【医学课件大全】肿瘤诊断和预后生物标志物的研究进展

肿瘤诊断和预后生物标志物的研究进展,曹志成 院士,2010年5月22日,香港伊利沙伯医院,结论 五个基因指纹与非小细胞肺癌的无复发生存期和总生存期密切相关,Dual-specificity phosphatase 6 (DUSP6), monocyte-to-macrophage differentiation associated protein (MMD), signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1), v-erb-b2 avian erythroblastic leukemia viral oncogene homolog 3 (ERBB3), lymphocyte-specific protein tyrosine kinase (LCK).,根据五个基因指纹RT-PCR检测的不同结果，用Kaplan-Meier法分析非小细胞肺癌患者的生存时间 Overall survival and relapse-free survival are shown for the 101 patients with NSCLC (Panel A and Panel B, respectively) and for the 59 patients with stage I or II disease (Panel C and Panel D, respectively). Overall survival is also shown for the independent cohort of 60 patients (Panel E), for the 42 patients in this cohort who had stage I or II disease (Panel F), and for the 86 patients described in an independent set of published NSCLC microarray data10 (Panel G).,设定为 10%假阴性 灵敏性 91 %, 特异性 73%,70 个预后相关基因表达谱 监督分析,70 个预后相关基因 与肿瘤细胞生物学各个方面均有关,微阵列试验具有高度的可重复性 (99%),Glas et al, BMC Genomics 2007,可重复性：重复试验,良好预后组患者没有一例复发,MammaPrint: 良好预后组 (n = 23) 不良预后组 (n = 144),Straver M et al, Brit Cancer Res Treat 2009,Oncotype Dx的临床研究发展,发展高通量、实时RT-PCR技术来定量检测固定肿瘤标本中的基因表达 筛选出250个候选基因 在来自3个临床研究、共447例患者中检测250个候选基因与复发风险的相关性,16 个肿瘤相关基因 + 5 个参考基因 Oncotype DX (复发风险指数),Paik et al. NEJM. 2004.,如何评估乳腺癌患者的复发风险,传统病理学标准,细胞增殖 Ki-67 STK15 Survivin Cyclin B1 MYBL2,雌激素 ER PR Bcl2 SCUBE2,细胞侵润 Stromelysin 3 Cathepsin L2,HER2 GRB7 HER2,BAG1,GSTM1,参考基因 Beta-actin GAPDH RPLPO GUS TFRC,CD68,Paik et al, NEJM 2004;351:2817-26,16个肿瘤基因和5个参考基因构成了Oncotype DX基因组，根据这些基因的表达情况计算复发指数：,Oncotype DX 21-基因复发指数,复发指数,低危组 RS 18 复发风险 = 6.8% C.I. = 4.0% - 9.6%,中危组 RS 18 - 31 复发风险 = 14.3% C.I. = 8.3% - 20.3%,高危组 RS 31 复发风险 = 30.5% C.I. = 23.6% - 37.4%,Paik et al, NEJM 2004;351:2817-26,Oncotype DX,低复发指数（RS）与最小化疗获益相关； 高复发指数（RS）与较好的化疗获益相关。 Oncotype DX复发指数提供了简洁、定量的个体预后信息，是具有统计学意义、与患者年龄、肿瘤大小和肿瘤分期分级无关的独立指标。,2006年诺贝尔生理学和医学奖,Andrew Z. Fire Craig C. Mello,C. elegans,Cho WC. MicroRNAs in cancer - from research to therapy. Biochim Biophys Acta - Rev Cancer 2010;1805:209-17,非编码-RNA：曾经被认为是毫无意义的多余物,tRNA rRNA snRNA tmRNA Rnase P RNA vRNAs gRNAs MRP RNA SRP RNAs 端粒酶RNA,转录/染色体结构调节因子 转录调节因子 蛋白功能调节因子 RNA/蛋白定位调节因子,RNA 转录,调节RNA miRNA siRNA piRNA 反义 RNA,编码蛋白的mRNA,非编码 RNA 转录,核仁小RNAs,管家 RNAs,非编码-RNA在复杂的基因组学中起重要作用,肺癌诊断和预后的独特microRNA表达谱,先天和后天的转变可能改变miRNA的表达，从而引起肿瘤靶基因的异常表达,Yanaihara et al, Cancer Cell 2006: - 采用miRNA微阵列法对104对原发性肺癌和相应非肿瘤肺部组织的miRNA表达谱做分析 - 43个miRNAs显示出了统计学差异,miRNAs是非编码的小RNA，在调节mRNA的反应和降解中发挥重要作用,一项单变量Cox比例风险回归模型全局排列检验显示：miRNA hsa-miR-155 和 hsa-let-7a-2 的表达与腺癌患者的结局相关,hsa-miR-155高表达或hsa-let-7a-2低表达的肺腺癌患者预后较差,Yanaihara N, et al. Unique microRNA molecular profiles in lung cancer diagnosis and prognosis. Cancer Cell 2006, 9:189-198.,肺癌诊断和预后的独特microRNA表达谱,microRNAs在肿瘤诊断中的作用,应用原位RT-PCR技术，发现miR-221、miR-301和miR-376a 只在胰腺癌细胞中异常表达，但在细胞基质、正常腺泡或导管中无表达。 异常miRNA表达为胰腺肿瘤形成机制提供新的线索，可能是胰腺癌诊断的生物标志物。 Lee et al. Expression profiling identifies microRNA signature in pancreatic cancer. Int J Cancer 2007;120:1046-1054. Cho WC. MicroRNAs: potential biomarkers for cancer diagnosis, prognosis and targets for therapy. Int J Biochem Cell Biol 2010. Cho WC. MicroRNAs in cancer - from research to therapy. Biochim Biophys Acta - Rev Cancer 2010;1805(2):209-217.,microRNAs在肿瘤预后中的角色,let-7 miRNA在肺癌中往往表达下降，而let-7 miRNA表达下调与患者术后生存期较短明显相关。 过表达的 let-7 miRNA 在A549肺腺癌细胞中能抑制体外肺癌细胞的生长。 Takamizawa et al. Reduced expression of the let-7 microRNAs in human lung cancers in association with shortened postoperative survival. Cancer Res 2004;64:3753-3756.,microRNAs在肿瘤预后中的角色,采用miRNA微阵列，比较胰腺癌和正常胰腺组织以及慢性胰腺炎中miRNA的表达差异： miRNAs表达的差别可以用以鉴别胰腺癌、正常胰腺组织或/和慢性胰腺炎。 miR-196a-2的高表达能预测患者预后，高表达者往往活不过24个月。 Bloomston et al. MicroRNA expression patterns to differentiate pancreatic adenocarcinoma from normal pancreas and chronic pancreatitis. JAMA 2007;297:1901-1908.,Cho WC. MicroRNAs: potential biomarkers for cancer diagnosis, prognosis and targets for therapy. Int J Biochem Cell Biol 2010. Cho WC. OncomiRs: the discovery and progress of microRNAs in cancers. Mol Cancer 2007;6:60.,相同的基因组 不同的蛋白组,基因以外的因素,在分子水平上描述蛋白和DNA的特性 是理清基因功能的关键,基因组学,功能性基因组学,蛋白组学,蛋白组学：引领21世纪生物科学,蛋白组学代表着对有机生物、器官和细胞器中所有蛋白的特性、分子量、结构和生物化疗、细胞功能加以明确 同时了解这些特性在空间、时间或不同生理状态下的变化,Cho WC. Proteomics - leading biological science in the 21st century. Science J 2004;56(5):14-17. Cho and Cheng. Oncoproteomics: current trends and future perspectives. Expert Rev Proteomics 2007;4(3):401-410.,传统方法 vs 高通量技术,蛋白组学的出现和应用,ESI: 电喷雾电离 MALDI: 基质辅助激光解吸电离 SELDI: 表面增强激光解吸离子化 TOF: 飞行时间,Cho and Cheng. Oncoproteomics: current trends and future perspectives. Expert Rev Proteomics 2007;4:401-10.,表面增强激光解吸离子化 (SELDI),Cho WC. Proteinchip. In: Encyclopedia of Cancer, 2nd Ed. Springer 2009.,HTP 自动化,高度可重复的采样程序化流程,蛋白芯片系统 PCS4000,Aquarius (Tecan),Biomek 2000 (Beckman),Cho WC, et al. Clin Cancer Res 2004;10:43-52. Cho WC. Chin J Biotech 2006;22(6):871-876. Cho WC, et al. J Cell Biochem 2006;99(1):256-68. Cho WC, et al. Dis Markers 2006;22(3):153-66. Cho WC, et al. J Ethnopharmacol 2006;108(2):272-9. Cho WC, et al. Clin Chem 2007;53(2):241-250.,SELDI-TOF-MS技术 样本分溜、芯片结合和数据获得,生物标志物的发现,通过比较蛋白图谱可以容易地找出标志物 SELDI 技术比2D PAGE速度快，可重复性高 这一技术用以发现多种疾病的生物标志物，如卵巢癌、乳腺癌、前列腺和膀胱癌,(Normal),(Cancer),Cho WC. Contribution of oncoproteomics to cancer biomarker discovery. Mol Cancer 2007;6:25.,蛋白质作为生物标志物,大多数情况下，相对于遗传基因，蛋白与实际疾病进程关系更为密切 蛋白是细胞功能的最终调节因子 大多肿瘤标志物都是蛋白质 绝大多数的药物靶点均为蛋白质,蛋白成分可能与机体疾病进展相关，因而可研发成为诊断标志物。,Cho WC. Cancer biomarkers. In: Methods of Cancer Diagnosis, Therapy and Prognosis. New York: Springer, 5 Jan 2010.,鼻咽癌 (Nasopharyngeal carcinoma),香港人群中第七大常见肿瘤 鼻咽癌临床诊疗中的难题： 1. 诊断时往往已是晚期 (3/4期) 2. 复发常见 (其中50%是CR的患者),正常的鼻咽组织,鼻咽肿瘤,肿瘤位于右侧咽鼓管垫,Cho WC. Most common cancers in Asia-Pacific region: nasopharyngeal carcinoma. In: Cancer report of Asian-Pacific region 2010:284-289.,蛋白质芯片的应用： 鼻咽癌肿瘤生物标志物的发现,149 例鼻咽癌患者的血样 (未分化型鼻咽癌或分化差的鳞癌） 35 例正常人血样,胰蛋白酶消化,质谱分析 (肽图信息),2-D 凝胶纯化,标本,寻找蛋白,数据库,识别鉴定,质谱数据采集进行蛋白识别鉴定,MS/MS法识别标志物,34/37离子与 血清淀粉样A配对,随访生物标志物11,695 Da水平（3例鼻咽癌复发，11例缓解）,Cho WC et al. Clin Cancer Res 2004;10:43-52,血清生物标志物在鼻咽癌复发患者化疗前后的改变,EP: Biomarker: 7,659 Da,GC: Biomarker: 7,765 Da,EP方案：依托泊苷和顺铂 GC方案：吉西他滨和顺铂,Cho WC et al. ProteinChip array profiling for identification of disease- and chemotherapy-associated biomarkers of nasopharyngeal carcinoma. Clin Chem 2007;53:241-50.,卵巢癌的基本数据,患病率 40/100,000 (每2500人里有一个) 每年新诊断患者23,000人 每年死亡人数14,000人 五年总生存率20-30% 75%患者初诊时已是晚期 (III/IV期) I/IIa期治愈率90% 因此，早期发现对提高患者总生存期至关重要,发现生物标志物的研究设计,总体表现,采用蛋白质芯片系统发现第I/II期卵巢癌的生物标志物 五个机构共503个样本 严密的交叉确认和独立确认研究设计 固定特异性 (97%) 三个标志物组 (载脂蛋白 A1、间胰蛋白酶抑制物 IV和甲状腺素运载蛋白)：敏感性74% CA125：敏感性65% 固定敏感性 (83%) 三个标志物组：特异性94% CA125：特异性54%,多标志物研究的开拓,FDA于2009年9月11日批准了OVA1 试验,将生物标志物的发现从实验室开拓到临床应用中 基于一项前瞻性双盲的临床研究，纳入27个机构共516例患者 269 例患者只根据手术前信息进行评估 247 例患者根据手术前信息和OVA1结果进行评估 OVA1 检测能识别出额外的潜在恶性肿瘤患者 有助于指导手术决策,OVA1,首个FDA获准的基于蛋白水平的体外诊断多因素指数检测 首个FDA获准的用于卵巢癌术前和术后的预后检测