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精准医学与临床病理学的发展

武警医学 1230 评论

【关键词】精准医学;病理学;分子病理学 

【中国图书分类号】R365 

DOI:10.14010/j.cnki.wjyx.2016.02.002 

病理学是从病因、发病机制、形态变化及功能损害入手研究疾病发生、发展规律的学科。病理学的发展与其所使用的工具、设备、方法密不可分。20 世纪70 年代,随着分子生物学技术和细胞生物学等学科的快速进步与发展,病理学与多个学科的相互渗透形成了新的分支学科——分子病理学。分子病理学,是人们对肿瘤细胞在增殖生长和转移过程中的信号转导通路、作用机制不断深入研究,为其特异性靶点专门设计而研发分子靶向药物的重要学科,它使肿瘤治疗进入了一个崭新的时代。

同时也对病理学提出了新的挑战,注入了新的活力。病理学不再局限于组织和细胞水平的诊断,它开拓了分子病理学的新领域,使病理学从单纯疾病诊断延伸到临床治疗过程,这不仅为寻找新的分子靶点提供了线索,还可以通过基因检测为分子靶向治疗提供依据。正确的靶向治疗的前提是准确的靶向分子病理诊断[1],从而使靶向治疗能够更有的放矢,即选择合适、匹配度高的药物及合适剂量,在合适的时间对适合的患者进行治疗。由于现代医学技术在肿瘤检查、治疗上的创新及发展,重新定义了病理学在现代医学基础研究与临床之间的桥梁作用,以及在肿瘤患者诊治过程的重要地位。 

1 精准医学与病理学 

2015年1月20日,美国总统奥巴马在国情咨文演讲中提出了“精准医学计划”(precision medici-neInitiative,PMI)[2]。美国所提出的精准医学,是以当今个体化医疗为基础,随着基因组测序技术的快速进步,以及生物信息与大数据科学的交叉应用孕育而生的新型医学概念。精准医学的本质是通过蛋白质组、基因组等组学技术和医学前沿技术,对于大样本人群数据与特定疾病类型进行生物标志物的分析与鉴定、验证与应用,从而精确寻找到疾病产生的原因和治疗的靶点,并对一种疾病的不同状态和过程进行精确亚分类和诊断,最终实现对于疾病和特定患者进行精确诊断个性化治疗的目的,提高疾病[3]。恶性的预防与诊治效益,在该精准医学计划中,肿瘤的精准医疗是“重中之重”,美国国立卫生研究院(National Institutes of Health,NIH) 所属的国家癌症研究所 (National Cancer Institute,NCI) 将接受重点资助,以开展解码肿瘤基因及开发精准治疗研究。NIH 院长弗朗西斯·柯林斯于2015年3月4日在《新英格兰医学杂志》就“精准医学计划”发表评述文章指出,精准医学并不是一个全新的概念,其实质就是更精确的“个性化医疗”

个性化医疗凸显的临床意义当属肿瘤的个体化诊断和治疗,即用精准的诊断指导临床进行肿瘤靶向治疗,其根本目的在于抑制肿瘤细胞的增殖,促进肿瘤细胞的分化和凋亡。这首先要求对疾病(肿瘤)的诊断有更准确的分类,主要是根据临床检查、病理组织形态学诊断、免疫组化蛋白表达、分子病理诊断、分子遗传学等综合方面的差异进行分类诊断。在个体化医疗时代,对病理诊断提出了更多、更高的要求。例如,胃肠道间质瘤的诊断和治疗[4]、结直肠癌KRAS基因突变检测[5]、非小细胞肺癌 EGFR基因突变检测,病理医师不仅要熟知病理解剖、组织病理诊断,还要深知分子技术显示的分子病理结果判读。

2 病理学在精准医学中的作用

2.1 组织学诊断 

传统的组织形态学诊断依然会继续使用,不会消失,而且将在以原位方法为主的新一代诊断工具中继续发挥并承担着重要作用。只有在病理医师正确判断、区分 “正常细胞与肿瘤细胞、原位癌与浸润癌、同一肿瘤呈现出不同级别和生长方式时”,才能够对肿瘤标记物的“表达、缺失、差异性表达”进行较为准确的评价。新的分子检测技术并不能取代传统的病理诊断技术,而是病理医师需要依据病理组织学分析,应用免疫组织化学和各种基因检测方法对肿瘤进行进一步的分子病理诊断,以达到精准诊断的要求。

在当今个体化医疗时代,临床对病理诊断提出了更多、更高的要求,分子病理诊断必然会越来越多地应用于临床实践,未来的病理报告将是传统的组织学病理诊断与细胞病理、免疫组织化学、流式细胞术、细胞遗传、和分子病理诊断等技术完整的结合在一起,相互结合相互补充,从而可为临床提供更精确、更全面的病理报告。

2.2 分子病理学占居核心地位 

分子病理新技术的使用和融入,在肿瘤精准诊断、治疗选择和预后判断上发挥了重要作用。分子病理诊断是对传统形态病理诊断的极大补充和完善,对遗传物质(DNA、RNA、染色体)及其产物(蛋白质、酶和小分子) 进行检测,从DNA和RNA层面研究疾病的发生与发展规律,进而揭示疾病外源性基因在人体内的存在,以及内源性基因的突变和表达异常,以便更深入、更精确和更全面地反映疾病的本质特征,从而使传统形态病理学诊断得到有益的补充和发展。

也就是说,病理学已从传统的形态学诊断迈向综合性更强,更全面的病理学时代[7],病理诊断学的内涵由此得到了极大地丰富,使病理学从单纯的病理形态学诊断发展到提供疾病的易感性、发病风险性评估、个性化治疗方案的制定、疾病预防及预后判断等具有诊断与指导性内容。

2.3 揭示肿瘤的分子病理特征,以利早期发现过去病理医师更关注肿瘤的异质性,特别是表型的异质性( 分化与结构,或生物学行为) 

肿瘤靶向治疗实践提示,这种表型异质性似乎并不十分重要,因此病理医师需要不断深化对肿瘤异质性的认识;在分子层面的异质性可能更值得探讨。尤其是驱动基因突变方式、驱动基因介导的信号通路基因改变、肿瘤抑制基因的状态、肿瘤细胞遗传不稳定性、在靶向治疗过程中检测到的“新发”突变等,都值得深入学习和研究。

例如,乳腺增生性病变的演化促进了对导管癌与小叶癌关系的认识,随着激素治疗和靶向药物( 如曲妥珠单抗) 治疗的开展,根据免疫组化结果和基因型分析又可以将浸润性乳腺癌进一步细分为激素受体阳性乳腺癌 (ER、PR 阳性表达,HER2 扩增阴性) 、HER2 阳性乳腺癌 (HER2 扩增阳性、 ER、PR 阴性表达) 、三阴乳腺癌( ER、PR、HER2均阴性) ,其生物学特性、临床表现、治疗方案的选择对预后的影响截然不同,约有15% 乳腺癌患者能从化疗和HER2 靶向药物( 曲妥珠单抗,trastuzumab)治疗中获益治疗中获益。

因此,在原有的病理学诊断基础上,肿瘤基因型分析增加了对肿瘤的预测和预后的解释,还为临床医师和患者提供了治疗相关信息。胃肠道间质瘤(GIST) 作为一个独立的疾病单位,在基因型分析与病理诊断相结合的发展史上具有里程碑意义。PDGFRA、C-kit 基因突变及c-kit (CD117) 表达可作为GIST 的明确诊断指标,以及格列卫( 酪氨酸激酶抑制药) 的靶向治疗预测因子已经成为共识。目前,从基因型分析角度可将结直肠癌分为微卫星不稳定性结直肠癌(占15%) 和染色体不稳定性结直肠癌(占85%)[9]。 

对肿瘤患者进行高危因素等预后分子指标的检测,从分子水平判断肿瘤的生物学行为及其预后,具有较高的准确性。肿瘤基因发生突变、扩增及过表达等改变往往与肿瘤的预后紧密相关,如p53基因突变与肝癌、乳腺癌、结肠癌等肿瘤预后相关,而nm23的改变则与肿瘤的转移有关。现在有些已知基因异常表达不但可以用于肿瘤的诊断,而且还可预测肿瘤对治疗的反应,用于肿瘤靶向治疗。

近年来研究显示,转移性结直肠癌患者如存在EGFR突变,能从西妥昔单抗(cetuximab) 治疗中获益。但后来发现,患者若同时存在RAS活化突变时则对西妥昔单抗治疗无效。因此,在应用西妥昔单抗治疗晚期结直肠癌之前,必须同时检测EGFR和RAS突变情况,才能决定是否用西妥昔单抗治疗[10]

目前,肿瘤分子治疗靶点检测有HER2、EGFR、BRAF、ALK、KIT、PDGFRA、VEGF、ROS1等,它们已逐步成为常规病理检测项目,而新的靶点还在不断地被确定。在精准医疗时代,精准病理诊断还应包括药物治疗反应和预后判断的伴随诊断。 

3 临床病理诊断的发展 

个体化医疗是指选择合适的药物、合适的剂量,在适合的时间治疗适合的患者。个体化治疗模式完全依赖于在蛋白质水平和核酸水平上精确了解肿瘤的性质,在药物治疗前判断出对某种药物对某一患者可能疗效更明显。因此,个体化医疗既要求病理医师对肿瘤进行诊断和分型,又要提供给每一位患者更详尽、更精准、更具个性化、与临床治疗直接相关的信息。在未来的病理报告中,不仅提供准确及时的活检组织病理诊断,还要结合分子病理精准诊断,为患者和临床医师提供预后判断以及哪种药物对哪类患者非常有效的重要预测信息[11]

例如:

(1) 预测恶性肿瘤生存期、预测药物治疗效果、预测肿瘤发生概率(风险度);

(2) 是否有特殊的基因失调并导致恶性肿瘤发生; 

(3) 根据这些信息综合分析哪些药物的靶向治疗对患者更有效;

(4) 如果患者对初始治疗药物产生耐药性,怎样调整治疗方案等。 

 精准医学时代,病理医师的工作模式正在发生变化。他们不但要根据组织病理学改变、特殊染色、免疫组化做出病理诊断,还需对分子病理检测、二代测序等检测结果进行正确解读,成为一个整合各种检查结果的专家。每一位病理医师需要具有开放的思想,考虑采用其他学科、其他专业的技术手段为病理诊断工作服务,即除了应用传统的形态学技术进行常规病理诊断外,还要学会应用分子病理学、分子药理学、分子遗传学等技术,持续提高病理诊断的精准性。

由于病理诊断报告和药物临床应用之间的联系愈加紧密,病理医师不但需要具备病理学基础知识、病理学诊断基础知识,而且还需要具备临床肿瘤学、分子生物学等多学科的知识[12],随着基因学组与测序技术的不断进步,对病理医师提出了更高、更全面的要求。有条件的(三级甲等医院) 病理科应积极开展分子病理诊断,加强对病理医师的专业培训,使其更加了解分子检测手段和意义,熟悉其原理和不断更新的技术知识,同时还需加强与临床医师及时沟通互动,以保证做出能够满足临床需求的精准诊断。 

4 病理诊断技术的拓展 

精准医学时代的到来,病理诊断更需要新技术支持。免疫组化技术的广泛应用,已成为病理诊断必不可少的辅助手段,使病理医师不仅能够在蛋白水平表达和组织形态学之间找到相关性。另外,更需要尽早熟悉和利用现有新技术,如凝胶电泳技术、核酸杂交技术、PCR 技术、基因重组技术、基因测序技术、细胞凋亡检测技术、组织芯片技术、DNA 芯片技术等,使病理学技术水平得到了极大的提高,可以帮助病理医师直观地观察到基因插入、甲基化、点突变、染色体异位、染色体缺失、mRNA表达等改变。

现今的肿瘤病理诊断是集组织病理学、免疫组织化学和分子病理于一身的诊断,为临床医师提供肿瘤组织起源、性质、类型、分级、分期与分层治疗等相关信息,如传统方法的组织学分型可将非小细胞肺癌 (NSCLC) 分为腺癌、鳞状细胞癌等亚型。现在可通过基因检测按照基因表达谱,对非小细胞肺癌进行分子分型,该分型能预测不同分子亚型的非小细胞癌的预后[13]

目前,我国已稳定开展的分子病理技术主要有原位杂交、核酸测序技术和PCR 技术。原位杂交包括显色原位杂交(chromogenic in situ hy-bridization,CISH) 、荧光原位杂交(fluorescence in si-tu hybridization,FISH);基于 PCR 平台的检测技术有经典的PCR、实时荧光PCR(real time PCR)及扩增阻滞突变系统 (amplification refractory mutation system,ARMS);核酸测序技术由Sanger测序发展到二代测序技术(next-generation sequencing,NGS ) 。

近几年来,由于非侵入性检查理念和分子病理的进展,病理学所需的检查分析材料正不断从依赖活检、切除标本,向更多利用针吸细胞学和脱落细胞学方面发展,尤其是在肿瘤的分子诊断、病理分期等领域。肿瘤转移与肿瘤形成等方面,对循环肿瘤细胞 (circulating tumor cell,CTC) 、循环肿瘤DNA(circu-lating tumor DNA,ctDNA)的检测,以及单细胞分析及相关技术也将成为病理学科发展的一个新的生长点,期待着被广泛应用于疾病和肿瘤的诊断、预后判断、治疗反应预测与疗效评估,甚至对疾病易感性的评估。

由于检测技术的不断更新,国内病理科更需加强专科人才和技术培训,并配以相应的规范化质控管理,进一步提高检测指标的准确性和可靠性,以保证检测结果的正确分析解读,对临床诊断治疗提供指导。 

5 病理诊断的质控 

病理学科正经历着前所未有的快速发展,同时也潜移默化的改变着病理人员的工作模式。首先,病理亚专科发展与医疗模式的转变使临床对疾病病理分析要求愈来愈细化,愈来愈精准。实践需要与临床要求促进了大、中型医院病理亚专科的分化与形成,使它更加符合现代以器官或疾病为中心的医疗模式。其次,病理工作只有符合循证医学的原则才能符合新的临床治疗要求,病理诊断不仅要定性,也要定量,同时对诊断的可比性与重复性提出了更高的要求。

因此,更需要加强病理检查的质量控制与规范化,从经验科学向客观性强、可比对性好、可重复性高的方向转化;人工操作向自动化、标准化、信息化转变。随着分子病理检测的逐年发展与应用,分子病理技术逐渐渗透到常规病理检查实践中。但是,在分子病理发展过程中也遇到了许多新的值得我们思考的问题,如组织结构和免疫组织化学表型相同的肺腺癌有不同的驱动基因存在; 而普通型乳腺癌则具有不同的分子变化谱; 肝细胞癌则在东西方具有不同的病因以及不同的分子学发病通路等。要实现病理检查、分子病理检测质量的可控性与可溯源性,必须重视规范化与质控管理,建立合格的分子病理检测实验室和完善质量控制体系,特别要严格规范分子病理检测准入制度,防止盲目分子病理检查。

开展分子病理检测实验室应具备以下基本条件: 

(1)规范的实验室要达到国家ISO/IEC的验收标准;

(2)具有适合本实验室的质量手册;

(3)技术人员经过专业知识培训,分子病理医师应为取得《执业医师资格证书》,分子病理技术员应接受过相关专业技术技能培训或进修学习,并获得相应的证书;

(4)使用有生产批文的试剂,首选具有CFDA 认证的试剂[14]

分子病理诊断项目亦应建立在完善的质量保证和质量控制体系中,质量保证应贯穿实验前、中、后各个环节,以保证实验过程的合理有效。紧密结合临床的实际需求,就一定能够更加凸显病理在临床医学中的作用,不断拓展病理学的应用领域,找到广阔的发展空间和机遇,从而不断发挥病理及分子病理科学与临床医学之间的桥梁作用。

总之,正如钟南山院士为《中华病理学杂志》的题词所说: “临床病理水平是衡量国家医疗质量的重要标志。”精准医学时代的到来,为病理科带来了勃勃生机与挑战,病理医师要以传统的组织病理学方法为基础,拥有现代精准医学的新理念、为临床医师和患者提供分子基因组发生变异和突变的信息,病理医师在精准医疗时代将会发挥重要作用,并且将会为改善肿瘤患者生活质量作出相应的贡献。

【参考文献】

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[3]张佳星.专访曹雪涛院士: 推进精准医学发展助力健康中国建设[EB/OL]. 

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(来源:武警医学;作者:罗莉)

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