肿瘤生物标志物是指血液、体液或组织中的生物分子，可作为肿瘤存在、发展或治疗反应的生物学指标。在过去的几十年中，通过不断的探索和发现的新的、敏感、特异、准确的肿瘤生物标志物，显著推动了个性化医疗的发展，并改善了癌症患者的治疗结果。
2024年5月《Signal Transduction and Targeted Therapy》发表一篇关于肿瘤生物标志物在癌症诊断、预后和靶向治疗中应用的综述文章《肿瘤生物标志物在癌症诊断、预后和靶向治疗中应用（Tumor biomarkers for diagnosis, prognosis and targeted therapy）》。文章详细介绍了肿瘤生物标志物的历史、发现、发展以及它们在临床癌症管理中的应用。
《Signal Transduction and Targeted Therapy》是一本国际性的、同行评审的、开放获取的期刊，发表与生理和病理过程中信号转导的各个方面相关的原创研究文章和评论文章，以及用于治疗人类疾病（如癌症）的生物制剂和小分子药物形式的信号转导靶向疗法， 自身免疫性疾病等。该杂志专注于实验和临床的前沿进展。2023-2024最新影响因子40.8。
肿瘤生物标志物的临床应用
1. 早期肿瘤筛查：早期肿瘤筛查是最有力的公共卫生手段，能够实现早期发现，从而降低年癌症发病率，提供更高的治疗机会，改善患者对医疗干预的反应，并延长患者生存期，特别是对于结直肠癌等高死亡率癌症。
1）AFP自1964年以来首次作为血液生物标志物用于HCC筛查。
2）其他被广泛用于肿瘤检查的生物标志物，如CEA、CA19-9、CA125、PSA和LDH。
3）广泛的新型生物标志物还在临床研究中，如micro RNA和其他RNAs、微生物蛋白、循环核小体、循环肿瘤DNA和循环肿瘤细胞。
2. 肿瘤辅助诊断：由于假阳性或假阴性结果的风险，仅依赖单一生物标志物水平不是肿瘤诊断的准确和可靠策略。相反，将肿瘤生物标志物与其他方法如组织活检和内窥镜检查相结合，是提高筛查效果的有希望的替代方案。
1）AFP与cfDNA的联合检测可以将HCC诊断的特异性提高到94.4%，这在敏感性更高和更好的临床相关性方面优于单独使用AFP。
2）对于CRC，使用粪便免疫化学测试检测血红蛋白与粪便中的转铁蛋白联合使用，可以提高CRC的诊断准确性。
4. 肿瘤复发监测。肿瘤生物标志物的水平对指示肿瘤患者的疾病复发很有价值。
1）一些用于肿瘤诊断和预后的“经典”生物标志物，如PSA、CEA、CA19-9和CA72-4，用于指示包括前列腺癌、胃癌、乳腺癌和肝癌在内的癌症复发。
2）实体瘤治疗后的循环肿瘤DNA（ctDNA）微小残留疾病（MRD）预测复发，并突出了这种潜在变革性生物标志物的应用。
检测肿瘤生物标志物的技术
在过去几十年中，出现了层出不穷的检测肿瘤生物标志物各种技术都用于，如下所述（见图2）。
1. 放射免疫分析（RIA）技术
RIA技术是美国化学家Solomon A. Berson和Rosalyn S. Yalow在20世纪50年代末提出的一种分析方法。在测量多种免疫活性物质方面具有高灵敏度和特异性的优势
它结合了免疫学和放射性标记技术，通过标记和未标记抗原之间的竞争，形成抗原-抗体复合物，定量微量的生物物质。RIA通常使用放射性核素125I作为示踪剂，由于其高放射性的优势而被广泛使用。
然而，RIA的缺点也很明显，如放射性废物造成的同位素污染、需要特定的安全设备，以及由于长时间孵育导致的技术员过度暴露在辐射中，这些限制了其广泛使用。
随着其他免疫分析方法（如酶联免疫吸附测定和荧光免疫分析FIA）的快速发展，RIA逐渐被淘汰，这些方法使用荧光染料代替放射性同位素标记抗原。
2. 荧光免疫分析（FIA）技术
FIA技术结合了免疫反应的特异性和荧光技术的灵敏度，是一种受欢迎且快速增长的非同位素免疫分析技术。
作为一种使用荧光素标记的抗体或抗原作为示踪剂的新型免疫分析技术，FIA的原理类似于酶联免疫吸附测定。荧光素与抗体（或抗原）分子化学结合后，与相应的抗原（或抗体）结合。
通过荧光探测器观察或测量荧光强度，以确定样本中抗原（或抗体）的存在、分布和含量。
FIA具有高特异性、高灵敏度和良好的实用性，使用廉价、稳定且安全的试剂。此外，FIA避免了处理放射性材料的风险。
FIA广泛应用于生物医学领域的药物、激素和蛋白质测量；抗体的鉴定，以及抗原的定量。
已开发出多种具有高检测灵敏度和多种可测量属性的FIA相关技术(如：荧光激发转移免疫分析、荧光偏振免疫分析和时间分辨荧光免疫分析。）
3. 分子杂交技术
分子杂交技术是使用荧光探针评估染色体畸变，通过形成稳定双链杂交分子来检测不同物种之间的DNA或RNA，从而检测互补序列或识别转录因子结合位点的重要方法。
常见的分子杂交技术包括荧光原位杂交（FISH）和原位杂交。原位杂交使用标记的互补DNA或RNA链在固定于载玻片上的染色体或组织切片上定位特定的DNA或RNA序列（原位），而FISH技术有助于将基因定位到不同的染色体位置。
由于易于操作、快速杂交过程、可能的过程自动化和评分，FISH技术被广泛用于检测肿瘤生物标志物。尽管FISH过程可能耗时且成本高昂，但FISH是一个日益需求的工具，用于生物标志物研究和个性化医疗，尽管使用标准化学品时荧光保持有限。
4. 基因扩增检测技术
聚合酶链反应（PCR）通过将DNA分离成两条链，并在体外与寡核苷酸引物和DNA聚合酶孵育，可以在几小时内将特定DNA合成并扩增到数十亿份。
自从Kary Mullis在1985年发明以来，PCR技术已经发展到第三代，在生物研究中占据关键地位。PCR技术包括三个主要步骤：双链（ds）DNA模板的变性、引物（正向和反向引物）的退火，以及dsDNA分子的延伸/延长。基于定量实时PCR（qPCR）的检测被认为是预后和预测生物标志物分析的黄金标准，具有定量优势。
PCR方法在核酸生物标志物检测方面具有巨大优势，包括相对简单的操作、提供快速廉价的诊断以及良好的灵敏度，对临床分子病理学有价值。然而，PCR的几个内在缺点限制了其应用，需要改进，如对仪器、经验丰富的操作员、实验室环境和复杂操作的需求。
PCR是肿瘤生物标志物检测中的宝贵工具，同时需要探索新的基于PCR的方法以满足临床患者监测的需求。
5. DNA测序技术
DNA测序技术是分子生物学研究中常用的技术，用于分析特定DNA片段的碱基序列排列。
世界上第一种DNA测序方法由英国生物化学家Frederick Sanger发明，他在1977年完成了第一次完整的DNA基因组测序，即噬菌体ϕX174。 自那以后，DNA测序技术迅速发展，现在已发展到第四代DNA测序技术。目前，下一代测序技术（NGS）是临床实践中四种DNA测序技术中使用最广泛的，可以检测包括核苷酸替代、小插入、删除、拷贝数变异和染色体重排在内的多种基因组改变。 除了在基因突变方面提供高灵敏度外，与当前基于PCR的测试相比，NGS在成本效益和时间成本上都有显著降低。例如，使用PCR检测RAS突变的成本高达数千美元，而NGS检测相同突变的成本仅为三分之一。 测序技术（DNA或RNA测序）的出现为个体癌症基因组测序，为精准癌症治疗开启了新篇章。
新的测序技术有潜力快速、廉价地解码大量癌症基因组，以造福癌症精准治疗。
6. 免疫组化（IHC）技术
IHC是一种用于检测甲醛固定石蜡包埋组织切片上抗原（或抗体）分布的技术，通过抗原-抗体相互作用识别目标，并通过直接标记或间接标记方法确定抗体结合位点。
IHC是癌症识别和诊断中应用最广泛和黄金标准的技术，特别是在评估用于表征肿瘤亚型、确认组织来源、区分转移和原发肿瘤、提供预后信息、为各种癌症的患者分层选择治疗和预测治疗反应的生物标志物。
作为一种不可或缺的技术，与其他蛋白质检测方法相比，IHC具有将蛋白质的存在与其在组织或细胞中的位置相关联的独特优势，这对于说明正常和病理组织中蛋白质的功能至关重要。
IHC仍然存在限制，例如操作步骤的变化影响IHC的可靠性，组织的固定时间、抗原的绝对水平、抗体的亲和力和浓度以及检测系统的灵敏度。
通过高质量对照试剂、标准化操作步骤、自动化IHC或将IHC与转录组学结合，将提高IHC的准确性、可重复性和可靠性，并加速其在生物标志物发现和验证中的应用。
7. 液体活检技术
液体活检是一种微创方法，用于从体液中获取肿瘤衍生信息，以促进癌症诊断。
液体活检用于检测血液或其他体液中的cfDNA、无细胞RNA、CTCs、细胞外囊泡、ctDNA、循环RNA和外泌体。
液体活检可以通过改善早期癌症检测和持续监测治疗反应，提高患者总生存期（OS）。
液体活检可以通过无创采样降低活检风险，它具有方便采样和易于操作的优势。液体活检在肿瘤区域的异质性检测上更具有潜力。
尽管在检测灵敏度和特异性方面仍存在一些挑战，液体活检技术为个性化癌症治疗提供了新机会，并有可能彻底改变肿瘤学领域。
8. 电子显微镜技术
电子显微镜（EM）是一种强大的成像技术，用于以高分辨率可视化细胞和组织的超微结构。第一台电子显微镜由德国工程师和学术教授Ernst Ruska于1931年建造。
EM已广泛用于研究与肿瘤发生相关的细胞和亚细胞变化，观察癌细胞的超微结构变化，以及在癌症诊断和治疗的临床应用。EM提供的超微结构检查对于精确分类在明显未分化的癌中的生物标志物是必要的。
以往通过液体活检检测检查外泌体的形态，这但电子显微镜扫描已被用作替代方法，
总之，EM是肿瘤诊断的有价值的补充工具，特别是提供有关肿瘤分化的有价值信息，这些信息难以通过光镜定义。
CRISPR/Cas9技术
CRISPR/Cas9技术是一种基于细菌免疫系统的基因编辑工具。
CRISPR/Cas9的基本原理是使用导向RNA分子将核酸酶Cas9引导至特定目标基因。然后核酸酶在目标位点切割DNA，允许对基因组进行精确修改。
通过使用CRISPR/Cas9技术精确编辑与癌症相关的基因，研究人员在体液（如血液、尿液和唾液）中为癌症生物标志物的检测创造了高度特异性的分子探针。
CRISPR/Cas9系统具有一些优势，包括成本低、效率高、应用复杂性低、易于操作、节省时间和特异性高（它可以区分目标核酸中的单个碱基错配）。
CRISPR/Cas9需要改进的地方，CRISPR/Cas9分析需要荧光光谱光度计和电化学工作站，这对检测来说不方便。
CRISPR/Cas9技术是一种强大的基因编辑工具，为个性化癌症管理的发展提供了巨大的前景和机会。
参考文献：
Tumor biomarkers for diagnosis, prognosis and targeted therapy，Signal Transduction and Targeted Therapy (2024)9:132 ;https://doi.org/10.1038/s41392-024-01823-2
