食管新型细胞收集器在食管癌筛查与早期诊断中的应用

范志园; 陈茹; 魏文强

doi:10.3760/cma.j.cn112152-20220516-00337

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中华肿瘤杂志

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食管新型细胞收集器在食管癌筛查与早期诊断中的应用

作者及单位信息

出版日期： 2023 -08 -23 ·

DOI： 10.3760/cma.j.cn112152-20220516-00337

Application of novel non-endoscopic device in the screening and early diagnosis of esophageal cancer

Authors Info & Affiliations

Fan Zhiyuan

Office for Cancer Registry, National Cancer Center/National Clinical Research Center for Cancer/Cancer Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100021, China

Chen Ru

Wei Wenqiang

Published： 2023 -08 -23 ·

DOI： 10.3760/cma.j.cn112152-20220516-00337

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摘要

食管癌疾病负担重，严重危害人类生命健康，亟需可浓缩高危人群实现内镜筛查前有效分流的初筛方法。食管新型细胞收集器具有操作简便、成本低且侵入性小的优点，吞咽成功率基本可达90%以上，安全性较高，可收集足量食管黏膜脱落细胞进行细胞学检查及生物标志物检测。采用食管新型细胞收集器进行细胞学检查联合三叶因子3蛋白或DNA甲基化检测可对Barrett食管相关异型增生及早期食管腺癌进行有效初筛，但尚需要开展大样本前瞻性队列研究进一步验证其诊断价值以提高研究证据质量。采用食管新型细胞收集器进行细胞学检查联合生物标志物检测在食管鳞状上皮异型增生及早期食管鳞状细胞癌的初筛中具有一定应用前景，相关研究尚处于起步阶段，尚缺乏用于中国人群筛查的充分证据。积极开展食管新型细胞收集器在食管癌筛查与早期诊断中应用的相关研究，对于优化食管癌筛查策略、提高食管癌早期诊断水平具有重要意义。

关键词：食管肿瘤;食管新型细胞收集器;筛查;早期诊断;生物标志物

ABSTRACT

Esophageal cancer (EC) is a dreadful disease with a poor prognosis and poses heavy health burden worldwide. Developing effective methods to identify high-risk individuals is urgently needed for preliminary screening before endoscopy. The novel non-endoscopic device has the potential advantages of low cost, simple operation, and minimal invasiveness. Approximately 90% of participants can swallow the device successfully with high safety profiles, and sufficient esophageal exfoliated cells can be collected for cytological examination and biomarker detection. Cytological examination based on the device combined with trefoil factor 3 (TFF3) protein or DNA methylation examinations could effectively screen Barrett′s esophagus-associated dysplasia and early esophageal adenocarcinoma, but large prospective studies are needed to further validate the diagnostic value of this device to improve the quality of evidence. Although the device-based cytological examination in combination with biomarker detection holds promise in the early screening of esophageal squamous dysplasia and early esophageal squamous cell carcinoma, related research is still in its infancy, and there is still a lack of sufficient evidence for population screening in China. Active research into the application of this novel non-endoscopic device in EC screening and early diagnosis is of great significance for optimizing EC screening strategies and improving the early diagnosis of EC.

KEYWORDS： Esophageal neoplasms;Novel non-endoscopic device;Screening;Early diagnosis;Biomarker

Corresponding author: Wei Wenqiang, Email: nc.defcaab.smacicqwiew

FUNDING:

National Key Research and Development Program of China（2016YFC0901400, 2016YFC0901404）

National Natural Science Foundation of China（81974493, 81903403）

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引用本文

范志园,陈茹,魏文强. 食管新型细胞收集器在食管癌筛查与早期诊断中的应用[J]. 中华肿瘤杂志,2023,45(08)：637-641.

DOI:10.3760/cma.j.cn112152-20220516-00337

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食管癌是常见的上消化道恶性肿瘤，主要有食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)和食管腺癌(esophageal adenocarcinoma, EAC)两种病理类型。我国是食管癌疾病负担最重的国家，发生在我国的食管癌90%以上是ESCC，而西方国家则以EAC为主^{[
1
]}。食管癌起病隐匿，且预后较差，早期食管癌及其癌前病变可通过内镜下手术达到良好治疗效果^{[
2
,
3
]}。基于我国食管癌高发区人群的前瞻性研究结果证实，内镜筛查可有效降低食管癌累积发病率和累积死亡率^{[
4
]}。可见，筛查和早诊早治是食管癌防控的关键。然而，内镜筛查成本高、技术难度大且具有一定侵入性，不适于大范围推广应用。因此，探索简便、经济、微创且能够浓缩高危人群实现内镜筛查前有效分流的初筛方法，对于扩大筛查覆盖面、提高内镜筛查效率及卫生资源成本效益具有重要意义。

传统食管拉网细胞学检查作为我国食管癌高发区无症状人群初筛方法已开展了数十年研究，但其灵敏度低且依从性较差，在人群中大规模推广实施受到限制^{[
5
,
6
]}。近年来，国内外学者设计开发了一种新式食管脱落细胞采集装置——食管新型细胞收集器，用于食管癌筛查。食管新型细胞收集器由压缩于明胶胶囊中的海绵和附着的细线组成。胶囊被筛查对象吞咽入胃6~7 min后在胃内溶解，其中的海绵展开，随后人为牵引附着的细线，将海绵从胃经过食管、口腔收回，在收回途中海绵可收集足量食管黏膜脱落细胞。食管新型细胞收集器表现出操作简便、成本低且侵入性小的潜在优势，具有良好应用前景和社会效益。

一、食管新型细胞收集器的安全性

食管新型细胞收集器的安全性可直接影响其在食管癌筛查中的推广应用和实施效果。近年来有多项研究对食管新型细胞收集器的安全性进行了评估^{[
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,
21
]}，结果显示，食管新型细胞收集器在不同受试人群中的吞咽成功率基本可达90%以上，其中我国的一项大样本横断面研究表明，食管新型细胞收集器的吞咽成功率为100%^{[
19
]}；吞咽成功的受试者中不良事件发生率为4.22%，最常见的不良事件为喉咙不适和呕吐，其中4例受试者发生海绵脱落，均经内镜取出，其他不良事件均在未进行任何干预的情况下恢复正常。可见，食管新型细胞收集器的安全性较高，但是目前该装置尚处于研发评价阶段，其安全性仍需要大样本研究的验证。

二、食管新型细胞收集器在食管癌早期诊断中的应用

1．食管新型细胞收集器联合蛋白质分子标志物：

近年来研究显示，一些蛋白质的异常表达与食管癌的早期事件有关，在肿瘤组织和血液中普遍存在且均可被检出，提示蛋白质分子标志物具有用于食管癌筛查和早期诊断的潜在价值。目前，三叶因子3(trefoil factor 3, TFF3)受到较多关注。TFF3是肠杯状细胞分泌蛋白，参与多种肿瘤的发生发展，与上皮迁移、肿瘤侵袭及远处转移密切相关^{[
22
,
23
]}。Barrett食管是EAC的癌前病变。Lao－Sirieix等^{[
8
]}研究发现，Barrett食管患者食管脱落细胞中TFF3蛋白表达量显著高于正常人；与内镜活检病理诊断相比，以食管脱落细胞中TFF3蛋白表达水平区分Barrett食管患者和健康对照的灵敏度和特异度分别为78%和94%，提示TFF3蛋白可作为Barrett食管诊断的生物标志物。该团队后续基于501例食管癌筛查人群的队列研究结果表明，食管脱落细胞中TFF3蛋白诊断Barrett食管的灵敏度和特异度分别为73.3%和93.8%^{[
9
]}。一项包含596例Barrett食管患者和446例健康对照的病例对照研究结果显示，TFF3蛋白诊断Barrett食管的灵敏度和特异度分别为79.9%和92.4%，提示食管脱落细胞中TFF3蛋白在Barrett食管诊断中具有良好的应用前景^{[
12
]}。一项覆盖英国109个诊所的大型随机对照研究显示，干预组(食管脱落细胞TFF3蛋白阳性者接受内镜检查)患者中Barrett食管和EAC的检出率高于常规护理组(患者仅在医师要求时接受内镜检查)，且阳性预测值可达59%，提示食管新型细胞收集器联合TFF3蛋白检测方法在真实世界具有良好人群预防效果^{[
17
]}。基于以上4项研究结果，Shaheen等^{[
21
]}在美国食管癌高危人群中开展了一项队列研究，同样以活检病理检查为金标准评估食管脱落细胞中TFF3免疫组化染色对Barrett食管的诊断准确性，结果显示，该方法诊断Barrett食管的灵敏度和特异度分别为76%和77%，准确度为76%。伊朗开展的一项队列研究显示，与活检病理诊断结果相比，对食管脱落细胞同时进行细胞学检查和p53蛋白检测识别高级别上皮内瘤变患者的准确度可达100%，提示p53蛋白可作为ESCC早期筛查的潜在生物标志物，联合细胞学检查可提高诊断准确性^{[
10
]}。

综上所述，食管脱落细胞中TFF3蛋白免疫组化染色可有效诊断Barrett食管和EAC，但仍需大样本前瞻性队列研究进一步验证其诊断价值，以提高研究证据质量。食管新型细胞收集器细胞学检查联合蛋白质标志物对ESCC早期诊断价值的相关研究尚处于起步阶段，p53蛋白具有作为诊断标志物的潜在作用，但尚需大规模人群研究验证。进一步探索具有良好诊断性能的蛋白质生物标志物和多靶点联合检测，是该领域未来的研究方向。

2．食管新型细胞收集器联合DNA甲基化分子标志物：

异常DNA甲基化可通过调节基因表达参与多种恶性肿瘤的发生发展，在肿瘤筛查和早期诊断中具有广阔应用前景。Chettouh等^{[
24
]}报道，组织因子途径抑制因子2(tissue factor pathway inhibitor 2, TFPI2)、TWIST家族bHLH转录因子1、锌指蛋白345和锌指蛋白569基因在Barrett食管组织中的甲基化水平高于正常食管组织，在Barrett食管患者食管脱落细胞中的甲基化水平也高于对照组，其中TFPI2基因作为诊断生物标志物的灵敏度和特异度分别为82.2%和95.7%，提示异常DNA甲基化在EAC早期诊断中具有潜在应用价值。此外，越来越多的研究证据表明，多个基因甲基化联合检测可进一步提高诊断性能。在美国的一项病例对照研究中，基于食管脱落细胞中P16、神经源性表皮生长因子样分子1、A激酶锚定蛋白12和速激肽1甲基化状态及年龄构建了用于诊断Barrett食管的LASSO(least absolute shrinkage and selection operator)回归模型，灵敏度和特异度分别为78.6%和92.8%^{[
16
]}。Iyer等^{[
15
]}采用简化甲基化测序方法检测食管脱落细胞标本中鸟嘌呤核苷酸交换因子3(vav guanine nucleotide exchange factor 3, VAV3)和锌指蛋白682(zinc finger protein 682, ZNF682)两基因甲基化诊断Barrett食管的灵敏度和特异度均达100%。Iyer等^{[
18
]}后续开展的一项包含112例Barrett食管患者和89例健康对照的病例对照研究显示，基于VAV3、ZNF682、NDRG家族成员4、fer1样家族成员4和锌指蛋白568基因构建的随机森林模型诊断Barrett食管的灵敏度和特异度可达92%和94%^{[
18
]}；外部验证结果表明，该模型诊断Barrett食管的AUC可达0.97^{[
25
]}。这为通过多个基因甲基化联合检测实现Barrett食管早期诊断提供了一定的科学依据。

虽然已有多项研究表明食管脱落细胞中异常DNA甲基化在EAC筛查和早期诊断中具有良好的应用价值，但现有研究多为小样本病例对照研究，且DNA甲基化在食管癌发生发展中的作用机制尚未得到证实。因此，需进一步探索异常甲基化基因对食管癌的作用机制，并开展大样本前瞻性研究验证其诊断价值。目前食管新型细胞收集器联合DNA甲基化应用于ESCC筛查和早期诊断的研究极度缺乏，但其在EAC早期诊断中的相关研究为ESCC初筛方法的探索提供了新思路。

3．食管新型细胞收集器联合微小RNA(microRNA, miRNA)分子标志物：

miRNA是一类长度约18~22个核苷酸的非编码RNA，可通过碱基互补配对的方式与靶mRNA特异性结合，抑制其正常翻译或诱导其降解，从而影响基因转录后的表达水平。既往研究表明，多种miRNA(如miR－105、miR－218、miR－873和miR－4262等)在食管癌患者和健康人群中的表达水平差异明显，提示miRNA参与了食管癌的发生^{[
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,
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,
29
]}。Li等^{[
30
]}采用高通量测序技术检测Barrett食管和正常对照组织的miRNA表达谱，发现15个miRNA在Barrett食管组织中显著上调；在食管脱落细胞标本中的验证结果显示，差异表达最显著的4个miRNA(miR－196a、miR－192、miR－194和miR－215)诊断Barrett食管的AUC值均达到0.82以上；基于miR－196a、miR－192、miR－199a和TFF3蛋白构建诊断模型，灵敏度和特异度分别为93.1%和93.7%，提示miRNA可作为Barrett食管诊断的潜在生物标志物。随着测序平台的完善和检测技术的发展，进一步探索有效miRNA生物标志物，揭示其在食管癌发病机制中的作用，评价食管脱落细胞中miRNA标志物对食管癌及其癌前病变的人群筛查效果，可为食管癌初筛方案的制定提供新的策略。

4．食管新型细胞收集器联合微生物组标志物：

多项流行病学研究提示，微生物菌群与食管癌的发生发展密切相关^{[
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]}。Elliott等^{[
33
]}利用16S rRNA基因测序技术分析EAC癌变进程中的菌群分布，比较了内镜活检、内镜下细胞刷和食管新型细胞收集器3种方式收集的标本菌群组成及丰度变化，结果表明，EAC组织菌群多样性低于健康对照组，食管新型细胞收集器所收集的标本包含了活检组织和细胞刷收集的标本中检测到的大部分菌群种类，且重度非典型增生患者食管脱落细胞中的菌群多样性低于正常对照组，提示菌群多样性随着疾病进展而变化。可见，食管新型细胞收集器采集的样本具有一定代表性，但分析食管脱落细胞菌群多样性与食管癌癌变进程关系的研究相对匮乏，食管脱落细胞中微生物组标志物尚不足以应用于食管癌早期筛查。因此，进一步探索微生物菌群与食管癌发生发展的关系，可为通过食管新型细胞收集器进行食管癌筛查策略的优化提供新思路。

5．食管新型细胞收集器联合人工智能辅助细胞学检查：

近年来，人工智能技术在医疗领域得到广泛应用，然而其应用于食管癌筛查的相关研究仍处于初步阶段。Gao等^{[
19
]}利用食管新型细胞收集器收集中国食管癌高发区1 844人的食管脱落细胞，并应用人工智能辅助细胞病理学家进行细胞学检查，与常规内镜检查结果比较，人工智能辅助细胞学检查诊断高级别上皮内瘤变和ESCC的灵敏度和特异度分别为90.0%和93.7%，其作为食管癌初筛方法可使内镜检查数量减少92.5%，有望实现高危人群浓缩，大大降低筛查成本。可见，食管新型细胞收集器联合人工智能辅助细胞学检查可提高食管病变筛查准确性和内镜筛查效率，在大规模人群食管癌初筛中具有良好的应用前景，但仍需进一步扩大筛查覆盖面并提高目标人群依从性，为我国食管癌高危人群精准识别和筛查技术方案优化提供科学依据。

三、结语

食管新型细胞收集器采样简便、成本低且具有较高的安全性，可收集足量食管黏膜脱落细胞进行细胞学检查及生物标志物检测，已经成为食管癌初筛方法研究的热点和前沿。对于EAC，中国早期食管癌及癌前病变筛查专家共识意见指出，采用食管新型细胞收集器进行细胞学检查联合生物标志物检测可对Barrett食管相关异型增生及早期EAC进行有效初筛^{[
34
]}。目前，食管脱落细胞中的TFF3蛋白及DNA甲基化对EAC早期诊断的价值是研究重点，其中TFF3蛋白的诊断价值已经在系列队列研究、病例对照研究及大型随机对照研究中得到证实，DNA甲基化也被证明具备用于EAC筛查及早期诊断的潜能，未来值得开展多中心、大规模的人群纵向队列研究和机制研究进行深入探索和验证。对于ESCC，中国早期食管癌及癌前病变筛查专家共识意见则指出，采用食管新型细胞收集器进行细胞学检查联合生物标志物检测在食管鳞状上皮异型增生及早期ESCC的初筛中具有一定应用前景，但仍缺乏用于我国人群筛查的充分证据^{[
34
]}。目前，关于食管新型细胞收集器应用于ESCC初筛的相关研究尚处于起步阶段，食管脱落细胞学检查是研究重点，而生物标志物相关研究则相当匮乏。

尽管多项流行病学研究均提示，采用食管新型细胞收集器进行细胞学检查或联合生物标志物检测在食管癌筛查中具有浓缩高危人群、实现内镜筛查前有效分流的潜在价值，但证据质量不高，尚不足以支持其真正运用于人群筛查。对于ESCC高发国家，应致力于应用基因组学、蛋白组学及代谢组学等多领域交叉手段进一步挖掘有效生物标志物，深入探索生物标志物在食管癌发生发展中的作用及机制，同时结合细胞学检查开展大规模纵向队列研究，对食管新型细胞收集器细胞学检查联合生物标志物检测在食管癌初筛中的应用效果、社会经济效益及人群依从性进行评估，这也是食管癌预防控制领域的未来研究方向。

摘要
一、食管新型细胞收集器的安全性
二、食管新型细胞收集器在食管癌早期诊断中的应用
三、结语
参考文献

参考文献

[1]

Abnet CC , Arnold M , Wei WQ . Epidemiology of esophageal squamous cell carcinoma[J]. Gastroenterology, 2018,154(2):360-373. DOI: 10.1053/j.gastro.2017.08.023 .