Medical Research

肺癌是发病率和死亡率增长最快，对人群健康和生命威胁最大的恶性肿瘤之一。在过去的五年当中，肺癌患者的存活率低于15%。近50年来，肺癌的发病率和死亡率均明显增高。男性肺癌发病率和死亡率均占所有恶性肿瘤的第一位；女性发病率和死亡率则均占第二位。到2008年，全世界范围内有180万人死于肺癌。

肺癌的治疗手段包括外科手术治疗、放射治疗、化学治疗、免疫治疗、中医中药治疗等。尽管治疗手段多种多样，但是肺癌的治愈率仍很低。大规模的临床试验证明低剂量的电脑断层扫描使高危个体的死亡率显著降低。然而，临床检测肺癌的生物标志物对于高危人群是迫切需要的。在这里，作者报道了一种尿蛋白能够作为检测肺癌的一种标志物。使用症状明显的肺癌Kras（G12D）小鼠模型，通过同胞比较鉴定了出现癌症症状小鼠的尿蛋白水平。患者的尿液与正常对照的蛋白组学水平同样被检测。重要的是，检测的七种蛋白在小鼠模型和患者体内均明显的升高。在一个独立的实验中，作者发现这七个蛋白中的两个蛋白在肺癌样本中的表达上调，而对照组没有出现这种趋势。这些蛋白的动力学特性与疾病小鼠模型相符合。因此，这些尿素蛋白可能作为检测早期肺癌的标志物。

多年的流行病学研究及实验和临床观察表明，各种环境的和遗传的致癌因素可能以协同的方式引起细胞非致死性的DNA损害，从而激活原癌基因或（和）灭活肿瘤的抑制基因，加上凋亡调节基因和（或）DNA修复基因的改变，使细胞发生转化。经过一个漫长的多阶段演进过程，其中某个克隆相对无限制扩增，通过附加突变，选择性形成不同特点的亚克隆，从而获得浸润和转移能力，形成恶性肿瘤。因此，综合来说癌症是一种基因疾病，通过激活以及逐渐积累来改变癌基因的表达，以及对抑癌基因的抑制作用。这种变化导致基因与蛋白相比于对照组有不同的变化。其中一些基因可以通过测量其在体液中的变化来判断癌症在体内的状态。对于其他形式癌症的研究表明，利用体液检测癌症状态的方法可以显著提高患者的存活率。临床上对肝癌的研究表明，每六个月通过检测AFP的水平以及超声波检测可以将其致死率减少37%。值得一提的是，仅仅通过监测AFP的水平就可以增加5-10年的存活。目前，在其临床症状出现之前就通过集中的实验来确认癌症标志物对于患者来讲是很有益处的。不幸的是，目前没有一种标志物可以有效的用于检测肺癌高发患者。研究表明，也可以通过检测组织如唾液、鼻/支气管气道上皮以及呼气浓缩物来检测早期肺癌。最近的研究表明，对于尿素蛋白的检测可能会对早期肺癌诊断有帮助。我们知道，尿液中富含三千多种蛋白。此外，由于它们都是分泌成熟的蛋白，因此非常稳定，并且易于收集。在这里，作者检测了转基因小鼠模型和对照小鼠模型中的尿液，通过比较蛋白组学的数据，发现在肿瘤小鼠以及肺癌小鼠中相关标注物均有表达。此外，还检测了在一个独立的肺癌患者中这些标志物的变化。使用强力霉素诱导的突变Kras小鼠作为肺癌模型，作者表明，尿液血浆铜蓝蛋白的水平与癌症的发展相一致。

本研究试图通过对人类样本的分析来确定尿液的标志物。尽管生物标志物的这种方法可以应用于临床研究，而一些如高noise蛋白组的分析对标志物成功鉴定癌症有较大的影响。众所周知，人类的遗传背景非常复杂，生活习惯以及生存环境也不尽相同。相比之下，转基因小鼠模型具有较纯的遗传背景以及较高的生存环境控制。此外，转基因小鼠模型的noise水平是可预期的并且比人类的低很多。因此，通过结合两个系统的优点可以鉴定出肺癌的标志物。在本实验中，作者发现在肺癌中，一些种类的蛋白的表达上调，并且在肺癌病人的尿液中也同样呈现高表达。

有趣的是，在A549细胞系以及肺癌患者的血清中均发现A1BG和LRG1的分泌。Orm1变异基因的浓度在肺癌患者中同样提高。此外，有报道表明癌症的发病率与血清铜蓝蛋白的水平密切相关；相似的研究同样表明，血清铜蓝蛋白在肺癌中的高水平表达可能导致其他癌症。在此研究中，作者证实了肺癌患者体内血清铜蓝蛋白的水平的升高。在与健康对照组相比后，作者发现血清铜蓝蛋白在肺癌患者的血清中显著上升。这些研究成果帮助作者构建了一个有力的疾病检测标志物。

肺癌患者的尿蛋白上升很大程度上与炎症反应有关，这可能与肺癌的发展也密不可分。事实上，突变Kras介导的肺癌具有广泛的炎症特点，并且在肺癌中突变Kras可以激活NF-κ B信号通路。作者发现一些表达上调的蛋白参与到炎症反应中，揭示了在Kras突变诱导的肺癌模型中，作者所提出的“尿液信号通路”很有可能代表的就是真正的尿液信号标志。

在本研究中，作者集观察的是肺癌患者以及小鼠模型中表达升高的蛋白。然而，在尿液样本中表达下降的蛋白可能同样适用于肺癌的早期临床诊断。而未来需要通过更多的临床研究来验证作者的研究成果。（来源：百替生物 作者：王显松）

原文摘要：

Identification of urine protein biomarkers with the potential for early detection of lung cancer

Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths and has an overall 5-year survival rate lower than 15%. Large-scale clinical trials have demonstrated a significant relative reduction in mortality in high-risk individuals with low-dose computed tomography screening. However, biomarkers capable of identifying the most at-risk population and detecting lung cancer before it becomes clinically apparent are urgently needed in the clinic. Here, we report the identification of urine biomarkers capable of detecting lung cancer. Using the well-characterized inducible Kras (G12D) mouse model of lung cancer, we identified alterations in the urine proteome in tumor-bearing mice compared with sibling controls. Marked differences at the proteomic level were also detected between the urine of patients and that of healthy population controls. Importantly, we identified 7 proteins commonly found to be significantly up-regulated in both tumor-bearing mice and patients. In an independent cohort, we showed that 2 of the 7 proteins were up-regulated in urine samples from lung cancer patients but not in those from controls. The kinetics of these proteins correlated with the disease state in the mouse model. These tumor biomarkers could potentially aid in the early detection of lung cancer.

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