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结直肠癌（CRC）仍是全球最常见的恶性肿瘤之一，也是癌症相关死亡的主要原因。近年来，CRC分子生物学研究的进展聚焦于用于早期检测、预后分层、治疗选择和疾病监测的生物标志物。临床验证的生物标志物，包括微卫星不稳定性（MSI）、RAS和BRAF突变、HER2扩增以
结直肠癌（CRC）仍是全球最常见的恶性肿瘤之一，也是癌症相关死亡的主要原因。近年来，CRC分子生物学研究的进展聚焦于用于早期检测、预后分层、治疗选择和疾病监测的生物标志物。临床验证的生物标志物，包括微卫星不稳定性（MSI）、RAS和BRAF突变、HER2扩增以及癌胚抗原（CEA），可指导靶向治疗并预测治疗反应。然而，肿瘤异质性、克隆演变和微环境影响因素限制了单一生物标志物的预测价值。因此，近年来的分子诊断日益聚焦于动态且微创的方法。循环肿瘤DNA（ctDNA）是检测微小残留病（MRD）、监测复发以及实时评估肿瘤演变的具有前景的生物标志物。多组学分析、空间转录组学和人工智能进一步拓展了超越常规基因组改变的肿瘤特征刻画。本综述将常见CRC生物标志物与新兴的液体活检、多组学、空间转录组学和人工智能方法整合，涵盖早期检测、预后、治疗选择和纵向监测等应用场景。未来的生物标志物策略可能依赖于整合分子模型与纵向液体活检评估相结合。然而，大多数新生物标志物仍处于研究阶段，检测方法异质性、标准化不足以及前瞻性临床验证缺乏目前限制了其常规临床应用。
主体内容总结
1. 引言
结直肠癌（CRC）是全球第三大常见癌症，也是癌症相关死亡的第二大原因。2022年全球新发病例超过190万例，死亡近90万例，预计到2040年新发病例将增至320万例。早发性CRC（EOCRC）在全球范围内呈上升趋势，且常与更晚期的诊断和更差的生存结局相关。CRC的五年生存率从I期的91%下降至IV期的约15%，因此早期诊断是决定预后的关键因素。尽管结肠镜检查仍是CRC检测的金标准，但患者接受度和经济限制制约了其应用；粪便免疫化学检测（FIT）则受限于不完美的敏感性和特异性。目前亟需非侵入性、可靠的生物标志物用于早期检测。
2. 已确立的临床生物标志物
2.1. MSI/错配修复缺陷（dMMR）
DNA错配修复（MMR）和MSI状态是指导CRC患者临床管理的宝贵生物标志物。MMR蛋白识别并修复DNA复制过程中产生的碱基错配和插入-缺失环。MMR基因的胚系突变与林奇综合征（LS）相关，而体细胞功能缺失突变或MLH1启动子高甲基化导致的表观遗传沉默均可导致dMMR。MMR功能缺失导致微卫星区域复制错误积累，产生MSI。MSI/dMMR状态不仅用于识别LS，还可预测免疫检查点抑制剂（ICIs）的治疗反应。dMMR/MSI-H CRC通常表现为低分化黏液腺癌，多见于近端结肠。在转移性疾病中，dMMR/MSI-H与较差的预后相关，部分反映了BRAF V600E突变的高患病率。新辅助免疫治疗在局限性dMMR/MSI-H CRC中取得了改变实践的成果：NICHE-2研究中，新辅助纳武利尤单抗联合伊匹木单抗在98%的患者中产生病理学反应，68%达到病理学完全缓解。相比之下，MSS/pMMR肿瘤约占结直肠肿瘤的85–90%，通常表现为低肿瘤突变负荷（TMB）和有限的免疫细胞浸润，对ICI单药治疗反应不佳。数字病理学和人工智能（AI）的进展已能通过深度学习（DL）算法应用于数字化全切片图像，准确预测dMMR/MSI-H状态。
2.2. RAS突变
KRAS突变发生在约40–45%的CRC肿瘤中，NRAS突变影响约3–5%的病例，HRAS突变极为罕见。KRAS突变通常涉及12号和13号密码子，与较差的肿瘤分化、远处转移以及较短的无复发生存期（RFS）和总生存期（OS）相关。KRAS突变状态在原发灶与远处转移之间的不一致性通常不常见（低于10%），但肺转移的差异率显著更高，可达30%。RAS状态是抗EGFR治疗的核心预测生物标志物：KRAS或NRAS激活突变提示对西妥昔单抗和帕尼单抗的原发性耐药，而RAS野生型状态则识别可能适合抗EGFR治疗的患者。对于既往治疗过的KRAS G12C突变mCRC患者，adagrasib联合西妥昔单抗或sotorasib联合帕尼单抗等靶向联合方案是额外的治疗选择。
2.3. BRAF突变
BRAF激活突变见于约8–10%的CRC病例，其中约90–95%为V600E突变。BRAF V600E突变与快速疾病进展和不良预后相关，尤其在mCRC中，通常发生于右半结肠，呈黏液组织学特征，在老年患者和女性中更常见。BRAF突变在相当比例的散发性MSI-H CRC中被检测到，MSI-H状态可能部分减轻BRAF突变的不良预后影响。BRAF突变分为功能类别：I类（V600）、II类（RAS非依赖性非V600）和III类（RAS依赖性）。BRAF抑制剂encorafenib联合抗EGFR抗体西妥昔单抗已证明在既往治疗过的mCRC患者中改善OS、无进展生存期（PFS）和缓解率。
2.4. HER-2扩增
HER-2基因扩增见于约2–5%的CRC病例，在RAS野生型肿瘤中更常见。HER2过表达在左半结肠和直肠肿瘤中更频繁。作为预测生物标志物，HER-2改变提示对抗EGFR治疗的耐药性。tucatinib联合trastuzumab是唯一获得FDA批准的CRC特异性HER2靶向方案，适用于RAS野生型、HER2阳性的不可切除或转移性CRC，该批准基于MOUNTAINEER试验。
2.5. CEA
CEA是最广泛认可的肿瘤标志物之一，但高假阳性率限制了其在CRC诊断中的单独应用价值。CEA在检测CRC转移中发挥重要作用，与磁共振成像（MRI）整合可提高肝转移诊断的准确性。CEA被广泛用于预测CRC术后复发风险，但血清CEA单独不能确认或排除肿瘤复发，应与临床评估和影像学检查结合解读。
2.6. 其他临床研究的生物标志物
TP53突变见于约50–60%的结直肠肿瘤中，与基因组不稳定和疾病进展相关。PIK3CA突变激活PI3K/AKT信号通路，可能影响靶向治疗反应。血管内皮生长因子（VEGF）和增殖标志物Ki-67也被广泛研究。这些标志物目前均无常规指南支持的治疗选择作用，应视为探索性或研究导向的生物标志物。
3. 新兴生物标志物
3.1. CRC中的液体活检：当前证据与临床范围
3.1.1. 生物学背景
液体活检涵盖血液中可检测的多种肿瘤来源成分。ctDNA通过凋亡、坏死和主动分泌释放到循环中，反映肿瘤当前的生物学状态。ctDNA可作为疾病的动态传感器，通常能在影像学进展之前提供信息。循环肿瘤细胞（CTCs）和细胞外囊泡可提供关于转移潜能、肿瘤异质性和治疗反应的补充信息。
3.1.2. ctDNA在微小残留病（MRD）评估中的应用
在局限性结肠癌和直肠癌患者中，原发肿瘤切除后ctDNA的存在已被证明是复发和死亡的最强已知风险因素之一。ctDNA阴性患者复发风险极低，而ctDNA阳性患者风险显著升高。在寡转移性疾病中，肝转移灶切除后可检测到的ctDNA是残留病变的独立且强效的标志物。术后ctDNA阳性与较高的复发风险相关，系列检测可能在影像学进展前检测到分子复发。前瞻性随机证据支持在特定II期结肠癌环境中ctDNA指导辅助治疗决策，但ctDNA应补充而非替代临床病理评估和影像学检查。
3.1.3. 液体活检中的表观遗传信号
突变ctDNA分析主要用于追踪克隆演变、量化肿瘤负荷和检测治疗耐药机制。血浆DNA甲基化标志物反映复发性表观遗传改变，可能对血液筛查特别有用。甲基化SEPT9是代表性例子，但其敏感性不足以替代FIT或结肠镜检查。循环miRNAs和lncRNAs反映与增殖、上皮-间质转化、侵袭和治疗反应相关的调控通路，但证据仍主要为回顾性或实验室基础。
3.1.4. 寡转移性疾病
在一项25例接受根治性局部治疗的寡转移CRC患者的前瞻性单中心研究中，治疗后ctDNA可检测与更差的OS相关（HR 11.28），而基线ctDNA无显著预后意义。但该研究样本量小、置信区间宽，结果应视为假设生成性的，需在更大规模的前瞻性多中心研究中验证。肿瘤知情检测方法需要测序切除的肿瘤组织，提供高分析特异性；肿瘤未知或仅血浆检测方法直接从血浆基因组和甲基化模式推断肿瘤来源信号，无需先前肿瘤测序。不同MRD平台的结果不应视为可直接互换。
3.2. 多组学与空间分析
传统基因组方法不能完全描述CRC的复杂性。Guo等人对144例CRC患者的配对肿瘤和邻近正常样本进行了全外显子组、转录组、蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析，识别出与预后和肿瘤微环境（TME）差异相关的三种分子亚型。多组学可补充共识分子亚型（CMS）分类，增加蛋白质组和磷酸化蛋白质组信息。整合生物标志物模型结合基因组、表观遗传、免疫和临床特征来表征CRC异质性、治疗反应和耐药性，但需要外部验证、校准、可重复性以及超越已确立的临床病理和分子因素的获益证明。
4. 临床应用
转移性或复发性疾病的治疗选择日益由分子分析指导。根据ESMO和NCCN指南，一线治疗取决于分子状态和肿瘤位置。在左侧、RAS和BRAF野生型、MSS腺癌中，推荐EGFR抑制剂联合化疗。BRAF V600E突变mCRC中，encorafenib联合西妥昔单抗加mFOLFOX6得到BREAKWATER试验支持。携带KRAS或NRAS突变的肿瘤通常在一线接受化疗联合抗血管生成药物如贝伐珠单抗治疗。
抗EGFR治疗：预测生物标志物和耐药机制
抗EGFR单克隆抗体在RAS野生型mCRC中显示获益，但反应差异显著。高EGFR基因拷贝数（GCN ≥ 4）和增加的EGFR表达与更好的临床获益、PFS和OS相关。RAS状态仍是抗EGFR治疗选择的主要指南支持生物标志物。抗EGFR治疗的耐药可分为三类：靶基因改变（包括KRAS、NRAS和BRAF的获得性突变以及EGFR胞外结构域突变）、补偿性通路激活（涉及HER2/ERBB2、PIK3CA/PTEN失调）以及肿瘤微环境介导的耐药。大多数耐药机制仍处于研究阶段。
5. 未来展望
5.1. 从单一生物标志物到整合分子谱
CRC生物标志物研究正从孤立的单一标志物分析转向整合分子谱，结合基因组、转录组、表观遗传、蛋白质组、空间和临床信息。优先事项是通过外部验证和对患者结局的前瞻性评估，证明可重复的临床价值以及超越已确立的临床病理和分子因素的获益。
5.2. 分子肿瘤演变和适应性治疗策略
分子肿瘤演变为适应性生物标志物指导治疗提供了理论基础，但检测到分子变化本身并不能证明改变治疗可改善结局。适应性策略应在前瞻性干预研究中评估，预设采样间隔、可操作阈值、临床相关终点和患者获益评估。
5.3. 先进CRC生物标志物临床转化和标准化的挑战
临床转化需要标准化ctDNA、循环肿瘤细胞、microRNA、甲基化和组织检测的预分析及分析程序，以及检测特异性阈值、质量控制和跨平台结果可比性证据。术后采样窗口应预先定义并在研究中协调统一。瘤内异质性进一步使生物标志物解读复杂化。前瞻性研究必须证明生物标志物指导的决策能改善患者结局，并在常规实施前具有临床和经济合理性。
5.4. 未来方向
未来研究应优先考虑临床可操作的、场景特异性生物标志物策略，而非仅发现导向的检测组合。关键问题包括哪些生物标志物组合在已确立的临床病理和分子因素之外增加价值，如何整合空间和纵向信息，以及AI支持的模型是否能改善临床决策和患者结局。生物标志物应补充而非替代已确立的病理学、影像学和临床评估。
6. 结论
常规生物标志物，包括MSI/dMMR、RAS、BRAF、HER2和CEA，仍是当前CRC临床实践的基石。液体活检，特别是ctDNA，在微小残留病检测、复发监测和肿瘤演变的纵向评估方面具有巨大前景。然而，检测方法异质性、预分析变异性、肿瘤脱落、克隆性造血以及证明ctDNA指导干预获益的需求继续限制常规实施。多组学、空间转录组学和人工智能驱动的方法代表了表征肿瘤异质性和治疗反应的重要未来方向，但这些技术需要协调的方法、外部验证和大规模前瞻性研究证明改善患者结局后才能常规临床部署。
