胸腔积液病因多达几十种, 如表现为渗出性胸腔积液的结缔组织病, 导致漏出性胸腔积液的心功能不全、肾脏疾病和低蛋白血症等多以双侧胸腔积液为主。而单侧胸腔积液以感染性及恶性居多, 约占胸腔积液患者半数以上, 且40岁以上患者恶性占多数^[1-2]。恶性胸腔积液(malignant pleural effusion, MPE)多为血性, 然而肺栓塞、动静脉畸形和感染性疾病等亦可导致血性胸腔积液, MPE也可表现为其他性状。对无法确诊为恶性肿瘤并表现为胸腔积液的患者, 尤其年龄>40岁, 血清及胸腔积液中肿瘤标志物水平具有指向性意义, 需不断完善和挖掘诊断价值更大的生物学标志物。

恶性胸腔积液最常见于肺癌中晚期患者, 其他原因包括其他脏器恶性肿瘤的远处转移、胸膜原发的恶性胸膜间皮瘤(malignant pleural mesothelioma, MPM)等。据统计, 2015~2025年期间, 恶性胸腔积液的发病率会达到一个高峰^[3]。虽然随着诊断技术的提高, 癌症的早期确诊率在逐年提升, 但过去30年, 肺癌5年生存率无显著提高。只有16%的肺癌患者确诊时无远处转移, 57%的患者确诊时已失去最佳手术机会, 即出现胸膜转移, 产生恶性胸腔积液^[4-5]。恶性胸膜间皮瘤患者对于有创检查的依从性差, 且胸腔镜的开展仅限于少数医院, 有意义的肿瘤标志物对于MPM的诊断便显得格外重要。由于良、恶性胸腔积液治疗及患者预后差异明显, 对于无法通过病理学明确病因的患者来说, 肿瘤标志物临床应用价值较大。本文阐述临床常用肿瘤标志物及临床或理论中发现可能对肿瘤具有诊断价值的标志物的研究进展, 及各项肿瘤标志物联合应用于癌症诊断的意义, 或可对良、恶性胸腔积液的鉴别提供参考。

1 临床常用肿瘤标志物

对具有代表性的肿瘤标志物, 如鳞状细胞癌抗原(squamous cell carcinoma antigen, SCC)、神经元特异烯醇化酶(neuron-specific enolase, NSE)和癌胚抗原(carcinoembryonic antigen, CEA), 近些年的研究及临床应用相对成熟。在胸腔积液中, SCC截止点为0.65 ng/mL时, 其敏感度为72.3%, 而特异度差, 仅为36.2%^[6], 其对鳞癌诊断有提示作用。NSE对恶性胸腔积液的敏感度及特异度为40.0%和57.8%, 对小细胞肺癌诊断有一定意义。通过对120例MPE患者研究表明, CEA在胸腔积液中的敏感度及特异度分别为83.3%和96.3%, 高于血清中的67.5%和93.9%^[7]。目前广泛应用的肿瘤标志物中, CEA对恶性胸腔积液诊断效能仍属最高。3类标志物均可用于恶性肿瘤的鉴别诊断、提示肿瘤病理类型、评估病情、监测复发及评估疗效等, 且联合应用可大大提高诊断的准确率。

1.1 细胞角蛋白19片段(cytokeratin-19-fragment, CA211)

CA211是肺泡上皮细胞凋亡后的角蛋白碎片, 经降解释放入血的可溶性产物, 在肺癌组织中含量丰富, 对肺鳞癌的诊断及预后评估有重要临床价值, 特异度较强(80%~91%), 而敏感度仅为55%~60%^[8]。CA211是恶性胸腔积液最好的预测指标^[9]。

1.2 糖链抗原125(carbohydrate antigen 125, CA125)

近年研究发现, CA125在26%~44%的肺癌患者中呈阳性, 且阳性率与肺癌分期及进展呈正相关^[10]。CA125在结核性及恶性胸腔积液中均增高, 在肺炎旁胸腔积液中较低, 在参考范围(0~35 U/ mL)内时, 结核性胸腔积液(tuberculous pleural effusion, TPE)和MPE阳性率均很高, 难以鉴别。MPE患者血浆及胸腔积液中CA125高于TPE患者, 且2种胸腔积液中CA125水平均高于血浆中CA125水平。但CA125鉴别良、恶性胸腔积液的敏感度差, 仅约20%, 所以其用于恶性胸腔积液鉴别诊断还需联合其他指标。

1.3 糖类抗原153(carbohydrate antigen, CA153)

CA153对乳腺癌诊断敏感, 2007年美国临床肿瘤学会推荐将其作为乳腺癌预防、诊断及随访的重要肿瘤标志物^[11]。临床观察得出, 在肺癌导致的恶性胸腔积液患者的血清及胸腔积液中, CA153水平有不同程度的升高, 对500例筛检者进行统计显示, 敏感度为35.1%, 特异度为89.0%^[12]。在2018年胸膜疾病诊断标志物的新进展中指出^[13], CA153>77 IU/L时其诊断恶性胸腔积液的敏感度为40%, 特异度为100%。

以上生物学标志物在肺癌及MPE中的辅助诊断作用已得到公认, 并广泛应用于临床中。为提高诊断准确性, 常需联合测定多项标志物在血清及胸腔积液中水平, 进行对比分析, 但仍需不断寻找更准确的相对无创的生物学标志物。

2 新型肿瘤标志物 2.1 血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)

VEGF主要参与血管内皮细胞增生, 并增加血管通透性, 也参与癌细胞迁移等, 其中血管通透性增加是MPE形成的直接原因, 促血管生成为间接原因。5项研究共540例患者纳入胸腔积液VEGF水平的平均差分析, 结果提示其在MPE中高于良性胸腔积液(benign pleural effusion, BPE)^[13]。荟萃分析回顾胸腔积液VEGF水平在MPE诊断中的潜在作用, 发现在最适的曲线下面积为0.82时, 血管内皮生长因子的敏感度为72%^[14]。血清及胸腔积液中VEGF水平与恶性程度呈正相关, 肿瘤转移患者血清及胸腔积液中VEGF水平高于未转移者^[15-16]。对20项研究作系统分析显示, MPE患者胸腔积液VEGF水平较BPE升高1.93 ng/mL, 血清VEGF水平升高1.90 ng/mL^[17]。血管生成治疗, 即以VEGF作为治疗靶点的靶向药物, 如贝伐珠单抗, 已应用于多种恶性肿瘤的治疗, 或可成为控制恶性胸腔积液的有效途径。可见其在良、恶性胸腔积液的鉴别中可信度高, 在恶性肿瘤靶向治疗中有广阔的应用前景。

2.2 促胃液素释放肽前体(precursors of gastrinreleasing peptide, ProGRP)

促胃液素释放肽是小细胞肺癌(small cell lung cancer, SCLC)分泌的神经内分泌肽, 但其半衰期短, 临床中监测半衰期相对长的促胃液素释放肽前体^[18]。与NSE比较, ProGRP对SCLC诊断的特异度及敏感度更高。NSE的敏感度和特异度分别为64%和43%, ProGRP分别高达80%和90%, 但有27%的SCLC患者促胃液素释放肽前体正常, 而NSE增高, 所以两者联合诊断很有必要。患者治疗后ProGRP水平较治疗前有所减低, 即促胃液素释放肽前体可用于疗效评估及病情判断^[19]。目前国内对其的认识主要停留于研究阶段, 且主要在SCLC诊断, 其在胸腔积液中的水平及在MPE诊断方面的数据较少。

2.3 碳酸酐酶(carbonic anhydrase, CA)Ⅸ

CA Ⅸ是含锌二聚体跨膜蛋白, 主要存在于消化道, 主要作用是维持机体内环境的酸碱平衡。其将CO₂水化为H₂CO₃, 其中H⁺转移至细胞外, HCO₃^-转移至细胞内, 从而使细胞外维持酸性环境, 利于肿瘤侵袭。CA Ⅸ在肺癌、乳腺癌和肾细胞癌中过表达, 与肿瘤大小呈正相关, 且其表达与肺癌患者预后呈负相关^[20]。CA Ⅸ在鳞癌中表达高于腺癌, 低分化肿瘤高于分化较好的肿瘤, 晚期肿瘤也较早期肿瘤高。另外, EGFR野生型肿瘤患者与EGFR突变型患者比较, CA Ⅸ评分有升高趋势, 这对非小细胞肺癌的靶向治疗有一定参考价值。研究表明, 碳酸酐酶Ⅸ高水平与化疗耐药、放疗疗效降低有关。除作为恶性肿瘤标志物外, CA Ⅸ有望成为治疗靶点^[21], 在为数不多的临床前期研究阶段被证实有效。虽然, 其在恶性肿瘤中的作用机制及对恶性肿瘤诊断的研究已有初步可观的成果, 但其在胸腔积液及血清中的表达水平(即对于鉴别良、恶性胸腔积液的价值)有待探究。

2.4 可溶性间皮素相关肽(soluble mesothelinrelated peptide, SMRP)

恶性胸膜间皮瘤恶性程度极高, 具有高度侵袭性, 是导致MPE的主要原发病因。许多可溶性标志物被证明在MPM中高表达, 如间皮素蛋白家族^[22]。间皮素通过激活核因子激活的B细胞的Κ-轻链增强信号通路介导白介素-6水平增高, 从而促进肿瘤细胞的存活和增殖。SMRP存在于正常浆膜间皮细胞中, 在多种癌症中过表达。有较多研究表明, 血清和胸腔积液中的SMRP水平对于诊断MPM有重要参考价值, 两类样本无明显差异, 且可监测病情的进展及对药物治疗的反应^[23]。在恶性胸膜间皮瘤患者中, 血清SMRP的平均水平高于非MPM, 为56.1 nmol/L, 而在非MPM患者中, 血清SMRP的平均水平为8.7 nmol/L。但SMRP的敏感度较低, 如为阴性结果不能排除MPM的诊断, 但如为阳性则为高度可疑, 建议患者进一步检查, 必要时可行胸腔镜下胸膜活检等有创性检查。

2.5 钙卫蛋白和趋化因子CXCL12

钙卫蛋白和CXCL12都是由钙相关蛋白S100-A8和S100-A9形成的非共价异二聚体, 为炎性反应标志物, 可抑制细菌生长、趋化造血细胞并参与免疫调节及细胞凋亡, 与炎性反应性肠病和类风湿关节炎等自身免疫性疾病有关^[24]。近年研究表明, 其在癌症演化进程中起重要作用, 可抑制肿瘤细胞的生长^[25-26]。Logistic回归分析证实, 钙卫蛋白及CXCL12与恶性浆膜腔积液的危险性有关, 是MPE的独立预测因子^[25-26]。

钙卫蛋白S100-A9上调能通过激活肿瘤细胞的伪足加速体循环中癌细胞向原发部位迁移, 即抑制肿瘤的转移。CXCL12对包括肺癌在内的实体肿瘤的转移起重要作用。对156例渗出性胸腔积液患者追踪发现, 89例良性胸腔积液的患者较67例MPE患者钙卫蛋白表达高约10倍, 以≤ 736.4 ng/ mL作为鉴别良、恶性积液的截止点, 其敏感度达100%, 特异度为83.2%^[27]。在21例细胞学阴性的MPE患者中, 11例钙卫蛋白≤ 500.19 ng/mL, 16例CXCL12 ≤ 6.11 ng/mL^[25]。关于这2类蛋白在肿瘤疾病诊治中的临床数据还有待拓展, 相信会是较理想的肿瘤标志物。

2.6 骨桥蛋白(osteopontin, OPN)

OPN是一种小型整合素结合配体N连接的糖蛋白, 在调控肿瘤进展和转移的细胞信号传导中起重要作用。对61例MPE患者和25例BPE患者的研究发现, MPE中骨桥蛋白水平高于BPE^[28]。对41例肺癌合并MPE患者及96例BPE研究显示, OPN截止点为3.67 ng/mL时, 其敏感度为75.6%, 特异度为52.1%, 受试者工作特征曲线下面积为0.658^[29]。由此可见, 骨桥蛋白可应用于区别良、恶性胸腔积液, 但其临床数据较少, 尚需大量临床研究验证。

2.7 基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)

MMPs是锌依赖性内肽酶家族, 迄今报道的至少有23个成员^[30]。恶性肿瘤的侵袭需破坏由细胞外基质组成的基底膜, 基质金属蛋白酶不仅可降解细胞外基质中各种成分, 也可分解和激活各类非基质蛋白。对137例胸腔积液患者的MMP-2水平进行分析显示, 对于41例MPE患者及96例非MPE患者, MMP-2的截止点为8.04 ng/mL时, 敏感度、特异度和受试者工作曲线(receiver operating characteristic, ROC)曲线下面积(area under curve, AUC)分别为65.9%、75.8%和0.713^[29]。测定52例MPM患者及67例非MPM患者MMP-3水平, 结果显示, MPM患者胸腔积液MMP-3水平相对较高^[31]。其中, 浓度低的MPM患者比浓度高的MPM患者总生存时间长, MPM患者的胸腔积液MMP-3浓度与肺癌合并恶性胸腔积液的患者比较有偏高的趋势, 但差异无统计学意义(P=0.909)。在40例MPE及15例BPE患者中^[32], MMP-9预测胸腔积液恶性程度的敏感度和特异度分别为95%和73%(截止点>639 ng/ml; AUC=0.8)。基质金属蛋白酶对MPM所致的胸腔积液有较高的诊断价值。

2.8 巨噬细胞抑制细胞因子1(macrophage inhibitory cytokines 1, MIC-1)

癌症患者在确诊前会产生异常免疫应答, 这表明, 参与癌症发展的免疫应答相关细胞因子可能成为早期癌症诊断的方法^[33]。巨噬细胞抑制性细胞因子1最初在巨噬细胞中发现, 通过自分泌及旁分泌的方式, 参与细胞增殖、凋亡、细胞转移、血管生成以及免疫抑制^[34], 炎性反应相关细胞因子(白介素-1β和肿瘤坏死因子-α)上调人癌症细胞株中MIC-1蛋白的分泌^[35]。血清MIC-1的增长见于炎性反应及侵袭性恶性肿瘤。MIC-1对肺癌诊断及早期诊断的敏感度分别为72.2%及67.1%, 而特异度高达96.6%。在早期非小细胞肺癌中, MIC-1水平与患者预后相关, 其值越高, 患者长期生存率越低^[36]。因此, MIC-1可能作为肺癌患者早期诊断及预后判断的较可观指标, 但其在良、恶性胸腔积液中的水平有待探究。

以上标志物从现有理论上分析, 与恶性肿瘤表达调控密切相关, 且有部分研究证实, 其在良、恶性积液的鉴别中有意义, 但可信度仍需大量临床数据证明。

3 潜在肿瘤标志物

近年来, 人类发现越来越多的生物标志物可能成为诊断及预测MPE的指标。(1)长链非编码RNA中MALAT1, 在调节多种细胞进程中起重要作用, 如细胞增殖、生长和凋亡以及肿瘤转移^[37]。MALAT1可作为诊断恶性胸腔积液的肿瘤标志物, 且肺癌化疗耐药与MALAT1在胸腔积液中的高表达有关。其与CEA联合较CEA单独应用于MPE诊断具有更高的敏感度及特异度。(2)肿瘤相关巨噬细胞来源趋化因子CCL22在免疫抑制肿瘤微环境中起重要作用, 同时发现在MPE患者中增高, 其高水平也与肺癌患者生存率低有关^[38]。(3)对78例肺癌合并MPE患者及45例非MPE患者比较分析发现, MPE患者白介素-17(interleukin- 17, IL-17)水平升高(P < 0.01), 且IL-17 < 15 pg/mL时, 肺癌患者生存时间有所延长(P < 0.05), 这也许能成为诊断和预测肺癌合并MPE的指标^[39]。(4)黏蛋白1(mucin 1, MUC1)在多种肿瘤中异常表达, 上皮细胞黏附分子(epithelial cell adhesion molecule, EpCAM)被证实与肿瘤相关, 但在MPE中的研究较少。有学者对47例MPE患者及45例BPE患者研究显示, MUCI mRNA的曲线下面积0.79, 敏感度为79.2%, 特异度为85.7%, 胸腔积液上皮细胞黏附分子mRNA曲线下面积为0.85, 敏感度和特异度分别为81.5%和78.4%^[40]。附睾分泌蛋白E1前体、肺表面活性蛋白A和色素上皮衍生物f等也是潜在鉴别诊断良、恶性胸腔积液的标志物。

多项生物学标志物联合用于MPE诊断的敏感度及特异度更高, 如CA211/CEA联合SMRP对MPM诊断的敏感度为93.8%, 特异度为64.9%; MIC-1、CA211、CA125和CEA联合对肺癌早期诊断的敏感度为89.5%, 均较单独检测意义大; CA153与CA125联合检测在恶性肿瘤中诊断价值较单独高^[12], 所以, 临床中需参考多项肿瘤标志物结果进行综合分析和判断。

4 展望

随着对恶性肿瘤相关标志物的研究推进, 越来越多MPE相关标志物被发现, 诊断的敏感度及特异度也越来越高。但还存在很多局限性:(1)多数肿瘤标志物或潜在标志物因技术和费用等原因, 临床数据仍较少, 没有大规模数据统计, 其临床价值、可行性和准确度有待商榷; (2)真正能应用于临床中的肿瘤标志物仍较少, 且没有绝对特异度监测指标; (3)尽管多项肿瘤标志物联合已被证实可提高MPE诊断的敏感度和特异度, 但具体哪几项标志物联合诊断价值最大仍无定论, 且联合应用于良、恶性胸腔积液鉴别诊断至今无法达到诊断恶性肿瘤的理想效果。即使肿瘤标志物存在一些局限, 但从临床实践及理论研究中可以看出, 其在良、恶性胸腔积液中的鉴别诊断中仍具有不可小觑的意义。