多模态尿液生物标志物组合在前列腺癌检测中实现卓越准确性并减少不必要活检

《Translational Oncology》：Multimodal urinary biomarker panel achieves superior prostate cancer detection accuracy and reduces unnecessary biopsies

本研究针对前列腺特异性抗原（PSA）筛查面临的挑战，开发了一种结合尿液细胞外囊泡来源的microRNAs（miR-21-5p、miR-375等）、游离/总PSA比值（f/tPSA）和炎症标志物（中性粒细胞-淋巴细胞比值NLR）的多模态诊断模型。该模型在307名参与者中显示出0.947的曲线下面积（AUC），灵敏度和特异性分别达到92.9%和88.7%，尤其在PSA"灰区"（4-10 ng/mL）表现优异，显著优于传统方法，为减少不必要前列腺活检提供了新策略。

　　

前列腺癌是全球男性中最常被诊断出的恶性肿瘤，也是导致男性癌症相关死亡的主要原因之一。目前，前列腺特异性抗原（PSA）检测是筛查前列腺癌的主要工具，但其特异性有限，特别是在PSA水平处于4-10 ng/mL的"灰区"时，诊断准确性大大降低。这一范围内的PSA升高可能由良性前列腺增生（BPH）、前列腺炎或与年龄相关的变化引起，而非癌症。据统计，60%-75% PSA处于灰区的男性接受活检后结果呈阴性，意味着他们承受了不必要的活检风险，包括出血、感染等并发症，以及巨大的心理压力。此外，约15%的前列腺癌患者PSA水平低于常规截断值，这进一步凸显了PSA作为单一筛查标志物的不足。因此，开发能够提高诊断准确性、减少不必要活检的新型生物标志物成为前列腺癌临床诊断的迫切需求。

近年来，尿液中的microRNAs（miRNAs）因其高稳定性、易于获取和非侵入性等特点，展现出作为前列腺癌诊断生物标志物的巨大潜力。这些短链非编码RNA分子在基因表达的转录后调控中发挥关键作用，并在多种恶性肿瘤中呈现异常表达。特别是包裹在细胞外囊泡（EVs）中的miRNAs，受到良好保护而不易降解，更能反映前列腺微环境的状况。与此同时，炎症也被认为在前列腺癌的发生发展中扮演重要角色，中性粒细胞-淋巴细胞比值（NLR）等系统性炎症标志物可能为诊断提供补充信息。

为应对这一挑战，来自伊朗霍伊医科大学基础医学系的Yasin Panahi等研究人员在《Translational Oncology》上发表了一项创新研究。他们假设，将尿液EVs来源的miRNAs与现有的临床参数（如f/tPSA比值）和炎症标志物相结合，可以构建一个更准确、非侵入性的诊断模型，特别致力于改善PSA灰区的诊断性能。

关键技术方法概述

本研究为一项多中心研究，最终纳入307名参与者，包括112名经活检证实的前列腺癌患者、98名良性前列腺增生患者和97名健康对照。研究人员采集了参与者的尿液和血液样本。从尿液中通过两步法协议分离细胞外囊泡，并利用纳米颗粒跟踪分析、透射电子显微镜和Western blot对其进行表征。随后从EVs中提取总RNA，使用TaqMan Advanced miRNA检测法定量分析五种候选miRNAs（miR-21-5p、miR-141-3p、miR-205-5p、miR-375、miR-222-3p）的表达。同时，检测血清中的总PSA、游离PSA以计算f/tPSA比值和PSA密度（PSAD），并通过血液分析计算NLR和检测高敏C反应蛋白（hs-CRP）。采用逻辑回归构建综合诊断模型，并通过受试者工作特征曲线（ROC）和决策曲线分析（DCA）评估其诊断性能和临床效用。研究还在一个独立的验证队列（120名参与者）中验证了模型的稳健性。

研究结果

研究人群和临床特征

三组研究参与者在年龄上无显著差异。前列腺癌患者的总PSA中位水平显著高于良性前列腺增生组和健康对照组。前列腺癌患者的f/tPSA比值中位数显著低于良性前列腺增生组和对照组。良性前列腺增生患者的前列腺体积显著大于前列腺癌组和对照组。前列腺癌患者中，低风险、中风险和高风险疾病分别占一定比例。炎症标志物NLR在前列腺癌患者中显著升高，且在高风险患者中更高。

尿液EV表征和miRNA表达谱

成功从所有样本中分离出大小和形态符合外泌体特征的细胞外囊泡，且纯度较高。五种miRNAs的表达在三组间存在显著差异。与对照组相比，前列腺癌患者中miR-21-5p和miR-375的表达显著上调，而miR-205-5p的表达显著下调。miR-141-3p在前列腺癌患者中中度上调，但无法有效区分前列腺癌和良性前列腺增生。miR-222-3p的表达在各组间无显著差异。值得注意的是，miR-375的表达与Gleason评分呈正相关，提示其可能与疾病严重程度有关。而miR-21-5p在所有风险组的前列腺癌中均上调，表明它可能是一个与肿瘤侵袭性无关的早期诊断标志物。

PSA指标及其诊断性能

总PSA在区分前列腺癌与非前列腺癌方面表现出一定的诊断价值。f/tPSA比值在区分前列腺癌和良性前列腺增生方面优于总PSA。加入PSAD可进一步提高诊断准确性。在PSA灰区，f/tPSA比值仍保持较好的判别能力，而总PSA alone的诊断价值有限。

炎症标志物及其与前列腺癌的关联

NLR在前列腺癌患者中显著升高，且与疾病侵袭性相关，显示出中等的诊断价值。hs-CRP水平在前列腺癌患者中适度升高，但与良性前列腺增生患者无显著差异，且与疾病侵袭性无明确关联。总睾酮水平在前列腺癌患者中低于对照组，但与良性前列腺增生患者无差异。研究发现睾酮水平与miR-21-5p和miR-375的表达呈负相关，提示激素状态可能与miRNA失调存在关联。

多变量分析及综合诊断模型的开发

通过多变量逻辑回归分析，最终构建的综合诊断模型包含了五个独立预测因子：miR-21-5p表达、miR-375表达、f/tPSA比值、PSAD和NLR。该综合模型的诊断性能显著优于任何单一指标或传统组合，曲线下面积达到0.947，灵敏度和特异性分别为92.9%和88.7%。决策曲线分析表明，该模型在广泛的阈值概率范围内比基于PSA的策略具有更高的净收益，显示出良好的临床实用性。特别是在PSA灰区，该模型保持了优异的诊断性能。

miRNA表达与临床病理特征的相关性

miR-375的高表达与不良病理特征（如高Gleason评分、包膜外侵犯等）显著相关。miR-21-5p的表达与肿瘤大小呈中度相关。miR-205-5p的下调在伴有淋巴结受累的患者中更为明显。层次聚类分析证实了不同的miRNA表达模式与前列腺癌风险分类相关。

验证队列分析

在独立验证队列中，五miRNA组合和综合模型显示出与发现队列相似的诊断性能，再次证实了综合模型在区分前列腺癌、特别是PSA灰区患者方面的稳健性和普适性。

研究结论与意义

本研究成功开发并验证了一个综合尿液EVs来源miRNAs、PSA相关指标和炎症标志物的多模态诊断模型。该模型在前列腺癌检测，尤其是在诊断挑战性大的PSA灰区，表现出卓越的诊断准确性，显著优于当前临床标准。模型中涉及的miRNAs（如miR-21-5p、miR-375）不仅作为生物标志物，其表达模式也揭示了它们在前列腺癌生物学中的潜在作用机制，如与炎症信号、雄激素信号通路和上皮-间质转化的关联。

这项研究的成功意味着一种潜在的重大进步，有望在未来临床实践中显著减少不必要的前列腺活检，同时保持对临床显著前列腺癌的高检测率，从而改善患者的诊疗体验并优化医疗资源利用。然而，将该模型转化为常规临床应用仍需解决标准化问题（如尿液收集、EV分离、miRNA定量等），并在更广泛、多样化的患者群体中进行大规模前瞻性验证。未来研究可探索将此类生物标志物与多参数MRI等影像学检查相结合的诊断路径，并进一步研究这些标志物在预测疾病进展和治疗反应方面的潜力。