星DNA。在DNA合成过程中，某一微卫星可能会由于重复单位的插入或缺失而造成的微卫星长度的任何改变，出现新的微卫星等位基因，导致突变的发生。MSI常由错配修复（mis-match repair，MMR）功能缺陷引起。因此，在检测癌细胞中MSI时，既可以直接检测MSI序列变化，也可以通过检测MMR基因缺失来确定是否发生MSI。DNA甲基化是DNA的一种化学修饰，能够在不改变DNA序列的前提下，改变遗传表现，且主要发生在CpG岛等基因组特定部分。由于CpG岛常位于基因转录调控区附近，与56%的人类基因组编码基因相关，因此基因转录区CpG岛的甲基化状态的研究可能更有利于生物标志物的探索。
（3）核糖核酸标志物：
肿瘤相关核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）标志物主要包括miRNA、信使RNA（messenger RNA，mRNA）和长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA）。
1）miRNA是一类由内源基因编码的长度约为22个核苷酸的非编码单链RNA分子，通过与mRNA的3＇UTR的特异性结合调节目标基因的表达，在细胞的生长、增殖、分化和凋亡中发挥重要作用，与肿瘤的发生发展有着密切的联系。肿瘤相关miRNA表达发生变化的原因包括基因片段的扩增或缺失、转录水平的调控、加工成熟途径的调控、miRNA本身的修饰等。
2）转录、选择性剪切、转录后修饰、翻译等由mRNA参与的生物学过程都与肿瘤相关。肿瘤的预后评估多采用相关mRNA多基因组检测。例如，21基因检测法是选取了21个与乳腺癌预后相关的mRNA，根据mRNA表达谱判断雌激素受体阳性、HER2阴性、腋下淋巴结阴性乳腺癌患者的预后，以决定是否进行辅助化疗，避免过度治疗。
3）lncRNA是长度超过200个核苷酸的非编码RNA，相关机制尚未明确。
2.蛋白标志物
包括铁蛋白（ferritin）、细胞角蛋白19片段（CYFRA21-2）等。临床研究显示，肿瘤标志物检测中，铁蛋白单独升高对诊断肿瘤类型意义不大，需与其他相关指标联合检测。其中CYFRA21-1是非小细胞肺癌，尤其是肺鳞癌的首选标志物，对其他癌种如乳腺癌、膀胱癌、卵巢癌等也有诊断意义和治疗监测作用。
3.细胞标志物
肿瘤干细胞标志物应具备以下特征：①干细胞特性：可自我更新、具备多向分化能力；②肿瘤特异性：仅肿瘤组织中表达，正常组织中不表达；③组织特异性：只在特定组织中表达。恶性肿瘤常被认为是一种干细胞疾病，临床上应用的抗肿瘤药物只能杀死处于增生活跃状态的肿瘤细胞，而对处于休眠状态的肿瘤干细胞效果甚微，肿瘤干细胞激活又可再生成肿瘤细胞，从而引起恶性肿瘤复发，揭示了恶性肿瘤难以治愈的根本原因。清除肿瘤干细胞可以从根源上治疗恶性肿瘤。但肿瘤干细胞的分离和提纯、肿瘤干细胞标志物的鉴定、如何杀死肿瘤干细胞等相关问题仍有待进一步研究。
4.小分子代谢物标志物
代谢物组（metabolome）是器官或细胞内小分子代谢产物的集合，可被用于鉴定或诊断肿瘤的生物标志物。代谢物不仅是机体表型的标志物，还可通过调节其他组学（基因组、表观基因组、转录组和蛋白组）的水平来影响肿瘤细胞的生理功能。相关代谢物主要有：缬氨酸（alanine）、饱和脂质（saturated lipids）、细胞膜成分（constituent of cellular membranes，ccms）、甘氨酸（glycine）、乳酸盐（lactate）、肌醇（myo-inositol）、核苷酸（nucleotides）、多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）、牛磺酸（taurine）等。
（1）缬氨酸：
缬氨酸与乳酸盐相结合，在缺氧状态下组织中显著增高；通过丙酮酸盐的转氨基反应产生，阻止乳酸盐的显著升高。主要在肝癌和脑肿瘤，包括星形胶质瘤，神经胶质瘤、脑膜瘤及神经上皮的肿瘤中异常表达。
（2）饱和脂质：
饱和脂质是细胞膜的重要组成成分，由核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）的脂质峰可以确定其是在细胞膜的功能区还是在胞质囊泡内，其含量的变化水平与增殖、炎症恶性肿瘤、坏死和凋亡紧密相关。
（3）细胞膜成分：
胆碱、磷酰胆碱、磷酸卵磷脂等均是细胞膜的关键构成组分，在凋亡和坏死期间其水平发生变化，目前在各种类型肿瘤中已发现其水平的改变，如脑肿瘤、肉瘤、前列腺癌和肝癌。
（4）甘氨酸：
甘氨酸是形成嘌呤所必需的前体，随着HIF-1信号通路的破坏其水平显著下降。
（5）乳酸盐：
正常细胞在具有足够氧气和营养物质特别是葡萄糖的条件下，以在线粒体中发生的氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）作为产生能量的主要途径；在缺氧条件下，以无氧酵解产生能量。肿瘤细胞为了在缺乏营养和氧气的肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）中生存，通过特殊的代谢表型——“Warburg效应”维持自身高增殖所需要的能量。即肿瘤细胞即使在低氧的情况下，也能通过糖酵解产生ATP，这又称为有氧糖酵解。与OXPHOS相比，糖酵解产生ATP的效率低，但是速度快，同时产生烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）。NADH是多种酶的关键辅助因子，可将中间产物引导至生物合成途径以促进生物合成。肿瘤细胞中葡萄糖转运蛋白（glucose transporter 1，GLUT1）表达上调，促进了葡萄糖的摄取和氧的消耗。肿瘤细胞糖酵解活性增加，丙酮酸盐被还原为乳酸盐。为了保持细胞内正常的pH，肿瘤细胞释放大量的乳酸盐导致TME局部酸化。TME中局部pH降低具有细胞毒性，限制免疫细胞的活化、募集能力，肿瘤代谢的乳酸可以促使免疫细胞从功能表型转向耐受表型。
（6）肌醇：
包含在渗透调节和容积调控的过程中，其水平在结肠腺癌、神经胶质瘤、神经鞘瘤、卵巢癌、星形胶质瘤和子宫内膜癌增高，而在乳腺癌中降低。
（7）核苷酸：
核苷酸产生DNA和RNA；在脂肪酸和糖代谢中是一个关键的中间代谢物；在ATP浓聚物中的改变是肿瘤活力状态的重要标志物。在神经胶质瘤细胞凋亡过程中其水平增高；CDP-胆碱在凋亡期间水平也增高。
（8）多不饱和脂肪酸：
PUFAs是细胞膜尤其是线粒体的组分在凋亡期间，在胶质瘤、去分化的多形态脂肪瘤中增加。
（9）牛磺酸：
牛磺酸与渗透和容量调节相关；是抗氧化剂，阻止自由基损伤细胞。其在鳞状细胞癌、前列腺癌和肝脏次生肿瘤中增加。
5.胚胎抗原类
胚胎期表达、正常成人不表达、伴随肿瘤发生又重新表达的抗原，如AFP及CEA等。AFP在正常成人外周血液循环中含量极低，是诊断原发性肝癌的最佳标志物。CEA是一种广谱肿瘤标志物，最早从胎儿及结肠癌组织中发现，在部分良性疾病如直肠息肉、结肠炎、肝硬化、肺病疾病也有不同程度升高，但升高程度及阳性率较低。
6.糖链蛋白类
（1）糖蛋白抗原（carbohydrate antigen，CA）50：
CA50在正常组织中一般不存在，当细胞恶变时，糖基化酶被激活，造成细胞表面糖基结构改变而成为CA50标志物。正常血＜20μg/L，许多恶性肿瘤患者血中皆可升高，如肺癌、肝癌、胃癌、卵巢或子宫颈癌、胰或胆管癌，其他如直肠癌、膀胱癌等。
（2）CA125：
CA125是一种广谱的标志物，正常值以35×103U/L为界，在部分卵巢癌、胰腺癌、肺癌及其他非妇科肿瘤皆有不同程度的升高，但作为卵巢癌的辅助诊断是个重要的标志物，且与病程有关。
（3）CA15-3：
CA15-3是乳腺细胞上皮表面糖蛋白的变异体，近年推出作为乳腺癌标志物。正常＜40×103U/L、哺乳期妇女或良性乳腺肿瘤皆低于此值。同样，该标志物也是广谱的，可见于部分肝细胞癌、肺癌、卵巢癌患者。
（4）CA19-9：
CA19-9血清内正常值＜37×103U/L（＞95%），在部分胰腺癌、结肠癌、肝癌、胃癌、胆囊癌、肺癌、乳腺癌皆有可能升高。
（5）CA549：
CA549也是乳腺癌的标志物，它是一种酸性糖蛋白，大部分健康女性＜11×103U/L，也可见于大部分乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌及少部分肺癌患者。由此，作为乳腺癌的早期诊断，CA549还较欠缺，应联合应用CA72-4。CA72-4正常人血清中含量＜6×103U/L，在消化道肿瘤、卵巢癌患者血中异常升高。对于胃癌的检测特异性较高，以＞6×103U/L为临界值。良性胃病升高者＜1%，而胃癌升高者比例可达42.6%，如与CA19-9同时检测，阳性率可达56%。
7.激素类
在发生恶变时某些组织能产生和释放一些肽类激素（异位内分泌激素）因此，这些异位内分泌激素升高也可作为肿瘤相关的标志物，如小细胞肺癌可分泌ACTH，患甲状腺髓样癌时降钙素升高，患绒毛膜上皮细胞癌时HCG明显升高。
HCG是多核体营养膜细胞分泌的胎盘性糖蛋白激素。多种肿瘤组织也可以产生HCG，如睾丸生殖细胞肿瘤、消化道肿瘤、膀胱癌、卵巢癌、肺癌、胰腺癌、肝癌、宫颈癌、前列腺癌、乳腺癌、神经内分泌肿瘤和膀胱腹膜后畸胎瘤等。分泌型β-HCG亚基具有生长因子功能，与恶性肿瘤自我生长的调控有关，而膜结合型HCG与恶性肿瘤组织的血管生成作用和免疫耐受的形成有一定的关系。异位HCG（ectopic HCG）与恶性肿瘤发生、发展的关系日益受到人们关注，目前以异位HCG为靶抗原的肿瘤疫苗成为肿瘤生物治疗的研究热点。
8.酶和同工酶类
PSA、神经元特异性烯醇化酶（neuron-specific enolase，NSE）等。
（1）前列腺特异性抗原：
PSA是目前诊断前列腺癌最敏感的指标，可用于前列腺癌的早期诊断、监测治疗及预测复发。PSA在正常人体血清内PSA＜4μg/L，这个正常值有随年龄增长的趋势。＜50岁者一般低于4.0μg/L，50～55岁为4.4μg/L，60～69岁为6.8μg/L，≥70岁可达7.7μg/L，PSA异常升高预示前列腺癌的发生。
（2）神经元特异性烯醇化酶：
血清NSE是神经内分泌肿瘤的特异性标志，如神经母细胞瘤、甲状腺髓质癌和小细胞肺癌（70%升高）。正常人血清NSE水平＜12.5×103U/L。目前，NSE已作为小细胞肺癌重要标志物之一。
9.癌基因产物类
在肿瘤的发生和发展过程中，癌基因和抑癌基因的变化一直是研究的重点，大多数肿瘤中都能发现癌基因和抑癌基因的改变。基因检测中BRAF突变主要提示黑色素瘤及结直肠癌发生；EGFR突变主要用于非小细胞肺癌检测；BCR-ABL融合基因提示白血病；KARS突变提示结直肠癌及非小细胞肺癌；KIT提示胃癌和黏膜性黑色素瘤；ALK基因重排常提示非小细胞肺癌和大细胞淋巴瘤；HER2异常表达常提示乳腺癌、胃癌食管癌；p53基因突变在早期肿瘤诊断有重要意义；其他如p15、kras、neu、C-myc、RB1等癌基因和抑癌基因也一直是研究的重点。近年研究还发现DNA甲基化是一种重要的基因表观遗传改变，调控细胞的许多进程，可通过调控癌基因和抑癌基因表达参与肿瘤的发生。
（二）按来源分类
1.血清/血浆肿瘤标志物
在健康人体的血液中肿瘤标志物无表达或仅有少量存在，而当机体发生肿瘤时，肿瘤标志物可在血液中出现或在血液中含量明显升高。这些肿瘤标志实际上是肿瘤相关抗原，可大致分为三类：
（1）胚胎抗原：
正常成人不表达但在胚胎期和肿瘤发生期间重新表达的抗原，如AFP和CEA等。
（2）肿瘤相关糖脂及糖蛋白：
①糖决定簇：CA19-9、CA72-4等；②多型上皮黏蛋白：CA15-3等；③糖蛋白：CA125、鳞状上皮细胞癌抗原（SCC）等。
（3）激素肽、酶及蛋白等：
①激素肽：HCG等；②酶：PSA、NSE等；③蛋白：铁蛋白、CYFRA21-2等。血清/血浆肿瘤标志物水平的检测有助于早期筛查某些恶性肿瘤，并通过监测这些肿瘤标志物的变化水平指导临床治疗。目前，肿瘤学正朝着精准医学的方向发展。在理想的情况下，临床医师可以通过微创获得广泛的诊断和预后信息。外周血中的信息可能使我们更接近这一目标，如外周血生物标志物循环肿瘤细胞、循环肿瘤DNA和RNA，以及外泌体等将对癌症治疗提供越来越多的帮助。
2.尿液肿瘤标志物
尿液肿瘤标志物的相关研究较血液肿瘤标志物少，主要集中于对前列腺癌的研究。众所周知，对前列腺癌的早期诊断目前主要依赖于血清PSA检测及直肠指诊，虽然PSA明显提高了前列腺癌的检出率，但影响检测结果的因素较多，如前列腺炎、前列腺增生症及临床操作导尿、直肠指诊等因素影响。因前列腺液通过尿道排出，而尿液又具有容易收集、可反复检测、无创性等优点，因此尿液有望成为早期诊断前列腺癌的理想材料。
3.唾液肿瘤标志物
唾液中的肿瘤标志物目前主要用于口咽癌、消化道肿瘤，甚至扩张至肺癌、卵巢癌的诊断，唾液检测是非侵入性的方法，是临床工作中一种理想的诊断方法。在大数据时代，唾液诊断将会不断完善，尤其是在肿瘤的诊断方面带来革新，为肿瘤的普查、筛选、早期诊断、鉴别诊断提供精准的方法。
4.其他体液肿瘤标志物
恶性胸腹腔积液及恶性心包积液的确诊依靠脱落细胞学检查，该法具有高度特异性。但在临床上，多次抽吸胸腹腔积液而无法找到癌细胞等因素可导致漏诊。因此，有必要寻求一些新的可靠的辅助检测方法来提高诊断率。
5.组织肿瘤标志物
检测细胞和组织中的肿瘤标志物有助于认识肿瘤的类型及形成治疗的生物靶点。组织肿瘤标志物可大致分为以下四类：
（1）分化标志物：
激素受体，如雌二醇受体（ER）、孕酮受体（PR）等。
（2）增殖标志物：
细胞周期相关抗原（Ki67）、PCNA、生长因子及其受体，周期素（cyclin），周期素依赖的蛋白激酶（CDK）及CDK的抑制蛋白（CKI）等。
（3）转移潜在性标志物：
尿激酶型纤溶酶原激活剂、组织蛋白酶D、细胞黏附因子等。
（4）癌基因及抗癌基因：
癌基因如myc、hras、erbB2等，抗癌基因如p53、bcl-2、视网膜母细胞瘤易感基因（Rb）及结肠癌抑癌基因（DCC）等。尽管这些组织肿瘤标志物可能有望成为肿瘤临床实践中的诊断、预后判断及调整治疗的工具，但它们中的大多数目前仅处于研究观察阶段。目前指导临床治疗的主要是乳腺激素受体的测定，这对于乳腺癌治疗方案的决定具有重要意义。
（三）按临床应用价值分类
1.早期筛查
在肿瘤早期筛查中肿瘤标志物的检测备受医务工作者的欢迎。体液特别是血清的采集相对简单，操作易于自动化，检测结果是定量数据且价格低廉。然而，由于没有100%特异的指标，并且大多数标志物在非肿瘤疾病下也可以检测到，因此将其应用到临床筛查面临许多困难。
2.辅助诊断及鉴别诊断
对于原发灶不明的转移性肿瘤，肿瘤标志物具有辅助诊断的价值。肿瘤标志物通常能提供有助于区分良性和恶性肿瘤的信息，在鉴别诊断中起到至关重要的作用。与肿瘤筛查一样，肿瘤标志物的敏感性和特异性仍然是限制它们成为首选诊断标准的原因。
3.预测预后和疗效
判断肿瘤的预后在调整治疗方案中起着重要的作用。虽然一般情况下肿瘤标志物并不应用于判断预后，但在某些特殊情况下肿瘤标志物可能在判断预后中起到重要作用。肿瘤标志物在预测不同治疗方案对肿瘤的效果方面也起着重要作用。
4.评估疗效及监测疾病复发
肿瘤标志物的另一个主要应用是肿瘤治疗后监测。术后肿瘤标志物浓度明显下降，一般表明治疗有效。肿瘤标志物浓度无变化或下降不明显常提示肿瘤切除不完全或多发肿瘤。肿瘤复发引起血液肿瘤标志物的变化可能早于其临床症状和影像学改变。
5.免疫治疗生物标志物
近年来，肿瘤免疫治疗取得了突飞猛进的发展。以程序性死亡受体-配体1（PD-L1）/PD-L1免疫检查点抑制剂为代表的免疫治疗，其具有较广的抗肿瘤谱，但总体有效率却不高，获批的实体瘤的有效率仅为20%～30%。因此，免疫治疗的重中之重是明确最大获益人群，优化和选择优势患者。
PD-L1的检测是基于细胞蛋白水平，因此主要应用免疫组织化学（IHC）方法检测。在NSCLC的治疗中，研究人员基于不同平台针对不同PD-1/PD-L1的抑制剂，开发了不同PD-L1的检测抗体，以评估肿瘤和/或免疫细胞的PD-L1表达水平。单一使用免疫检查点抑制剂在治疗晚期NSCLC一线研究中，分析了PD-L1表达与免疫治疗疗效间的相关性。
肿瘤突变负荷（TMB）是在肿瘤样本中评估基因的外显子编码区每兆碱基发生置换、插入、缺失突变的总数。TMB的高表达增加免疫原性和新抗原数量，其可被T细胞识别，从而增加抗肿瘤免疫反应。肿瘤细胞中累积的基因变异数量越多，TMB越高，产生新抗原越多，激活的免疫反应越强烈。与其他实体瘤相比，NSCLC常有高频突变，TMB高；肿瘤免疫原性是启动肿瘤免疫的基础。
MSI是指DNA复制过程中由于插入或缺失突变导致的微卫星序列长度变化现象。MSI现象最初是由美国加利福尼亚大学化学教研室的Jacobs教授等人于1993年在结直肠癌中发现的，它与癌症发生有关，可用于癌症检测。PD-1单抗免疫治疗对于MSI结直肠癌及其他类型MSI癌症晚期患者获益较大。因此，MSI检测可用于有效评估PD-1单抗免疫治疗在癌细胞治疗中的效益。
综上所述，肿瘤标志物检测在癌症患者的诊断和治疗中起着重要作用。在一些特定的癌种中，传统的肿瘤标志物检测非常重要，新肿瘤分子标志物的不断被发现，对肿瘤的临床诊断和治疗具有重要意义。如何更好地认识和应用肿瘤标志物，是肿瘤精准诊疗的重要课题。
（刘兆喆，张潇宇，徐龙，蔡颖，孙雷）