《Oncology Reviews》：Advancements in cancer biomarker discovery over fifteen years: diagnostics and prognostic approach in somatic cancer
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癌症生物标志物现已成为癌症早期检测、诊断和预后的主要工具。在过去的10年左右，分子生物学、蛋白质组学和基因组学迅速发展，旨在发现用于临床实践的肿瘤组织特异性生物标志物。本综述回顾了2011年至2025年间发表的关于肺癌、乳腺癌、肝癌和肾癌的癌症生物标志物发展。
癌症生物标志物现已成为癌症早期检测、诊断和预后的主要工具。在过去的10年左右，分子生物学、蛋白质组学和基因组学迅速发展，旨在发现用于临床实践的肿瘤组织特异性生物标志物。本综述回顾了2011年至2025年间发表的关于肺癌、乳腺癌、肝癌和肾癌的癌症生物标志物发展。研究人员对同行评审文献进行了系统性回顾，检索了PubMed、Scopus和Web of Science数据库，纳入涉及人类且以英文发表的研究。研究人员评估了多种检测方法，包括免疫组织化学、下一代测序和液体活检技术，并明确关注具有临床相关性的生物标志物。主要趋势表明，尽管经典的蛋白标志物（特别是肺癌中的癌胚抗原和神经元特异性烯醇化酶、乳腺癌中的激素受体状态和人表皮生长因子受体2、以及肝癌中的甲胎蛋白）已得到发展，但许多现代基因组标志物（包括表皮生长因子受体突变、间变性淋巴瘤激酶重排、TP53突变、血管内皮生长因子通路和von Hippel-Lindau基因改变）也已得到发展，导致其相关知识存在巨大差距。这些创新突显了分子生物标志物在支持早期检测、靶向治疗和加强疾病进展监测方面的重要性。癌症生物标志物研究已从基于蛋白质的生物标志物发展为涵盖基因组和转录组靶点，这可能实现更具针对性和个体化的癌症干预。多组学整合和新型生物标志物，如循环肿瘤DNA、循环肿瘤细胞和微小RNA，将聚焦于发展早期诊断、预后和个体化治疗策略，作为此类工作的先决条件。
1 引言
癌症生物标志物构成现代肿瘤学的核心，因为它们对于诊断、预后评估和治疗指导至关重要。分子生物学和基因组技术的发展拓宽了在多种癌症中发现的生物标志物范围，并提高了诊断准确性以及在临床肿瘤学中实现精准医疗的前景。生物标志物是生物状态的可测量指标，可反映典型生理过程、疾病发展或治疗反应。在肿瘤学领域，生物标志物通常在组织、血液或其他生物体液中表达，并已被确定可提供关于癌症存在和发展的关键信息。癌症生物标志物通常分为诊断性、预后性和预测性。诊断性生物标志物确认致癌物存在；预后性生物标志物指示疾病结果和进展；预测性生物标志物表明给定治疗干预的潜在结果。过去十年见证了分子生物学和高通量技术的进步，极大地促进了癌症生物标志物的发现。基于基因组和分子分析的技术能够识别描述个体癌症倾向和治疗反应的分子表型。鉴于肿瘤的生物学和基因组特征不同，对具有组织特异性、能反映不同癌症（如肺癌、乳腺癌、肝癌和肾癌）中这些病理变化的分子表征的生物标志物需求日益增长。这些生物标志物不仅有助于诊断，也有助于制定治疗计划、监测治疗反应和检测疾病复发。癌症继续在全球范围内产生重大的健康影响，及时诊断和靶向治疗途径对于改善患者预后至关重要。这使得生物标志物成为肿瘤学的重要组成部分，因为它们提供了关于肿瘤生物学的宝贵信息，并指导临床医生做出治疗判断。应用新的基因组技术，如下一代测序，促进了与癌症发生和发展相关的遗传改变的全面表征。从这些技术进步中，临床医生能够识别分子靶点并启动基于精准的治疗方法。在过去的几年中，可转化技术（例如液体活检和循环肿瘤DNA分析）的监管批准为非侵入性癌症监测和疾病管理带来了新的机会。然而，尽管取得了这些进展，生物标志物在常规临床实践中的应用仍面临障碍。肿瘤生物学的差异、某些生物标志物灵敏度和特异性低、缺乏标准化的测试程序以及财务和基础设施限制限制了其在临床环境中的普遍应用。本叙述性综述旨在阐明生物标志物技术在癌症诊断和治疗中的新兴作用，关注持续的发展以及当前的障碍，如治疗耐药性、验证挑战和可及性问题，以促进临床医生和研究人员在精准肿瘤学和以患者为中心的癌症治疗方面的专业发展。
2 方法论
本研究的文献检索策略旨在收集2011年至2025年间发表的癌症生物标志物研究的最新状态和新机会。结构化的文献检索在PubMed、Scopus和Web of Science等主要生物医学和多学科数据库中进行，检索词包括“癌症生物标志物”、“肿瘤生物标志物”、“分子生物标志物”、“液体活检”、“精准肿瘤学”和“下一代测序”等关键词的组合。检索时间限定在2011年1月至2025年3月之间，仅纳入英文文章。纳入标准包括：在同行评审科学期刊上发表的关于癌症生物标志物发现、验证或临床应用的原创研究或综述文章，与人类肿瘤学领域具有明确相关性，涉及基因组、蛋白质组、转录组或液体活检等技术的分子生物标志物研究。排除标准包括：会议摘要、社论、评论等非同行评审材料；缺乏足够实验或方法学细节的文章；仅关注动物模型且与人类癌症无直接转化相关性的研究；以及与本综述主题不直接相关的论文。通过对纳入研究的系统分析，研究人员按生物标志物类别、技术和临床应用对研究进行分类，以系统性地综合现有证据。
3 主要癌症类型的生物标志物
3.1 肺癌生物标志物
肺癌仍然是全球性的关键公共卫生问题，非小细胞肺癌（NSCLC）是癌症相关死亡率最高的类型之一。分子肿瘤学的发展已识别出肺癌诊断、预后和治疗中的关键生物标志物。这些包括表皮生长因子受体（EGFR）、KRAS（Kirsten大鼠肉瘤病毒癌基因同源物）突变和程序性死亡-配体1（PD-L1），它们已成为现代医疗靶向治疗方案的标准生物标志物。EGFR突变常见于NSCLC，尤其是在非吸烟或轻度吸烟的肺腺癌患者中，可被厄洛替尼、吉非替尼等酪氨酸激酶抑制剂（TKI）靶向。然而，T790M等耐药突变常发生，需要奥希替尼等新一代TKI克服。KRAS突变是NSCLC中最常见的癌基因改变之一，与不良预后相关，传统上难以靶向。但针对KRAS G12C的抑制剂sotorasib等新疗法为患者带来了希望。PD-L1是肿瘤细胞表面的一种蛋白，可抑制T细胞活化从而使肿瘤逃避免疫识别。PD-L1表达水平是指导NSCLC免疫治疗决策的重要生物标志物。帕博利珠单抗、纳武利尤单抗等免疫检查点抑制剂可阻断PD-L1/PD-1相互作用，恢复免疫监视功能。PD-L1高表达（≥50%）的患者可能从一线免疫治疗中显著获益。
3.2 乳腺癌生物标志物
乳腺癌仍是全球主要的健康问题。分子肿瘤学进展已确立强大的生物标志物用于乳腺癌的诊断、预后评估和治疗。这些包括人表皮生长因子受体2（HER2）、雌激素受体（ER）和孕激素受体（PR），它们已成为个体化治疗方案的重要组成部分。HER2过表达或扩增见于约15-20%的乳腺癌病例，与肿瘤侵袭性强和不良预后相关。HER2状态是指导曲妥珠单抗、帕妥珠单抗等靶向治疗的关键生物标志物。ER是乳腺癌亚型分类中最常见的生物标志物，约70-80%的乳腺癌为ER阳性，对内分泌治疗敏感，但可能因ESR1突变等产生耐药性。PR常与ER共表达，是功能性能量信号传导的标志，PR阳性通常与良好预后和对内分泌治疗的较好反应相关。此外，下一代测序有助于发现PIK3CA、TP53、BRCA1/2等基因突变，为诊断、预后和个体化治疗选择提供依据。新兴生物标志物如循环肿瘤DNA（ctDNA）和微小RNA（如miR-21、miR-155）正被探索用于非侵入性监测。
3.3 肝癌生物标志物
肝癌，主要是肝细胞癌（HCC），是全球发病率上升的最致命癌症之一。分子肿瘤学的新发现已识别出在肝癌诊断、预后和治疗决策中起关键作用的生物标志物。甲胎蛋白（AFP）是一种糖蛋白，是HCC诊断和疾病进展评估的重要肿瘤标志物，通常与超声等影像学检查结合使用，并可用于监测治疗反应或复发。乙型肝炎病毒（HBV）DNA是慢性HBV感染诊断和管理以及肝细胞癌风险预测的有效工具，高水平HBV DNA与肝癌风险增加相关。c-MET是一种受体酪氨酸激酶，在HCC中过表达或突变，与肿瘤进展、转移和治疗耐药相关，是靶向治疗的潜在靶点。
3.4 肾癌生物标志物
肾细胞癌（RCC）是最常见的肾脏恶性肿瘤之一。分子肿瘤学新发现已确定了在肾癌诊断、预后评估和治疗管理中起核心作用的重要生物分子。血管内皮生长因子（VEGF）是参与血管生成的关键信号蛋白，在RCC中过表达，是舒尼替尼、帕唑帕尼等多靶点酪氨酸激酶抑制剂的靶点。表皮生长因子受体（EGFR）在RCC中也有表达，与细胞增殖刺激相关，吉非替尼、厄洛替尼等靶向EGFR信号通路的疗法正在研究中。分化簇31（CD31）是免疫球蛋白超家族成员，在内皮细胞信号传导和血管生成中起重要作用，其表达可用于评估RCC的肿瘤微血管密度和侵袭性。此外，预后生物标志物如Ki-67、肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）和ctDNA对于评估复发风险至关重要。下一代测序有助于检测VHL、PBRM1、SETD2等基因突变，为精准诊断和治疗决策提供支持。
4 新兴生物标志物与技术
4.1 液体活检
液体活检是一种非侵入性的癌症诊断和监测方法，涉及检测和分析血液等体液中存在的肿瘤源性生物标志物。循环肿瘤DNA（ctDNA）具有动态性，可用于实时监测肿瘤演变和识别耐药机制，以建立个体化治疗策略。外泌体是分泌的囊泡，携带癌症相关蛋白和核酸，具有作为诊断和预后标志物的巨大潜力。液体活检已成为传统固体组织活检的有前景的补充，有助于提高癌症干预的准确性。
4.2 非血液生物体液
唾液、尿液、粪便和汗液等非血液体液为无创、便捷的癌症诊断和筛查提供了可能性，尤其适用于儿童和老年人。唾液样本分析可检测口腔癌和肺癌等癌症的DNA、RNA和蛋白质残留物。尿液中含有多种肿瘤特异性生物标志物，可用于泌尿系统和其他癌症的检测。粪便目前通过DNA和免疫化学测试用于结直肠癌筛查。汗液也正在研究中，可能揭示癌症的代谢或蛋白质组学指标。这些方法便于自我采样和快速诊断，有助于建立更好的健康习惯和个体化癌症护理，但需要临床验证和标准化。
4.3 免疫治疗生物标志物
免疫治疗生物标志物的发现对治疗结果具有指导意义。肿瘤突变负荷（TMB）是与免疫检查点抑制剂疗效提高和肿瘤免疫原性增强相关的重要生物标志物。此外，由基因突变产生的肿瘤特异性新抗原参与激活免疫反应。这些肿瘤相关抗原目前正被研究用于开发患者特异性癌症疫苗，拓展了癌症免疫治疗领域。通过识别更可能从免疫治疗中获益的患者，这些生物标志物显著提高了免疫治疗策略在恶性疾病治疗中的精准性和有效性。
4.4 长链非编码RNA（lncRNA）与微小RNA（miRNA）在癌症发展与进展中的作用
专家们现在认为lncRNAs如HOTAIR、MALAT1和BCAR4通过转录、表观遗传和转录后等多种方式影响基因表达，从而促进乳腺癌的发展和转移。这些lncRNAs表达的改变与肿瘤生长、转移和治疗耐药相关。同样，miRNA（微小RNA）通过充当肿瘤抑制因子或癌基因，在调节乳腺癌中发挥作用。miR-21、miR-155和miR-34a等miRNA的过表达改变细胞的自我毁灭能力、分裂速度和免疫系统逃逸能力。由于它们在血液中的水平稳定，有助于识别健康状况的变化。
4.5 检测技术的差异
免疫组织化学（IHC）、下一代测序（NGS）和ctDNA分析等技术在技术特点和医学应用上有所不同。IHC易于检测组织样本中的蛋白质，成本较低，但检测突变不直接。NGS与IHC相比，灵敏度和特异性更高，可提供完整的基因组图谱，包括突变、拷贝数变异和基因融合，但需要先进的技术设备和专业人才。基于ctDNA的液体活检提供了一种非侵入性监测癌症变化的方法，但可能对早期癌症敏感性较低，并且取决于样本质量和肿瘤释放的肿瘤物质数量。因此，根据情况选择合适的技术，并越来越多地结合不同平台以提高诊断准确性和个体化治疗计划至关重要。
5 生物标志物开发面临的挑战
生物标志物开发遇到的问题包括临床中心间的可靠性低、生物标志物验证成本高、以及患者因遗传和生活方式差异带来的变异性。此外，从研究到临床实践的转化涉及不明确的方案和相关监管障碍，阻碍了生物标志物在实践中的整合。
5.1 肿瘤异质性
肿瘤内部和之间的异质性使得生物标志物不可靠，这在精准肿瘤学中尚未得到充分研究。一个肿瘤内通常存在多个遗传上独立的细胞群，这使得难以定义可靠且一致的标志物。生物标志物的差异可能无法涵盖肿瘤过程的各个方面，并可能降低检测和治疗的准确性。此外，原发灶和转移灶之间的肿瘤差异使得生物标志物在临床实践中更难以实施。这种差异证明了一种生物标志物方法不能适用于所有类型的癌症。因此，精准肿瘤学需要使用多种方法，并通过多区域采样、多类型分子的整合研究和持续监测来调整个体化治疗，以确保生物标志物的准确性。
5.2 缺乏标准化
生物标志物的一个主要缺点是由于历史原因，大多数生物标志物可以使用多种技术测量，或者在许多情况下只能使用一种单一技术测量，这妨碍了其临床应用和可重复性。样本收集、处理和分析平台之间的差异导致不同实验室/研究之间的生物标志物数据可重复性差。这种情况使得生物标志物不可重复且未经验证，与其在诊断、预后和治疗环境中的效用相悖。此外，缺乏标准化加剧了将生物标志物纳入主流临床实践的问题，从而延缓了个体化医疗的发展。这对标准化指南、协调生物标志物验证方法学以及提高生物标志物策略的可靠性和临床实践适用性具有重要意义。
5.3 成本与可及性
大多数生物标志物检测的高成本及其普遍可及性问题影响了它们在日常临床实践中的实施。此类检测通常涉及使用先进技术和昂贵的设备，因此对于许多医院或诊所（特别是在发展中国家）来说不切实际。此外，培训足够的人员和建立必要的设施也增加了费用并导致服务稀缺。这些障碍导致了精准医疗服务在服务不足人群中的不公平分配。通过技术创新、优化检测流程和增加诊断中心来降低生物标志物成本，是确保全球更多患者平等使用生物标志物方法的一些主要策略。与生物标志物检测相关的全球健康平等问题可以通过提供低成本技术、在全球范围内应用相同的技术、推广经济有效的检测、支持低收入国家的计划以及合作创建友好的培训和政策来解决。大多数现代生物标志物研究在富裕国家进行，使资源和资源有限的中低收入国家寻求灵活且负担得起的诊断替代方案。
6 结论与未来方向
本综述表明，生物标志物在癌症检测、预后和治疗选择中发挥着越来越重要的作用。尽管其广泛使用存在某些问题，但液体活检和下一代测序有潜力显著增强个体化癌症治疗。下一代测序可以极大地改善个体化癌症治疗。虽然生物标志物可能有助于早期检测和改进的个体化治疗策略，但问题在于检测成本、不可靠性以及行业内标准不一。多组学策略（蛋白质组学、宏基因组学、转录组学和代谢组学）与高性能测序和质谱的融合将有助于更好地理解分子通路和治疗靶点，并进行精确的生物标志物发现。通过利用癌症生物标志物研究中的新技术和分析技术，我们预计未来将取得实质性进展。具体而言，在这个研究方向中，预计将使用基于人工智能的生物标志物发现来有效分析和解释大型生物医学数据集。此外，结合多组学方法（基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学），并更仔细地研究癌症生物学和生物标志物生物学中的这种网络相互作用，可能会为我们提供更深入的理解。空间转录组学等下一代技术也将使研究人员能够检查肿瘤微环境空间中的基因表达。此外，液体活检和下一代测序（NGS）的日益广泛使用将有助于早期诊断、个体化诊断、准确预后和靶向治疗。随着这些技术的进步和变得更易于获取，它们有望在推进癌症诊断、药物选择、治疗决策和整体患者预后方面变得至关重要。
