五大疾病的生物標(biāo)志物研究盤點

來源：信息員       點擊量：3764      時間：2016-08-25

對于很多常見重大疾病而言，早期診斷至關(guān)重要。近年來隨著免疫學(xué)、分子生物學(xué)和基因組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尋找和發(fā)現(xiàn)可靠的早期診斷生物標(biāo)記物已經(jīng)成為目前的一個研究熱點。

1.癌癥的早期篩選生物標(biāo)志物

早期發(fā)現(xiàn)對提高癌癥患者的存活率有很大的正面影響，因此如何構(gòu)建出一個成本適中、結(jié)果可靠的早期癌癥篩選方法是科學(xué)家們亟待解決的問題。正因如此，目前大部分生物標(biāo)志物的研究聚集在癌癥上。

近期，英國謝菲爾德大學(xué)(University of Sheffield)的研究人員通過對過去5年內(nèi)超過19，000篇與血液中癌癥生物標(biāo)記物有關(guān)的研究的篩選，找出了786種血液中與癌癥相關(guān)的生物標(biāo)記物。這些生物標(biāo)記物可能被用于開發(fā)針對大眾的早期癌癥篩選測試。

研究人員依靠特定的數(shù)據(jù)挖掘(Data Mining)技術(shù)， 先將超過19，000篇文獻(xiàn)刪減到3990篇，然后從中篩選出了786種與癌癥相關(guān)的生物標(biāo)記物。這些生物標(biāo)記物根據(jù)它們的特性可以分為13類，其中包括36種黏附和基質(zhì)蛋白， 52種細(xì)胞因子， 39種游離DNA， 232種微小RNA等等。研究人員還將這些生物標(biāo)記物依據(jù)能夠檢測到它們的方法進(jìn)行了分類，比如微小RNA和游離DNA可以通過PCR 或者測序的方式檢測到，而蛋白類的生物標(biāo)記物則需要免疫測試(ELISA等)或者質(zhì)譜(Mass Spectroscopy)的方式來檢測。

這是研究人員第一次對血液中存在的與癌癥相關(guān)的生物標(biāo)記物進(jìn)行了一次全面的總結(jié)。下一步，研究人員將對這些生物標(biāo)記物的研究進(jìn)行核查，并且通過臨床試驗檢驗每個標(biāo)記物對早期腫瘤的預(yù)測能力。

早期癌癥檢測協(xié)會主任 Ian Cree教授說：“我們的預(yù)期是經(jīng)過核實和臨床試驗后，我們能夠選出一套大約50個生物標(biāo)記物進(jìn)入臨床試驗，檢測它們綜合起來對早期癌癥的預(yù)測能力。我們的目標(biāo)是最終的篩選測試能夠在早期癌癥患者的血液中找出這些生物標(biāo)記物，然后患者會被轉(zhuǎn)送去接受更具體的測試來決定腫瘤的種類?！?

2.早期阿爾茨海默病的標(biāo)志物

作為一種神經(jīng)退行性疾病，阿爾茨海默病(Alzheimer's disease， AD)的特征在于顯著的記憶喪失。預(yù)計到2050年，全球AD患者人數(shù)將從如今的0.44億增長至1.355億。因此，阿爾茨海默病已成為大腦研究的焦點。

鑒定早期診斷標(biāo)志物在AD研究中至關(guān)重要。若能通過有效的早期標(biāo)志物進(jìn)行診斷，則能允許個人和他們的家庭有充足的時間接受診斷結(jié)果，并且相應(yīng)地調(diào)整他們的生活方式，也能幫助科學(xué)家了解哪些因子促進(jìn)了疾病的發(fā)展。

當(dāng)深入剖析血液尋找疾病多種標(biāo)志物時，研究者們通常會對血漿進(jìn)行分析，血漿中包含有豐富的蛋白質(zhì)、激素、RNA和炎性標(biāo)志物等。有些蛋白質(zhì)，比如許多參與炎性反應(yīng)的蛋白質(zhì)，都可以被鑒定作為阿爾茲海默氏癥的潛在診斷標(biāo)志物。而且被認(rèn)為對阿爾茲海默氏癥非常關(guān)鍵的Aβ肽類往往也可以在血漿中進(jìn)行測定，且已經(jīng)得到了大量研究。

一項研究表明，在阿爾茲海默氏癥患者的血液中許多脂質(zhì)的水平也出現(xiàn)了異常，當(dāng)然這也是可以理解的，因為大腦中本身就富含脂質(zhì);目前研究人員非常感興趣去調(diào)查患者血液中高半胱氨酸、維生素D、維生素B以及其它許多分子的水平。

然而，血液中的標(biāo)志物非常易于改變，而且其往往依賴于疾病的發(fā)展階段、其它環(huán)境和物理性因素等，研究者并不知道如何利用這些生物標(biāo)志物來將阿爾茲海默式癥同其它類型的癡呆癥或其它大腦疾病進(jìn)行區(qū)分。很多科學(xué)家認(rèn)為，單一血液標(biāo)志物中所包含的的信號或許并不足夠具有診斷價值，因此他們或許需要利用一組不同的標(biāo)志物來進(jìn)行研究，研究者希望未來可以開發(fā)出新型的技術(shù)來幫助進(jìn)行研究，這些技術(shù)或?qū)⑼ㄟ^產(chǎn)生可以攜帶多種生物標(biāo)志物的特殊診斷芯片來提供最佳、特異性且具敏感性的診斷測試。

基于血液來診斷阿爾茲海默氏癥的研究非常具有前景，但研究者后期或許還需要再進(jìn)行深入的研究，他們需要對攜帶多種特殊標(biāo)志物的大規(guī)模人群進(jìn)行調(diào)查研究，并且鞏固他們的研究發(fā)現(xiàn)，從而開發(fā)出公眾期待已經(jīng)的診斷芯片;用作芯片的標(biāo)志物或許會依賴其使用目的不同而進(jìn)行改變，當(dāng)然如果研究者們發(fā)現(xiàn)了一種藥物可以修飾阿爾茲海默氏癥的發(fā)展過程，那么開發(fā)基于血液的新型診斷測試技術(shù)的過程或許也會被加速。

3.糖尿病生物標(biāo)志物

德國一項有關(guān)兒童1型糖尿病相關(guān)生物標(biāo)志物的篩查研究中顯示，早期篩查1型糖尿病可降低糖尿病酮癥酸中毒風(fēng)險及相關(guān)心理壓力。而胰島素自身抗體是一種可靠的生物標(biāo)志物。研究人員對年齡在2-5歲兒童的胰島自身抗體進(jìn)行了篩查以便在疾病早期確定1型糖尿病的存在?；诖舜卧囼炑芯拷Y(jié)果，在整個人群中對這一年齡段兒童進(jìn)行早期1型糖尿病的篩查是可行的。

研究中的篩查結(jié)果來自2015年2月-11月間篩查的26760例兒童。研究人員對參與者血液樣本中的胰島自身抗體進(jìn)行了測定。其中，0.39%的樣本兩種或兩種以上胰島自身抗體陽性，相當(dāng)于每1000個兒童中有4個孩子患病。這些孩子及其父母被邀請在當(dāng)?shù)靥悄虿≈行膮⒓蛹膊〗逃洼o導(dǎo)計劃。果不其然，沒有父母不受疾病診斷的影響，但截至目前父母及兒童并未遭受嚴(yán)重心理負(fù)擔(dān)。

研究人員表示，初步研究結(jié)果令人鼓舞，因為1型糖尿病前期教育是一個新的概念，先前沒有相關(guān)探索。如果1型糖尿病的有效篩查在公共衛(wèi)生預(yù)防計劃中，則大多數(shù)兒童在臨床糖尿病出現(xiàn)前便可得到診斷。同時可以進(jìn)行預(yù)防性教育和監(jiān)測，避免酮癥酸中毒的發(fā)生并為胰島素治療做好前期準(zhǔn)備。

另一項來自德國的研究探索了1型糖尿病和青少年糖尿病患者的和肽素水平。研究表明，I型糖尿病和肽素水平與腎功能相關(guān)。

研究人員對80名1型糖尿病兒童(平均年齡，13歲;37名為女孩;平均 HbA1c，7.85%;平均糖尿病病程，7.3年)和60名健康參與者(平均年齡，12.4歲;38名女性)進(jìn)行了相關(guān)數(shù)據(jù)評估。他們對參與者的血清和肽素及血脂水平進(jìn)行了測定，同時還包括臨床及社會經(jīng)濟(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)。對于糖尿病患者，研究人員對HbA1c、血糖及蛋白尿進(jìn)行了評估，利用雙抗體夾心測定法對血清和肽素進(jìn)行測定。

對照組和糖尿病組的和肽素平均濃度分別為4.75 pmol/L和5.56 pmol/L。研究人員發(fā)現(xiàn)，和肽素水平與腎小球濾過率呈負(fù)相關(guān)(糖尿病組，r=0.23;P =0.041。對照組，r=0.61;P=0.034)。糖尿病組中，血清和肽素水平同樣與總膽固醇(r=-0.23，P=0.041)和LDL(r=-0.24，P=0.036)呈負(fù)相關(guān)。在對照組，研究人員并未發(fā)現(xiàn)其他相關(guān)性。

研究人員發(fā)現(xiàn)，糖尿病病程較長的兒童(至少7年;n = 45)相較于糖尿病病程較短的兒童(n = 35;)血清和肽素水平更高(平均5.24 pmol/L vs. 4.13 pmol/L)。在多變量分析中，僅有GFR可作為與和肽素相關(guān)的參數(shù)(P =0.032)。

通過對1型糖尿病患者和對照組進(jìn)行對比，研究人員發(fā)現(xiàn)和肽素(P=0.24)、血清肌酐(49.8 vs. 50.4 mol/L;P=0.53)或GFR(102.4 vs 104.5 mL/min;P=0.47)無組件差異。但是，1型糖尿病兒童C反應(yīng)蛋白(1.66 vs 3.21 g/mL;P=0.013)和甘油三酯(0.88 vs. 1.13 mmol/L;P=0.010)的濃度更低。另外，LDL/HDL比值(1.73 vs 2.32;P <0.001)及體重(51.3 kg vs 60.3 kg;P=0.002)、BMI更低(19.7 kg/m2 vs 23.2 kg/m2;P <0.001)。

研究人員表示，在全部小組和亞組分析中，和肽素和GFR存在顯著負(fù)相關(guān)。這表明，和肽素濃度或為1型糖尿病兒童及青少年腎功能及GFR下降的一項重要參數(shù)。

4.帕金森的生物標(biāo)志物

目前大部分關(guān)于生物標(biāo)志物的研究集中在血液中標(biāo)志物，然而也有研究人員獨辟蹊徑，研究尿液中的生物標(biāo)志物。近期兩項關(guān)于帕金森病的研究就屬于其中。在兩項研究中，來自美國阿拉巴馬大學(xué)的Andrew West博士和同事們通過分析帕金森病患者的尿液和腦脊髓液樣品，發(fā)現(xiàn)尿液中的一種全新的生物標(biāo)志物---磷酸化LRRK2蛋白---與帕金森病的存在和嚴(yán)重度相關(guān)聯(lián)。他們正在更加深入地研究這些樣品，以便驗證是否能夠利用這種生物標(biāo)志物指導(dǎo)未來的臨床治療和在治療期間實時地監(jiān)控潛在新藥物的療效。

West說，“沒有人想到我們能夠在生物流體中測量到這種大分子蛋白的活性，這是因為它通常是在大腦中的神經(jīng)元內(nèi)發(fā)現(xiàn)的?！?

已經(jīng)證實這種生物標(biāo)志物L(fēng)RRK2在遺傳性帕金森病中發(fā)揮著作用，最為常見的一種基因突變(G2019S)導(dǎo)致LRRK2激酶將太多的磷酸基團(tuán)加到它自身和其他的蛋白上。然而這為何能夠?qū)е屡两鹕?，到目前為止仍是不清楚的?

West的生物標(biāo)志物鑒定方法的關(guān)鍵在于了解到LRRK2能夠從所有人生物流體(如尿液和唾液)中發(fā)現(xiàn)的外泌體(exosome)內(nèi)純化出來。體內(nèi)的細(xì)胞持續(xù)地釋放含有蛋白、RNA和DNA混合物的外泌體。Wset和同事們能夠從帕金森病患者捐獻(xiàn)的3到4盎司尿液樣品中純化出外泌體，然后測量這些外泌體中的磷酸化LRRK2蛋白。

一篇文章發(fā)表在2016年3月15日的Neurology期刊上，論文標(biāo)題為“Urinary LRRK2 phosphorylation predicts parkinsonian phenotypes in G2019S LRRK2 carriers”，另一篇文章于2016年6月14日在線發(fā)表在Movement Disorders期刊上，論文標(biāo)題為“Ser(P)-1292 LRRK2 in urinary exosomes is elevated in idiopathic Parkinson's disease”。

在發(fā)表在Neurology期刊上的研究中，West和同事們發(fā)現(xiàn)水平增加的磷酸化LRRK2蛋白能夠預(yù)測攜帶LRRK2 G2019S基因突變的帕金森病患者的疾病發(fā)作風(fēng)險。他們首先在14名攜帶LRRK2基因突變的帕金森病患者的尿液樣品中進(jìn)行測試，然后在72名攜帶LRRK2基因突變的帕金森病患者的尿液樣品中進(jìn)行重復(fù)測試。

在隨后發(fā)表在Movement Disorders期刊上的研究中，West和同事們將研究范圍擴(kuò)大到?jīng)]有攜帶LRRK2基因突變的人群，其中這些人大多數(shù)是帕金森病患者。利用來自帕金森病患者和健康對照者的158種尿液樣品，West和同事們發(fā)現(xiàn)類似于攜帶LRRK2基因突變的帕金森病患者，大約20%沒有攜帶LRRK2基因突變但患上帕金森病的患者也含有較高水平的磷酸化LRRK2蛋白，而這種情形并不存在于健康對照者體內(nèi)。這項研究因此推斷體內(nèi)較高水平的磷酸化LRRK2蛋白可能是在未來開發(fā)出降低磷酸化LRRK2蛋白的藥物的極好的候選生物標(biāo)志物。

5.骨質(zhì)疏松生物標(biāo)志物

來自蘇黎世大學(xué)和蘇黎世大學(xué)兒童醫(yī)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了第一個遺傳性X染色體類型的先天性成骨發(fā)育不全癥，也稱為骨質(zhì)疏松癥?！靶掳l(fā)現(xiàn)的疾病是什么樣的還不清楚，”Cecilia Giunta 說?！拔覀兡苡靡环N簡單的方法來診斷測量這種疾病尿液中的生物標(biāo)志物。”

在瑞士約有300到400人，全球大約有五十萬人患有骨質(zhì)疏松癥，該病會導(dǎo)致他們的骨頭像玻璃一樣脆弱。他們的骨形成不僅不好，而且身體組織中其它部位含有的結(jié)締組織也受到了影響。Cecilia Giunta 和 Marianne Rohrbach說，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新型骨質(zhì)疏松癥，有兩個家庭共有八個病人患有此病。病人患有加劇性骨骼脆弱癥，他們骨骼生長畸形以及有生長萎縮等情況。在這兩個家庭中，這種新形式的成骨不全癥是由X染色體中兩種相同的基因不同的突變(MBTPS2)引起的。X染色體隱性癥狀的遺傳方式只影響男性。

突變基因MBTPS2編碼一個蛋白酶，即一種蛋白質(zhì)，它能夠減少并激活其它稱為轉(zhuǎn)錄因子的蛋白質(zhì)。這些激活的蛋白能與DNA結(jié)合，并能調(diào)節(jié)基因參與到骨生長和固醇代謝中，而且能調(diào)節(jié)細(xì)胞的壓力，這在斑馬魚中表現(xiàn)的比較明顯。不久之后研究人員發(fā)現(xiàn)，IFAP綜合癥是一組人類罕見的皮膚疾病，它是由MBTPS2突變引起的。

“令人驚訝的是，突變基因MBTPS2也能引發(fā)一種完全不同的疾病，即成骨不全癥。”Marianne Rohrbach說道。同一基因中的突變怎樣以及為什么可以引發(fā)兩個完全不同的疾病目前還尚不清楚。Cecilia Giunta 和 Marianne Rohrbach說現(xiàn)在他們的研究方向是查找發(fā)病機(jī)制。科學(xué)家們希望能夠有新的治療方法治療這種疾病。