曾蕾,楊凱旋
腫瘤細(xì)胞由原發(fā)灶或轉(zhuǎn)移灶脫落進(jìn)入外周血液成為循環(huán)腫瘤細(xì)胞(circulating tumor cells,CTCs),這一概念由澳大利亞醫(yī)生ASHWORTH[1]在1869年首次提出。CTCs存在于血液循環(huán)系統(tǒng)中,可通過血液進(jìn)行微轉(zhuǎn)移,是具有高活力、高轉(zhuǎn)移潛能的腫瘤細(xì)胞,與腫瘤的復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。近年來,CTCs作為新型生物標(biāo)志物已成為各類腫瘤研究的熱點(diǎn),在乳腺癌[2]、肺癌[3]、前列腺癌[4]、結(jié)直腸癌[5]等腫瘤診斷中得到了較為廣泛的應(yīng)用。目前CTCs在腫瘤的早期診斷、實(shí)時個體化用藥指導(dǎo),監(jiān)測腫瘤復(fù)發(fā)、闡明腫瘤耐藥機(jī)制以及改善臨床醫(yī)生對疾病進(jìn)展和轉(zhuǎn)移的認(rèn)識方面起著重要作用[6-8],近年來,許多學(xué)者對CTCs在鼻咽癌的診斷與治療中的作用開展了大量研究。本文針對CTCs的特性、檢測方法、鑒定方法以及其在鼻咽癌中的研究進(jìn)展做一綜述,以提高臨床醫(yī)生對CTCs的認(rèn)識。
有研究發(fā)現(xiàn),腫瘤的轉(zhuǎn)移擴(kuò)散在早期發(fā)病時可能就已經(jīng)出現(xiàn),而不是之前認(rèn)為的是腫瘤后期的結(jié)果[9],CTCs可在早期隨著血液循環(huán)到達(dá)并重新定殖于原發(fā)病灶或遠(yuǎn)端器官,保持休眠狀態(tài),在特定的條件刺激下釋放進(jìn)入外周血液循環(huán),最終發(fā)展成一個明顯的復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移性病灶[10]。由于腫瘤細(xì)胞的異常增殖和代謝,其基因表達(dá)與修飾、蛋白合成與修飾以及某些極性顆粒物質(zhì)積聚發(fā)生異常,導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的大小、形態(tài)、介電屬性和細(xì)胞表面的標(biāo)志蛋白均與正常細(xì)胞不同,是分離腫瘤細(xì)胞的理論基礎(chǔ)[11]。通常,CTCs與正常外周血細(xì)胞比較,具有核質(zhì)比大、體積大(白細(xì)胞直徑為8~10 μm,紅細(xì)胞為 8 μm,CTCs為 12~25 μm)、質(zhì)量重、密度高等特點(diǎn)。CTCs的細(xì)胞表面具有某些特異性的蛋白標(biāo)志物,是與其他血細(xì)胞的區(qū)別。上皮細(xì)胞黏附分子(epithelial cell adhesion molecule,EpCAM)是腫瘤細(xì)胞特有的標(biāo)志蛋白,在CTCs中特異性高表達(dá),而在血細(xì)胞中不表達(dá)。此外,部分細(xì)胞角蛋白(cytokeratins,CKs),例如:CK6、CK18、CK19,也是其特異性標(biāo)志物,但是CTCs不表達(dá)白細(xì)胞的表面標(biāo)志蛋白CD45。因此,根據(jù)以上研究結(jié)果將CTCs的免疫組織學(xué)概念定義為細(xì)胞表面EpCAM(+)/CK(+)/CD45(-)的有核細(xì)胞。有研究在健康人體的血液中進(jìn)行驗(yàn)證,沒有發(fā)現(xiàn)具有相同免疫組織學(xué)特征的非惡性上皮細(xì)胞[12],但在某些良性疾病患者血液中卻發(fā)現(xiàn)了具有相同免疫特性的細(xì)胞,如良性結(jié)腸病變[13]、胰腺病變[14]、良性乳腺疾病[15-16]等,表明有必要對CTCs進(jìn)行進(jìn)一步的分子表征分析。
在惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中,腫瘤細(xì)胞可與周圍環(huán)境發(fā)生作用,從上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)換為間質(zhì)細(xì)胞,這一過程稱為上皮 -間 質(zhì) 轉(zhuǎn) 換(epithelial-mesenchymal transition,EMT),EMT使腫瘤細(xì)胞失去了上皮細(xì)胞的一些特性,如細(xì)胞間的黏附作用、細(xì)胞極性等,獲得了間質(zhì)細(xì)胞的一些特性,如運(yùn)動、侵襲、抵抗凋亡等[17]。EMT使得腫瘤細(xì)胞的類型發(fā)生了改變,降解基質(zhì)的能力提高,細(xì)胞間的結(jié)合力減弱,因此轉(zhuǎn)換后的腫瘤細(xì)胞獲得了更強(qiáng)的轉(zhuǎn)移及侵襲能力,在血液中也更易存活[18],且與腫瘤的抗藥性存在相關(guān)性[19]。通過EMT使CTCs獲得了腫瘤干細(xì)胞的自我更新、侵襲傾向和耐藥特性[20],這可能是腫瘤轉(zhuǎn)移過程中的關(guān)鍵。EMT使腫瘤細(xì)胞脫離原發(fā)灶或轉(zhuǎn)移灶進(jìn)而形成新的繼發(fā)轉(zhuǎn)移灶,因此EMT被認(rèn)為是腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散至血液循環(huán)中的重要過程[21-25]。有新的證據(jù)表明,CTCs是高度異質(zhì)性的,包括上皮細(xì)胞表型、上皮與間質(zhì)細(xì)胞混合表型、間質(zhì)細(xì)胞表型以及循環(huán)腫瘤干細(xì)胞表型CTCs[26]。而由于發(fā)生了EMT,間質(zhì)細(xì)胞表型CTCs比其他類型的CTCs具有更強(qiáng)的轉(zhuǎn)移侵襲能力和耐藥性。此外,在一項(xiàng)乳腺癌研究中,對CTCs進(jìn)行基因分析時發(fā)現(xiàn)外周血液中的CTCs與原發(fā)灶腫瘤細(xì)胞相比發(fā)生了基因變異,可能是因?yàn)镃TCs在周圍環(huán)境影響下發(fā)生了自身適應(yīng)性改變,與腫瘤的耐藥性具有一定的相關(guān)性,這也說明CTCs具有一定的基因突變能力[27]。CTCs的這些物理學(xué)及生物學(xué)特性是從外周血分離和富集CTCs的基礎(chǔ)。
CTCs的檢測主要分為富集以及鑒定兩個部分,CTCs的數(shù)量在血液中處于極低水平,每106~107個外周血細(xì)胞才可能有1個CTCs,這就要求CTCs檢測技術(shù)不僅要有較高的靈敏度,以捕獲稀少的CTCs,同時也要有較高特異度,以排除外周血中的其余細(xì)胞,因此在上億個外周血細(xì)胞中分離富集得到CTCs較為困難,并且這也是CTCs計數(shù)及分子特征檢測的關(guān)鍵[28]。
2.1 CTCs的富集 根據(jù)CTCs的物理學(xué)及生物學(xué)特性,將CTCs的富集方法分為非特異性富集法及特異性富集法。非特異性富集法是指根據(jù)CTCs的密度、大小、表面電荷及可變形等性質(zhì)對CTCs進(jìn)行分離富集,其中代表性方法的是膜過濾法和密度梯度離心法。膜過濾法依據(jù)CTCs直徑普遍大于血細(xì)胞直徑這一特性,用孔徑為8 μm大小的濾過膜分離血細(xì)胞從而得到CTCs,富集效果較好[29]。密度梯度離心法根據(jù)CTCs與其他外周血細(xì)胞密度的差異,通過相應(yīng)的密度離心遞質(zhì)將CTCs與外周血細(xì)胞分離,但這種方法的特異度較低,得到的結(jié)果可信度欠佳,在臨床上使用較少。特異性富集法指利用特異性抗體與細(xì)胞表面抗原進(jìn)行特異性結(jié)合來獲取CTCs(陽性分選法),或者去除血細(xì)胞而留下CTCs(陰性分選法)。陽性分選法是通過標(biāo)記CTCs表面抗原直接捕獲CTCs,最常用于陽性分選法的抗原為EpCAM,其是CTCs特有的標(biāo)志抗原,在CTCs中特異性高表達(dá),而在血細(xì)胞中不表達(dá)。而陰性分選法則通過CTCs不表達(dá)的抗原(如CD45)來去除外周血細(xì)胞,以達(dá)到富集CTCs的目的[30]。下面將介紹幾種具體的CTCs分離富集方法。
2.1.1 免疫磁珠分離技術(shù) 免疫磁珠分離技術(shù)是一種以特異性抗原抗體反應(yīng)為基礎(chǔ)的免疫學(xué)分離技術(shù),利用細(xì)胞表面的特異性抗原與磁珠上的特異性單克隆抗體相結(jié)合,形成抗原-抗體-磁珠復(fù)合物,使細(xì)胞具有磁性,在磁場中被吸附并滯留于磁場中,相反無該種特異性抗原的細(xì)胞則不能與磁珠結(jié)合且不具有磁性,不能在磁場中逗留[31]。利用免疫磁珠分離技術(shù)分離CTCs,根據(jù)磁珠表面特異性抗體的不同分為陽性分選法和陰性分選法。陽性分選法主要利用磁珠表面抗EpCAM抗體與CTCs表面表達(dá)的特異性EpCAM相結(jié)合,從而捕獲到外周血液中的CTCs,目前在臨床上使用這種方法的代表是CellSearch系統(tǒng),是目前唯一被美國食品與藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)用于結(jié)直腸癌[5]、前列腺癌[32]和轉(zhuǎn)移性乳腺癌[33]CTCs檢測的免疫磁珠分離技術(shù)。但是,這種方法的不足在于其對CTCs的捕獲依賴于細(xì)胞表面EpCAM的表達(dá),比較適用于EpCAM表達(dá)較高的腫瘤類型。部分CTCs由于發(fā)生了EMT而存在異質(zhì)性,不同類型CTCs表面的EpCAM表達(dá)不同,因此其在CellSearch系統(tǒng)中的檢出率可能偏低[34]。陰性分選法則是利用在CTCs中不表達(dá),而外周血細(xì)胞中表達(dá)的相關(guān)抗原(通常是CD45)與磁珠上的特異性抗體結(jié)合,從而分離出外周血細(xì)胞,富集得到血液中的CTCs。陰性分選法不依賴于CTCs表面抗原的表達(dá),不受EMT的影響,適合富集的CTCs類型相對陽性分選法較廣,同時其也可以避免磁珠直接作用于CTCs破壞細(xì)胞。但是陰性分選法步驟復(fù)雜,在操作過程中可能也會破壞 CTCs[31]。
2.1.2 基于微流體平臺的CTCs分離技術(shù)(CTCs-芯片)CTCs-芯片是一種具有抗EpCAM抗體涂層的微流體裝置,由精細(xì)構(gòu)造的微柱組成,允許分子較小的細(xì)胞自由通過,而將分子較大的細(xì)胞轉(zhuǎn)移到捕獲“陷阱”[35]。CTCs-芯片是近年逐漸發(fā)展起來的CTCs分離富集技術(shù),其作用原理是將可結(jié)合CTCs的抗體固定在固相表面,當(dāng)血液中的CTCs流經(jīng)芯片時即可被抗體特異性識別并選擇、富集。CTCs-芯片的優(yōu)勢在于可使用包被在不同固相表面的不同抗體,即聯(lián)合多種抗體捕獲CTCs,并且可以依照分子表型對不同類型的CTCs進(jìn)行分別捕獲,有利于對不同類型的CTCs做進(jìn)一步研究。目前,CTCs-芯片已在各類腫瘤研究中廣泛應(yīng)用。NAGRATH等[35]發(fā)現(xiàn)CTCs-芯片對乳腺癌、結(jié)直腸癌、前列腺癌、胰腺癌以及肺癌患者的CTCs檢出率較高。SEQUIST等[36]研究發(fā)現(xiàn)利用CTCs-芯片富集得到的非小細(xì)胞肺癌CTCs,還可用于檢測其表皮生長因子的突變情況,以指導(dǎo)臨床個體化用藥。
2.1.3 體內(nèi)富集技術(shù) 目前研究人員已開發(fā)了從體內(nèi)分離CTCs的新方法,以便檢測更大流量的血液,即將結(jié)合EpCAM抗體的針形裝置自前臂靜脈插入并保持30 min,以在體內(nèi)進(jìn)行CTCs的分離富集[37]。例如:CellCollector技術(shù),由一種直徑0.5 mm的不銹鋼絲組成,帶有抗EpCAM抗體涂層,類似于靜脈導(dǎo)管,需要從靜脈插入,在血液循環(huán)中捕獲CTCs,此方法的優(yōu)勢在于不局限于血液的量,可獲取足夠的血液以獲取CTCs,目前已在肺癌、前列腺癌治療中應(yīng)用,其安全性及有效性亦得到了初步驗(yàn)證[38-39]。雖然這種方法值得嘗試,但還需要進(jìn)行更多的臨床研究以確定CellCollector技術(shù)是否真正優(yōu)于傳統(tǒng)體外檢測裝置。
2.2 CTCs的鑒定 無論使用哪一種方法對CTCs進(jìn)行富集,始終不能得到完全純化的CTCs。因此,必須鑒定所捕獲的細(xì)胞是否是CTCs。完成這一目標(biāo)通常的方法是使用4',6-二脒基-2-苯基吲哚(4',6-diamidino-2-phenylindole,DAPI)對所捕獲的細(xì)胞進(jìn)行染色,DAPI可與雙鏈DNA結(jié)合,證明捕獲的細(xì)胞具有細(xì)胞核,接著再使用不同標(biāo)記的CKs抗體和白細(xì)胞抗原抗體(例如抗CD45抗體)來對這些具有細(xì)胞核的細(xì)胞進(jìn)行分析[40]。富集的CTCs需要進(jìn)行細(xì)胞計數(shù)以及分子分型,用于細(xì)胞計數(shù)的方法主要包括免疫細(xì)胞化學(xué)技術(shù)(如:免疫熒光法及熒光原位雜交法等)和流式細(xì)胞術(shù)等,用于分子分型的方法主要包括聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)和逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)技術(shù)等[41]。也有一些鑒定系統(tǒng)跳過富集步驟,使用簡化的方式來識別CTCs,例如:由EPIC Sciences開發(fā)的系統(tǒng),將血液中的成核組分涂抹到帶有可黏附細(xì)胞的特殊涂層的載玻片上,隨后用DAPI和熒光標(biāo)記的抗CKs抗體和抗CD45抗體染色載玻片,再用熒光掃描儀掃描,得到反映細(xì)胞形態(tài)學(xué)以及CKs和CD45表達(dá)情況的計算機(jī)圖像[42]。另一種以推定方式鑒定CTCs的方法是通過RT-PCR尋找上皮細(xì)胞標(biāo)志物或相關(guān)抗原的轉(zhuǎn)錄物。有研究報道,在乳腺癌患者中,存在著CK-19 mRNA陽性的CTCs,因此可認(rèn)為若使用RT-PCR技術(shù)檢測到了CK-19的mRNA,則可假設(shè)存在CTCs[43-45]。這種方法靈敏度高,但是這些轉(zhuǎn)錄子的存在也不能百分之百代表存在CTCs,需要對細(xì)胞進(jìn)行進(jìn)一步的表型分析或基因分型,這一方法很難實(shí)現(xiàn)。針對這一問題,研究人員發(fā)明了新的技術(shù),即the Adna Test,通過此技術(shù)對感興趣的CTCs基因產(chǎn)物做進(jìn)一步基因組標(biāo)志物分析以補(bǔ)充檢測的完整性[46]。
鼻咽癌是一種頭頸部惡性腫瘤,是常發(fā)于東南亞尤其是華南地區(qū)的主要惡性腫瘤之一,其發(fā)病與地理分布、環(huán)境和遺傳因素密切相關(guān),EB病毒(Epstein-barr virus,EBV)感染、吸煙史、高危飲食習(xí)慣等均可能是鼻咽癌的高發(fā)因素[47-49],但具體病因尚未明確。鼻咽癌是一種放射敏感性腫瘤,其治療主要以放療和/或化療為主,隨著放療技術(shù)的提高,患者的5年生存率也在不斷提高,治療失敗的主要原因是原位復(fù)發(fā)及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移,且疾病發(fā)展不易監(jiān)測[50-51]。但近年來,CTCs的研究為鼻咽癌的診斷、治療及預(yù)后評估提供了新方法。
ZHANG等[52]進(jìn)行的一項(xiàng)納入50例鼻咽癌患者的回顧性研究中發(fā)現(xiàn),46例患者被檢測出CTCs,陽性率為92.0%,且疾病分期與CTCs檢出率無明顯相關(guān)性。無論是無遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的初診患者(M0),還是復(fù)發(fā)或發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的患者,CTCs數(shù)量均隨著TNM分期[53]增加而不斷增加(從Ⅱ期到Ⅳ期)。LI等[54]回顧性分析了38例鼻咽癌低分化鱗狀細(xì)胞癌患者,其中TNM Ⅰ期2例,Ⅱ期12例,Ⅲ期8例和Ⅳ期16例,分析患者放療前、放療后1周及放療后1個月外周血CTCs計數(shù)發(fā)現(xiàn),52.6%的患者外周血中可以檢測到CTCs,放療后1個月CTCs明顯減少,結(jié)果表明CTCs數(shù)量和檢出率與TNM分期及其他臨床指標(biāo)無相關(guān)性。HE等[55]在一項(xiàng)納入33例鼻咽癌患者的研究中發(fā)現(xiàn),不同TNM分期患者均可檢測出CTCs,但檢出率與TNM分期無相關(guān)性。伍勇等[56]對63例初治鼻咽癌患者和20例正常對照人群的CTCs表達(dá)情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),鼻咽癌患者CTCs陽性率為55.6%,正常人群不表達(dá)CTCs,并且發(fā)現(xiàn)鼻咽癌患者CTCs陽性與患者M(jìn)分期(遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移情況)相關(guān),與T分期(腫瘤原發(fā)灶大?。分期(淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況)及總分期無關(guān)。吳君心等[57]研究發(fā)現(xiàn),鼻咽癌患者外周血中CTCs陽性與患者N分期相關(guān),CTCs陽性患者淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移更廣泛,提示預(yù)后不良,可能成為鼻咽癌患者預(yù)后評估的一個輔助指標(biāo)。SI等[58]研究證實(shí)基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)存在于CTCs中,并在間質(zhì)細(xì)胞表型CTCs中表達(dá)最多。MMP-9是一種鋅依賴性內(nèi)肽酶,在降解環(huán)境屏障中發(fā)揮重要作用,在體內(nèi)外均可發(fā)揮促進(jìn)轉(zhuǎn)移的作用[59-60]。除了轉(zhuǎn)移作用,MMP-9還被證明與鼻咽癌EBV感染密切相關(guān)[61]。LIU等[62]研究表明,MMP-9與鼻咽癌預(yù)后不良相關(guān)。
血漿EBV-DNA定量作為一項(xiàng)無創(chuàng)性檢測手段,是鼻咽癌診治的重要輔助手段,許多研究已將其用于鼻咽癌的診斷、危險分層、監(jiān)測和預(yù)后預(yù)測,同時CTCs也逐漸被作為一項(xiàng)有前景的鼻咽癌生物標(biāo)志物來研究,因此,血漿EBV-DNA與CTCs是否具有協(xié)同作用,也成為鼻咽癌CTCs研究的一大熱點(diǎn)。HE等[55]的研究發(fā)現(xiàn)CTCs的存在可能與EBV的激活狀態(tài)有關(guān),CTCs陽性鼻咽癌患者的EB病毒殼抗原相應(yīng)IgA抗體(EBV VCA-IgA)水平高于CTCs陰性患者,且CTCs計數(shù)與EBV VCA-IgA和EBV-DNA載量相關(guān),表明CTCs與鼻咽癌患者EBV活化呈正相關(guān)。伍勇等[56]研究也發(fā)現(xiàn)在EBV-DNA陰性鼻咽癌患者中,CTCs陽性率為45.5%,而在EBV-DNA陽性患者中,CTCs陽性率為78.9%,表明CTCs和EBV-DNA密切相關(guān),CTCs聯(lián)合EBV-DNA水平用于鼻咽癌病情的評價。YOU等[63]在一項(xiàng)納入270例鼻咽癌患者的研究中發(fā)現(xiàn),CTCs與血漿EBV-DNA水平相比,診斷鼻咽癌遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的靈敏度較差,但特異度較好,但兩者協(xié)同診斷靈敏度及特異度優(yōu)于單獨(dú)使用CTCs或EBV-DVA。此外,該研究還發(fā)現(xiàn)在基線以及接受一線化療后這兩個時間點(diǎn),CTCs計數(shù)與EBVDNA水平相對良好的患者,其無進(jìn)展生存期和總生存期相對于有不良改變的患者均明顯延長,表明CTCs和血漿EBVDNA水平在一線化療前后和化療期間均可作為鼻咽癌遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移患者的重要預(yù)后指標(biāo)。且與影像學(xué)檢查結(jié)合,CTCs和EB-DNA則可以提供更加完善的預(yù)后信息。
隨著CTCs富集與鑒定技術(shù)的不斷進(jìn)步,CTCs的臨床價值越來越凸顯,在鼻咽癌中的研究進(jìn)展也在不斷更新。但是,要將CTCs檢測廣泛應(yīng)用于鼻咽癌臨床實(shí)踐中,這條路還任重道遠(yuǎn)。首先,大量研究中CTCs檢測技術(shù)的原理和方法不同,且各研究方法缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),從而導(dǎo)致判斷標(biāo)準(zhǔn)及檢測結(jié)果存在較大差異,缺乏可比性,CTCs檢測技術(shù)有待進(jìn)一步規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化;其次,在鼻咽癌患者中常規(guī)進(jìn)行CTCs檢測并不常見,到目前為止發(fā)表的研究結(jié)果都是在小樣本群體進(jìn)行研究的,CTCs在鼻咽癌中的研究結(jié)果缺乏前瞻性多中心大樣本研究。不同個體CTCs分子表型存在差異,且同一個體CTCs也具有異質(zhì)性,也是未來研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)。期待在不久的將來CTCs檢測可為廣大鼻咽癌及各類腫瘤患者帶來更大的益處。
本文文獻(xiàn)檢索策略:
以“循環(huán)腫瘤細(xì)胞、特性、檢測方法、鼻咽癌”為關(guān)鍵詞檢索中國知網(wǎng)、維普網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺, 以“circulating tumor cells、characteristics、detection、nasopharyngeal carcinoma” 為關(guān)鍵詞檢索 PubMed、Web of Science。檢索日期截至2019年9月,共檢索到200余篇文獻(xiàn)。文獻(xiàn)納入標(biāo)準(zhǔn)為描述循環(huán)腫瘤細(xì)胞特性、檢測方法及其在鼻咽癌中應(yīng)用的文獻(xiàn),排除循環(huán)腫瘤細(xì)胞單純應(yīng)用于其他腫瘤治療的相關(guān)文獻(xiàn),最終納入63篇文獻(xiàn)。
作者貢獻(xiàn):曾蕾進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計,文獻(xiàn)/資料收集與整理,論文的撰寫與修訂;楊凱旋進(jìn)行文章的可行性分析,負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校,對文章整體負(fù)責(zé),監(jiān)督管理。
本文無利益沖突。