五大疾病的生物标志物研究盘点

对于很多常见重大疾病而言,早期诊断至关重要。近年来随着免疫学、分子生物学和基因组学技术的发展,寻找和发现可靠的早期诊断生物标记物已经成为目前的一个研究热点。诺辰生物盘点了近年来和多种疾病早期诊断相关的生物标志物的研究,供大家学习参考。

一、癌症的早期筛选生物标志物

早期发现对提高癌症患者的存活率有很大的正面影响,因此如何构建出一个成本适中、结果可靠的早期癌症筛选方法是科学家们亟待解决的问题。正因如此,目前大部分生物标志物的研究聚集在癌症上。

近期,英国谢菲尔德大学(University of Sheffield)的研究人员通过对过去5年内超过19,000篇与血液中癌症生物标记物有关的研究的筛选,找出了786种血液中与癌症相关的生物标记物。这些生物标记物可能被用于开发针对大众的早期癌症筛选测试。

研究人员依靠特定的数据挖掘(Data Mining)技术, 先将超过19,000篇文献删减到3990篇,然后从中筛选出了786种与癌症相关的生物标记物。这些生物标记物根据它们的特性可以分为13类,其中包括36种黏附和基质蛋白, 52种细胞因子, 39种游离DNA, 232种微小RNA等等。研究人员还将这些生物标记物依据能够检测到它们的方法进行了分类,比如微小RNA和游离DNA可以通过PCR 或者测序的方式检测到,而蛋白类的生物标记物则需要免疫测试(ELISA等)或者质谱(Mass Spectroscopy)的方式来检测。

这是研究人员第一次对血液中存在的与癌症相关的生物标记物进行了一次全面的总结。下一步,研究人员将对这些生物标记物的研究进行核查,并且通过临床试验检验每个标记物对早期肿瘤的预测能力。

早期癌症检测协会主任 Ian Cree教授说:“我们的预期是经过核实和临床试验后,我们能够选出一套大约50个生物标记物进入临床试验,检测它们综合起来对早期癌症的预测能力。我们的目标是最终的筛选测试能够在早期癌症患者的血液中找出这些生物标记物,然后患者会被转送去接受更具体的测试来决定肿瘤的种类。”

二、早期阿尔茨海默病的标志物

鉴定早期诊断标志物在AD研究中至关重要。若能通过有效的早期标志物进行诊断,则能允许个人和他们的家庭有充足的时间接受诊断结果,并且相应地调整他们的生活方式,也能帮助科学家了解哪些因子促进了疾病的发展。

当深入剖析血液寻找疾病多种标志物时,研究者们通常会对血浆进行分析,血浆中包含有丰富的蛋白质、激素、RNA和炎性标志物等。有些蛋白质,比如许多参与炎性反应的蛋白质,都可以被鉴定作为阿尔兹海默氏症的潜在诊断标志物。而且被认为对阿尔兹海默氏症非常关键的Aβ肽类往往也可以在血浆中进行测定,且已经得到了大量研究。

一项研究表明,在阿尔兹海默氏症患者的血液中许多脂质的水平也出现了异常,当然这也是可以理解的,因为大脑中本身就富含脂质;目前研究人员非常感兴趣去调查患者血液中高半胱氨酸、维生素D、维生素B以及其它许多分子的水平。

然而,血液中的标志物非常易于改变,而且其往往依赖于疾病的发展阶段、其它环境和物理性因素等,研究者并不知道如何利用这些生物标志物来将阿尔兹海默式症同其它类型的痴呆症或其它大脑疾病进行区分。很多科学家认为,单一血液标志物中所包含的的信号或许并不足够具有诊断价值,因此他们或许需要利用一组不同的标志物来进行研究,研究者希望未来可以开发出新型的技术来帮助进行研究,这些技术或将通过产生可以携带多种生物标志物的特殊诊断芯片来提供最佳、特异性且具敏感性的诊断测试。

基于血液来诊断阿尔兹海默氏症的研究非常具有前景,但研究者后期或许还需要再进行深入的研究,他们需要对携带多种特殊标志物的大规模人群进行调查研究,并且巩固他们的研究发现,从而开发出公众期待已经的诊断芯片;用作芯片的标志物或许会依赖其使用目的不同而进行改变,当然如果研究者们发现了一种药物可以修饰阿尔兹海默氏症的发展过程,那么开发基于血液的新型诊断测试技术的过程或许也会被加速。

三、糖尿病生物标志物

德国一项有关儿童1型糖尿病相关生物标志物的筛查研究中显示,早期筛查1型糖尿病可降低糖尿病酮症酸中毒风险及相关心理压力。而胰岛素自身抗体是一种可靠的生物标志物。研究人员对年龄在2-5岁儿童的胰岛自身抗体进行了筛查以便在疾病早期确定1型糖尿病的存在。基于此次试验研究结果,在整个人群中对这一年龄段儿童进行早期1型糖尿病的筛查是可行的。

研究中的筛查结果来自2015年2月-11月间筛查的26760例儿童。研究人员对参与者血液样本中的胰岛自身抗体进行了测定。其中,0.39%的样本两种或两种以上胰岛自身抗体阳性,相当于每1000个儿童中有4个孩子患病。这些孩子及其父母被邀请在当地糖尿病中心参加疾病教育和辅导计划。果不其然,没有父母不受疾病诊断的影响,但截至目前父母及儿童并未遭受严重心理负担。

研究人员表示,初步研究结果令人鼓舞,因为1型糖尿病前期教育是一个新的概念,先前没有相关探索。如果1型糖尿病的有效筛查在公共卫生预防计划中,则大多数儿童在临床糖尿病出现前便可得到诊断。同时可以进行预防性教育和监测,避免酮症酸中毒的发生并为胰岛素治疗做好前期准备。

另一项来自德国的研究探索了1型糖尿病和青少年糖尿病患者的和肽素水平。研究表明,I型糖尿病和肽素水平与肾功能相关。

研究人员对80名1型糖尿病儿童(平均年龄,13岁;37名为女孩;平均 HbA1c,7.85%;平均糖尿病病程,7.3年)和60名健康参与者(平均年龄,12.4岁;38名女性)进行了相关数据评估。他们对参与者的血清和肽素及血脂水平进行了测定,同时还包括临床及社会经济相关数据。对于糖尿病患者,研究人员对HbA1c、血糖及蛋白尿进行了评估,利用双抗体夹心测定法对血清和肽素进行测定。

对照组和糖尿病组的和肽素平均浓度分别为4.75 pmol/L和5.56 pmol/L。研究人员发现,和肽素水平与肾小球滤过率呈负相关(糖尿病组,r=0.23;P =0.041。对照组,r=0.61;P=0.034)。糖尿病组中,血清和肽素水平同样与总胆固醇(r=-0.23,P=0.041)和LDL(r=-0.24,P=0.036)呈负相关。在对照组,研究人员并未发现其他相关性。

研究人员发现,糖尿病病程较长的儿童(至少7年;n = 45)相较于糖尿病病程较短的儿童(n = 35;)血清和肽素水平更高(平均5.24 pmol/L vs. 4.13 pmol/L)。在多变量分析中,仅有GFR可作为与和肽素相关的参数(P =0.032)。

通过对1型糖尿病患者和对照组进行对比,研究人员发现和肽素(P=0.24)、血清肌酐(49.8 vs. 50.4 mol/L;P=0.53)或GFR(102.4 vs 104.5 mL/min;P=0.47)无组件差异。但是,1型糖尿病儿童C反应蛋白(1.66 vs 3.21 g/mL;P=0.013)和甘油三酯(0.88 vs. 1.13 mmol/L;P=0.010)的浓度更低。另外,LDL/HDL比值(1.73 vs 2.32;P <0.001)及体重(51.3 kg vs 60.3 kg;P=0.002)、BMI更低(19.7 kg/m2 vs 23.2 kg/m2;P <0.001)。

研究人员表示,在全部小组和亚组分析中,和肽素和GFR存在显着负相关。这表明,和肽素浓度或为1型糖尿病儿童及青少年肾功能及GFR下降的一项重要参数。

四、帕金森的生物标志物

目前大部分关于生物标志物的研究集中在血液中标志物,然而也有研究人员独辟蹊径,研究尿液中的生物标志物。近期两项关于帕金森病的研究就属于其中。在两项研究中,来自美国阿拉巴马大学的Andrew West博士和同事们通过分析帕金森病患者的尿液和脑脊髓液样品,发现尿液中的一种全新的生物标志物---磷酸化LRRK2蛋白---与帕金森病的存在和严重度相关联。他们正在更加深入地研究这些样品,以便验证是否能够利用这种生物标志物指导未来的临床治疗和在治疗期间实时地监控潜在新药物的疗效。

West说,“没有人想到我们能够在生物流体中测量到这种大分子蛋白的活性,这是因为它通常是在大脑中的神经元内发现的。”

已经证实这种生物标志物LRRK2在遗传性帕金森病中发挥着作用,最为常见的一种基因突变(G2019S)导致LRRK2激酶将太多的磷酸基团加到它自身和其他的蛋白上。然而这为何能够导致帕金森病,到目前为止仍是不清楚的。

West的生物标志物鉴定方法的关键在于了解到LRRK2能够从所有人生物流体(如尿液和唾液)中发现的外泌体(exosome)内纯化出来。体内的细胞持续地释放含有蛋白、RNA和DNA混合物的外泌体。Wset和同事们能够从帕金森病患者捐献的3到4盎司尿液样品中纯化出外泌体,然后测量这些外泌体中的磷酸化LRRK2蛋白。

一篇文章发表在2016年3月15日的Neurology期刊上,论文标题为“Urinary LRRK2 phosphorylation predicts parkinsonian phenotypes in G2019S LRRK2 carriers”,另一篇文章于2016年6月14日在线发表在Movement Disorders期刊上,论文标题为“Ser(P)-1292 LRRK2 in urinary exosomes is elevated in idiopathic Parkinson's disease”。

在发表在Neurology期刊上的研究中,West和同事们发现水平增加的磷酸化LRRK2蛋白能够预测携带LRRK2 G2019S基因突变的帕金森病患者的疾病发作风险。他们首先在14名携带LRRK2基因突变的帕金森病患者的尿液样品中进行测试,然后在72名携带LRRK2基因突变的帕金森病患者的尿液样品中进行重复测试。

在随后发表在Movement Disorders期刊上的研究中,West和同事们将研究范围扩大到没有携带LRRK2基因突变的人群,其中这些人大多数是帕金森病患者。利用来自帕金森病患者和健康对照者的158种尿液样品,West和同事们发现类似于携带LRRK2基因突变的帕金森病患者,大约20%没有携带LRRK2基因突变但患上帕金森病的患者也含有较高水平的磷酸化LRRK2蛋白,而这种情形并不存在于健康对照者体内。这项研究因此推断体内较高水平的磷酸化LRRK2蛋白可能是在未来开发出降低磷酸化LRRK2蛋白的药物的极好的候选生物标志物。

五、骨质疏松生物标志物

在瑞士约有300到400人,全球大约有五十万人患有骨质疏松症,该病会导致他们的骨头像玻璃一样脆弱。他们的骨形成不仅不好,而且身体组织中其它部位含有的结缔组织也受到了影响。Cecilia Giunta 和 Marianne Rohrbach说,研究人员发现了一种新型骨质疏松症,有两个家庭共有八个病人患有此病。病人患有加剧性骨骼脆弱症,他们骨骼生长畸形以及有生长萎缩等情况。在这两个家庭中,这种新形式的成骨不全症是由X染色体中两种相同的基因不同的突变(MBTPS2)引起的。X染色体隐性症状的遗传方式只影响男性。

突变基因MBTPS2编码一个蛋白酶,即一种蛋白质,它能够减少并激活其它称为转录因子的蛋白质。这些激活的蛋白能与DNA结合,并能调节基因参与到骨生长和固醇代谢中,而且能调节细胞的压力,这在斑马鱼中表现的比较明显。不久之后研究人员发现,IFAP综合症是一组人类罕见的皮肤疾病,它是由MBTPS2突变引起的。