结直肠癌早期筛查技术与SEPTIN9基因甲基化检测在临床诊疗中的意义

作者:阮和球 高小玲 2022-07-25
作者单位:海南省人民医院(海南医学院附属海南医院)中心实验室

阮和球,海南省人民医院(海南医学院附属海南医院)中心实验室副主任技师,主要从事免疫学及肿瘤的精准治疗。


高小玲,主任检验师、博士、博士后、博士研究生导师。现任职于海南省人民医院(海南医学院附属海南医院)中心实验室。主要从事肿瘤的分子生物学诊断以及转化医学。



结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是我国常见的恶性肿瘤之一,随着我国人民生活水平的提高及饮食习惯的改变,结直肠癌的死亡率有升高趋势。回顾我国近30年CRC的发病和死亡趋势,我国新增CRC患者的发病率以年均4%~8%左右的速度递增[1],严重威胁我国人民的身体健康。世界卫生组织国际癌症研究机构(IARC)发布2020年全球最新癌症负担数据,全球新发癌症病例1929万例,CRC新发病例占10%,为193万;癌症死亡病例996万例,其中CRC94万,占癌症死亡总数的9.4%。在全球恶性肿瘤中CRC的发病率位列第3,死亡率位列第2。其中中国的数据显示,新发癌症占全世界的23.7%,高达457万人;国内CRC新发病例56万,占国内新发癌症总数的12.2%。同年国内癌症死亡人数300万,占全世界癌症死亡人数的30%,其中国内CRC死亡病例29万例,死亡癌症总数的9.6%。随着人口老龄化、不良饮食习惯(饮酒、红肉、加工肉及精制谷物等)、生活方式改变(低体力劳动、吸烟等)、肥胖等危险因素的增加,未来结直肠癌带来的癌症负担将持续增长,其防控形势依旧严峻。


一、CRC的临床表现


CRC患者的临床表现较为复杂,可出现大便习惯的改变、腹部不适、腹痛、大便带血、肛门刺激症状、肠梗阻、黏液便、大便性状改变、腹部包块、体重减轻等症状[2],有些患者发病相对隐匿,可无明显的临床症状。


目前,转移性CRC患者的生存状况得到了明显改善,这归功于分子靶向药物和化疗药物的研发并投入临床使用。目前,国内的情况是大部分CRC患者错过了最佳治疗时机,因为在首次确诊时通常已为中晚期。由腺瘤性息肉发展而来的CRC占95%,从肠息肉进展到CRC的时间窗通常为10~15年。如果能够早筛查、早诊断、早治疗,可有效降低肿瘤发生的概率,并可提高治愈率,改善患者的生活质量,降低医疗费用。目前可通过结直肠镜检查、粪便标本筛查、血液标本筛查等进行结直肠癌筛查。


二、CRC筛查与相关检测技术


美国CRC的发病率及病死率的下降,得益于有效的早期筛查手段的应用,尤其是内镜检查。2000-2018年,美国50岁及以上人群的结肠镜普及率从20%升至61%[3]。结肠镜检查是实现CRC早期诊断的主要手段,结肠镜检查无疑是CRC早筛、早诊的金标准,通过肠镜可以观察到肠壁黏膜的结构改变,并可直接镜下钳取组织进行病理确诊。但该方法具有侵入性,患者依从性差,而且我国人口众多,同时我国现有的结直肠镜硬件设施及专科医生资源短缺,结直肠镜在我国临床工作中无法作为首选筛查方式,而更适合作为确诊工具[4]。近年来非侵入性的CRC诊断方法发展迅速,主要通过检测粪便或血液标本中与CRC发生相关的生物标志物,为CRC的无创筛查提供了可能。


粪便隐血试验因其具备无创、价廉、检测便捷等优点,所以是目前评价最多、应用最为广泛的CRC筛查方法。粪便隐血试验是通过检查粪便中隐匿的红细胞、血红蛋白或转铁蛋白,从而确定有没有出现消化道出血。临床常用的粪便隐血试验按照方法主要有化学法和免疫法。粪便潜血检测有助于筛选出高危人群进行结肠镜检查,但容易因干扰而出现假阳性或假阴性,且样本需要反复送检。


使用粪便标本进行CRC筛查的方法还有粪便核酸检测,这种检测是基于细胞脱落现象的持续存在。健康成人每天都会有上皮细胞脱落至肠腔,并随粪便排出体外,而结直肠癌肿瘤细胞由于快速分裂和对基底膜黏附性降低等因素,会持续不断地脱落到肠腔中,从而可以从粪便中提纯和分析肠道肿瘤脱落细胞的基因成分并以此判断肠道肿瘤的发生情况。目前,粪便基因检测成本相对比较高,而且没有足够的循证医学证据,还需要更多的临床验证[4]。


虽然粪便检测相对简便,但大多数人会对粪便标本收集过程产生排斥心理,使用血液标本进行CRC筛查则不存在这个问题。而且,血液标本是实验室最常见的生物标本之一,方便操作和存储。对于不愿意接受结肠镜或粪便检测进行结直肠癌筛查的人群而言,血液检测为其提供了一种新选择。目前临床实验室已有一些CRC监测和预后评估相关血液生物标志物得到应用,主要有CA19-9、CA50、CA72-4、癌胚抗原(CEA)等。


文献报道CRC的发生、发展与DNA甲基化状态改变密切相关,CRC患者存在多个基因的异常高甲基化,这种改变贯穿整个肿瘤发生、发展进程[5]。近年来,基于SEPTIN9基因甲基化的血浆CRC检测方法的灵敏性高,特异性强,操作简便、低创且患者依从性好,具有很高的临床应用价值[6]。


三、SEPTIN9基因甲基化生理机制


SEPTIN9作为真核生物中的GTP结合蛋白,属于SEPT基因家族的表达产物。其在细胞分裂、胞吐作用和细胞骨架重组等细胞功能中均发挥重要作用,同时这些功能也多与肿瘤的发生和进展高度相关[7]。人类SEPT基因家族共有13个成员,其中SEPTIN9基因位于17号染色体上,主要编码SEPTIN9蛋白,该蛋白在细胞分裂、细胞转移和血管生成等过程中发挥关键的调控作用,能够调控细胞分裂速度或控制异常的细胞分裂。在SEPTINS蛋白家族中,SEPTIN9是首个被发现与肿瘤有关的SEPTIN蛋白。


全基因组范畴内的DNA低甲基化,抑或是抑癌基因启动子区域的高甲基化在肿瘤中普遍存在,如SEPTIN9在腺瘤中明显降低表达,在正常的结直肠黏膜中高表达,而几乎不存在于肿瘤组织中,提示SEPTIN9的表达水平在CRC的进程中逐步降低[8]。此外,通过去甲基化试剂处理的HT29 CRC细胞SEPTIN9表达水平上升,该研究结果表明基因高甲基化可能是SEPTIN9表达下调的机制。SEPTIN9是一种抑癌基因,在细胞分裂过程发挥关键作用,CRC的早期即可出现高度甲基化[9]。综上所述,SEPTIN9基因的异常甲基化通过抑制其正常表达,特别是CpG岛区的启动子超甲基化,有可能引起抑癌基因转录的沉默,使其丧失抑癌功能,最终导致恶性肿瘤的形成。肿瘤细胞凋亡或坏死时释放DNA进入血液循环中,所以可通过外周血检测到[10]。


四、SEPTIN9基因甲基化检测与CRC的早期诊断


DNA甲基化检测作为目前最有前景的癌症早期筛查方法之一,源于DNA甲基化发生在癌症的早期阶段或者癌前。SEPTIN9基因异常甲基化不仅发生在CRC,也发生在卵巢癌、乳腺癌、泌尿系统肿瘤和头颈部肿瘤[8],但这些肿瘤患者的血浆SEPTIN9基因异常甲基化的检出率远不如CRC。Grützmann等[11]报道CRC患者血浆SEPTIN9基因甲基化的检出率(72%)远高于非CRC的其他肿瘤患者(11.5%)以及其他疾病患者(13%)。值得注意的是,SEPTIN9基因甲基化检测对早期CRC的灵敏度较高,可在87%的早期CRC患者(Ⅰ期和Ⅱ期)中检出,且在中晚期患者中均能检出(Ⅲ期和Ⅳ期)[12]。在不同分期的CRC中均存在SEPTIN9基因甲基化,其检出率不受年龄、性别和病变部位的影响,并随临床分期的增高而呈上升趋势[13]。近年来,国内外大量研究结果证实,SEPTIN9基因甲基化检测有助于CRC的早期诊断,具有较高的敏感度(54.1%~95.6%)和特异度(81.5%~99.1%)[14]。2014年我国早期CRC筛查诊治指南中纳入了SEPTIN9基因甲基化检测。2016年4月,美国食品药品监督管理局批准了SEPTIN9基因甲基化检测可用于一般风险人群(50~75岁)的CRC筛查,这是首次基于血液样本的CRC筛查检测。“2021早期结直肠癌和癌前病变实验诊断技术中国专家共识”中指出,血液SEPTIN9甲基化检测具有无创、取样方便、患者接受度高等优势,提示血液检测是受试者的首选。一项CRC筛查研究调查了患者的筛查意愿,在拒绝结肠镜检查的受试者中有97%接受了无创检测,其中83%选择了SEPTIN9甲基化检测。通过该检测,识别高危人群,能够将人群精准分流,对高危人群进行结肠镜检查,是贴合国情的筛查策略,同时提高了CRC的检出率。


五、SEPTIN9基因甲基化检测与CRC患者疗效评估


对于CRC患者,术后2年内是复发风险最高的时间段,但传统的血清标志物灵敏度较低,可能延误临床诊疗措施的及早干预。研究结果表明,SEPTIN9基因甲基化在CRC的疗效评估及术后监测有较高的应用价值,但目前关于此方面的文献报道较少。


国内的研究结果显示,CRC患者的SEPTIN9甲基化阳性率为73.4%,这与采取化疗的CRC患者相比,接受手术切除的患者SEPTIN9基因甲基化转阴率较高,SEPTIN9基因甲基化水平与患者的带瘤状态显著相关,灵敏度优于CEA,该检测方法对CRC患者术后风险评估有一定的应用前景[15]。另有研究结果显示,SEPTIN9甲基化阳性的CRC患者远处转移的风险更高,无病生存期相对更短。在一项纳入150例CRC术后患者(Ⅱ期)的前瞻性队列研究中发现,SEPTIN9基因甲基化水平是术后患者预后评估的独立预测因子:对于术后1年或术后半年到1年的SEPTIN9基因高度甲基化患者,其无病生存期较短;此外,采用外周血的SEPTIN9基因甲基化检测用于随访监测,可较CEA平均至少提前2个月观察到肿瘤复发,这有助于临床及早调整治疗方案。


以上相关研究结果表明,SEPTIN9基因甲基化水平与CRC的发生、发展密切相关,该检测在肿瘤转移和预后评估上具有良好的临床应用前景。但SEPTIN9甲基化水平与CRC复发、转移和预后评估确切的相关性,仍亟需更多临床研究进一步探讨。


综上所述,作为早期CRC特异性标志物的SEPTIN9基因甲基化,在CRC的诊疗过程中具有明显优势。该检测方法可对高危人群进行分层,针对性进行结肠镜检查,提高检查率,降低成本和操作风险,具有经济性和有效性,符合我国国情。在CRC的无创检测方法中,血液SEPTIN9甲基化检测的灵敏度和特异度较高,可作为肠镜检查的前置项目。


此外,CRC以手术治疗为主,但手术复发率高。SEPTIN9基因甲基化检测,可以很好的运用于CRC手术多个诊疗环节:对于术前患者,SEPTIN9基因甲基化水平的检测可提示患者的预后;对于术后患者,SEPTIN9甲基化阳性是预后不良因素,患者的复发或转移风险都较高。与传统血清标志物如CEA,SEPTIN9基因甲基化检测比较可至少提前60天预测复发转移。与传统的无创筛查方式比较,其准确性更高,可用于CRC的早期筛查、辅助诊断、预后评估及疗效监控等,但仍需更多的临床试验以推动该检测方法在临床工作中的正确运用。


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