基于CC-管的精准癌症诊疗技术的临床应用
时间：2021-09-23 10:03:00 热度：37.1℃ 作者：网络
一、现代肿瘤科学与临床癌症医学仍然处于初级阶段
什么是癌变？
癌细胞的本质特征是什么？
癌细胞的本质特征的靶点蛋白是什么？
这是癌症医学的首要问题。首要问题没有弄明白，精准有效的癌症诊疗就无从谈起。
自从人类认识癌症至今的2500年以来，人类一直在努力探索癌症的分子机理、本质特征及进展规律。但是，目前为止，上述问题仍然没有找到公认可靠的明确答案。目前癌症科学研究以及癌症的临床诊断与治疗，仍然处于癌变的准确定义模糊不清、癌细胞的本质特征认识不清、反映癌症本质靶点蛋白缺失的状态，以致早期癌变难以检测、癌症诊断不精准、疗效较低，总体与人们的期望仍然相距甚远。因此，总体看，目前全球的肿瘤研究与临床癌症医学仍然处于初级阶段。
二、癌细胞的标志细胞器Cytocapsular tube的发现
2017年12月，美国哈佛大学医学院研究员 Tingfang Yi博士与美国和德国科学院院士Gerhard Wagner教授共同发现并报道了两个组织内的癌细胞独有的新细胞器：cytocapsula （癌细胞外膜囊） 与cytocapsular tube (癌细胞外膜管，CC-管，即参考文献1-3中的CT管)。研究表明：癌细胞外膜囊是包裹在癌细胞膜外面、双脂层结构的生物膜泡状结构，具有多种生物学功能：（1）在细胞与细胞外微环境之间形成物理隔离；（2）保护细胞活动；（3）调控细胞和CC管之间的双向物质和信号传递。在体内组织中，由于癌细胞的CC管在与癌细胞膜紧密相邻，而且厚度只有约14纳米，光学显微镜（分辨率200纳米）无法分辨，只有借助电子显微镜（0.2-1纳米）才可以观察到。
2020年，美国Cytocapsula 研究所的Tingfang Yi教授与Gerhard Wagner教授的进一步的研究表明：由于未知的分子机制，癌细胞可以产生很多生物膜包裹的微粒体，该微粒体可以融合到癌细胞的细胞外膜囊，促进癌细胞外膜囊的长大与延伸，形成癌细胞外膜管（CC管）。在癌细胞外膜囊内的癌细胞可以在内移动，推动癌细胞外膜管的延伸、形状维持并锚定在细胞外基质里。癌细胞外膜管是膜封闭的可供癌细胞在体内组织里快速来回自由迁移的高速通道，其它癌细胞可以外膜囊与CC-管膜融合方式进入癌细胞外膜管，从而出现多个癌细胞在一根CC-管内双向迁移的现象，同时，多根CC管可以相互连接，实现CC管互联互通，形成三维立体、多方向、分布广泛、跨组织、跨器官的CC管网络系统。癌细胞的标志细胞器：癌细胞外膜囊、CC管及其网络的发现，及其在实体肿瘤、癌旁组织和转移肿瘤内广泛分布的发现，是癌症医学领域的重大发现。
三、癌症医学首要问题的解答与肿瘤科学与临床癌症医学高级阶段的到来
2021年，基于多年来大量关于癌细胞外膜囊、CC管与CC管网络的生物物理、蛋白质化学、细胞器生物学与癌细胞生物学的研究发现1-3，美国Cytocapsula 研究所的Tingfang Yi教授就肿瘤科学与临床癌症医学的问题提供以下见解：
1. 癌变是组织细胞由于基因突变累积与细胞微环境刺激共同作用下导致的表现为细胞增殖生长失控与在癌细胞外膜管（CC-管）引导下细胞转移的分子活动异常的集合；
2. 癌细胞的本质特征是细胞增殖生长失控并且单细胞产生CC-管和通过CC-管转移至新的微环境；
3. 癌细胞的本质特征的靶点蛋白是CC-管分子靶点蛋白 CM-01（代号）。
以上所述的关于癌变的定义帮助人们更新对癌症的认识：
1）强调癌变发生的原因是基因突变累积与细胞微环境刺激共同作用的结果，因为细胞外微环境与细胞内分子活动相互影响与作用的；而不是单个基因（或某几个基因）异常，单条信号通路（或某几条信号通路异常）的结果；
2）定义了癌变的三个本质型细胞表现特征：
i）癌细胞生长表现（细胞增殖生长失控）;
ii）细胞器（癌细胞外膜管，即CC-管）生成;
iii）CC-管引导下的细胞转移；
3）从大数量分子集合的层面清晰定义癌变是细胞内大量生物分子活动异常的综合表现及集合，而不只是少数几个基因或蛋白质活动异常的结果。
长期以来，由于对CC-管的认知缺失，一直无法定义与癌症的两大基本特征（无限制生长及浸润或转移）同时匹配的“癌变”概念。以上所述癌细胞的本质特征的定义找到了连接癌症生长和转移的两个基本特征的桥梁，有助于扩展人们对癌变过程中生长、转移和微环境的整体性认识，
Tingfang Yi教授通过大量尚未正式发表的研究结果认为，CC-管分子靶点蛋白 CM-01是癌细胞的本质特征的靶点蛋白之一。随着更多的癌细胞的本质特征的靶点蛋白的确定，这将会大大促进癌症的精准预诊、诊断、与治疗的技术，仪器、设备、医疗器械、药物、诊疗手段与处理工具的研发、生产与应用。我们有理由期待：
1）随着对癌症科学与临床癌症医学首要问题的进一步的理解，世界癌症的诊疗将迎来其发展的高级阶段；
2）精准癌症诊断与治疗的新时代正在加速到来。
四、现代初级阶段癌症的6大类19种常用的检测技术的特点与不足
目前，临床癌症早期检测的方法主要有以下6大类：
（一） 血检
血检(blood test)是目前癌症诊断中常用、简便、易操作的方法。医生通过收集患者的血液样本，采取不同的方法对血液进行测试，收集血液样本的多种信息：
1、 全血细胞计数：该方法可检测各种血细胞数量，包括红细胞、白细胞和血小板的数量、形态、粘连、完整性，显示一些潜在的异常症状；
2、 尿素和电解质检测：这是常用的生化试验，可针对很多指标提供有用信息，如血液pH值(酸中毒或碱中毒)，免疫系统的异常蛋白(免疫球蛋白)及肾功能障碍；
3、 肝功能检测：是检测炎症和肝脏损害的重要血液测试；
4、 代谢生化分子检测 （POCT）：对血液中代谢的生物化学分子，各种生物学因子，各种离子的含量，浓度，活性等进行分析；
5、 肿瘤标志物检测(tumor maker test)：是对肿瘤特定分子产生的检测，其可以指示肿瘤的可能存在；
6、 循环癌细胞检测 (ctDNA)：对进入循环系统血液中的癌细胞进行提取、培养、观察、计数，从而鉴定癌症的状态；
血检的缺陷：由于所有实体癌细胞的转移主要不是通过循环系统（血管组成的血液循环系统与淋巴管组成的淋巴循环系统）进行转移的，而是通过由癌细胞生成的很长的三维外膜管（Cytocapsular tube, CC-管）系统进行转移的，而且只有在实体癌症晚期（III期或IV期）由于大量的CC-管缠绕、穿透，与浸入毛细血管或毛细淋巴管，释放一千万分之一或一亿分之一的实体癌细胞进入毛细血管或毛细淋巴管，血检基本上是很难提取到实体癌细胞的。在实体癌症的I期和II期，由于CC-管还没有穿透与浸入毛细血管或毛细淋巴管且释放实体癌细胞进入毛细血管或毛细淋巴管，这时的血检是检测不到实体癌细胞的。因而，血检对于在实体癌症的I期和II期是检测不到的，而对III期或IV期也只是不准确地反映了实际已经通过CC- 管已经转移的实体癌细胞的一千万分之一或一亿分之一。 因而，血检对于实体瘤癌症的检测是不准确的，容易产生漏诊、误诊，血检是检测不到直径3-6微米大小的CC-管的。
(二) 常规活检
常规活检是通过手术取出患者异常组织作为标本，在显微镜下检查，以确定可疑区域是否存在癌细胞的诊断方法。根据身体不同部位，利用不同类型的 活检可获得更好的结果，如细针穿刺活检(取少量组织)、 针芯活检(取圆柱状组织)、真空辅助活检(取同一个可疑地方的更多组织)、图像引导活检(结合成像技术，如超声、CT扫描和X射线等)、外科手术活检(通过外科手术取出可疑组织)和骨髓活检(测试血液疾病或血液癌的易小块骨髓组织)等。
常规活检的不足：由于缺乏对CC-管的认知以及CC-管的特异蛋白质分子靶点的缺失，常规的活检（细胞培养，癌细胞的检测与鉴定）与免疫组化分析并不能有效提供多样化癌细胞的精确信息与癌细胞迁移特征的信息。因而，常规的活检结果往往不能独立鉴定癌症的是否恶性肿瘤，恶性程度，发展时期，以及浸润范围， 而是需要结合多种其它的诊断手段与技术，才能做出一个尽可能详细但不一定正确的判断与结论。常规活检往往检测不到直径3-6微米大小的CC-管。
（二） 影像学检测
目前已有数十种诊断影像技术应用于癌症的检测，选择最合适的诊断影像技术是提高癌症诊断准确性的关键之一。目前肿瘤影像学检测主要有以下方法：
1.普通X线技术
临床上应用X线检查肿瘤主要是了解肿瘤的部位、范围和性质：
①透视检查(包括钡餐透视)：该方法经济简便、快速。可以从患者不同方向检查，直接观察器官，常用于诊断肺、纵膈、食管、胃肠肿瘤等。
②X射线照像：它能使被摄影的组织清晰地记录在胶片上，便于仔细观察和前后对比。常用于诊断肺、纵膈、胸膜、鼻咽、副鼻窦、骨骼与软组织肿瘤等。透视与照像各有所长，两者相辅相成，使诊断更完全、更正确。
③断层摄影：这种照像方法是把X线聚焦点集中部位的影像,可把人体内部的某一平面情况提示出来，以避免影像重叠的弊病。常用于诊断肺部肿瘤及骨肿瘤等，这种方法目前大量被CT取代。
④造影检查：X线透视和照像都有一定局限性，如果组织密度相似，X线影像就不易区分。需要人为增加组织对比度，使用造影剂．显示不同组织之间的差别，在X线透视或照像上就会有不同影像，常用的造影剂有钡或钡剂灌肠。
普通X线技术的局限：该技术是基于实体瘤的细胞密度异常地高于正常组织的细胞密度，从一定组织范围内的细胞密度差异与高密度组织的大小来判断。因而，对于弥散形的癌变组织（细胞密度没有增高，与正常组织相同或近似， 如弥散型前列腺癌、乳腺癌、胰腺癌、肺癌等）与有充分空间扩展的癌变组织（消化道癌变/恶性息肉，位于表皮/浅层真皮层的皮肤癌）往往无法检测。 表现为阴性，而实际上是假阴性。由于普通X线技术的有限的分辨率，对于小于1毫米的实体瘤 （三百万癌细胞以下），往往难以检测到。普通X线诊断技术检测不到直径3-6微米大小的CC-管。
2．超声诊断
超声诊断目前在国内外已经广泛用于眼、腮腺、甲状腺、乳房、肝、胆、胰、脾、肾、肾上腺、腹膜后、子宫体、卵巢、浆膜腔等多种脏器肿瘤的诊断。目前常用的探测方式有4类：直接探测法、间接探测法、腔内探测法、术中探测法。
超声诊断的局限：由于超声波技术有限的分辨率，对于小于3毫米的实体瘤 （七百万个癌细胞以下），往往难以准确检测到。超声诊断无法检测直径只有3-6微米大小的CC-管与8-10微米的癌细胞。
3.CT扫描诊断
计算机X线体层摄影(computed tomography，CT)自1972年开始应用于临床，与普通的X线检查比较，其组织分辨率高，能区分组织间密度的微小差异；而且为断面像，可直接显示普通X线检查所无法观察到的身体内部组织结构和病变；此外，还可测量各种组织的密度值，为诊断提供更多信息。从近20多年来，CT已成为诊断体内各部位肿瘤的极其重要的手段，在肿瘤的早期诊断和鉴别诊断及肿瘤治疗后 随访等方面起作用，还可以进行CT引导下经皮穿刺活检、液体引流和肿瘤局部化疗。
CT扫描的不足：CT扫描技术是基于实体瘤的细胞密度异常地高于正常组织的细胞密度，从细胞密度差异与高密度组织的大小来判断。因而，对于弥散形的癌变组织（细胞密度没有增高，与正常组织相同或近似， 如弥散形前列腺癌、乳腺癌、胰腺癌、肺癌等）与有充分空间扩展的癌变组织（消化道癌变/恶性息肉，位于表皮/浅层真皮层的皮肤癌）往往无法检测。 表现为阴性，而实际上是假阴性。由于普通X线技术的有限的分辨率，对于大小小于1毫米的实体瘤 （三百万癌细胞以下），往往难以检测到。CT扫描无法检测直径只有3-6微米大小的CC-管。
4.磁共振(Magnetic Resonance Imaging)
磁共振是一种物理现象,磁共振成像是断层成像的一种，它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号，并重建出人体信息,用于生物学和医学领域已有30余年。MRI提供的信息量不但大于医学影像学中的其他许多成像术，且它所提供的信息也不同已有的成像术，用它诊断疾病具有优越性。 MRI虽然与CT有许多不同之处,但它们都属计算机成像，且所成图像都是体层图像，因此在图像解释上的许多原则仍然相同。MRI较之CT有以下特点：
（1）MRI的物理学基础是磁共振原理，其图像是以人体组织内的氢核即质子磁共振信号强弱而显示不同灰阶为特点，如脂肪组织信号最强，图像上呈白色；脑组织和脊髓、脏器、肌肉呈不同程度灰色；充盈于腔内的液体信号低，血管腔内流动的血液因流动信号强度更低；均表现为黑色，而血管壁为灰色；骨与空气因缺乏质子信号强度最低，在图像上表现为最黑。
（2）MRI可以直接横断面、冠状面和矢状面及斜状面成像，且图像质量高，有利于显示肿瘤的范围和来源。
（3）MRI主要依靠四个成像参数，即质子密度P、纵向弛豫时间 Tl、横向弛豫时间T2和流动。采用不同程序或改变成像方法能得到反映不同侧重点的图像，有利于清楚显示肿瘤。
（4）对于在CT图像上造成伪影的骨组织、金属夹、充填物、肠气等在MRI图像上均不产生影，特别适于后颅凹、枕骨大孔区、脊髓、肝左叶等区域的肿瘤显示。
磁共振的局限：磁共振技术是从细胞密度差异与高密度组织的大小来判断。因而，对于弥散形的癌变组织与有充分空间扩展的癌变组织往往无法检测。由于磁共振的有限的分辨率，对于大小3毫米的实体瘤 （七百万个癌细胞以下），往往难以检测到。磁共振诊断检测不到只有3-6微米大小的CC-管。
5.核素诊断
① 放射性核素断层扫描(ECT)，该技术临床应用于以下几方面：
---探测骨转移癌，全身骨扫描探测癌瘤早期骨转移灶、确定骨转移的范围，有其特殊优越性。
---探测原发性骨肉瘤：核素骨扫描所示的病变范围比X线片更广泛，更符合实际大小，对确定截肢范围和合理治疗有参考价值。
——淋巴结转移癌的确定。在癌瘤的诊断治疗中，确定有无区域或远隔淋巴结的转移是很重要的。B超探测2cm以上的腹膜后淋巴结是可靠的，但鉴别良恶性和小的淋巴结有无转移有困难。CT诊断淋巴结至少要大于lcm。B超和CT对有些部位的淋巴结，例如乳内淋巴结等的探测较困难。X线淋巴管造影则必须作淋巴管插管，技术较为复杂，有些部位甚至无法插管。而核素淋巴结显像法操作较简单，可确定淋巴结转移，但也有假性和假阴性。另外，核素骨扫描对甲状腺癌、卵巢恶性 肿瘤、肝脏占位性病变、脑肿瘤等，具有重要的鉴别意义。
②放射免疫显影。放射免疫显影是用放射性核素标记抗体、激素等生物制品作为亲肿瘤药物的阳性显像剂，借助于抗原与抗体、配体与受体的作用等达到定位诊断肿瘤的目的。该方法一般可以发现腹腔内1～2cm大小的肿瘤，以及发现CT不能检出的腹膜后淋巴数正常、大小也正常的淋巴结中转移灶，但总的来说还不满意，敏感性和特异性问题还没有很好解决，尚处于继续研究和临床试验阶段。
核素诊断的局限：核素诊断是基于实体瘤癌细胞的局部放射性核素的浓度异常增高。 由于核素诊断的有限的分辨率，对于大小为3毫米的实体瘤 （七百万癌细胞以下），往往难以检测到，核素诊断无法检测3-6微米的CC-管。
（三） 内窥镜
内窥镜检测是用微小仪器诊断患者体内可疑区域，可直接观察到被检查部位的真实情况，确定可疑病变的部位，并结合病理活检及细胞学检查进行更深检测。内窥镜检测是上消化道癌变的首选检测方法，它借助一条纤细、柔软的管子伸入胃中，医生可以直接观察食道、胃和十二指肠的微小病变。临床上常用的内窥镜包括胃镜、支气管镜、膀胱镜、子宫镜和结肠镜。
内窥镜的缺陷：由于内窥镜的有限的分辨率，对于小于1厘米的实体瘤，往往难以检测到，内窥镜诊断无法检测到3-6微米的CC-管。
（四） 纳米检测术
纳米技术的出现极大地提高了癌症的诊断和治疗效果。其优势为：
1、许多纳米材料自身就具有成像能力，通过对纳米材料进行不同的修饰(包括肿瘤表面标志物等)可特异性地识别体内病变组织，其无毒性、特异性和荧光稳定性为表面叶酸受体呈阳性的癌细胞检测带来新空间。
2、多种纳米材料的结合不但可以提升成像能力，而且可以进行药物运输。多孔纳米硅颗粒是生物医学应用最具潜力的纳米材料，其高效的载药能力、良好的生物相容性、可灵活调控的粒径及孔径和丰富的表面修饰可以满足生物医学应用的多种需求。
3、纳米材料的应用提高了癌症早期诊断的灵敏性。大量纳米线和纳米管形成纳米微阵列，排列在一块芯片上，可以同时阅读大量蛋白质和核酸的信息，同时处理大量的多元化信息，由此研发出的DNA微阵列技术和蛋白质组学的SELDI-TOP质谱技术等微纳米技术极大地推动了生物医学的发展进程，为癌症的早期检测提供了新的发展前景。
纳米检测的不足：由于缺乏对CC-管的认知，以及CC-管的特异蛋白质分子靶点的缺失，纳米检测技术目前无法有效检测到直径3-6微米的CC-管。
（五） 电学检测方法
肿瘤细胞是变异了的正常细胞，电学性质方面也会有所差异。在当今生物医学工程领域，毫米或纳米级颗粒介电性的研究引起广泛关注。有研究对淋巴 瘤细胞和骨髓瘤细胞的阻抗进行测量，通过实验数据来评价细胞的介电性，发现较低的特异性膜电容是恶 性肿瘤显著的特点，行波介电泳的频率在l MHz以上可实现这两种细胞的分离，并保持这两种细胞的活性。细胞电荷性质的特异性不足以在不同的细胞混合物中作为区分方法，所以采用介电泳方法。介电泳方法通过改变电场激发微电极，从而吸引或排斥细胞，不同形态、大小的细胞在分离过程中受到介电力作用，电场的变化改变细胞整体受力情况。
电学检测的局限：由于电学检测的有限的分辨率，对于小于1厘米的实体瘤，往往难以检测到，内窥镜诊断无法到3-6微米的CC-管。
（六） 光学检测方法
光学方法检测是生物学上常用的检测方法，包括荧光、干涉、热透镜、表面离子共振和化学发光等。这些方法已在一些生物、化学物质检测上得到实现，其检测原理及特异性，在肿瘤检测上也发挥作用。对于荧光标记的肿瘤细胞，自动数字显微镜(ADM)可作为一种检测手段，检测率可以达到每秒800个细胞。但对于血液中大量的细胞而言，这种速度是不够的。光纤阵列扫描技术(FAST)，其检测率是ADM的500 倍，且具有较高的敏感性，特异性也有所提高。微流体技术的发展，为光学检测提供了便利。集成化的微流体光学检测系统，在一定意义上简化了整个光学检测过程。
光学检测的不足：由于光学检测的有限的分辨率与透视局限，无法检测到3-6微米的CC-管。
肿瘤的精准检测是目前临床检测的热点。总体而言，随着科技的进步，肿瘤检测的方法不断推陈出新，虽然它们各自具有独特的检测优势，但仍暴露出一些问题，影响肿瘤细胞的检测准确度、敏感性和特异性等结果，为了提升癌症患者的治愈率和存活率，临床上在癌症早期诊治方面仍需要进行进一步研究。随着上述癌症科学与临床癌症医学首要问题的进一步的理解，在已有技术的基础上，更多新的癌症检测技术将会应用到精准癌症的诊断中。
五、消化道癌症的诊断难点与挑战
消化道癌症包括食管癌、胃癌、结直肠癌等，在中国属于常见多发病，发病率和死亡率较高，一般起病隐匿，早期临床表现无特异性、诊断率低,就诊时往往已达中晚期,失去最佳手术机会, 5年生存率不理想、预后差，近年消化道肿瘤疾病患者的数量呈上升趋势，严重威胁着人类健康。科学的诊断是疾病治疗的重要基础，目前临床上常用的消化道癌症的诊断方法如下：
（一） 纤维胃肠镜和对比钡剂透视
纤维胃肠镜和对比钡剂透视是诊断消化道肿瘤的临床常用方法。纤维胃肠镜的优点为真实、直观，能够得到患者的病理结果；钡剂透视技术成熟、快捷、痛苦小，可以观察消化道的蠕动功能情况。但这两种方法都是以显示腔内病变为基础，缺乏对病变整体形态的了解，不能观察肠壁的深层改变及周围脏器浸润，对消化道肿瘤的术前分期均不能提供足够信息，例如在消化道平滑肌肿瘤诊断中，由于肠道过长、弯曲盘旋、蠕动活跃、钡剂通过快、肠腔不扩张、粘膜皱缩等，常致漏诊和误诊。
（二） 内镜
1. 超声内镜
超声内镜是将超声波技术运用于普通内镜中，在患者的内镜检查中，利用超声波扫描，帮助获得消化道超声内镜管壁组织学特征及附近脏器的图像，然后了解消化道肿瘤实际情况，因此准确性有所较高。超声内镜在对食管癌、胃癌、结直肠癌的诊断中的准确率均高于常规内镜。近年来有许多新兴的内镜检查技术应用于临床，如放大内镜、染色内镜、窄带成像技术、智能电子分光技术等，都增加了结直肠癌诊断的准确率。但是，上述内镜技术都只能观察消化道黏膜病变表面，无法进行深层观察，且放大倍数有限，均无法在组织细胞层面对结直肠黏膜进行观察，无法代替病理组织学诊断。
2、共聚焦激光显微内镜（confocal laser endomicroscopy,CLE）
共聚焦激光显微内镜是一种新型的内镜检查技术，它是将微型共聚焦激光显微镜与传统电子内镜相结合，既可以在白光模式下进行普通内镜检查，又可以对消化道黏膜进行共聚焦激光扫描。但是该技术只是针对平坦型病变，尚不知道不同形态的消化道肿瘤，以及病变位置、形态及分化程度等因素是否影响诊断的准确性，国内外尚未有报道。此外，CLE作为一项新型内镜技术，需要在细胞水平而非器官水平对可疑病变做出实时诊断，这就需要内镜医生对消化道黏膜的病理组织图像及高倍放大的CRC共聚焦显微内镜图像有一个基本的认识，这种认识能力的培训所需要的时间和效果如何，也是亟待解决的问题。
（三）CT检查
CT检查可观察到肿瘤对临近器官有无侵犯和转移， 特别是随着螺旋CT三维成像技术的发展，在诊断消化道肿瘤病变的过程中，螺旋CT三维成像技术比双对比钡剂透视和纤维胃肠镜检查都有优势。另外，64排螺旋CT与传统CT相比在扫描速度、图像质量、射线剂量和后处理功能方面占有明显优势，弥补了传统CT的多项不足。
（四） 循环核糖核酸
循环核糖核酸（RNA），主要包括信使RNA、微小RNA、长链非编码RNA和环状RNA等，在肿瘤发生发展中发挥重要作用，为液体活检提供了一条新的检测途径。
（五）代谢组学
代谢组学作为一种高敏感性的技术,对探索消化道肿瘤的发生演变具有较大潜力。
（六）内镜检查结合组织活检
内镜检查结合组织活检是诊断消化道肿瘤的金标准，然而由于其为有创操作，受试者依从性较差，同时还需要有经验的检测人员，使其在大规模普及方面受到限制。血清肿瘤标志物检测可以弥补以上缺点，但现在临床上常用的肿瘤标志物，如CEA、CA19-9、CA72-4等，存在敏感性和/或特异性不高等问题，易造成漏诊、误诊。因此，发现和鉴定新型分子标志物，用于消化道肿瘤的液体活检，是目前临床检验领域关注的焦点。
上述目前的诊断方法和技术大都处于厘米或毫米级的低分辨率，在临床操作中缺乏有效的预后方法，引起误诊、漏诊或难以识别或分型，对结肠癌的治疗结果产生了负面影响。散发性肿瘤以及各种息肉等，由于有足够的空间让癌细胞不受控制地扩展，且不表现出异常的高细胞密度，因此计算机断层扫描、增强计算机断层扫描或正电子发射断层扫描-计算机断层扫描等基于高细胞密度的诊断方法无法检测到。
特别是肠息肉，目前普遍缺乏有效的检查和评价方法，结肠息肉普遍缺乏有效的检查和评价方法，原因有:1)结肠息肉在结肠腔内有足够的伸展空间，不显示经典诊断检测所需的高癌细胞密度阈值; 2)缺乏免疫组化检测可靠的结肠息肉肿瘤诊断基因、蛋白分子标志物或衍生抗体。另外，对于二期结肠癌患者，由于手术和化疗的结果存在争议，存在是否继续化疗的临床困境。目前还没有可靠的方法在微米水平准确识别早期结肠癌(包括结肠息肉)。因此，迫切需要能验证结肠癌转移的识别技术、能够高效检测肿瘤转移途径以及具有高敏感性和特异性的生物标志物。
六 、基于CC-管精准检测技术在肠癌中的临床诊断应用实例与预后结果分析
结肠癌是全球最具侵袭性的常见癌症之一。仅在2020年全球就有193万结肠癌新病例和近100万结肠癌死亡病例。总体而言，结肠癌发病率排名第三，但死亡率排名第二。结肠癌的准确、可验证的预后和诊断是及时、适当、有效治疗的前提。
自2018年11月起，美国Celldim Therapeutics公司、Cytocapsula 研究所的Tingfang Yi教授和哈佛大学的Gerhard Wagner教授和美国西北大学医学院森林湖医院临床肿瘤科的著名医生Stephen Ganshirt医学博士共同合作，将基于CC-管的精准癌症诊断技术用于结肠癌的临床诊断。最新相关成果发表在2021年7月28日的预印本平台medRxiv （https://doi.org/10.1101/2021.07.28.21261279） 。
该研究将C-管标志物在9种亚型的临床原发结肠癌、结肠癌癌旁组织、多发性其他组织和器官的转移性结肠癌中的预测/诊断作用。结果显示，CC-管标志物的抗体染色可以在9种亚型结肠癌临床组织中进行定位。此外，他们还将细胞囊管分析应用于结肠癌的临床诊断，以该诊断为标准指导结肠癌临床治疗中取得了较好的效果。这是CC-管首次在癌症诊断中的应用。
在患者知情同意的条件下，将手术取出后的样品进行福尔马林固定、石蜡包埋。癌旁组织、肿瘤组织和转移性肿瘤组织由医院病理实验室鉴定，肿瘤分级肿瘤(T)、淋巴结(N)、转移(M) TNM系统(癌症分期:0、I、II、III、IV)鉴别肿瘤分期由病理档案室获得。
采用免疫组化荧光法对CC-管进行染色，使用高分辨率低背景噪音信号的特殊荧光显微镜和计数软件对未降解(直径3-6微米)的CC-管进行计数, 统计每个标本的平均5个部位的CC-管密度作为标本的总体CC-管密度。
结果显示：
1、CC-管普遍存在于9种亚型结肠癌的原始位置中
在原结肠肿瘤块中，存在许多不同生命周期阶段的胞囊管(下图所示)。长、弯、缠结的结肠癌细胞CC-管在紧密或散发性结肠癌组织中形成上层结构。有很多结肠癌细胞CC-管分解成非常细的链，并且不同阶段的CC-管并存。同时，结果显示，结肠癌细胞在体内组织结肠癌CC-管中迁移，CC-管在紧凑的结肠癌组织中形成不规则的超大型复杂结构。
随后，研究者探索了9种结肠癌亚型、599份结肠癌组织起始位置的CC-管分布，样品包含不同时期（I-IV期）、581位结肠癌患者（349男、232女性）、年龄20-89岁，结果显示，不同密度(23-121CC/mm2)的CC-管存在于所有样品中，研究者同时发现，在所有样品中，结肠癌细胞在癌症起始位置的CC-管及其网络中迁移。
2、9种亚型结肠癌的癌旁组织中存在高密度CC 管
癌旁组织，通常被称为“正常邻近组织(NAT)”，是肿瘤细胞CC-管从肿瘤起始位置到临近或远端组织的穿越位置。在所有检测的癌旁组织中均存在数不清的弯曲CC-管，说明这下癌旁组织为假阴性位点，CC-管结肠癌细胞向各个方向扩散提供封闭的物理空间（下图所示）。
接下来，我们调查了9种结肠癌亚型的癌旁组织: 腺癌、腺癌(稀疏)、腺癌(纤维组织)、非典型良性肿瘤、良性肿瘤、粘液腺癌，部分粘液腺癌，印戒细胞癌、未分化癌(每个亚型n=1-32例)。在49个癌旁组织、9种结肠癌亚型中，我们发现100%的癌旁组织均表现出大量CC-管, 其平均密度(68-112 CT/mm2，图2b)高于起始部位的密度。上述观察结果证明癌旁组织不同程度地存在大量CC-管，CC-管为结肠癌细胞转移和传播提供膜封闭的网络。
这些观察证明，癌旁组织中有大量的CC-管网络，为癌细胞转移提供了膜封闭的“高速公路”。
3、转移性结肠癌细胞通过CC-管在交叉组织和器官中传播结肠癌转移
跨组织和器官转移，是癌症向多个器官扩散的主要来源，导致器官功能衰竭和患者死亡。我们首先分析了转移性结肠癌向乳腺的CT扩散，发现乳腺组织有大量不同时期的结肠癌细胞CC(包括降解和未降解的)，观察到的CC-管形态不规则，呈现超大型结构，乳腺组织的结肠CC-管中有许多癌细胞迁移(下图所示)。
进一步，研究者检查了多种转移性结肠癌的结肠癌细胞CC-管，从结肠转移到乳腺、大网膜、肝脏、淋巴结、卵巢、前列腺和胃。结果显示，所有这些转移性组织/器官中普遍存在CC-管(转移性肿瘤中100% 存在CC-管)，密度达46-104 /mm2(图3B)。在转移器官的CC-管中有大量的结肠癌细胞在迁移。这些结果证明，结肠癌CC-管可以使结肠癌细胞跨越相邻和远处的组织和器官进行转移。
综上所述，结肠癌细胞CC-管普遍存在于所有9种亚型结肠癌的原发灶、癌旁组织、以及不同的远端器官转移性结肠癌中。
4、基于细胞囊管的精确肿瘤分析在结肠癌中的临床应用
随后，研究者将CC-管分析应用于肿瘤的临床精确诊断。有一患者出现严重腹胀、疼痛和便秘，无发烧、寒战、下丘脑闭经、头部受伤、呼吸短促、喘息、血尿、排尿困难、意识警惕水平、头晕、关节疼痛或肌肉疼痛等症状，也没有癌症病史。电脑断层扫描显示一个梗阻性结肠癌在结肠左曲、继发累及胃大弯曲。
患者随即做了腹部手术。手术发现结肠左曲处有一个结肠肿瘤，长6.9 cm，周长6.2 cm，大体累及大网膜、绒毛膜，并可触及附着胃部分。切除19.3 cm长的结肠及肿瘤。病灶距侧缘1.5 cm，远侧缘3.4 cm，近侧缘8 cm。远端黏膜有正常的皱褶，近端黏膜局灶性减弱但未见其他病变。镜下发现淋巴结17个，大小0.2 - 0.7cm，无阳性淋巴结。在近端边缘有结肠息肉，最大尺寸为0.8 cm，呈粉红色，为阴性的高等级异型增生。结肠肿瘤块、癌旁组织、远端缘3.4 cm、近端缘8 cm、结肠息肉、17个淋巴结、切除的胃组织标本行H&E和免疫组化染色(抗体MSH-2、MSH-6、MLH-1、PMS-2)。病理检查结果为:结肠癌、腺癌、中分化、全层浸润并浸入胃浆膜。 近端和远端边缘均未包括，17个淋巴结，0个阳性，边缘未受累。息肉检查为管状腺瘤，无高级别异常增生。显微镜下肿瘤延伸进入胃浆膜，转移性阴性，所以他有高风险的IIC期疾病(高风险由于表现为阻塞和侵犯到胃)，病理分期为pT4bN0。
随后，美国的Celldim Therapeutics公司对上述标本中相同部位/玻片的组织标本进行免疫组化染色和高分辨率、低噪音信号的特殊荧光显微镜成像的CC-管分析。 结果显示所有检查部位均有多种CC-管和不同CC-管密度的网络: 结肠肿瘤原位、癌旁组织、远端边缘3.4厘米、近端边缘8厘米、结肠息肉、17个淋巴结和胃切除组织。许多结肠癌细胞在CC-管和及其网络中发生迁移。有许多CC-管被降解成不同大小的CC-管链，CC-管癌转移(CM)分级为4级。由于结肠中有许多CC-管和结肠癌细胞残留，且CM分级为4级(下图所示)。
随后，美国西北大学医学院森林湖医院的医生团队仔细分析了Celldim Therapeutics公司的基于CC-管分析的癌症精准检测报告，一致认同并接受公司的基于CC-管分析的癌症精准检测报告提供了肉眼检测，常规活检与影像学检测等技术无法观察到的CC-管与癌细胞，而且一致同意在尽可能多地切除癌组织与可疑组织的手术后的病人体内，仍然留存有大数的CC-管与癌细胞。因而，一致同意修改常规的诊疗方案（常规的诊疗方案认为该手术已经干净彻底地切除了肠癌症病灶，不需要化疗），并认为患者应该接受奥沙利铂之类的辅助化疗。按照建议，患者接受了4个疗程的奥沙利铂化疗3个月和单独卡培他滨1个月1个周期。化疗结束后的第3、6、12、18个月，高对比计算机断层成像阴性、癌胚抗原(CEA)检测阴性。
除2年零8个月后，他接受检查显示计算机断层扫描阴性、ctDNA阴性、CEA阴性;手术后4个月和19个月，他做了两次结肠镜检查，除了3个4-5毫米的良性息肉外，所有的结肠都是平滑的。
总体而言，CC-管(直径/宽度为3-6μm)、CC-管网络和CC-管网络中的癌细胞用目前检查方法和技术是检测不到的。但是在实体癌背景下，这项新技术却可以清楚地检测到。这在我们患者的组织样本中可以清楚地看到，并可能导致复发。因此，CC-管分析可以为评价肿瘤的预后和诊断提供一种新的、准确的分析方法，有助于正确治疗措施。
讨论
了解结肠癌转移的机制对于结肠癌的有效临床诊断和治疗至关重要。在这里，我们研究了9种结肠癌亚型的结肠癌转移机制，证明结肠癌细胞产生由CC-管及其CC-管网络组成的肿瘤高速转移系统，CC-管屏蔽和保护结肠癌细胞多个方向的传播，引导结肠癌细胞转移到邻近和远处的组织和器官。结肠癌细胞CC-管普遍分布于原发灶、癌旁组织、转移组织和器官的致密组织和疏松组织中，显示出单个CC-管和成群的CC-管包块侵袭和穿越不同质地、细胞和细胞外基质等各种组织的强大能力。
准确评估结肠癌的情况以及治疗(手术、化疗/放疗和其他治疗)前后的状态，对于癌症患者获得更好的预后至关重要。本研究将CC-管在微米水平上的精确诊断用于临床。结肠是长管状器官。一般认为结肠癌细胞沿着肠体迁移和扩散，而不是多方向转移。
根据目前临床II期结肠癌患者的常规治疗方案，认为手术切除整个结肠肿瘤块，并在两侧额外切除4-8cm的“正常”结肠，就可以“完全根除”结肠癌。因此，这些患者不需要继续化疗，因为人们认为结肠癌细胞已经没有了。
然而，长期临床观察显示，对于接受手术但未化疗的II期结肠癌患者，约32%的患者在6个月内出现结肠癌复发，约21%的患者在1.5年内死亡。临床观察表明，II期结肠癌的辅助化疗是一个临床困境，因为结果是有争议的。一种可能是药物对CC-管脱靶或CC-管中的结肠癌细胞的抑制作用有限，而CC-管可以保护其中的结肠癌细胞。结果尚未发表的研究已经证明CC-管屏蔽癌细胞，并使对CC-管脱靶药物的耐药性增加10-100倍。临床肿瘤外科和病理医生一直疑惑：通过积极的手术“根除”后，结肠癌细胞是从哪里来的？本研究通过CC-管分析，清楚地显示：即使结肠癌手术进入到原始位置两侧表面的“正常结肠组织”，以及距离结肠肿瘤块4-8cm，仍可能有许多CC-管包含结肠癌细胞。这些CC-管中残留的结肠癌细胞会充当结肠癌复发的“种子”。
本例结肠癌患者通过CC-管分析获得了及时准确的癌症诊断，随后进行了适当的化疗。治疗2.3年后，经多种提示检查，患者未发现结肠癌复发迹象。因此，利用CC-管分析对肿瘤进行准确诊断，可能为评估肿瘤预后和诊断提供一个额外的维度，有助于及时采取适当的治疗。另外，结肠息肉的CC-管显示，精确的CC-管肿瘤分析可用于结肠息肉(良性或恶性)的有效检查和评估，结肠息肉普遍存在于细胞密度或高或低的实体癌中，CC-管可有效弥补如CT扫描和PET-CT等先进方法的不足，是一种癌症诊断新方法。
本文所述的结肠癌CC-管分析有助于准确评估结肠癌状态和转移，从而提高治疗效果。为了更准确地利用CC-管对结肠癌的预后、肿瘤状态的诊断和评估，特别是早期结肠癌的评估，需要更多的临床分析和应用。我们期待未来以CC-管为基础的抗结肠癌药物和技术的发展将显著改善结肠癌患者的预后。
原文链接：
1. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29339492/
2. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.05.13.443996v1
3. https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2021.07.28.21261279v1
