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循环肿瘤细胞分型检测在非小细胞肺癌中的应用
王贵宇1, 张晓莉1, 杨翔1, 罗业涛2, 张阳1, 府伟灵1     
1. 400038 重庆,第三军医大学西南医院检验科,全军检验医学中心;
2. 400016 重庆,重庆医科大学公共卫生与管理学院
[摘要] 目的 探讨非小细胞肺癌患者外周血中循环肿瘤细胞(circulating tumor cells, CTCs)的数量和型别分布,分析其与临床病理特征之间的关系。方法 采用最新CanPatrolTM CTCs分型检测技术,基于滤膜法收集221例非小细胞肺癌患者外周血中的CTCs,通过RNA原位杂交、分支DNA技术对循环肿瘤细胞内的上皮、间质标志物mRNA进行荧光检测,将CTCs分成上皮型、混合型、间质型,分析其与年龄、性别、临床病理分期和是否远处转移的关系。结果 90.05%非小细胞肺癌患者检出CTCs,3个型别里混合型CTCs检出比例最高。总CTCs,上皮型、混合型、间质型CTCs数量与临床分期和远处转移有关(P<0.05),与年龄和性别无关(P>0.05)。Logistic回归分析结果显示,间质型CTCs是临床分期和远处转移的危险因素。结论 在外周血循环肿瘤细胞检测中,数量和分型均有重要价值,其中间质型CTCs可能为非小细胞肺癌患者肿瘤分期及远处转移提供重要线索。
[关键词] 循环肿瘤细胞     非小细胞肺癌     上皮-间质转化     临床分期     远处转移    
Typing of circulating tumor cells for non-small cell lung cancer
WANG Guiyu1 , ZHANG Xiaoli1 , YANG Xiang1 , LUO Yetao2 , ZHANG Yang1 , FU Weiling1     
1. Department of Clinical Laboratory, Center of Laboratory Medicine, Southwest Hospital, Third Military Medical University, Chongqing, 400038;
2. School of Public Health and Management, Chongqing Medical University, Chongqing, 400016, China
Supported by the National Basic Research and Development Program (973 Program, 2015CB755402)
Corresponding author: FU Weiling, E-mail:fwl@tmmu.edu.cn
[Abstract] Objective To investigate the number and distribution of circulating tumor cells(CTCs) in peripheral blood of non-small cell lung cancer(NSCLC) patients, and analyze their correlation with clinical pathological features. Methods The CanPatrolTMCTCs enrichment technique was used to isolate and classify CTCs from the peripheral blood samples of 221 NSCLC patients. RNA in situ hybridization and branched DNA technology were employed to detect the epithelial and mesenchymal markers of CTCs at mRNA level by fluorescence detection. Based on the results, there were 3 phenotypes identified, that is, epithelial CTCs, biophenotypic (epithelial/mesenchymal) CTCs, and mesenchymal CTCs. And the number and type were analyzed for the correlation with sex, age, clinical stage and distant metastasis. Results CTCs were detected in 90.05% of NSCLC patients, and of the 3 types, the biophenotypic CTCs took the first rank.The numbers of total CTCs, epithelial CTCs, biophenotypic CTCs, and mesenchymal CTCs were associated with clinical stage and distant metastasis(P < 0.05), but were irrelevant with sex and age(P>0.05). Logistic regression analysis showed that mesenchymal type of CTCs was a risk factor for clinical stage and distant metastasis. Conclusion Both number and phenotype are important in the detection of CTCs. Mesenchymal CTCs may offer valuable insights for tumor staging and metastatic evaluation in the NSCLC patients.
[Key words] circulating tumor cells     non-small cell lung cancer     epithelial-mesenchymal transition     clinical stage     distant metastasis    

肺癌的发病率和死亡率在世界范围内都位居前列,每年新增病例约180万[1],5年生存率仅为16%[2]。肺癌可分为小细胞肺癌和非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC),其中NSCLC最为常见,约占80%[3],晚期诊断和远处转移是导致肺癌生存率低的主要原因[2, 4]。现有检查手段如血清肿瘤标志物检查、组织活检和影像学检查等,在早期诊断、判断肿瘤恶性程度以及是否远处转移方面并不完全可靠[5-7]。因此,迫切需要新方法来弥补目前诊断方法的缺陷,使肺癌能够在转移前进行早期诊断[8],患者得到及时治疗。

国内外研究表明循环肿瘤细胞(circulating tumor cells, CTCs)数目与肺癌的早期诊断、临床分期及远处转移有关[9-11]。CTCs在从原发肿瘤或转移灶脱落后进入血液循环的过程中会发生上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT),在此过程中,细胞黏附力降低,上皮表达减少[12-13],细胞结构发生变化,间质表达增加,从而促进肿瘤细胞的迁移和浸润。上皮黏附分子(epithelial cell adhesion molecule,EpCAM)和细胞角蛋白(cytokeratins,CK)常用来作为上皮标志物,间质型标志物常见的有波形蛋白(vimentin,VIM)、TWIST、AKT激酶家族的成员AKT2和锌指转录因子SNAIL1等[14]。两者皆有表达则称为混合型CTCs。目前市面上的大多方法只能检测上皮型CTCs和带有上皮标记的混合型CTCs,包括国际上公认Veridex[15-16]的CellSearch技术,也是美国食品药品管理局批准的CTCs检测平台。这会漏掉更具迁徙和浸润能力的间质表达CTCs。CanPatrolTM CTCs分型检测技术采用了多种上皮和间质标志物,结合纳米过滤、mRNA原位杂交、分支DNA技术和自动荧光镜检技术,不仅能够检测到上皮型CTCs,还能检测EMT之后部分丧失上皮特征的混合型CTCs以及完全丧失的间质型CTCs。本研究探讨CTCs数量和不同表型CTCs与NSCLC临床分期和转移状态的相关性,旨在为其在临床实施提供可靠的依据。

1 资料与方法 1.1 一般资料

选择第三军医大学院西南医院2015年8月至2016年12月诊断的221例NSCLC患者作为研究对象,所有患者自愿参与此研究。纳入标准:①病理诊断确诊为NSCLC的患者;②纳入前未接受任何抗肿瘤治疗或全身治疗;③既往无其他恶性肿瘤病史。④患者年龄18~75岁。排除标准:合并终末期肝病或肾病。221例入选患者中男性144例,女性77例;年龄24~75(55.8±9.3)岁,集中在40~70岁,样本年龄分布合理,具有广泛代表性。按肺癌TNM分期(肺癌TMN分期标准2009年第7版)Ⅰ期76例,Ⅱ期24例,Ⅲ期35例,Ⅳ期86例。其中有远处转移者86例,无远处转移者135例;外周血采样时间在进行影像学检查的前后2周之内,手术或治疗之前。本研究经西南医院伦理委员会批准(2015)。

1.2 主要仪器与试剂

荧光显微镜(德国Zeiss);全自动荧光显微镜染色体分析系统(SurExam与Matefer联合研发);恒温孵育箱(上海一恒科学仪器有限公司);台式低速离心机;真空抽滤泵;移液枪(Sartorius);EDTA.K2真空采血管;人外周血循环肿瘤细胞分型检测试剂盒-多重mRNA原位分析法(SurExam,中国广州)

1.3 研究方法

1.3.1 采样

真空采血系统采集患者的外周血,置于5 mL EDTA.K2抗凝管中,立即轻柔颠倒混匀8次,防止凝血,若不能及时转管,2~8 ℃保存,在样本采集后4 h内进行预处理。

1.3.2 制膜

将5 mL抗凝血转到样本保存管中进行红细胞裂解,室温30 min后1 850 r/min(600×g)离心5 min,弃上清后加入4 mL PBS和1 mL RI固定剂,混匀后静止8 min,倒入过滤柱,真空泵在负压上升至-0.06 MPa后进行抽吸,使液体中的细胞吸附到滤膜上。再加入1 mL 4%甲醛溶液,固定1 h。倾倒过滤器内溶液,依次加入1 mL 50%、70%、100%酒精溶液,分别室温静置2 min,制备得到细胞滤膜。

1.3.3 杂交

将滤膜进行亲水-透化-消化-探针杂交-预扩增-扩增-显色7个步骤之后,切下滤膜置于载玻片上,加10 μL复染液,盖上盖玻片,置于-20 ℃或直接镜检。

1.3.4 镜检

打开荧光显微镜和全自动荧光显微镜染色体分析系统软件,在镜下进行20倍预扫,40倍细胞核型拍摄,40倍荧光拍摄,输出拍摄的细胞图片。

1.3.5 细胞分型判定

根据试剂说明书中确定荧光信号点≥7个为有效荧光信号点。试剂盒检测时,根据不同荧光信号点的表达情况,结合有效荧光信号Cutoff值,对循环肿瘤细胞进行分型。分型标准见表 1,分型细胞见图 1

表 1 CTCs和血源细胞分型标准
细胞种类类型DAPI红色信
号点
绿色信
号点
白色信
号点
CTCs上皮型++--
混合型+++-
间质型+-+-
血源细胞白细胞+--+
  红色荧光为上皮标志物表达点,绿色荧光为间质标志物表达点;+:满足有效信号要求,红色荧光信号≥7个为有效荧光信号点,绿色荧光信号≥7个为有效荧光信号点;-:不满足有效信号要求,红色荧光信号<7个,绿色荧光信号<7个

红色荧光:上皮标志物表达点;绿色荧光:间质标志物表达点A:上皮型CTCs;B:混合型CTCs;C:间质型CTCs;D:白细胞 图 1 循环肿瘤细胞分型的荧光表现(荧光显微镜×40)

1.4 统计学分析

采用SAS 9.2统计软件进行数据分析。计数资料用率表示,组间比较采用χ2检验和Cochran-Armitage趋势检验,用Pearson列联系数来表示组间的相关性。非正态计量资料用中位数及全距表示,组间比较采用非参数检验,组间两两比较时先把原始数据重新排序后生产新变量,再采取SNK方法对新变量进行两两比较,Spearman等级相关检验变量间的相关性。检验水准:α=0.05。

2 结果 2.1 循环肿瘤细胞分型检测结果

循环肿瘤细胞CTCs总数的检出范围0~130个,中位数为6;检出上皮型CTCs数量范围为0~16个,中位数为1;混合型CTCs数量范围0~88个,中位数为3;间质型CTCs数量范围0~45个,中位数为1。

在221例NSCLC患者中总共199例检测出循环肿瘤细胞,总占90.05%。上皮型CTCs、混合型CTCs和间质型CTCs的阳性人数分别是146、168例和120例,阳性率分别为60.06%、76.02%和54.30%,其中混合型CTCs数量最多,阳性率最高。

2.2 CTCs总数与NSCLC患者年龄、性别、临床分期和是否远处转移的关系

CTCs总数和阳性率与患者年龄、性别的差异均无统计学意义(P>0.05);有远处转移的患者CTCs数量的中位数高于无远处转移(P<0.01)。CTCs总数在肺癌Ⅳ期的中位数远高于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期(P<0.01);CTCs总数的阳性率在是否远处转移和肺癌TNM分期的差异无统计学意义(P>0.05)。CTCs总数与肺癌TNM分期和是否远处转移也存在线性相关关系(P<0.01,表 2)。

表 2 CTCs总数与NSCLC患者年龄、性别、临床分期和是否远处转移的关系
参数例数CTCs总数χ2/ZPSpearman
系数
PCTCs阳性率
(%)
χ2/ZP列联系数
范围中位数
年龄(岁)0.1280.938-0.0240.7281.8720.3910.092
  18~<4070~25885.71(6/7)
  40~<601400~130692.14(129/140)
  60~<75740~129686.49(64/74)
性别-1.6160.1060.1090.1060.0240.8750.011
  女770~130689.61(69/777)
  男1440~129690.28(130/144)
肺癌TNM分期29.304<0.0010.302<0.001-1.0390.2990.077
  Ⅰ760~855a86.84(66/76)
  Ⅱ240~274a91.67(22/24)
  Ⅲ350~175a91.43(32/35)
  Ⅳ860~1301191.86(79/86)
是否远处转移5.338<0.0010.360<0.0010.5160.4720.048
  否1350~85588.89(120/135)
  是860~1301191.86(79/86)
a: P<0.01,与Ⅳ期比较

2.3 上皮型CTCs与NSCLC患者年龄、性别、临床分期和是否远处转移的关系

上皮型CTCs检出数量和阳性率与患者年龄、性别的差异均无统计学意义(P>0.05);患者上皮型CTCs数量在是否远处转移的差异有统计学意义(P<0.05),而在肺癌TNM分期的差异无统计学意义(P>0.05)。

肺癌Ⅳ期患者上皮型CTCs阳性率低于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期(P<0.01);有远处转移的患者上皮型CTCs阳性率低于没有远处转移患者阳性率(P<0.01)。

上皮型CTCs数量、阳性率与肺癌TNM分期和是否远处转移存在相关关系(P<0.05,P<0.01,表 3)。

表 3 上皮型CTCs与NSCLC患者年龄、性别、临床分期和是否远处转移的关系
参数例数上皮型CTCs数量χ2/ZPSpearman
系数
P上皮型CTCs
阳性率(%)
χ2/ZP列联系数
范围中位数
年龄(岁)0.4480.799-0.0240.7190.7930.6720.059
  18~<4070~4171.43(5/7)
  40~<601400~16167.86(95/140)
  60~<75740~11162.16(46/74)
性别-0.2660.7900.0180.7900.0670.7960.017
  女770~7164.94(50/77)
  男1440~16166.67(96/144)
肺癌TNM分期7.0860.069-0.1680.0122.7770.0060.211
  Ⅰ760~15273.68(56/76)a
  Ⅱ240~16179.17(19/24)a
  Ⅲ350~6171.43(25/35)a
  Ⅳ860~11153.49(46/86)
是否远处转移-2.3920.018-0.1610.0169.9300.0020.207
  否1350~16174.07(100/135)
  是860~11153.49(46/86)
a: P<0.01,与Ⅳ期比较

2.4 混合型CTCs与NSCLC患者年龄、性别、临床分期和是否远处转移的关系

NSCLC患者混合型CTCs检出数量和阳性率与患者年龄、性别的差异均无统计学意义(P>0.05);有远处转移的患者混合型CTCs数量的中位数高于无远处转移(P<0.01);混合型CTCs阳性率在是否远处转移和肺癌TNM分期的差异无统计学意义(P>0.05);肺癌Ⅳ期患者混合型CTCs数量中位数远高于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期(P<0.01);混合型CTCs数量与肺癌TNM分期和是否远处转移也存在正线性相关关系(P<0.01,表 4)。

表 4 混合型CTCs与NSCLC患者年龄、性别、临床分期和是否远处转移的关系
参数例数混合型CTCs数量χ2/Z值PSpearman
系数
P混合型CTCs
阳性率(%)
χ2/Z值P列联系数
范围中位数
年龄(岁)0.0560.973-0.0150.8202.9730.2260.115
  18~<4070~24557.14(4/7)
  40~<601400~88379.29(111/140)
  60~<75740~81371.62(53/74)
性别-1.4650.1430.0990.1431.3650.2420.078
  女770~88271.43(55/77)
  男1440~81378.47(113/144)
肺癌TNM分期19.740<0.0010.255<0.001-1.6170.1060.124
  Ⅰ760~582a71.05(54/76)
  Ⅱ240~202a75.00(18/24)
  Ⅲ350~152a71.43(25/35)
  Ⅳ860~88682.56(71/86)
是否远处转移4.409<0.0010.297<0.0013.3030.0690.121
  否1350~58271.85(97/135)
  是860~88682.56(71/86)
a: P<0.01,与Ⅳ期比较

2.5 间质型CTCs与NSCLC患者年龄、性别、临床分期和是否远处转移的关系

NSCLC患者间质型CTCs检出数量和阳性率与患者年龄、性别的差异均无统计学意义(P>0.05);有远处转移的患者间质型CTCs数量中位数高于无远处转移(P<0.01);有远处转移的患者间质型CTCs阳性率远高于没有远处转移患者(P<0.01),间质型CTCs阳性率随着TNM分期的增长有逐渐增加趋势(P<0.01)。

间质型CTCs数量、阳性率与肺癌TNM分期和是否远处转移存在相关关系(P<0.01,表 5)。

表 5 间质型CTCs与NSCLC患者年龄、性别、临床分期和是否远处转移的关系
参数例数间质型CTCs数量χ2/Z值PSpearman
系数
P间质型CTCs
阳性率(%)
χ2/Z值P列联系数
范围中位数
年龄(岁)0.0630.9690.0010.9980.6890.064
  18~<4070~2171.43(5/7)-
  40~<601400~37154.29(76/140)
  60~<75740~45152.70(39/74)
性别-1.8450.0650.1240.0651.8580.1720.091
  女770~37048.05(37/77)
  男1440~45157.64(83/144)
肺癌TNM分期25.506<0.0010.472<0.001-5.670<0.0010.417
  Ⅰ760~180a35.53(27/76)
  Ⅱ240~50a45.83(11/24)
  Ⅲ350~20a31.43(11/35)
  Ⅳ860~45382.56(71/186)
是否远处转移8.111<0.0010.547<0.00145.307<0.0010.412
  否1350~18036.30(49/135)
  是860~45382.56(71/86)
a: P<0.05,与Ⅳ期比较

2.6 肺癌TNM分期和是否远处转移与间质型CTCs的Logistic回归分析

Logistic回归分析结果显示,当间质型CTCs为阳性时,患者肺癌TNM分期危险性和有远处转移的危险性分别是间质型CTCs为阴性的8.306倍和4.676倍。间质型CTCs数量每增加1个时,患者肺癌TNM分期上升1个等级的危险性,远处转移的危险也会增加(表 6)。

表 6 肺癌TNM分期和是否远处转移与间质型CTCs的Logistic回归分析结果
因变量自变量系数标准误Wald χ2POR(95%CI)
肺癌TNM分期常数20.3960.07626.7930.421
常数3-0.3730.1694.871<0.001
常数4-1.1740.18639.532<0.001
间质型CTCs数量0.3960.07626.793<0.0011.486(1.287~1.727)
常数2-0.0550.1930.0820.773
常数3-0.5540.1977.8760.005
常数4-1.2980.21336.860<0.001
间质型CTCs阳性1.5420.26434.064<0.0014.676(2.786~7.850)
是否远处转移常数-1.3300.20342.604<0.001
间质型CTCs数量0.4660.08927.135<0.0011.594(1.338~1.900)
常数-1.7460.27938.946<0.001
间质型CTCs阳性2.1160.33539.737<0.0018.306(4.301~16.041)

3 讨论

在过去十年中,已经开发了许多技术和方法来分离和检测CTCs,但目前市面上的大多数方法只能检测上皮型或者单标记CTCs,而不能同时检测经历了EMT的各种表型CTCs[16-17]。CanPatrolTM CTCs分型检测技术利用纳米滤膜快速收集细胞,以EpCAM、CK、VIM、TWIST、AKT2和SNAI1[18]等多种标志物mRNA为靶标进行RNA原位杂交,较蛋白的检出时间更早,特异性更高。本研究西南地区的221例NSCLC患者中90.05%可以检测到CTCs。这与齐鲁楠等[19]报道的广西地区112例肝癌患者CTCs检出率90.18%相符合。CanPatrolTM CTCs分型检测技术对恶性肿瘤患者CTCs的检出率高于CellSearch平台检测的阳性率[9, 20-21]。分型检测中混合型CTCs阳性率最高,占76.02%,其次是间质型CTCs,说明EMT对CTCs的形成和转移具有重要意义[22]

本研究证实了总CTCs数量与NSCLC患者的TNM分期呈正相关,相关系数为0.302,但是总CTCs阳性率与疾病严重程度无关,说明单纯检出CTCs可能不是病情严重程度的判断标准。进一步结果分析显示,Ⅳ期NSCLC患者混合型和间质型CTCs数量明显高于Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ期,相关系数分别为0.255和0.472。此外,间质型CTCs阳性率随着肺癌TMN分期严重程度的上升而增加,阳性率从Ⅰ期的35.53%增加到Ⅳ期时的82.56%,且相关系数为0.417。Logistic回归分析结果显示,当间质型CTCs为阳性,患者肺癌TNM分期上升1个等级,危险性分别是间质型CTCs为阴性的4.676倍,间质型CTCs数量每增加1个时,患者肺癌TNM分期上升1个等级,危险性增加1.486倍。然而,上皮型CTCs数量在临床分期上的差异并无统计学意义。以上证据表明CTCs EMT在疾病发展过程中的重要作用。经历EMT的混合型和间质型CTCs,特别是间质型,与NSCLC严重程度之间的显著相关性,使得不同表型CTCs在NSCLC临床分期上具有很大的潜力。

本研究结果也证实总CTCs数量与NSCLC远处转移相关,但总CTCs阳性率与远处转移无关,与其他文献认为CTCs数量和远处转移有关联的观点一致[11]。NSCLC远处转移与混合型CTCs数量、间质型CTCs数量与阳性率之间存在相关性,特别是与间质型CTCs数量的相关系数为0.547。Logistic回归分析结果显示,间质型CTCs为阳性时,患者有远处转移的危险性,是间质型CTCs为阴性的8.306倍,当间质型CTCs数量每增加1个/5 mL时,患者远处转移的危险性增加1.594倍。这显示间质型CTCs具有很强的远处转移潜能[23]。因此,CTCs总数和不同表型CTCs数量、阳性率与NSCLC患者的年龄、性别均没有关系,使得CTCs的检测不受性别和年龄的影响,运用范围大。

综上所述,混合型和间质型CTCs,特别是间质型CTCs,因其与NSCLC临床分期、远处转移相关,在不同年龄和性别均可检出的特点,可作为生物标志物,协助NSCLC患者肿瘤分期和转移评估。此外,考虑到不同表型CTCs对疾病发展的影响,其数量和比例变化或许能够反映肿瘤的发展动态,循环肿瘤细胞分型检测的临床应用价值值得进一步去发掘。

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http://dx.doi.org/10.16016/j.1000-5404.201709095
中国人民解放军总政治部、国家科技部及国家新闻出版署批准,
由第三军医大学主管、主办

文章信息

王贵宇, 张晓莉, 杨翔, 罗业涛, 张阳, 府伟灵.
WANG Guiyu, ZHANG Xiaoli, YANG Xiang, LUO Yetao, ZHANG Yang, FU Weiling.
循环肿瘤细胞分型检测在非小细胞肺癌中的应用
Typing of circulating tumor cells for non-small cell lung cancer
第三军医大学学报, 2017, 39(24): 2399-2405
Journal of Third Military Medical University, 2017, 39(24): 2399-2405
http://dx.doi.org/10.16016/j.1000-5404.201709095

文章历史

收稿: 2017-09-13
修回: 2017-10-12

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