生物标志物综述—药物研发的催化剂
2011-05-02 20:20:05 来源： 作者： 评论：0 点击：
险评估模型几乎是不可能的事情。模型设 计需要在个体水平（人类或实验动物）上掌握大量而详细的信息资料。明白这一点十分重要，特别是对于研究人员和尝试使用这些信息的社区人群。
3.1 生物标志物鉴定：“变废为宝”
经过多年大量研究，人们只找出了前列腺特异抗原（PSA）、癌症抗原125（CA 125）（见文后小词典）等为数不多的细胞质蛋白可以作为癌症的生物标志物。
最近，Josep Villanueva等人发现在癌症病人血清中有一种由肿瘤蛋白酶分解产生的多肽可以用于癌症的检测与分类。
肿瘤组织所产生的大量高活性蛋白酶会将蛋白分解为成千上万的小肽碎片，多数研究人员认为这些小肽不过是“生物垃圾”罢了。但 Villanueva等人却“变废为宝”。他们使用质谱法分析病人的血清样品，从而发现了癌症特异的血清多肽组（peptidome）图谱。虽然之前也有 研究人员尝试使用过类似的方法，但他们并没有取得令人信服的结果。如今，Villanueva等人则立志于建立一套质谱学血清检测系统，使其也能适用于其 它样品的检测。
Villanueva等人采用一套能同时检测多个血清样本中多肽的自动化系统。这套系统利用反向磁珠吸附分析物，运用基质辅助激光解析电离飞行 时间质谱仪（MALDI-TOF MS）读取数据，与其它质谱分析法相比，前者具有更高的灵敏度。为了对检测结果进行全面的分析，研究人员们还开发了一种最小熵值算法，可以简化数据分析的 过程并提高数据分析的统计学意义。
研究人员利用这个系统分析了晚期前列腺癌、膀胱癌和乳腺癌病人的106份血清样品。他们利用61种特征性多肽（这些多肽全部为癌症蛋白酶分解产 物）鉴定出了不仅仅是癌症特异的，而且是癌症类型特异的蛋白质水解谱。然后，研究人员还通过该系统自动检测一系列血清样本，证明了利用这些特征性多肽的分 布谱可以区分晚期前列腺癌病人和对照组受试人。
通过分析这些实验结果，研究人员认为血清小肽组的蛋白水解谱不仅可以用于癌症检测，而且可以用于鉴别无痛感肿瘤和侵袭性肿瘤。这类测试的应用可 以帮助某些前列腺肿瘤病人免受手术和放射性治疗之苦。同时，这些新发现也给研究人员敲响警钟：在对离体样品进行蛋白质组分析时，应当避免添加蛋白酶抑制 剂，否则会对蛋白标记的发现造成限制。
3.2 有预后诊断价值的蛋白酶体
人们认为，患有恶性肿瘤的患者血液内蛋白酶水平比正常人高的原因是泛素系统的过表达，而泛素系统其实就是蛋白酶系统。一项纵向研究发现，检测患有多发性骨髓瘤（multiple myeloma, MM）（见文后小词典）患者体内的循环蛋白酶水平具有非常高的预后诊断价值。
Orhan Sezer等人借助ELISA方法，用20S的蛋白酶催化核心复合体来检测141位未接受过任何治疗的多发性骨髓瘤患者血清中蛋白酶的水平，还检测了50 例正常人的血清和20例单克隆丙种球蛋白病（monoclonal gammopathy）患者的血清作为对照。和这些对照组相比，多发性骨髓瘤患者体内的循环蛋白酶水平有明显升高。而且，活动期患者体内的循环蛋白酶水平 要比稳定期患者的水平高。
本文作者还通过检测循环蛋白酶水平的方法观察了治疗的效果，他们的观察对象是接受了一线化疗药物治疗的活动期多发性骨髓瘤患者。经过治疗，病情 获得完全缓解或部分缓解的患者体内循环蛋白酶水平有明显下降，而对药物不敏感的患者体内循环蛋白酶水平则毫无变化。更为重要的是，接受治疗后，循环蛋白酶 水平回落到正常人水平的患者相比那些治疗后循环蛋白酶水平还很高的患者来说，他们的预后生存率要高得多。
本文作者还评价了血清蛋白酶水平对于预测患者生存率的潜力。他们使用单变量分析方法分析了活动期MM患者的血清样品，结果发现循环蛋白酶水平是 一项非常重要的预后诊断因子，和目前临床上使用的β2微球蛋白、C反应蛋白、染色体13q14缺失以及需要高剂量化疗药物这些判断指标一样有效。而在多变 量分析中发现，循环蛋白酶水平是最有效的独立预后诊断因子。
这项研究有力地证明了循环蛋白酶水平与多发性骨髓瘤患者疾病进展相关，它对病情的活动非常敏感，并有助于判断疾病预后情况。进一步的研究将判断该生物标志物对于监测使用抑制泛素——蛋白酶系统——这种新药治疗MM效果的价值。
3.3 小分子，大能耐
miRNA是一类在mRNA翻译和降解调节过程中起关键作用的非编码小分子RNA。人们目前对大部分miRNA的生物学功能还不了解，但有研究表明，miRNA与人类肿瘤的发生密切相关。Curtis Harris等人经过研究发现，与正常肺组织相比，肺癌组织有着独特的miRNA表达谱，且miRNA表达模式与病人预后相关。
研究人员分析了104例原发性肺癌及其对应的正常肺组织中的miRNA表达谱，结果发现有43种miRNA在肺癌与正常对照之间存在显著表达差 异。同时，统计学分析结果进一步表明这些存在差异的miRNA偶然出现的几率几乎为零。其中几种miRNA与在肺癌中经常发生异常改变的脆性位点 （fragile site）（容易发生转座、缺失和扩大的基因位点）具有相关性。此外，研究人员还发现六种miRNA同时存在于非小细胞肺癌（non-small- cell lung cancer, NSCLC）的腺癌和鳞状细胞癌中，同时他们还找到另外六种在这两种组织类型的NSCLC中差异表达的miRNA。
Curtis Harris等人采用检测miRNA成熟体的液相杂交技术和针对miRNA前体的real-time PCR技术证实了miRNA芯片所得结果： has-mir-21和has-mir-205在肿瘤组织中表达上调。与之相反，has-mir-126*则在肺癌组织中表达下调。
那么，miRNA表达谱是否真与病人预后相关呢？如果病人高表达五种特异的miRNA，同时低表达包括has-let-7a-2在内的三种 miRNA中的一种，其预后会很差。此外，研究人员还发现has-mir-155/has-mir-17.3p和has-mir-20与41位I期腺瘤病 人的预后相关。通过Kaplan-Meier生存分析（见文后小词典）发现，has-mir-155高表达、has-let-7a-2低表达以及疾病分期 是影响预后的重要因素。此外，研究人员还在另外一组独立的腺瘤病人体内用real-time PCR验证了芯片所得的表达谱数据。
本项研究所鉴定的一些miRNA可能参与了其它类肿瘤的发生过程及原癌基因的调控过程。例如，miR-155参与了基因MYC的功能行使过程， 而let-7则能对Ras蛋白的表达进行负调控。人们需要进一步研究，以找到这些miRNA的作用靶标，同时更加深入地阐明这些miRNA在肺癌发生发展 过程中所行使的功能。
4.1基因组生物标志物——基因组到生命的桥梁
生物技术领域不断取得的技术突破，将寻找基因组生物标志物的研究带到了一个更高的水平。随着基因测序、芯片 技术的发展，以及对基因组结构更为深入的了解，各大公司都展开了激烈竞争，大家都希望建立对葡萄糖、胆固醇、人绒毛膜促性腺激素等物质进行基因水平及表观 遗传学特征为基础的检测和诊断，以便更早地发现疾病、对患者进行分类以给予不同类型的治疗及筛选出最有可能对治疗起反应的患者。第一批能够从这一技术进展 中获益的人群将是癌症患者。
FDA于2007年2月6日批准了第一个在美国上市的基因表达芯片检测产品MammaPrint。它是由位于阿姆斯特丹的Agendia公司推出的一款乳腺癌诊断产品。该产品通过检测70个基因的表达，从而预测乳腺癌患者癌症复发的风险高低。
MammaPrint是一种以Agilent Technologies公司的60bp寡核苷酸为基础的芯片，售价4200美元。Agendia公司的科学主任兼荷兰癌症研究所（NCI）的分子肿瘤学 教授René Bernards 指出，它可以帮助医生及患者更好地了解疾病。
Bernards指出，肿瘤转移风险高的患者，其10年存活率为50%；而肿瘤转移风险低的患者，其10年存活率高达96%。对转移风险高的患者辅以化疗和激素治疗，可以将这个存活率提高至70%。
据Bernards估计，美国有将近90%的乳腺癌患者正在接受化疗，如果这个比例可以缩少至60%，也就是说，只 对肿瘤转移风险高的患者进行化疗，那么国家医疗系统将因此而节省数百万美元。同时，那些并不需要化疗，同时也无法从化疗中获益的患者，也因此可以避开令人 难以忍受的副作用。
MammaPrint的出现仅仅标志着这一时代的开端。无论是来自学术界还是公司企业的研究人员，目前都在积极努力，期待能够发现新的基于基因表达和表观遗传学修饰的基因组生物标志物，尤其是与癌症相关的标志。
满足不同需求
按照临床目的，可以将基因组生物标志物分为多种类别，包括疾病检测与分类、治疗反应性的预测、治疗有效性以及预后判断等。
Christina Coughlin是惠氏肿瘤学部门的一名副主管。她指出，惠氏公司的一些研究小组，采用Affymetrix的U133全基因组芯片技术，对抗药性和药敏 性细胞株进行靶向信号蛋白分析，进而鉴别候选生物标志物。之后，公司会采用基因工程小鼠或异体移植小鼠筛选最具临床意义的100或200个生物标志物。
Coughlin补充：“我希望能够筛选真正从临床治疗中获益的患者，然后将他们纳入我的治疗领域，而排除那些对治疗具有抗性、无法从中受益的患者。”
其它生物标志物，比如那些通过MammaPrint的70-基因检测芯片发现的标志，可以帮助医生更好地做出治疗决策。与MammaPrint相似的一款产品是Oncotype DX。仅仅通过检测21个基因的表达，它就能预测乳腺癌患者的预后及其对化疗的反应。
Steve Shak是Genomic Health的首席医疗官，他指出，每100名被诊断为无淋巴结转移的乳腺癌（ER＋）的妇女中，仅有4名乳腺癌患者需要并且能够从细胞毒性化疗中获益。
On
Shak认为，On
Shak强调，RNA始终都存在于组织中，但它们很容易被分解为片段。研究人员不断优化条件，终于可以稳定可靠地对组织中的RNA进行定量检测了。
不期而遇的发现
On
On
Chinnaiyan指出，建立这个数据库似乎源于现实需要。他解释说，他们自己就需要做许多基因表达分析工 作，经常有一些同行问他们所研究的基因是否在某种癌症中异常表达。可以这样说，Chinnaiyan和他的学生之所以建立这个数据库，就是为了能够使那些 肿瘤学家和生物学家们借助数据库，自己寻找答案。
但Chinnaiyan很快便发现，On
Chinnaiyan的实验室借助On
Chinnaiyan指出，前列腺癌基因融合从而成为了一个高度特异性的生物标志物，同时也是非常好的治疗靶标，就好像Bcr-Abl基因融合既是慢性髓性白血病的生物标志物，也是其治疗靶标一样。
由于这一发现实在出乎意料，因此起初Chinnaiyan一度认为自己弄错了。现在，位于圣地亚哥的Gen-Probe公司已经研制出了对尿液标本进行检测从而进行前列腺癌诊断的试剂，该试剂正是基于上述发现。
表观遗传学生物标志物
并非所有基因组生物标志
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