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  • 血小板检测癌症靠谱吗?谈一谈在质疑中前行的新兴肿瘤标志物——TEPs mRNA!


     
    在人们的传统印象中,血小板,这些来源于巨核细胞的胞质碎片,其正常生理功能体现在在血管破损时,一涌而上,凝血止血。怎么还和癌症检测扯上关系了呢?
     
    血小板——癌细胞转移的致命盟友
    这还得从血小板在癌细胞转移过程中扮演的不光彩角色谈起。50年前,Gasic等研究人员发现,唾液酸苷酶抑制小鼠肿瘤转移的同时伴随着血小板数量减少的现象[2]。之后遗传学研究也表明,减少血小板数量或降低其活性均能在小鼠中抑制肿瘤转移[3、4]。随着研究的深入,血小板促进癌症转移的分子机制被逐步揭示,原来,从逃脱免疫监控,到突破血管封锁,血小板一直“鞍前马后”,为癌细胞转移“保驾护航”。


    血小板促进癌细胞转移[1]
    首先,当血小板附着在癌细胞表面时,他们携带的抗原将癌细胞伪装成正常细胞,导致自然杀伤细胞误以为是友军[5]。紧接着,血小板释放的生长因子、细胞因子以及与癌细胞的直接相互作用,会滋养癌细胞使其更具侵袭性[6]。不仅如此,被癌细胞劫持后,血小板还交出了打开血管内皮屏障的钥匙;有研究表明,癌细胞与血小板的直接相互作用会促使血小板释放ATP,这些ATP通过P2Y2受体让血管内皮细胞排列松弛,使得癌细胞更易穿过血管屏障[7]。这还没完,血小板还能指导早期转移灶生态位的形成,为癌细胞转移打造舒适的生长环境[8]。

    图左:血小板将癌细胞伪装成正常细胞[5];图右:受癌细胞影响,血小板分泌ATP使血管内皮细胞排列松散,癌细胞趁虚而入[9]
     
    近墨者黑——血小板受到癌细胞影响
    可能正是由于血小板与癌细胞之间的这些相互作用,2010年,David C. Calverley等发现,晚期非小细胞肺癌患者的血小板中,约200个基因的表达明显下调[10]。
    除直接影响,血小板还会吸收癌细胞分泌的微囊泡或是外泌体。2011年,R. Jonas A. Nilsson等在胶质瘤和前列腺癌患者的血小板中分别检测到了癌症相关的RNA生物标志物EGFRvIII和PCA3 [11]。2016年,他们进一步在肺癌患者的血小板中检测到了癌细胞特异的融合基因EML4-ALK [12]。

    血小板中检测到癌细胞特异的RNA标志物[11]
     
    2015—2017:从初战告捷到遭受质疑,TEPs继续前行
    这些探索性的研究预示,血小板RNA或许能够成为一种新的生物标志物,用以判断肿瘤的发生、进展等情况。在2015年,来自荷兰的Thomas Wurdinger团队在癌症研究领域的顶级学术期刊Cancer cell上发表研究指出,基于“肿瘤教育的血小板”(Tumor-educated platelets,TEPs)的mRNA测序可用于多种癌症诊断以及癌症类型区分[13]。结果表明,对血小板的mRNA测序不但可以区分癌症患者与健康人,其准确率达到96%,还能区分六种原发肿瘤类型,并对肿瘤进行定位。

    血小板产生以及其与癌细胞“交流”示意图[14]
    对于这些研究结果,一些学者表示“很惊讶”;2016年,来自德国哈勒-维腾贝格大学的学者,Stephan M. Feller与 Marc Lewitzky发文提出了一些质疑[15]。
    首先,他们觉得“Tumor-educated platelets”的命名就有问题,该命名有些随意,即使癌细胞会影响血小板,但如此混乱的肿瘤是不可能成为“教育家”的,定义为“Tumor-conditioned platelets,TCPs”可能更为妥帖;然后,他们认为血小板更多的是在肿瘤的转移过程中与癌细胞接触,那么转移和未转移癌症患者的血小板mRNA表达谱应该有着明显的差异,而上述研究结果表明并非如此;除此之外,他们还认为该研究的队列设计不够严谨,比如病例组与对照组之间的年龄差异较大等等[14]。总之,对于血小板mRNA能否作为癌症诊断标志物,他们觉得这些研究还不够充分,需要对特定的癌症开展更大规模的队列研究。

    癌症患者血小板mRNA研究汇总[16]
    也许是作为回应,Thomas Wurdinger团队于2017年8月在Cancer cell上再度发文。在这项研究中他们系统的改进了队列设计和算法,临床样本从2015年的283人扩展到了779人,其中包括402名诊断为早期或晚期非小细胞肺癌的癌症病例组以及277名对照组;由于血小板也会参与到炎性和其他疾病反应中,为了和癌症区分,对照组中还包括了多发性硬化症、慢性胰腺炎等疾病的患者,而且,年龄、吸烟状况、血液储存时间等因素也被纳入到分析中,以确保最终能筛选到受癌症特异性影响的血小板mRNA。结果显示,基于TEPs mRNA开发的ThromboSeq技术可以诊断早期肺癌,准确率为81%、AUC为0.89,晚期肺癌诊断的准确率为88%、AUC为0.94[17]。Thomas Wurdinger团队认为,该技术可能并不是那么完美,但是至少,他们为液态活检提供了一种新的技术路线。

    优化队列设计,让肿瘤信号更加特异[17]
    结语
    通过上文的介绍我们发现,通过血小板检测癌症的原理,简单地说,其实是同时、间接的检测CTC和外泌体,其检测的对象,是血小板的mRNA分子。一方面,血小板受到CTC癌细胞刺激,其mRNA表达谱、剪接形式发生变化;另一方面,血小板吸收癌细胞分泌的外泌体,这些外泌体中含有一些癌细胞特有mRNA,比如点突变的驱动基因,新的融合基因,除此之外还有一些非编码RNA,它们能够进一步调控血小板mRNA的表达、剪接。
    目前,血小板mRNA检测面临很多挑战。比如,一个CTC细胞到底能够“教育”多少血小板,而多少血小板改变后才能在背景中显现出来,并被我们检测到以及如何设定阈值[14]?
    Stephan M. Feller与 Marc Lewitzky希望更多的实验室能够重复Thomas Wurdinger团队的工作,以此证明该方法的实用性[14]。当然,Thomas Wurdinger团队自己也认为迫切需要更多的基础研究来支撑他们目前的工作,比如体外直接研究癌细胞和血小板共孵育后血小板RNA的改变以及在癌症动物模型中研究血小板行为、mRNA表达谱改变等[17]。

    复杂的肿瘤环境[19]
    那么,血小板RNA诊断癌症到底靠不靠谱呢?小编觉得生物体太过奇妙,还有很多未知的事物等待我们去发现。比如,我们也是在去年才知道,原来肺部也能造血[18],也许原发灶癌细胞也能“教育”血小板呢,而不仅仅只有CTC?另外,在复杂的肿瘤环境中,我们对TEPs的了解还不充分。不过,在与癌症无休止的战争中,人类拥有的武器越多,胜算越大,说不定哪天TEPs也可以和蛋白质、ctDNA一起,打出威力无穷的“组合拳”呢,所以,梦想还是要有滴!
    参考资料:
    1. Platelets in cancer. Hamostaseologie.2015
    2. Antimetastatic effects associated with platelet reduction. PNAS. 1968
    3. Platelets, protease-activated receptors, and fibrinogen in hematogenous metastasis. Blood. 2004
    4. Platelets and fibrinogen increase metastatic potential by impeding natural killer-mediated elimination of tumor cells. Blood. 2005
    5. Platelet-derived MHC class I confers a pseudonormal phenotype to cancer cells that subverts the antitumor reactivity of natural killer immune cells. Cancer research. 2012
    6. Direct Signaling between Platelets and Cancer Cells Induces an Epithelial-Mesenchymal-Like Transition and Promotes Metastasis. Cancer cell. 2011
    7. Platelet-Derived Nucleotides Promote Tumor-Cell Transendothelial Migration and Metastasis via P2Y2 Receptor. Cancer cell. 2013
    8. Platelets guide the formation of early metastatic niches. PNAS. 2014
    9. Platelets and Tumor Cells: A New Form of Border Control. Cancer cell. 2013
    10. Significant downregulation of platelet gene expression in metastatic lung cancer. Clinical & Translational Science , 2010
    11. Blood platelets contain tumor-derived RNA biomarkers. Blood. 2011
    12. Rearranged EML4-ALK fusion transcripts sequester in circulating blood platelets and enable blood-based crizotinib response monitoring in non-small-cell lung cancer. Oncotarget. 2016
    13. RNA-Seq of Tumor-Educated Platelets Enables Blood-Based Pan-Cancer, Multiclass, and Molecular Pathway Cancer Diagnostics. Cancer cell. 2015
    14. Hunting for the ultimate liquid cancer biopsy - let the TEP dance begin. Cell Commun Signal. 2016
    15. Platelets in thrombotic and non-thrombotic disorders. Cambridge University Press. 2002
    16. Platelet RNA as a circulating biomarker trove for cancer diagnostics. Journal of Thrombosis & Haemostasis. 2017
    17.Swarm Intelligence-Enhanced Detection of Non-Small-Cell Lung Cancer Using Tumor-Educated Platelets. Cancer cell. 2017
    18. The lung is a site of platelet biogenesis and a reservoir for hematopoietic progenitors. Nature. 2017
    19. The tumour-induced systemic environment as a critical regulator of cancer progression and metastasis. Nature Cell Biology. 2014
    (来源:测序中国)




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