早期癌症患者的筛查诊断被认为是降低患者死亡率的有效策略，因为对于大多数的癌症来说，如果在发展的早期被发现就能得到更有效的治疗，这将极大地提高患者的生存率，降低家庭和社会的负担。
前不久，美国加州“滴血验癌”公司“西拉诺斯（Theranos）”创始人伊丽莎白·霍姆斯因“欺诈罪”被判有期徒刑11年零3个月，这件事也从侧面反映出目前市场对于生物标志物用于癌症筛查的巨大需求。
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截至目前，已有一些生物标志物被用于一些肿瘤的早期筛查，例如乳腺癌、前列腺癌、肺癌、结直肠癌和宫颈癌，这些筛查项目显著降低了相关疾病的死亡率[1]。
然而，目前还没有一款经批准的可以用于大多数癌症类型早期检测的生物标志物[2]。
近日，瑞典查尔姆斯理工大学的Sinisa Bratulica、 Angelo Limeta等人在知名期刊PNAS上发表了最新研究成果。
在这项研究中，他们发现了一款新的代谢性癌症生物标志物——游离糖胺聚糖。这款生物标志物可用于14种类型癌症的早期筛查，它对于I期癌症的检测敏感性高达62%，特异性高达95%，这款代谢标志物的发现是对基于基因组生物标志物的液体活检的一大补充，为多癌早期筛查的实现铺平了道路[3]。
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糖胺聚糖（GAGs）是细胞外基质重要的组成部分，主要包括：硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素、硫酸乙酰肝素、肝素和透明质酸等。糖胺聚糖是长链、线型、带负电的多糖，由含有糖胺的二糖单位重复而成，是已知的带最强负电荷的生物大分子[4]。
Sinisa Bratulica等人首先进行了一项包含553名癌症患者和426名健康受试者的病例对照发展研究，共涉及14种癌症类型，其中34%的癌症患者被划分为I期/低级别。他们总共测量了517名癌症患者、425名健康受试者的血浆游离糖胺聚糖水平以及220名癌症患者、340名健康受试者的尿液游离糖胺聚糖水平。
病例对照发展研究概要
接下来，研究人员使用带有偏正态反应的贝叶斯混合效应线性回归模型，将每种癌症类型中每个可检测到的糖胺聚糖谱（GAGomes）特征与健康受试者的基线生理水平进行了比较。在确认了在14种癌症中都具有与基线生理水平不同的通用GAGomes特征后，Sinisa Bratulica等人探索了使用游离糖胺聚糖来区分癌症患者与健康受试者的可行性，他们使用交叉验证投影预测变量选择开发了三个贝叶斯逻辑回归模型。
在特异性95%的情况下，血浆、尿液和二者联合的GAGomes多癌早期检测（MCED）评分对癌症的敏感性分别为46.2%（95% CI:41.9-50.6%）、66.8%（95% CI:60.2-73.0%）和65.8%（95% CI:58.4-72.6%）。
在特异性99%的情况下，血浆、尿液和二者联合的GAGomes多癌早期检测敏感性分别为25.7%（95% CI: 22.0-29.7%）、25.0%（95% CI:19.4-31.3%）和35.3%（95% CI:28.4-42.7%）。
游离糖胺聚糖可用于多癌早期筛查
在I期/低级别癌症亚群中，95%特异度的血浆敏感性为41.6%（95% CI:34.2至49.2%），尿液敏感性为62.3%（95% CI:47.9至75.2%），血浆和尿液联合敏感性为61.4%（95% CI:45.5至75.6%）。
所有三个MCED评分均显示游离GAGomes改变与肿瘤分期之间存在弱相关性，II期相比于I期敏感性略有增加，III期相比于I期敏感型进一步增加。
总之，这些发现表明游离糖胺聚糖在早期和晚期癌症中与生理水平有显著差异，可以用于MCED。
由于不同癌症类型中的游离GAGomes谱是不同的，因此接下来研究人员探索了上述模型是否可以用于识别不同的癌症类型。在一个N=74的测试集中该模型识别不同癌症类型的准确率为74.3%（95% CI:68.1-80.3%）。同时，生存分析表明，相比于已检测到游离GAGomes MCED评分的高风险人群，未检测到游离GAGomes MCED评分的患者具有更好的预后和更少的侵袭性癌症表型。
不同GAGomes MCED评分癌症患者的生存曲线
基于上述研究成果，Sinisa Bratulica等人进行了一项前瞻性的基于队列的病例对照研究，纳入了171名在基线随访后18个月内确诊癌症的受试者，以及110名年龄、性别和生化匹配的在随访期间保持无癌状态的受试者。
验证GAGomes MCED评分用于预测癌症
数据结果显示癌症确诊病例的GAGomes MCED评分高于健康对照组，其预测基线随访后18个月内的癌症诊断的AUC为0.65（95% CI:0.58-0.72）。GAGomes MCED评分对于不同癌症类型的鉴别表现相似，非小细胞肺癌的AUC为0.71（95% CI:0.59-0.82），妇科癌症的AUC为0.58（95% CI:0.40-0.75）。
最后，研究人员探究了小鼠体内游离糖胺聚糖的水平改变是否与癌症的发生发展有关。通过对肾腺癌肿瘤细胞原位诱导小鼠的尿液和血浆游离糖胺聚糖的纵向测量，他们发现血浆游离GAGomes和尿液中游离GAGomes水平的改变与肿瘤从基线（第0天）到局部生长（第6天）到术后切除（第8天）到转移（第20天）的进展一致，这与人类癌症样本中观察到的模式也是相符的。
小鼠癌症进展过程中血浆和尿液游离GAGomes的变化
基于以上数据，Sinisa Bratulica等人提出未来使用游离糖胺聚糖作为生物标志物筛查多种肿瘤是可行的，能够极大地补充基于基因组生物标志物的液体活检，为多模态的多癌早期检测方法铺平了道路。这种方法会进一步增加对I期癌症的敏感性，以期通过早发现早治疗大幅降低癌症死亡率。
参考资料：
[1]R. A. Smith et al., Cancer screening in the United States, 2019: A review of current American Cancer society guidelines and current issues in cancer screening. CA Cancer J. Clin. 69, 184–210 (2019).
[2]S. Bratulic, F. Gatto, J. Nielsen, The translational status of cancer liquid biopsies. Regen. Eng. Transl. Med., 10.1007/s40883-019-00141-2 (2019).
[3]Bratulic, Sinisa et al. “Noninvasive detection of any-stage cancer using free glycosaminoglycans.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America vol. 119,50 (2022): e2115328119.
[4]Puri, S., Coulson-Thomas, Y. M., Gesteira, T. F. & Coulson-Thomas, V. J. Distribution and Function of Glycosaminoglycans and Proteoglycans in the Development, Homeostasis and Pathology of the Ocular Surface. Front Cell Dev Biol 8, 731 (2020).
