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谢晓冬
肿瘤标志物（tumor biomarker，TBM）是指在恶性肿瘤的发生和发展过程中，由肿瘤细胞合成、分泌或是由机体对肿瘤细胞反应而产生的一类物质，在一定程度上可反映肿瘤存在和生长情况，可用生物化学、免疫学及分子生物学等方法进行测定，对肿瘤的辅助诊断、患者的疗效判定、病情监测，以及预后评估具有一定的价值。
理想的肿瘤标志物是一类容易从肿瘤患者体液中获取的基因、蛋白或蛋白片段，并具有较高的敏感性和特异性、良好的指示性（即能较快地反映机体内肿瘤随治疗或干预的实际变化）和可靠的预测性。
肿瘤起病隐匿，多数患者在被诊断的时候已处于疾病中晚期，错过了最佳的治疗时期，因此，寻找在疾病早期即可诊断肿瘤的生物学标志物对肿瘤的早期诊断和筛查尤为重要。目前病理活检仍是肿瘤诊断的金标准，但是由于某些器官和组织的活检标本不易获得，以及侵入性操作对患者带来的损伤，探索和发现更为精准的肿瘤标志物对肿瘤的“精准治疗”具有非常重要的意义。
肿瘤标志物的发展史可以追溯到1846年，Henrey Bence-Jones在多发性骨髓瘤患者的尿液和血清中发现了本周蛋白（Bence-Jones protein，BJP）。然而，在此之后的很长一段时间里，受限于当时的实验技术，并没有很多肿瘤标志物被发现。直到20世纪60至70年代免疫学技术的发展，特别是20世纪70年代后期单克隆抗体技术的出现，大量肿瘤标志物被发现并进入临床应用。到了20世纪80年代，随着分子生物学理论和技术的迅速发展，肿瘤标志物的发现和研究进入了基因层面。人类基因组测序完成后，伴随基因组学和蛋白组学等基础研究快速发展，分析和鉴定新基因和蛋白的技术不断涌现，如双向电泳、蛋白质谱、微流控技术、高通量测序、基因/蛋白芯片等，肿瘤标志物的研究步入了全面创新和发展的阶段。肿瘤标志物的定义也不再局限于基因和蛋白层面，循环肿瘤细胞（circulating tumor cell，CTC）、循环肿瘤DNA（circulating tumor DNA，ctDNA）和外泌体等已被证实能够较目前临床上广泛使用的部分肿瘤标志物更早期、更精准地预测肿瘤的发生和进展。
回顾肿瘤标志物的发展历史，我们可以将其分为4个阶段（表1-1-1）。
表1-1-1 肿瘤标志物的发展阶段
下文将从这四个阶段分别论述肿瘤标志物的发展史。
1846年，Henrey Bence-Jones在一例骨髓瘤患者尿液中发现一种具有特殊凝溶性质的蛋白质。将多发性骨髓瘤患者的尿液加热至60℃左右时，尿液中出现絮状沉淀，继续加热至100℃时，絮状沉淀溶解。当尿液冷却至60℃左右时，絮状沉淀再次出现。后经证实这是由患者的浆细胞产生、经尿液排泄的蛋白质，并被命名为本周蛋白，作为多发性骨髓瘤的生物学标志物。但是限于当时的实验技术，直至1962年，Edelmann才阐明本周蛋白实为免疫球蛋白的轻链（主要以轻链的二聚体形式存在）。本周蛋白的发现，开创了肿瘤标志物的新时期。
1930年，Zondek、Aschheim等人从孕妇尿液中发现一种具有生物活性，与促黄体生成激素类似的促性腺激素，早期文献称之为促生殖性腺激素，现称人绒毛膜促性腺激素（human chorionic gonadotropin，HCG）。HCG与滋养细胞肿瘤、生殖细胞瘤和非滋养细胞肿瘤存在关联。HCG的α链与促黄体激素、促卵泡激素、促甲状腺激素等激素近似，有免疫交叉反应；β链是HCG所特有的。β-HCG是滋养细胞肿瘤的重要标志物。血清中HCG和β-HCG的表达水平与绒毛膜癌及其他滋养细胞肿瘤的预后相关，高浓度HCG和β-HCG的绒毛膜癌患者预后较差。目前的研究证实HCG的表达与多种肿瘤的发展密切相关，除上述肿瘤外，还HCG在睾丸肿瘤的诊断中起着重要的作用。
1959年，Markert发现牛心乳酸脱氢酶结晶经电泳，可分成五条区带，首次提出了同工酶的概念。同时他发现某些酶及同工酶活性的增高与特定的肿瘤发生发展相关，如乳酸脱氢酶在转移性结直肠癌、肺癌、乳腺癌和淋巴细胞与粒细胞白血病患者中升高；碱性磷酸酶的升高多见于前列腺癌，特别是当肿瘤侵及腺体外或发生骨转移时；γ-谷氨酰转肽酶在原发性或转移性肝脏肿瘤、胰头癌、肝外胆管癌中活性升高，且不受妊娠的影响；其他酶类，如肌酸激酶、5＇-核苷酸酶和组胺酶等由于缺乏特异性或敏感性低，已不再被临床使用。
继Brown描述了第一例由小细胞肺癌引起的库欣综合征后，在1962年，Meador首次提出异位促肾上腺皮质激素分泌瘤。研究者发现切除肿瘤可使这类患者的库欣综合征得到缓解，同时，研究者们还在切除的肿瘤组织中分离出促肾上腺皮质激素，证明这类库欣综合征是由垂体外的肿瘤分泌促肾上腺皮质激素（adrenocorticotrophic hormone，ACTH）引起的。随后，Azzoparid和Wiliams指出，伴有全部或部分皮质醇增高症的肿瘤，多数为肺燕麦细胞癌，其次为胸腺瘤，再次为胰岛细胞瘤、支气管癌和甲状腺髓样癌，较少见的为胃肠道肿瘤、前列腺癌、卵巢类癌、卵巢腺瘤、甲状腺癌和嗜铬细胞瘤等。这些肿瘤产生一种类ACTH物质或类ACTH释放因子，刺激肾上腺皮质释放激素引起满月脸、妇女多毛症、向心性肥胖、多血质和紫纹等临床症状。
1846—1962年，研究人员发现了与肿瘤相关的标志物，包括激素、同工酶、蛋白质等，虽然这些标志物被广泛应用，但是经过相当长的时间后，这些标志物的理化特性才被人们逐渐认识。以上时期被称为肿瘤标志物的开创期或初步探索阶段。
肿瘤标志物发展的第二阶段即肿瘤标志物的临床应用阶段，开始于1963年Abelev通过琼脂凝胶沉淀法发现小鼠接种肝癌可合成甲胎蛋白（α-fetal protein，AFP）。随后Tatarinov在原发性肝癌患者血清中检测到AFP并证实肝癌细胞能够产生AFP促进肿瘤细胞增殖，由此广泛地应用于临床诊断和筛查。AFP是胎儿肝脏和卵黄囊在个体发育中合成的主要蛋白，AFP的合成也存在于肝脏再生过程中。
1970年前后，大型研究证实了AFP诊断原发性肝癌的有效性：在参与研究的中国香港和美国东部地区的肝细胞癌患者血清中AFP检出率分别为65%、50%，而在健康成人血清中均未检出AFP。另外，在这些研究中，研究者并未在患有其他肝脏疾病（通常可能与AFP产生相关的疾病）的患者血清中检测到AFP的表达。虽然睾丸胚胎细胞癌也可出现血清AFP表达增高，但是在参与这些研究的6例睾丸胚胎细胞癌患者的血清中未检测到AFP的表达。此外，研究者在1/2的原发性肝癌患者的肝癌组织提取物和1/3的睾丸胚胎细胞癌患者的睾丸提取物中检测到AFP，而在其他肿瘤中没有检测到AFP表达。
1965年，Gold和Freeman发现在肝转移的结直肠癌及胎儿结肠黏膜中具有一种共同抗原，称之为癌胚抗原（carcinoembryonic antigen，CEA），随后又在内胚叶发生的胃及胰腺中查到这种抗原。故当时认为这种抗原可应用于消化道肿瘤的诊断及肿瘤的细胞学分析。1971年，Paul Lo Gerfo通过放射免疫法（该检测方法能够使CEA在低离子强度下暴露其抗原位点）测定了674例住院患者的血清或血浆中CEA的表达情况。在299例非肿瘤性疾病住院患者中，有11例患者血清标本中的CEA水平升高。随后，研究者发现在这11例患者中有2例发生了先前未诊断出的内胚层来源的腺癌。在已确诊肿瘤的患者中，101例结肠腺癌患者中的87例、45例乳腺癌患者中的30例、35例肺癌患者中的26例、51例前列腺癌患者中的20例血清CEA表达水平升高。因此，CEA可能在多种肿瘤患者血清中表达升高，而不具有癌种特异性。
病毒癌基因（viral oncogene）是指存在于病毒（大多是反转录病毒）基因组中能使受病毒感染的宿主细胞发生恶性转化的基因，它不编码病毒结构成分，对病毒复制不起调控作用，但是当受到外界条件激活时可产生诱导肿瘤发生的作用。 src 基因（sarcoma gene）是在鸡肉瘤病毒（SRV）基因组中发现的第一个病毒癌基因，实验证明缺失 src 病毒癌基因的病毒突变体能够感染细胞并进行复制，但是不能致癌。后续研究发现人、动物细胞内存在病毒癌基因的同源基因，且该癌基因编码蛋白促进细胞生长。据此推测基因是导致癌变的原因。
细胞癌基因（cellular oncogene）是在正常细胞基因组中对细胞正常生命活动起主要调控作用（正调控，抑癌基因为负调控）的基因，一旦发生突变或特异激活可使细胞发生恶性转化。1981年，Robert Weinberg和Geoffrey Cooper分别在转基因实验中发现了 ras 癌基因，他们用从人肿瘤中提取的DNA转染培养小鼠NIH/3T3成纤维细胞，成功地诱发其转化，证明人肿瘤细胞中含有癌基因。这是第一次在人肿瘤中发现有生物学活性的细胞癌基因。至今先后分离了一百多种癌基因，常见的有 C-myc 、 kras 、 BRCA1 、 HER2 、 EGFR 等。相反，抑癌基因（tumor suppressor genes）是指抑制细胞过度生长、增殖，从而遏制肿瘤形成的基因。在正常组织中正常表达，在肿瘤组织中，往往有DNA片段缺失、点突变或表达缺陷等。1986年人类第一个抑癌基因 Rb 基因（retinoblastoma gene）成功被克隆出来。迄今为止，已有三十余种抑癌基因被鉴定或克隆出来，常见的有 Rb 、 p53 、 p16 、 APC 、 WT1 等。
在癌基因、抑癌基因的研究基础上，人们发现在恶性肿瘤演化进程中，常常积累一系列的基因突变，包括原癌基因、抑癌基因、细胞周期调节基因、细胞凋亡基因及维持细胞基因组稳定性基因等。这些基因都可能被选作肿瘤诊断标志物。
随着免疫学技术的发展，越来越多的血清学肿瘤标志物被发现，肿瘤标志物与临床更紧密地联系了起来。George Kohler和Cesar Milstein在 Nature 上发表文章，第一次描述应用杂交瘤技术获得单克隆抗体的方法，在生产和使用抗体方面开创了新纪元，同时给免疫学乃至整个生物医学带来了一次巨大的革命。基于此，研究人员发现了大量新的肿瘤抗原性肿瘤标志物，如糖类抗原（CA）125、CA19-9、CA15-3、前列腺特异性抗原（prostate-specific antigen，PSA）等。例如，1981年，Bast Jr对一名卵巢癌患者的癌组织进行了体外培养，通过杂交瘤技术获得了166种单克隆抗体，并依次编号为OC1～OC166。后续筛查发现，第125号抗体（即OC125）对卵巢癌的敏感性、特异性都很高，是一种理想的检测卵巢癌的单克隆抗体。随后，Bast Jr将OC125这种单抗所识别的抗原物质称为“癌抗原125”，即CA125。CA125对卵巢上皮癌、输卵管癌、子宫内膜癌、宫颈癌及间质细胞癌等有较高的诊断价值，且目前仍在临床上广泛应用。研究人员又相继发现了CA19-9和CA15-3，分别被用于结直肠癌、胰腺癌和乳腺癌的诊断。
由于这些肿瘤标志物在健康人血清中存在，在肿瘤患者中的表达显著升高，因此它们被认为是诊断早期肿瘤的重要标志物。但是，这些肿瘤标志物缺乏癌种特异性，如CA125也可以在非女性生殖系统肿瘤以外的肿瘤中高表达。
在这些肿瘤标志物中，最值得我们注意的是PSA。由于PSA对前列腺癌具有较高的特异性和敏感性，已被广泛应用于前列腺癌的筛查。得益于PSA在临床的广泛应用，越来越多的前列腺癌患者在疾病早期被诊断出来，并得到了治疗。因此，在1989—1996年，虽然美国前列腺癌发病率一直在升高，但是前列腺癌的死亡率却以每年2.5%的速度稳步下降。此外，PSA还是监测前列腺癌复发转移的重要标志物：在接受过治疗（前列腺切除或放疗）的患者血清中PSA的表达处于非常低的水平，血清中PSA水平的再次升高提示肿瘤复发和/或转移。然而，PSA也存在一定的弊端：前列腺癌的诊断仍然依赖于临床组织病理学，单纯血清PSA升高并不能诊断前列腺癌。
随着自动化技术及计算机的广泛应用，免疫学检测技术也出现质的飞越，出现自动化、快速、敏感、稳定、能定量分析、无放射危害的检测技术和仪器，比如时间分辨免疫荧光分析及电化学发光免疫分析。标志物数量增多、检测质量提高，这使得血清学肿瘤标志物大规模、广泛应用于临床。
21世纪初，随着人类基因组测序的完成，肿瘤标志物的发现和应用进入后基因时代。第一代测序Sanger sequencing在人类基因组测序过程中发挥了重要作用，但是其通量小、成本高、速度慢、敏感度低等缺点限制了肿瘤基因检测的临床应用。2005年第一台高通量测序仪（Genome Sequencer 20 System）的诞生给测序界带来变革，该测序仪是第一个基于焦磷酸测序原理的高通量基因组测序系统。这是核酸测序技术发展史上里程碑式的事件。高通量测序（high-throughput sequencing）又称新一代测序（nextgeneration sequencing，NGS）、二代测序，其一次性对几百万到十亿条DNA分子进行并行测序，可对一个物种的转录组或基因组进行深入、细致、全貌地分析。高通量测序与第一代测序技术相比具有成本低、速度快、通量高的特点。这使得高通量测序技术在肿瘤的临床和基础研究中广泛应用。高通量测序不仅能检测已知基因的核苷酸序列和表达量，还能发现新的与肿瘤相关的基因。目前基因检测主要用于肿瘤风险预测、肿瘤预防、肿瘤诊断、指导靶向治疗、预测疗效和预后。如 BRCA1 突变基因可预测乳腺癌、卵巢癌，有癌症家族史的女性可以借助NGS技术进行 BRCA 检测，预防乳腺癌、卵巢癌。检测表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）突变情况可指导酪氨酸激酶抑制剂的临床使用。
除二代测序外，第三代单分子测序技术也在不断涌现。目前最具代表性的包括Heliscope单分子实时合成测序法和纳米孔测序技术。相信随着硬件和软件的不断发展、数据处理能力的增强、实验经验的积累，测序技术会逐渐成为肿瘤主要的、常规的检查项目。
液体活检利用血液等体液（通过非侵入性取样降低活检危害）中的成分作为生物标志对疾病进行的检测、诊断和监控。液体活检技术主要包括外泌体检测、循环肿瘤细胞检测、循环肿瘤DNA检测等。
2016年1月，世界首款外泌体肿瘤诊断产品ExoDx Lung（ALK）上市。ALK分析血液外泌体中 EML4-ALK 融合基因，可用于非小细胞肺癌的诊断及筛选非小细胞肺癌患者采用ALK抑制剂靶向治疗。
2018年1月，艾德生物研发的血浆DNA样本中 EGFR 基因突变检测试剂盒，通过国家市场监督管理总局审批上市，用于临床检测晚期非小细胞肺癌患者血液循环肿瘤DNA中 EGFR 基因突变状态，以及筛选适合接受一至三代 EGFR 靶向药物治疗的患者。
2018年2月，我国自主研发的“CellRich”循环肿瘤细胞检测系统及配套试剂获国家市场监督管理总局批准，其通过免疫纳米磁微粒并结合微流体芯片技术捕获循环肿瘤细胞，进行肿瘤诊断和肿瘤病情监测。且其捕获的循环肿瘤细胞可做后续个性化用药基因检测，取代穿刺，实现精准治疗。
2011年，美国科学院、美国国立卫生研究院、美国工程院及美国科学委员会共同发出“迈向精准医学”的倡议。精准医学是根据每位患者的个体差异来调整疾病的预防和治疗方法，是一种根据患者的不同，进行量身定制医疗方法的医疗模式。在此背景下，肿瘤标志物的研究已经从当初局限于少数蛋白质扩展到基因组、转录组、蛋白质组、代谢组、表观基因组、微生物生态组信息来分型，实现肿瘤防治的精准医学。基于基因分型的个体化治疗是未来的发展方向，临床上期望针对肿瘤不同临床分期的“分子分型”或“基因分型”来制订个体化治疗方案。分子靶向治疗是指针对参与肿瘤发生发展过程的细胞信号转导通路和其他生物学途径的治疗手段，其特异性强、疗效好。治疗的靶点有Ras/Raf/MEK/ERK、PDK/AKT/mTOR等信号转导通路，以及表皮生长因子受体、血管内皮细胞生长因子受体、血小板衍生生长因子受体等靶向位点。
基于分子靶点的抗肿瘤药物的研发成为肿瘤治疗的新趋势，相信未来会有更多的肿瘤标志物应用于临床，如肿瘤特异性甲基化基因、循环肿瘤细胞、循环肿瘤DNA、肿瘤外泌体、微小RNA（microRNA，miRNA）等，以满足肿瘤的早期筛查、精确诊断、预后判断、疗效观察、复发监测和靶向治疗。
（罗迪贤，姚煜，傅潇，朱乐攀）
肿瘤标志物的分类和命名尚未完全统一。
核酸标志物主要由基因突变、微卫星不稳定、DNA甲基化，以及miRNA异常表达等产生。肿瘤发生的早期，可通过血液中的核酸检测出来。血液中的核酸包括循环肿瘤DNA、循环肿瘤RNA、miRNA等。血液中循环肿瘤DNA除基因突变外，还会发生微卫星不稳定或甲基化等。早在1948年就出现过关于循环核酸的报道，但并未引起重视；直到1994年肿瘤学家Sorenson从肿瘤患者外周血中检测到突变的 ras 基因片段，循环核酸才作为肿瘤标志物被广泛关注。目前相关机制尚无定论，主流看法认为，循环核酸来源于细胞凋亡或坏死时的主动分泌和循环细胞的裂解。
基因突变指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变，包括碱基置换突变、移码突变、缺失突变及插入突变等；依据临床意义可分为诊断型、预后型和疗效预测型。但三者无严格界限。
微卫星DNA又被称作短串连重复（short tandem repeats，STR）或简单重复序列（simple sequence repeat，SSR），是整个基因组中1～6bp重复的单元，正常人类基因组包含大约50万个微卫星DNA。在DNA合成过程中，某一微卫星可能会由于重复单位的插入或缺失而造成的微卫星长度的任何改变，出现新的微卫星等位基因，导致突变的发生。MSI常由错配修复（mis-match repair，MMR）功能缺陷引起。因此，在检测癌细胞中MSI时，既可以直接检测MSI序列变化，也可以通过检测MMR基因缺失来确定是否发生MSI。DNA甲基化是DNA的一种化学修饰，能够在不改变DNA序列的前提下，改变遗传表现，且主要发生在CpG岛等基因组特定部分。由于CpG岛常位于基因转录调控区附近，与56%的人类基因组编码基因相关，因此基因转录区CpG岛的甲基化状态的研究可能更有利于生物标志物的探索。
肿瘤相关核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）标志物主要包括miRNA、信使RNA（messenger RNA，mRNA）和长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA）。
1）miRNA是一类由内源基因编码的长度约为22个核苷酸的非编码单链RNA分子，通过与mRNA的3＇UTR的特异性结合调节目标基因的表达，在细胞的生长、增殖、分化和凋亡中发挥重要作用，与肿瘤的发生发展有着密切的联系。肿瘤相关miRNA表达发生变化的原因包括基因片段的扩增或缺失、转录水平的调控、加工成熟途径的调控、miRNA本身的修饰等。
2）转录、选择性剪切、转录后修饰、翻译等由mRNA参与的生物学过程都与肿瘤相关。肿瘤的预后评估多采用相关mRNA多基因组检测。例如，21基因检测法是选取了21个与乳腺癌预后相关的mRNA，根据mRNA表达谱判断雌激素受体阳性、HER2阴性、腋下淋巴结阴性乳腺癌患者的预后，以决定是否进行辅助化疗，避免过度治疗。
3）lncRNA是长度超过200个核苷酸的非编码RNA，相关机制尚未明确。
包括铁蛋白（ferritin）、细胞角蛋白19片段（CYFRA21-2）等。临床研究显示，肿瘤标志物检测中，铁蛋白单独升高对诊断肿瘤类型意义不大，需与其他相关指标联合检测。其中CYFRA21-1是非小细胞肺癌，尤其是肺鳞癌的首选标志物，对其他癌种如乳腺癌、膀胱癌、卵巢癌等也有诊断意义和治疗监测作用。
肿瘤干细胞标志物应具备以下特征：①干细胞特性：可自我更新、具备多向分化能力；②肿瘤特异性：仅肿瘤组织中表达，正常组织中不表达；③组织特异性：只在特定组织中表达。恶性肿瘤常被认为是一种干细胞疾病，临床上应用的抗肿瘤药物只能杀死处于增生活跃状态的肿瘤细胞，而对处于休眠状态的肿瘤干细胞效果甚微，肿瘤干细胞激活又可再生成肿瘤细胞，从而引起恶性肿瘤复发，揭示了恶性肿瘤难以治愈的根本原因。清除肿瘤干细胞可以从根源上治疗恶性肿瘤。但肿瘤干细胞的分离和提纯、肿瘤干细胞标志物的鉴定、如何杀死肿瘤干细胞等相关问题仍有待进一步研究。
代谢物组（metabolome）是器官或细胞内小分子代谢产物的集合，可被用于鉴定或诊断肿瘤的生物标志物。代谢物不仅是机体表型的标志物，还可通过调节其他组学（基因组、表观基因组、转录组和蛋白组）的水平来影响肿瘤细胞的生理功能。相关代谢物主要有：缬氨酸（alanine）、饱和脂质（saturated lipids）、细胞膜成分（constituent of cellular membranes，ccms）、甘氨酸（glycine）、乳酸盐（lactate）、肌醇（myo-inositol）、核苷酸（nucleotides）、多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）、牛磺酸（taurine）等。
缬氨酸与乳酸盐相结合，在缺氧状态下组织中显著增高；通过丙酮酸盐的转氨基反应产生，阻止乳酸盐的显著升高。主要在肝癌和脑肿瘤，包括星形胶质瘤，神经胶质瘤、脑膜瘤及神经上皮的肿瘤中异常表达。
饱和脂质是细胞膜的重要组成成分，由核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）的脂质峰可以确定其是在细胞膜的功能区还是在胞质囊泡内，其含量的变化水平与增殖、炎症恶性肿瘤、坏死和凋亡紧密相关。
胆碱、磷酰胆碱、磷酸卵磷脂等均是细胞膜的关键构成组分，在凋亡和坏死期间其水平发生变化，目前在各种类型肿瘤中已发现其水平的改变，如脑肿瘤、肉瘤、前列腺癌和肝癌。
甘氨酸是形成嘌呤所必需的前体，随着HIF-1信号通路的破坏其水平显著下降。
正常细胞在具有足够氧气和营养物质特别是葡萄糖的条件下，以在线粒体中发生的氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）作为产生能量的主要途径；在缺氧条件下，以无氧酵解产生能量。肿瘤细胞为了在缺乏营养和氧气的肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）中生存，通过特殊的代谢表型——“Warburg效应”维持自身高增殖所需要的能量。即肿瘤细胞即使在低氧的情况下，也能通过糖酵解产生ATP，这又称为有氧糖酵解。与OXPHOS相比，糖酵解产生ATP的效率低，但是速度快，同时产生烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）。NADH是多种酶的关键辅助因子，可将中间产物引导至生物合成途径以促进生物合成。肿瘤细胞中葡萄糖转运蛋白（glucose transporter 1，GLUT1）表达上调，促进了葡萄糖的摄取和氧的消耗。肿瘤细胞糖酵解活性增加，丙酮酸盐被还原为乳酸盐。为了保持细胞内正常的pH，肿瘤细胞释放大量的乳酸盐导致TME局部酸化。TME中局部pH降低具有细胞毒性，限制免疫细胞的活化、募集能力，肿瘤代谢的乳酸可以促使免疫细胞从功能表型转向耐受表型。
包含在渗透调节和容积调控的过程中，其水平在结肠腺癌、神经胶质瘤、神经鞘瘤、卵巢癌、星形胶质瘤和子宫内膜癌增高，而在乳腺癌中降低。
核苷酸产生DNA和RNA；在脂肪酸和糖代谢中是一个关键的中间代谢物；在ATP浓聚物中的改变是肿瘤活力状态的重要标志物。在神经胶质瘤细胞凋亡过程中其水平增高；CDP-胆碱在凋亡期间水平也增高。
PUFAs是细胞膜尤其是线粒体的组分在凋亡期间，在胶质瘤、去分化的多形态脂肪瘤中增加。
牛磺酸与渗透和容量调节相关；是抗氧化剂，阻止自由基损伤细胞。其在鳞状细胞癌、前列腺癌和肝脏次生肿瘤中增加。
胚胎期表达、正常成人不表达、伴随肿瘤发生又重新表达的抗原，如AFP及CEA等。AFP在正常成人外周血液循环中含量极低，是诊断原发性肝癌的最佳标志物。CEA是一种广谱肿瘤标志物，最早从胎儿及结肠癌组织中发现，在部分良性疾病如直肠息肉、结肠炎、肝硬化、肺病疾病也有不同程度升高，但升高程度及阳性率较低。
CA50在正常组织中一般不存在，当细胞恶变时，糖基化酶被激活，造成细胞表面糖基结构改变而成为CA50标志物。正常血＜20μg/L，许多恶性肿瘤患者血中皆可升高，如肺癌、肝癌、胃癌、卵巢或子宫颈癌、胰或胆管癌，其他如直肠癌、膀胱癌等。
CA125是一种广谱的标志物，正常值以35×10 3 U/L为界，在部分卵巢癌、胰腺癌、肺癌及其他非妇科肿瘤皆有不同程度的升高，但作为卵巢癌的辅助诊断是个重要的标志物，且与病程有关。
CA15-3是乳腺细胞上皮表面糖蛋白的变异体，近年推出作为乳腺癌标志物。正常＜40×10 3 U/L、哺乳期妇女或良性乳腺肿瘤皆低于此值。同样，该标志物也是广谱的，可见于部分肝细胞癌、肺癌、卵巢癌患者。
CA19-9血清内正常值＜37×10 3 U/L（＞95%），在部分胰腺癌、结肠癌、肝癌、胃癌、胆囊癌、肺癌、乳腺癌皆有可能升高。
CA549也是乳腺癌的标志物，它是一种酸性糖蛋白，大部分健康女性＜11×10 3 U/L，也可见于大部分乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌及少部分肺癌患者。由此，作为乳腺癌的早期诊断，CA549还较欠缺，应联合应用CA72-4。CA72-4正常人血清中含量＜6×10 3 U/L，在消化道肿瘤、卵巢癌患者血中异常升高。对于胃癌的检测特异性较高，以＞6×10 3 U/L为临界值。良性胃病升高者＜1%，而胃癌升高者比例可达42.6%，如与CA19-9同时检测，阳性率可达56%。
在发生恶变时某些组织能产生和释放一些肽类激素（异位内分泌激素）因此，这些异位内分泌激素升高也可作为肿瘤相关的标志物，如小细胞肺癌可分泌ACTH，患甲状腺髓样癌时降钙素升高，患绒毛膜上皮细胞癌时HCG明显升高。
HCG是多核体营养膜细胞分泌的胎盘性糖蛋白激素。多种肿瘤组织也可以产生HCG，如睾丸生殖细胞肿瘤、消化道肿瘤、膀胱癌、卵巢癌、肺癌、胰腺癌、肝癌、宫颈癌、前列腺癌、乳腺癌、神经内分泌肿瘤和膀胱腹膜后畸胎瘤等。分泌型β-HCG亚基具有生长因子功能，与恶性肿瘤自我生长的调控有关，而膜结合型HCG与恶性肿瘤组织的血管生成作用和免疫耐受的形成有一定的关系。异位HCG（ectopic HCG）与恶性肿瘤发生、发展的关系日益受到人们关注，目前以异位HCG为靶抗原的肿瘤疫苗成为肿瘤生物治疗的研究热点。
PSA、神经元特异性烯醇化酶（neuron-specific enolase，NSE）等。
PSA是目前诊断前列腺癌最敏感的指标，可用于前列腺癌的早期诊断、监测治疗及预测复发。PSA在正常人体血清内PSA＜4μg/L，这个正常值有随年龄增长的趋势。＜50岁者一般低于4.0μg/L，50～55岁为4.4μg/L，60～69岁为6.8μg/L，≥70岁可达7.7μg/L，PSA异常升高预示前列腺癌的发生。
血清NSE是神经内分泌肿瘤的特异性标志，如神经母细胞瘤、甲状腺髓质癌和小细胞肺癌（70%升高）。正常人血清NSE水平＜12.5×10 3 U/L。目前，NSE已作为小细胞肺癌重要标志物之一。
在肿瘤的发生和发展过程中，癌基因和抑癌基因的变化一直是研究的重点，大多数肿瘤中都能发现癌基因和抑癌基因的改变。基因检测中 BRAF 突变主要提示黑色素瘤及结直肠癌发生； EGFR 突变主要用于非小细胞肺癌检测； BCR-ABL 融合基因提示白血病； KARS 突变提示结直肠癌及非小细胞肺癌； KIT 提示胃癌和黏膜性黑色素瘤； ALK 基因重排常提示非小细胞肺癌和大细胞淋巴瘤； HER2 异常表达常提示乳腺癌、胃癌食管癌； p53 基因突变在早期肿瘤诊断有重要意义；其他如 p15 、 kras 、 neu 、 C-myc 、 RB1 等癌基因和抑癌基因也一直是研究的重点。近年研究还发现DNA甲基化是一种重要的基因表观遗传改变，调控细胞的许多进程，可通过调控癌基因和抑癌基因表达参与肿瘤的发生。
在健康人体的血液中肿瘤标志物无表达或仅有少量存在，而当机体发生肿瘤时，肿瘤标志物可在血液中出现或在血液中含量明显升高。这些肿瘤标志实际上是肿瘤相关抗原，可大致分为三类：
正常成人不表达但在胚胎期和肿瘤发生期间重新表达的抗原，如AFP和CEA等。
①糖决定簇：CA19-9、CA72-4等；②多型上皮黏蛋白：CA15-3等；③糖蛋白：CA125、鳞状上皮细胞癌抗原（SCC）等。
①激素肽：HCG等；②酶：PSA、NSE等；③蛋白：铁蛋白、CYFRA21-2等。血清/血浆肿瘤标志物水平的检测有助于早期筛查某些恶性肿瘤，并通过监测这些肿瘤标志物的变化水平指导临床治疗。目前，肿瘤学正朝着精准医学的方向发展。在理想的情况下，临床医师可以通过微创获得广泛的诊断和预后信息。外周血中的信息可能使我们更接近这一目标，如外周血生物标志物循环肿瘤细胞、循环肿瘤DNA和RNA，以及外泌体等将对癌症治疗提供越来越多的帮助。
尿液肿瘤标志物的相关研究较血液肿瘤标志物少，主要集中于对前列腺癌的研究。众所周知，对前列腺癌的早期诊断目前主要依赖于血清PSA检测及直肠指诊，虽然PSA明显提高了前列腺癌的检出率，但影响检测结果的因素较多，如前列腺炎、前列腺增生症及临床操作导尿、直肠指诊等因素影响。因前列腺液通过尿道排出，而尿液又具有容易收集、可反复检测、无创性等优点，因此尿液有望成为早期诊断前列腺癌的理想材料。
唾液中的肿瘤标志物目前主要用于口咽癌、消化道肿瘤，甚至扩张至肺癌、卵巢癌的诊断，唾液检测是非侵入性的方法，是临床工作中一种理想的诊断方法。在大数据时代，唾液诊断将会不断完善，尤其是在肿瘤的诊断方面带来革新，为肿瘤的普查、筛选、早期诊断、鉴别诊断提供精准的方法。
恶性胸腹腔积液及恶性心包积液的确诊依靠脱落细胞学检查，该法具有高度特异性。但在临床上，多次抽吸胸腹腔积液而无法找到癌细胞等因素可导致漏诊。因此，有必要寻求一些新的可靠的辅助检测方法来提高诊断率。
检测细胞和组织中的肿瘤标志物有助于认识肿瘤的类型及形成治疗的生物靶点。组织肿瘤标志物可大致分为以下四类：
激素受体，如雌二醇受体（ER）、孕酮受体（PR）等。
细胞周期相关抗原（Ki67）、PCNA、生长因子及其受体，周期素（cyclin），周期素依赖的蛋白激酶（CDK）及CDK的抑制蛋白（CKI）等。
尿激酶型纤溶酶原激活剂、组织蛋白酶D、细胞黏附因子等。
癌基因如 myc 、 hras 、 erbB2 等，抗癌基因如 p53 、 bcl-2 、视网膜母细胞瘤易感基因（ Rb ）及结肠癌抑癌基因（ DCC ）等。尽管这些组织肿瘤标志物可能有望成为肿瘤临床实践中的诊断、预后判断及调整治疗的工具，但它们中的大多数目前仅处于研究观察阶段。目前指导临床治疗的主要是乳腺激素受体的测定，这对于乳腺癌治疗方案的决定具有重要意义。
在肿瘤早期筛查中肿瘤标志物的检测备受医务工作者的欢迎。体液特别是血清的采集相对简单，操作易于自动化，检测结果是定量数据且价格低廉。然而，由于没有100%特异的指标，并且大多数标志物在非肿瘤疾病下也可以检测到，因此将其应用到临床筛查面临许多困难。
对于原发灶不明的转移性肿瘤，肿瘤标志物具有辅助诊断的价值。肿瘤标志物通常能提供有助于区分良性和恶性肿瘤的信息，在鉴别诊断中起到至关重要的作用。与肿瘤筛查一样，肿瘤标志物的敏感性和特异性仍然是限制它们成为首选诊断标准的原因。
判断肿瘤的预后在调整治疗方案中起着重要的作用。虽然一般情况下肿瘤标志物并不应用于判断预后，但在某些特殊情况下肿瘤标志物可能在判断预后中起到重要作用。肿瘤标志物在预测不同治疗方案对肿瘤的效果方面也起着重要作用。
肿瘤标志物的另一个主要应用是肿瘤治疗后监测。术后肿瘤标志物浓度明显下降，一般表明治疗有效。肿瘤标志物浓度无变化或下降不明显常提示肿瘤切除不完全或多发肿瘤。肿瘤复发引起血液肿瘤标志物的变化可能早于其临床症状和影像学改变。
近年来，肿瘤免疫治疗取得了突飞猛进的发展。以程序性死亡受体-配体1（PD-L1）/PD-L1免疫检查点抑制剂为代表的免疫治疗，其具有较广的抗肿瘤谱，但总体有效率却不高，获批的实体瘤的有效率仅为20%～30%。因此，免疫治疗的重中之重是明确最大获益人群，优化和选择优势患者。
PD-L1的检测是基于细胞蛋白水平，因此主要应用免疫组织化学（IHC）方法检测。在NSCLC的治疗中，研究人员基于不同平台针对不同PD-1/PD-L1的抑制剂，开发了不同PD-L1的检测抗体，以评估肿瘤和/或免疫细胞的PD-L1表达水平。单一使用免疫检查点抑制剂在治疗晚期NSCLC一线研究中，分析了PD-L1表达与免疫治疗疗效间的相关性。
肿瘤突变负荷（TMB）是在肿瘤样本中评估基因的外显子编码区每兆碱基发生置换、插入、缺失突变的总数。TMB的高表达增加免疫原性和新抗原数量，其可被T细胞识别，从而增加抗肿瘤免疫反应。肿瘤细胞中累积的基因变异数量越多，TMB越高，产生新抗原越多，激活的免疫反应越强烈。与其他实体瘤相比，NSCLC常有高频突变，TMB高；肿瘤免疫原性是启动肿瘤免疫的基础。
MSI是指DNA复制过程中由于插入或缺失突变导致的微卫星序列长度变化现象。MSI现象最初是由美国加利福尼亚大学化学教研室的Jacobs教授等人于1993年在结直肠癌中发现的，它与癌症发生有关，可用于癌症检测。PD-1单抗免疫治疗对于MSI结直肠癌及其他类型MSI癌症晚期患者获益较大。因此，MSI检测可用于有效评估PD-1单抗免疫治疗在癌细胞治疗中的效益。
综上所述，肿瘤标志物检测在癌症患者的诊断和治疗中起着重要作用。在一些特定的癌种中，传统的肿瘤标志物检测非常重要，新肿瘤分子标志物的不断被发现，对肿瘤的临床诊断和治疗具有重要意义。如何更好地认识和应用肿瘤标志物，是肿瘤精准诊疗的重要课题。
（刘兆喆，张潇宇，徐龙，蔡颖，孙雷）
肿瘤已经成为危害人类健康的重要疾病，死亡率高居各类疾病之首，随着经济的发展、生活方式的改变、环境污染的加重，以及人均寿命的延长，肿瘤的发病率还在不断升高。
面对肿瘤对健康的威胁，肿瘤三级防治被提出：病因预防，改善不良生活习惯；早诊早治，有效提高肿瘤治愈率；规范化治疗，延迟生存期，提高生存质量。其中，肿瘤标志物的临床应用，对肿瘤的早诊早治、规范化评估治疗效果及复发监测都有着重要意义。
肿瘤的发生、发展是各种致癌因素诱发的多因素、多基因和多阶段的复杂过程，表现为肿瘤细胞无限制增殖、侵袭和转移。在其发生、发展的各个阶段，需要有多个不同的肿瘤相关基因的异常激活或者失活，相应的核酸、蛋白等生命物质出现一系列改变，这些改变均可以认为是广义上的肿瘤标志物。
2018年1月， Lancet 对71个国家、0.37亿患者（2000—2014年的18种肿瘤类型）进行肿瘤生存期分析，认为近年来各种癌症的5年生存期都有所提高。肿瘤患者生存期的延长，一方面获益于各种肿瘤治疗水平的提高，另一方面获益于肿瘤早诊早治。有报道认为对于早期肿瘤，治愈率可达90%以上；而晚期肿瘤，治愈率可能不足10%，早期筛查成为防治肿瘤的重要环节。
肿瘤细胞从出现到长成肉眼可见结节、肿块是一个漫长的过程，从单一肿瘤细胞的形成（约10μm）到长成直径1cm（约10 9 个细胞）的实体瘤可能需要十多年时间。传统影像学检查能够分辨出2～10mm的结节，是肿瘤诊断的重要方法，依然满足不了临床的要求，临床希望能在肿块形成前发现原位癌，越早发现疗效越好。肿瘤标志物的迅速发展，给肿瘤的早期筛查提供了重要工具。各种新技术、新方法不断涌现、成熟，使肿瘤早期筛查不断进步。
应用肿瘤标志物对无症状人群进行筛查，应该考虑下列因素：该肿瘤的发病率；该肿瘤标志物是否能够检测出早期肿瘤；检验方法的敏感性、特异性和重复性好。目前临床广泛应用的血清肿瘤标志物主要为糖蛋白类的肿瘤标志物，如AFP、CEA、CA125、CA19-9、CA72-4、CA50、CA15-3等；一些酶类及激素类肿瘤标志物，如NSE、PSA、HCG等；参与细胞增殖的相关蛋白，如热休克蛋白（HSP90a）、细胞角蛋白（Cyf211）等。AFP用于筛查高危人群的肝癌；CA125与阴道超声联合用于卵巢癌的早期筛查；PSA是肿瘤早期筛查应用最广泛的肿瘤标志物之一，用于前列腺癌筛查，具有高度特异性，且价格相对较低，相对于直肠指诊更易被患者接受。这些肿瘤标志物经历了数十年的临床应用，其临床价值得到充分肯定，且技术成熟、操作方便，被临床广泛应用。
随着人类基因组计划的开始和完成，人类对基因的认识日渐加深，尤其是肿瘤易感基因、肿瘤遗传基因、肿瘤驱动基因等，与肿瘤密切相关的一系列基因被发掘和认识。肿瘤的发生、发展、转移等机制非常复杂，涉及相关基因众多，如何正确解读肿瘤相关基因、从时间和空间上理解基因，都需要一段漫长的研究时间。目前研究对一些特定的癌基因、抑癌基因、肿瘤驱动基因，已经可以应用于临床检测，并进行适当解读，肿瘤基因检测已经成为肿瘤早筛的一个极有前景的方向。
表观遗传学主要是研究基因表达的变化，而这种变化能够遗传，但不涉及有关基因碱基序列的改变。表观遗传涉及基因表达相关内容，是搭建先天基因和后天环境之间联系的桥梁。随着肿瘤发病机制研究在分子生物学方面的逐步深入，发现DNA甲基化、非编码RNA表达调控和组蛋白的修饰等表观遗传学改变，引起的调控机制异常与多种肿瘤形成密切相关。临床尝试应用DNA甲基化检测、miRNA和lncRNA检测、组蛋白的乙酰化、磷酸化、泛素化等修饰改变检测，探讨对肿瘤早筛的意义。
自1977年美国宾夕法尼亚州爱因斯坦医学中心核医学及放射治疗医师Leon等首次发现肿瘤患者血液中的游离DNA水平明显升高以来，循环肿瘤DNA检测被广泛关注和研究，通过检测体液中游离于细胞外的微量内源性或外源性核酸片段，发现其在肿瘤患者中的含量和特征明显有别于正常人群，存在突变、缺失、甲基化等多种特征性改变，可以应用于肿瘤检测。虽然还存在很多问题，如片段过短、存在时间过短，正确区分凋亡细胞DNA片段等，但相信随着基因检测技术进步，会克服众多问题，使循环肿瘤DNA检测成为一种有前景的肿瘤早筛指标。
代谢组学概念的提出，为肿瘤诊断提供了一个新的方向。在肿瘤的生长过程中，一定会产生大量异常的小分子代谢产物，包括糖、脂质、氨基酸、维生素等。通过对比分析肿瘤患者和正常人群的代谢物图谱变化，观察各种肿瘤代谢变化，探讨肿瘤发生机制，选择有价值的肿瘤早筛指标，也成为当前研究的热点方向之一。
在肿瘤诊断和鉴别诊断中，血清蛋白和激素类肿瘤标志物检测已经被广泛应用于临床，和影像诊断、病理诊断一起成为肿瘤诊断的重要指标。多种肿瘤标志物在血清中有较高的阳性表达率和阳性值，被临床认可。血清肿瘤标志物水平的升高常和肿瘤的大小和恶性程度有关，因此肿瘤标志物的定量检测有助于临床分期，并可确定疾病处于稳定期、进展期还是恶化期。如AFP＞400ng/ml可以用于原发性肝癌的诊断和鉴别诊断；CEA对消化道肿瘤的诊断，CA19-9对胰腺癌、胆囊癌的诊断、PSA对前列腺癌的诊断、HCG对绒毛膜癌的诊断等，都有明确的临床意义。
临床希望肿瘤标志物有很好的敏感性、特异性及准确性，在现实中肿瘤标志物检查却不够完美，正常人群、良性疾病，血清肿瘤标志物常有不同比例、不同程度升高。如AFP在原发性肝癌患者血清中的阳性率在70%左右，CEA在吸烟人群或者胃肠道炎性疾病中也会轻度升高，而CA125会在多种良性疾病中呈血清高表达。另外，同一类型的肿瘤可以表达多种肿瘤标志物，同一种肿瘤标志物也可以在多种类型肿瘤中表达，相对而言，肿瘤标志物并没有严格的组织、器官特异性。诊断肿瘤需要临床综合全面检查，肿瘤标志物可以作为重要的辅助诊断方法。
由于循环肿瘤细胞在外周血中含量极低，对检测技术的敏感性和特异性都有很高的要求，随着循环肿瘤细胞富集技术的不断发展，液体活检技术在肿瘤诊断中的价值不断被肯定。
随着分子遗传学的迅速发展，循环游离核酸及肿瘤代谢组学在研究阶段显示了很好的优势，成为肿瘤诊治中不可或缺的重要内容，并且开始应用于临床。
通过对肿瘤诊断的同时，如果再能提出针对肿瘤治疗的敏感药物，即肿瘤的伴随诊断和个体化治疗，随着时代的发展，已经初步成功地应用于临床。在肿瘤的化疗过程中，靶向药物的出现，标志着因人而异、量体裁衣的个体化治疗时代来临。靶向治疗药物具有针对某个或者某组肿瘤基因突变的肿瘤进行高效抑制，通过对该基因或者该组基因进行检测，达到对靶向药物治疗效果的评估，用于临床肿瘤的个体化治疗。
个体对药物反应的差异多由遗传因素造成，也就是说个体对药物的反应是由患者的药物代谢相关基因的类型决定着的。基因类型的不同，使得机体对特定药物的代谢能力不同，从而直接关系到药物疗效的好坏和毒副作用的强弱。在药物基因组学的基础上发展出的个体化用药，是在治疗过程中充分考虑每个患者的遗传因素（即药物代谢基因型）、生理因素及环境因素等综合情况的基础上制订的合理、安全、有效的药物治疗方案。
近年来个体化治疗领域已经逐渐从理论走向应用，患者明显从这一系列转化应用中获益。全球范围内已经广泛开展了对疾病（特别是恶性肿瘤）和药物与基因多态性相关性的深入研究，并且大范围开展了一些疾病和用药相关基因的检测。各种基于循证医学的前瞻性研究结果共同提示，基于药物基因组学的基因检测的肿瘤个体化治疗会为解决药物治疗的个体化差异问题带来曙光。
个体化治疗在肿瘤综合治疗中的地位越来越重要，将相关基因的检测用于肿瘤个体化治疗中，由传统的“单一标准”的治疗方案向着“因人而异”的治疗模式转变，是肿瘤医药学领域的一个重要里程碑。
无论是传统的血清学蛋白、激素类肿瘤标志物，还是随分子生物学发展出现的循环肿瘤细胞、循环核酸类肿瘤标志物，在肿瘤复发检测、疗效及预后评估中，都有着重要作用。
一般而言，治疗前肿瘤标志物升高，治疗后下降，表明治疗有效；治疗后略有下降，随即重新升高，提示治疗效果不足；治疗后下降，过段时间后又明显升高，提示肿瘤复发或转移；这种提示往往早于临床症状出现前数个月。定期检测肿瘤标志物有助于早期发现复发，延长患者的生存期。
肿瘤患者经治疗后，肿瘤标志物的升降与患者的疗效和预后有良好的相关性。有效治疗后的治愈水平与某些肿瘤治疗前的基础水平存在一种关系：通常基础水平越高，越可能处于癌症的晚期，且预后较差；基础水平正常或轻微升高，预示着极有可能肿瘤不再复发及存活期延长；而在一般情况下，肿瘤标志物的水平的高低反映的肿瘤基础水平的高低。
肿瘤标志物检测方便，在评价肿瘤的疗效、监测复发方面有着很高的临床应用价值。
（孙丽萍，李林，施常备）
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