梳理疾病生物標志物最新進展

　　個體化醫療正越來越受到臨床醫學界的重視，而生物標志物是實施個體化醫療的基礎。生物標志物(Biomarker)是近年來隨著免疫學、分子生物學和基因組學技術的發展而提出的一類與細胞生長、增殖、疾病發生等有關的標志物；能反映正常生理過程或病理過程或對治療干預的藥物反應，在早期診斷、疾病預防、藥物靶點確定、藥物反應以及其他方面發揮作用。尋找和發現有價值的生物標記物已經成為目前研究的一個重要熱點。

　　近年來隨著免疫學、分子生物學和基因組學技術的發展，尋找和發現可靠的早期診斷生物標記物已經成為目前的一個研究熱點。小編盤點了近年來和多種疾病早期診斷相關的生物標志物的研究，供大家學習參考。

　　1.研究發現1型糖尿病發作的新型生物標記物，將助力糖尿病早期診斷！

　　Diabetic Medicine, February 2017, 34(2):292–294, doi:10.1111/dme.13177

　　近日，來自都柏林城市大學、埃里克西大學和愛爾蘭皇家外科學院的3U糖尿病聯盟有了一項突破性研究成果，他們發現了一些可能預測1型糖尿病發展的生物標記物。這些發現近日發表在Diabetic Medicine上，研究人員發現了血液中一種叫做12-HETE的物質可用于診斷1型糖尿病病人，如果病人沒有發病，就無法在血液中檢測到這個物質。

　　1型糖尿病人早期檢測到12-HETE水平升高意味著這種物質可以和其它因素一起作為這種自身免疫疾病發作的生物標記物。如果他們真的在病人發病之前的樣品中檢測到了12-HETE，那么研究人員最終很有希望將這個物質與其他物質一起作為生物標記物在人群中進行1型糖尿病的篩查。

　　2.血檢可診斷早期抑郁癥與精神分裂癥

　　Experimental Physiology, Accepted manuscript online:13 March 2017, doi:10.1113/EP086212

　　近日，耶魯大學宣布開發出可以區分抑郁癥和精神分裂癥的早期血檢診斷工具。通過一種新的生物標志物，可以在這兩種精神性疾病的任何發展階段進行檢測。這是第一種可用于抑郁癥和精神分裂癥患者的生理診斷工具。該項研究結果發表在《Experimental Physiology》，詳細介紹了檢測的概念性驗證工作，以及開發成診斷產品的預期成功率。由于這兩種疾病很難通過簡單地行為觀察來早期發現，因此這種血檢方法很有應用價值。

　　這項新的血液診斷針對的是一種稱為精氨酸血管加壓素（AVP）的激素，其水平在抑郁癥和精神分裂癥的患者中存在差異。這種激素調控人體血管收縮和水潴留，它受神經系統細胞信號通路NMDA（altered N-methyl-D-aspartate，N-甲基-D-天冬氨酸）調節。

　　在研究中，Gunduz-Bruce博士分別檢測了7個精神分裂癥患者，8個抑郁癥患者和10個對照成員的激素水平。結果顯示，NMDA受體在患有抑郁癥的人體內“過度活躍”，在精神分裂癥患者中“功能失調”。抑郁癥組具有比精神分裂癥組高3倍的AVP濃度，證明血液測試可以基于所選擇的生物標記物將兩種癥狀成功區分。

　　3.PNAS:新突破！幾滴血液就可以快速測試“結核病感染”

　　PNAS, Publication Online:21 March 2017, doi:10.1073/pnas.1621360114

　　如今，來自亞利桑那州，得克薩斯州和華盛頓特區的一批科學家已經聯手開發了首例快速血液檢測來診斷和定量活動性結核病例的嚴重程度。

　　該團隊新開發的基于血液的TB測試不僅勝過目前市場上的所有其他測試，而且僅需要幾個小時就能完成。這是至關重要的，因為有效的結核病控制要求患者盡快開始治療，以降低傳播結核病的風險。這項測試也有助于快速評估結核病治療，這是減少耐藥結核菌株發展和傳播的重要因素。

　　研究團隊新開發的NanoDisk-MS測定可以顯著改善結核病診斷和管理，因為它是可以測量活動性TB感染嚴重程度的第一個測試。通過準確檢測兩種蛋白質（CFP-10和ESAT-6）的微小血液水平，TB細菌只能在活動性感染期間釋放。

　　目前的結核病檢測常常表現為艾滋病毒陽性結核病患者或非肺組織結核感染者，而這些患者可能需要活組織檢查進行診斷。然而，NanoDisk-MS測定法檢測到肺和非肺結核病例，具有相似的敏感性（約92％），無論患者的HIV狀況如何，并且顯示出良好的特異性來區分患有相關疾病的患者（潛伏性TB和非結核分枝桿菌感染率分別為87％和91％）和健康受試者（100％）。

　　4.Nature：重磅！發現CD4 T細胞HIV病毒庫的標志物---CD32a

　　Nature, Published online 15 March 2017, doi:10.1038/nature21710

　　在一項新的研究中，法國研究人員發現一種方法能夠在服用抗HIV藥物的人體內精確地找到給人類免疫缺陷病毒（HIV）提供藏身之所的仍未得到充分理解的白細胞。

　　為了能夠觀察和有朝一日中和HIV，這些“病毒庫”細胞長期以來是努力根除獲得性免疫缺陷綜合征（AIDS）和導致它的HIV病毒的最高目標。

　　當前沒有治愈HIV感染的方法，而且被感染者不得不終生服用病毒抑制藥物。這是因為在一類被稱作CD4 T細胞的白細胞當中，有一小部分白細胞給HIV病毒提供藏身之所，使得它能夠在治療停止后再次浮現和擴散，即便是在幾十年后停止治療，也會如此。

　　在利用HIV感染者的血液進行測試時，這些研究人員成功地觀察到存在于被HIV感染的病毒庫細胞表面上的蛋白CD32a。這種蛋白在健康的CD4 T細胞中是缺乏的。

　　一名HIV感染者大約有2000億個CD4 T細胞，但是每100萬個CD4 T細胞中，僅有一個細胞是病毒庫。在大約5升成年人的血液中，有2%的人體CD4 T細胞（大約40億個）表達這種蛋白。這意味著100微升血液樣品含有大約0.8億個CD4 T細胞，而在這些CD4 T細胞當中，大約80個是病毒庫。

　　不過，一個大的問題是CD32a是否積極參與讓這種病毒能夠在CD4 T細胞中隱藏起來。如果確實是如此的話，它可能是開發阻斷這種隱藏過程的藥物的一種誘人的靶標。

　　美國加州大學圣地亞哥分校AIDS研究員Douglas Richman（未參與這項研究）提醒道，盡管將這項研究描述為“具有潛在重大的意義”，但是CD32a僅在大約一半的CD4 T細胞病毒庫中發現到。為了根除潛伏的HIV還需要靶向剩下的不含這種標志物的CD4 T細胞病毒庫。

　　5.Sci Adv：MTA可能用于預測膿毒癥患者死亡風險

　　Science Advances, March 2017, doi:10.1126/sciadv.1602096

　　最近，杜克大學的科學家發現了一種標志物可用以提升膿毒血癥的早期診斷和治療，改善患者預后，從而挽救患者的生命。這種標志物是一種叫作甲硫腺苷的小分子（methylthioadenosine，MTA），它能預測哪個病人最有可能因膿毒血癥而死亡。

　　這一發現能夠幫助病人更好地選擇治療方法，及時地增強或者抑制患者的免疫系統，為膿毒血癥治療提供準確的依據。杜克大學醫學院的Dennis教授表示："利用藥物治療因感染引起的機體免疫異常是制藥產業的重大難題，已經有超過100項臨床實驗在該領域失敗了，這些臨床試驗的失敗可能并不是因為治療而失敗，而是沒有很好地進行疾病診斷。利用我們新發現的標志物，或許能夠對膿毒血癥患者進行精確分類，使他們獲得更好的治療，甚至恢復原先藥物的功效。"

　　在膿毒血癥早期，機體免疫系統會釋放大量炎癥性細胞因子，部分細胞因子能夠激活一種叫作胱門蛋白酶的物質，它能夠觸發細胞的爆發性死亡（細胞焦亡），從而幫助機體殺死入侵的病原體，但是這個反應如果不加以控制，也能加重機體自身的損傷。

　　研究中，研究者們發現了MTA分子在甲硫氨酸循環中的作用，這種循環被證明在膿毒血癥患者的細胞焦亡中發揮了重要作用。他們檢測了膿毒血癥幸存者和膿毒血癥死亡患者中MTA的水平，發現因膿毒血癥死亡的患者體內MTA明顯升高。同時，他們發現，這種分子在預測膿毒血癥死亡風險的準確率高達80%，其準確率和目前廣泛用于醫院的APACHE II評分類似。隨后，他們通過小鼠實驗證明，通過控制患者體能MTA的水平能夠改善膿毒血癥的癥狀。

　　但是，MTA想要運用到臨床診斷或治療，研究者們還有很多工作要做。完善檢測工具、明確劑量、闡明MTA在膿毒血癥中的作用機制等都是需要進一步研究的工作。如果研究成果能有進一步突破，還需要在患者中進一步驗證。

　　6.PNAS：如何利用簡單的血液檢測來診斷癌癥？

　　PNAS, 2017, doi:10.1073/pnas.1618088114

　　最近，一項發表在國際雜志Proceedings of the National Academy of Sciences上的研究報告中，來自普渡大學的研究人員通過研究表示，醫生們未來或有望利用簡單的血液檢測來診斷和監測患者的癌癥，從而或許就能夠降低或消除一些侵入性手段的使用，文章中，研究者在血漿中鑒別出了一系列蛋白質，當這些蛋白水平升高時就意味著患者會患上癌癥。

　　研究者Andy Tao表示，我們對乳腺癌患者的樣本進行了分析，但這種血液檢測手段似乎對于任何一種癌癥和其它疾病都適用，同時該研究還依賴于對血漿中的微泡和外來體進行分析。蛋白質的磷酸化能夠誘發癌細胞形成，因此諸如一些磷蛋白質等磷酸化蛋白或許就能夠作為指示癌癥的候選生物標志物；然而截止到目前為止，研究人員并不能夠對血液中的磷蛋白質進行春花，因為肝臟會釋放磷酸酶到血液中，而磷酸酶能夠對磷蛋白質進行脫磷酸作用。

　　研究者認為，能夠利用血液中的磷蛋白質來進行疾病的檢測和監測，文章中，研究者在機體血液樣本中發現了將近2400種磷蛋白，同時還發現144種磷蛋白在癌癥患者機體血液中的水平明顯上升了，隨后他們將來自30名乳腺癌患者1毫升的血液樣本同6名健康個體進行了對比。研究者利用離心機對紅細胞中的血漿進行了分離，隨后利用高速和超高速離心方法對微泡和外來體也進行了分離，這些顆粒來自于細胞，能夠進入到血液中，或許在細胞間的交流中扮演著重要角色，同時其或許還在癌癥轉移過程中發揮著重要的作用。

　　下一步研究人員計劃對多種類型癌癥中的磷蛋白水平的增加進行分析，來檢測是否其所表現出的模式能夠指示出患者所患的癌癥類型，目前研究人員正在開發一種新技術來幫助醫生們將血液樣本插入到特殊盒子中來幫助分析血液中磷蛋白的存在，這就降低了對超高速離心過程的需要。

　　7.Cell Rep：鑒別出能指示惡性卵巢癌患者預后的新型生物標志物

　　Cell Reports, March 07, 2017, doi:10.1016/j.celrep.2017.02.028

　　近日，刊登在國際雜志Cell Reports上的一項研究報告中，來自多倫多大學醫療網絡 （University Health Network）的研究人員通過研究在高度漿液性卵巢癌的腫瘤細胞表面鑒別出了一種能夠進行表達的蛋白分子標記，高度漿液性卵巢癌是一種常見且具有致死性的卵巢癌亞型。

　　文章中，研究者發現，機體中名為CD151的生物標志物的高水平表達和患者較差的預后直接相關，Medrano博士說道，卵巢癌實際上是很多疾病，通過鑒別CD151以及其在癌細胞生存中所扮演的關鍵角色，我們就希望后期能夠開發出一種新型療法來靶向作用CD151。

　　由于生物標志物CD151能夠作為卵巢癌患者較差預后的標志物，因此隨著未來深入的研究，研究人員或許就有潛力開發出一種臨床篩查工具來幫助進行患者的個體化治療。

　　在實驗室研究中，研究人員利用來自40名患者機體的腫瘤樣本細胞系進行分析研究，最終他們發現，CD151能夠促進高度漿液性卵巢癌的癌細胞生存，后期研究者對大約1000名患者進行了隊列研究，并且對來自患者機體的組織樣本進行分析，從而確定了高水平CD151和患者預后較差之間的關聯。

　　8.ACS Nano：突破！科學家利用來自尿液的生物標志物進行早期癌癥篩查

　　ACS Nano, 2017, 11 (2):1360–1370, doi:10.1021/acsnano.6b06131

　　日前，來自韓國蔚山國家科學技術研究所的研究人員通過研究開發出了一種新技術，該技術能夠有效在尿液或血液中有效鑒別出促進癌癥發生的物質，相關研究刊登于國際雜志ACS Nano上。文章中，研究人員開發出了一種集成的離心微流體平臺（Exodisc），這種設備能夠對尿液中的胞外膜泡(extracellular vesicles，EVs)進行分離。

　　研究人員就開發出了一種快速、具有尺寸選擇性的新型平臺結構，該平臺能夠從原始的生物樣本中有效分離并且分析納米尺寸的胞外膜泡結構，比如細胞培養的上清液或者癌癥患者的尿液。研究者Hyun-Kyung Woo博士表示，新型平臺Exodisc由兩個獨立的過濾單元組成（尺寸分別為20納米和600納米），其能夠同時對兩個不同的樣本進行處理，通過對這種盤狀芯片進行旋轉，尿液樣本就能夠通過兩個集成的納米過濾器被轉移，從而就能夠富集尺寸在20-600納米范圍之內的尿液胞外膜泡結構。

　　該平臺中納米多孔過濾器中孔的大小能夠被任意設置，從而就能夠實現從病原菌或不必要的蛋白質中對納米尺寸的囊泡結構進行有效分離，研究者Cho教授指出，利用Exodisc平臺我們就能夠在30分鐘之內對原始樣本中的胞外膜泡進行分離，而且通過離心力來進行過濾的過程完全是自動化完成的，這就能夠有效地富集胞外膜泡結構。

　　這項研究中，研究小組通過分離來自膀胱癌患者尿液中的胞外膜泡，對臨床樣本進行了檢測，而他們就是利用這種桌面大小的離心微粒體系統完成了研究，因此研究人員就能夠實現在30分鐘內對尿液中尺寸在20-600納米的胞外膜泡進行自動化富集；研究者Vijaya Sunkara指出，利用分離自膀胱癌患者機體中的胞外膜泡進行ELISA反應就能夠發現CD9和CD81高水平的表達，這也就表明，這種方法或許能夠被用于臨床研究中，來幫助檢測尿液中基于胞外膜泡的生物標志物，從而用于對癌癥進行診斷。

　　9.J Cancer：蘇州大學教授構建出可準確預測白血病的網絡生物標志物

　　Journal of Cancer, 2017, 8(2):278-286, doi:10.7150/jca.17302

　　白血病是發達國家癌癥死亡的主要原因。國內外一直努力尋找用于白血病診斷的分子生物標志物，但由于白血病的異質性和復雜性，它的發生發展涉及多個分子組分之間的相互作用。因此，目前普遍使用的單個分子標志物具有一定的局限性。網絡生物標志物被認為在疾病表征中優于個體分子。

　　日前來自蘇州大學系統生物學研究中心的學者發表論文于Journal of Cancer，名為基于基因表達和蛋白之間相互作用的數據，構建網絡生物標志物可準確預測白血病。

　　該研究整合蛋白質相互作用網絡和基因表達數據，在系統層面上對白血病的關鍵基因進行模塊化分析，構建可以為診斷白血病提供依據的網絡生物標志物。首先，我們選擇蛋白質相互作用網絡數據庫 PINA 和數據庫 GeneGo中白血病相關基因，重建白血病特異性蛋白質相互作用網絡。接下來，進一步整合基因表達數據 以識別具有白血病相關性的活性模塊。最后，評估候選網絡生物標志物的診斷性能。最終得到一個包含97個基因和400條映射關系的網絡用于準確診斷白血病。功能富集分析結果顯示，該網絡標志物中的基因主要富集在白血病等癌癥相關通路上。

　　10.發現血清標志物，能預測個體對免疫療法的反應！

　　Cancer Immunology Research, January 2017, 5(1):17-28, doi:10.1158/2326-6066.CIR-16-0206

　　ANGPT2是一個與血管生成（血管形成）相關的蛋白質。晚期黑色素瘤患者可用免疫檢查點抑制劑進行治療。根據發表在《癌癥免疫學研究》雜志，研究人員們發現該蛋白的血清水平能預測和影響這種療法的結果。

　　“在這項研究中，我們發現ANGPT2是機體對免疫檢查點CTLA-4和PD-1抑制劑反應的預測因子和預后標志物，”說達納-法伯癌癥研究所黑色素瘤中心的主任F. Stephen Hodi說：“我們發現了更多的證據。這些證據表明，血管生成因子在免疫調節、靶向免疫系統中的作用以及血管生成因子與癌癥療法進行組合的可能性。”

　　在這項研究中，Hodi和他的同事們研究了血管生成因子ANGPT2在免疫調節中的作用，及將其作為免疫檢查點抑制劑的生物標志物的潛力。ANGPT2血管生成的調節劑，并使血管成熟。在之前的研究中，該蛋白與抗貝伐單抗（Avastin）抵抗有關。抗貝伐單抗（Avastin）是靶向針對另一種血管生長因子（VEGF）的治療性抗體。

　　為了理解這ANGPT2影響臨床預后的機制，研究人員進行了在實驗室基礎上進行了測試，使用巨噬細胞（一種免疫細胞）特定的亞群，發現ANGPT2能增加這些細胞內PD-L1的表達。這種亞群的巨噬細胞在腫瘤微環境中有被發現。PD-L1是一種蛋白質，在免疫抑制中發揮著作用，且有一些免疫檢查點抑制劑以PD-1/PD-L1軸為靶點。

　　11.Sci Rep：突破性成果！科學家鑒別出指示多發性硬化癥的首個血液生物標志物

　　Scientific Reports, Published online:03 February 2017, doi:10.1038/srep41473

　　最近，來自澳大利亞麥考瑞大學的研究人員通過研究發現了指示多發性硬化癥（MS）的首個血液生物標志物，多發性硬化癥是一種發病于中樞神經系統的嚴重疾病，其在澳大利亞大約影響著2.3萬人的健康，而在全球影響著230萬人的健康。

　　相關研究刊登于國際雜志Scientific Reports上，這項研究發現是科學家們歷時12年的成果，新型生物標志物的鑒別能夠使得研究人員鑒別多發性硬化癥的準確率達到85%至90%；從傳統角度來講，追蹤該病的發病過程一直被認為存在一定問題，而且耗時較長，同時還需要對病人進行一系列實驗，但最新研究結果表明，利用簡單的血液檢測就能夠簡化并且加速科學家們探究疾病發病機制的過程。

　　12.Cancer Res：預測術后復發的血清標志物也會促進前列腺癌轉移

　　Cancer Research, Published:December 2016, doi:10.1158/0008-5472.CAN-16-2529

　　最近，澳大利亞阿德萊德大學的研究人員在國際學術期刊Cancer Research上發表了一項最新研究進展，他們發現一種能夠預測前列腺癌病人術后復發情況的microRNA除了作為一種生物標記物，還對前列腺癌的轉移進展有促進作用。該研究對于了解前列腺癌的轉移機制提供了新的信息。

　　在這項研究中，研究人員發現miR-194能夠促進前列腺癌轉移。miR-194水平異常會刺激人類前列腺癌細胞系的遷移，侵襲和上皮間充質轉化（EMT），穩定過表達miR-194還會增強腫瘤異種移植模型體內腫瘤的轉移。與之相反，抑制miR-194活性可以抑制前列腺癌細胞系在體外和體內環境下的侵襲能力。前列腺組織中miR-194的水平還與疾病的侵襲性和不良結果存在相關性。

　　研究人員通過對機制進行研究發現泛素連接酶SOCS2是前列腺癌中miR-194的一個直接靶標， SOCS2表達水平降低與病人疾病復發和轉移存在很強的相關關系。SOCS2表達下調能夠重復miR-194誘導的疾病表型，而過表達一個不受miR-194調節的SOCS2則可以減弱miR-194刺激的癌細胞侵襲。研究人員發現miR-194通過靶向SOCS2解除了對FLT3和JAK2這兩種具有促癌作用的激酶的抑制，導致ERK和STAT3信號途徑的增強。

　　除此之外研究人員還通過藥物學方法抑制了ERK和JAK/STAT信號途徑，也能夠逆轉miR-194誘導的表型。而miR-194的表達受到上游轉錄因子GATA2的調控。

　　13.生物標志物模式可預測人們如何衰老

　　Aging Cell, April 2017, 16(2):329-338, doi:10.1111/acel.12557

　　波士頓大學的一項新研究發現，使用生物標志物模式有助于預測一個人如何衰老，以及他們患老年疾病的風險。研究人員分析了來自長壽家庭的近 5000 名參與者的血液樣本，分析了血液中的生物標志物、化學物質等。結果表明，大約有一半的參與者有 19 個生物標志物的平均模式，但較小的群體由于偏離遺傳標準而產生了某種特定“簽名”（signatures）或模式的生物標志物，導致他們在八歲以后患某些疾病、身體功能水平降低甚至死亡的風險加大。這項研究發表在《細胞衰老雜志》（Aging Cell）上。

　　研究發現，每個生物標記模式有著不同的關聯，例如，一種模式與無病老化相關，另一種模式則與癡呆相關。目前研究人員能夠生成 26 個不同的生物標志物的預測簽名結果。

　　薩瓦斯蒂亞尼（Paola Sebastiani）博士指出，許多預測和風險評分預測已在特定的疾病如心臟病中被采用，然而，此次研究旨在通過顯示特定模式的生物標志物組，以證明一個人是如何老化以及與他或她的特定年齡相關的綜合體征，乃至患某些疾病的風險程度。這一發現可能會引導藥物和其他醫學治療的研究，以防止或延緩與年齡有關的疾病發生。