CN1250523A - 早期胃癌的诊断 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及胃癌的诊断,并特别涉及通过检测患者样品中环加氧酶-2的表达以诊断恶化前期的胃癌的方法。

Description

早期胃癌的诊断
发明领域
本发明涉及胃癌的诊断,还具体涉及通过检测患者样品中环加氧酶-2的表达以诊断恶化前期的胃癌的方法。
发明背景
胃癌是世界上最常见和致死的恶性肿瘤之一(Coleman等,1993)。胃癌是芬兰男人中第四常见的恶性肿瘤,是芬兰女人中第五常见的恶性肿瘤。占芬兰所有恶性肿瘤的5%(芬兰1994年癌症发病率,芬兰癌症登记处,赫尔辛基,1996)。胃癌的早期诊断是困难的,在大多数西方国家,5年存活率低于20%(Wanebo等,1993)。90%以上的胃癌是腺癌,通过Lauren分类(Lauren,1965)可将它们分成肠型和扩散型。
胃癌的发病机理复杂,目前尚不完全了解,但在肠型胃癌中,某些预兆性的变化,如慢性萎缩性胃炎,肠转化和上皮发育不良与疾病相关(Antonioli,1994)。与之形成对照的是,扩散型胃癌缺乏公知的预兆性损害。由于已在这两种不同组织学类型的胃癌中发现不同组合的遗传变化,它们可具有不同的遗传背景(Stemmermann等,1994;Tahara等,1996)。然而,这两种胃腺癌类型共有的与恶性肿瘤相关的遗传变化似乎已在疾病恶化前期出现(Tahara等,1996)。如阿斯匹林,indomethacin和sulindac的非类固醇的抗炎症药物(NSAID)在动物模型中抑制化学诱导的结肠癌(Steele等,1994;Giardiello等,1995)。流行病学研究表明长期使用阿斯匹林会降低胃肠癌,包括胃癌的发病率和死亡率(Laakso等,1986;Giardiello,1994;Thun,1994;Thun等,1993)。
NSAID最为人熟知的靶是环加氧酶(Cox),该酶是将花生四烯酸转变为前列腺素类的限速酶。已克隆出两个Cox基因(Cox-1和Cox-2),它们在氨基酸水平上具有60%同一性,并具有类似的酶活性(Hershman,1996;Smith等,1996)。Cox-1被认为是管家基因,据认为经由Cox-1途径合成的前列腺素类负责保护胃细胞,使肾脏血管舒张,和通过血小板产生前聚集前列腺素类,凝血烷。与之形成对照的是,Cox-2是可诱导的即早期基因,其病理生理学作用与炎症,再生和癌的生成相关。
最近的研究表明:Cox-2与结肠癌的生成有关,因此可能是NSAID化学防治作用的靶:i)Cox-2基因的破坏或用Cox-2特异性药物治疗会抑制FAP小鼠模型中polyp的形成(Oshima等,1996),ii)Cox-2在大鼠肠上皮细胞中过量表达会改变其细胞凋亡的速率及其与胞外基质的粘附(Tsujii等,1995),和iii)两个不同的Cox-2-选择性抑制剂抑制大鼠结肠上化学诱导的异常隐蔽的病灶(Takahashi等,1996;Reddy等,1996)。另外,在化学诱导的大鼠结肠癌组织(DuBois等,1996)和人结肠癌中发现Cox-2而不是Cox-1的mRNA和蛋白质水平与正常粘膜相比有所升高(Eberhart等,1994;Kargman等,1995;Sano等,1995)。
Cox-2选择性化合物抑制由癌基因诱导Cox-2表达的大鼠肠上皮细胞和哺乳动物上皮细胞增殖这一发现进一步支持NSAID化学防治作用可靶向Cox-2的想法(Sheng等,1997和Subbaramaiah等,1996)。Tsuji等(1996)最近也报道了Cox-2特异性抑制剂可抑制表达高稳态水平的Cox-2 mRNA的胃和结肠癌细胞系的增殖,而在表达低水平Cox-2 mRNA的细胞系中却不是如此。
正常的胃肠组织几乎只含有Cox-1同种型,在健康的胃组织中没发现有功能性的Cox-2蛋白(Kargman等,1996)。然而,用比传统的总RNANorthern印迹杂交测定法更敏感的方法,如用RT-PCR(见O’Neill和Ford-Hutchinson,1993和本发明的图2和4),可检测一些Cox-2 mRNA。
发明详述
由于不知道Cox-2是存在于体内胃癌组织中,还是存在于胃癌恶化前的损害中,我们研究了它在胃腺癌,以及严重的胃发育不良(高度恶化前的)中的表达。我们发现在人胃腺癌组织和严重的胃发育不良中Cox-2,而不是Cox-1的mRNA水平升高。然而,在很少转化为恶性肿瘤的轻度发育不良中,Cox-2的表达未升高。在胃癌中,Cox-2蛋白主要位于癌细胞中。Cox-2表达的增加不限于肠型胃癌,因为所分析的3个扩散型癌各含有比其各自的对照水平高的Cox-2 mRNA。因此,Cox-2的过量表达是这两种在组织学和遗传学上都不相同的疾病的共有特征,这表明Cox-2的过量表达与癌症发生的早期有关。实际上,我们发现Cox-2在严重的胃发育不良中表达,而在轻度发育不良中表达未增加。这表明Cox-2的表达与胃癌恶化前的损害特异性相关。
总之,当比较成对的不含癌细胞的胃粘膜样品时,我们证明Cox-2在人胃癌组织中表达。在肠型和扩散型腺癌中都发现了Cox-2 RNA,通过免疫组化测得Cox-2蛋白位于胃癌细胞上,但周围基质中没有该蛋白。重要的是,代表恶化前损害的严重胃发育不良样品为高度Cox-2阳性,这表明可将Cox-2用作早期胃癌的诊断标记,并可用于测定恶化前损害的严重性。
迄今为止,人癌症中Cox-2的表达看上去至少被局限于胃肠道,然而,由于结肠癌和胃癌是流行病学,形态学和遗传学上不相同的疾病,在啮齿类动物和人结肠癌组织中发现的Cox-2 mRNA和蛋白质水平升高的事实未给出任何迹象说明它们在胃组织中的作用。一个胃癌细胞系显示出可表达高稳态水平的Cox-2 mRNA的事实也未给出任何迹象说明其在体内对早期胃癌的作用。
本发明的目的是开发早期胃癌的诊断方法,所述方法包括检测相关患者样品中的Cox-2 mRNA或Cox-2蛋白。此方法基于这样一个发现,即Cox-2在胃癌细胞和恶化前损害中高度表达,但其在正常胃组织中的表达很低或无法测得。
被测的患者样品是例如在与胃刷技术联合的常规胃镜检查或洗胃过程中得到的活检或胃刷样品。洗胃和胃刷技术是常规胃细胞学中众所周知的方法,这些技术为显微镜检查提供了来自胃粘膜的细胞样品以包括或排除胃恶性肿瘤的可能性。与仅目测观察细胞形态的本方法相比,如Cox-2的标记物可增加试验的敏感性和特异性。胃镜活检样品是用福尔马林固定的(用于免疫组化),或是在液氮中冷冻并储存于-70℃(用于测定mRNA)。
使用本领域已知的方法可从所述患者样品中方便地检测到Cox-2mRNA。例如,我们证明Northern印迹分析具备很好的特异性,当与RT-PCR联合时也非常敏感。
使用例如免疫组化可方便地从所述患者样品中检测到Cox-2蛋白,该技术除可检测Cox-2表达外,还可显示蛋白质的定位。
本发明也提供了进行本发明诊断方法的试剂盒,因此,检测Cox-2mRNA表达的试剂盒含有RNA或polyA+mRNA分离试剂,用于RT-PCR的Cox-2特异性引物和制备DNA或RNA(有义和反义)探针的cDNA片断。
免疫检测Cox-2蛋白的试剂盒含有Cox-2特异性的多克隆或单克隆抗体。对于以肽为基础分析Cox-2蛋白而言,诊断试剂盒被设计为含有对Cox-2具有结合亲和性的特定的肽,这种肽可得自例如噬菌体展示文库。也可使用基于寡核苷酸的试验,籍此,相应的诊断试剂盒中包括寡核苷酸(经修饰的RNA分子)。
图的简述
图1A.提取自胃癌样品1-11及其不含癌细胞的成对对照样品的总RNA的Northern印迹杂交分析(a,窦(antrum);c,小体(corpus))。用GAPDH作为上样对照,用人Cox-1和Cox-2的探针进行杂交。
图1B.显示出Cox-2 mRNA与GAPDH mRNA的比例,图中的值(平均值±SEM)表示由任意光密度单位计算出的Cox-2 mRNA与GAPDH mRNA的比例。这表明与对照样品相比,胃癌组织表达的Cox-2 mRNA水平显著较高。
图1C.显示出Cox-1 mRNA与GAPDH mRNA的比例,图中的值(平均值±SEM)表示由任意光密度单位计算出的Cox-1 mRNA与GAPDH mRNA的比例。癌组织中Cox-1 mRNA水平未升高。
图2.通过RT-PCR检测第1,5,9和10号胃癌样品(被鉴定为b)及其不含癌细胞的对照样品中Cox-1和Cox-2 mRNA水平(a,窦;c,小体)。首先逆转录总RNA,然后使用人Cox-1和Cox-2同工酶特异性引物,经PCR扩增cDNA样品,最后,分析并定量PCR产物(见实验)。图中显示出Cox-2 mRNA与Cox-1 mRNA的比例。
图3A.免疫组织学染色胃癌组织中的Cox-2显示出癌细胞(黑箭头)中的胞质染色(红棕色),但在周围基质(白箭头)中没有染色。
图3B.当将正常兔IgG用作第一抗体时,组织切片未表现出染色。
图3C和图3D.用Cox-2抗体染色两个独立患者的严重胃发育不良切片。发育不良的腺体(黑箭头)为Cox-2阳性,而正常腺体(白箭头)为阴性。
图4A.通过RT-PCR检测轻度发育不良的胃样品及其发育正常的对照样品中Cox-2 mRNA的水平。方法见图2,图中显示了Cox-2的PCR循环滴定,循环数40被用于图4C。
图4B.图中显示了GAPDH的PCR循环滴定,循环数28被用于图4C。
图4C.图中显示了Cox-2 mRNA与GAPDH mRNA的比例,轻度发育不良(发育不良I)样品(453±125,平均值±SEM)及其各自的对照(424±90)之间无统计学差异。
实验
缩写
RT-PCR逆转录酶-聚合酶链反应
Cox-1  环加氧酶1
Cox-2  环加氧酶2
NSAID  非类固醇抗炎症药物
FAP家族性腺瘤息肉病
mRNA   信使RNA(核糖核酸)
GAPDH  甘油醛-3-磷酸-脱氢酶
SDS十二烷基硫酸钠
患者样品.12个胃腺癌(表1)和12个卵巢癌的粘蛋白组织学样品得自外科手术切除的组织,将样品冷冻于液氮中,储存于-70℃待分析时用。从分析中排除一个胃癌样品,因为它在组织学检查中显示出强烈的自溶。对于胃癌而言,成对的不含肉眼可见的肿瘤组织或组织学可测的癌细胞的胃粘膜样品得自窦(n=10)和小体(n=10)。经病理学家评价,所有胃癌都是原发性的腺癌,其中8个是肠型,3个是扩散型(Lauren,1965)。
                   表1鉴定11个胃癌病例病例  年龄  性别  癌症位点  癌症类型  癌症  窦样品b 小体样品b
  (岁)                            %a1    88    男      角       肠型     50     轻度      轻度2    82    男     小体      肠型     100   无样品     中度c3    69    男      窦       肠型     20     严重      轻度4    67    男    整个胃    扩散型    30     轻度    (无样品)5    66    男   窦,幽门    肠型     50     轻度     未提供6    70    女      角       肠型     40     中度     未提供7    85    男     幽门      肠型     80     轻度      轻度8    75    男      窦      扩散型    90    未提供     轻度9    62    男     小体      肠型     60    未提供     严重10   82    男      角       肠型     60     轻度      轻度11   73    男  窦,幽门前  扩散型    30    未提供    未提供
a胃癌样品中肿瘤细胞的百分比。
b不含癌细胞的样品中萎缩性胃炎和肠转化的严重性。
cRNA的量不足以进行Northem印迹分析。
RNA的分离和Northem印迹分析
使用RNAzolTMB试剂(Tel-Test,Friendswood,TX),通过Chomczynski和Sacchi(1987)的方法分离总RNA,并通过260nm下的光吸收进行定量。50℃,在1M乙二醛,50%二甲基亚砜和10mM磷酸盐缓冲液中将RNA样品(15μg)变性60分钟,在1.2%琼脂糖凝胶上电泳,转移至Hybond-N尼龙膜(Amersham International,Aulesbury,UK)上,然后用Reprostar II UV发光器(Camag,Muttenz,Switzerland)UV照射6分钟。用[32P]-α-dCTP(3000Ci/mmol,DuPont,New England Nuclear,Boston,MA)和Prime-a-Gene试剂盒(Promega,Madison,WI)标记人Cox-1 ORF(1.8kb),Cox-2 ORF(1.8kb)和甘油醛-3-磷酸-脱氢酶(GAPDH,0.8kb)的纯化的cDNA片断。用切口柱(Pharmacia,Uppsala,Sweden)纯化探针,42℃时,以1×106cpm/ml用于杂交溶液中达16小时,所述杂交溶液含有50%甲酰胺,6×SSC(1×SSC=0.15M NaCl和0.015M柠檬酸钠,pH7.0),0.1%Ficoll,0.1%聚乙烯吡咯烷酮,0.1%牛血清白蛋白,100μg/ml鲱精DNA,100μg/ml酵母RNA和0.5%十二烷基硫酸钠(SDS)。50℃下,用0.1-1×SSC和0.1%SDS将滤膜洗涤3次。用FujifilmIP-Reader Bio-Imaging Analyzer BAS 1500(Fuji Photo Co.,日本东京)和厂商提供的MacBas软件定量Nofthern印迹并通过放射自显影肉眼观察。
逆转录酶-聚合酶链反应(RT-PCR)
用含寡-dT(Pharmacia)和随机六聚体(Life Technologies)的SuperscriptII(Life Technologies,Gaithersburg,MD)将总RNA(1μg)转变为cDNA。为了得到一半量的结果,3个参数被最优化:循环的次数,引物的浓度和退火的温度。在100μl反应混合物中PCR扩增cDNA(4μl),所述反应混合物中含有10mM Tris-Hcl,pH8.8,50mM Kcl,0.2mM dNTP,1.5mM MgCl,0.2μg(Cox-1)或2μg(Cox-2)有义和反义引物(Ristimaki等,1994)和2.5单位Dynazyme II DNA聚合酶(Finnzymes,Espoo,芬兰)。图2的实验中,样品被扩增了30(Cox-1)或32(Cox-2)个循环,每次循环为96℃变性1分钟,60℃(Cox-1)或46℃(Cox-2)退火1分钟,和72℃延伸1分钟。通过2%琼脂糖凝胶电泳和溴化乙啶染色分析扩增的cDNA。用高效CCD照相机(集成电路块为一整体的Cohu 4910系列,Cohu公司,San Diego,CA)和Scion Image 1.57软件(Scion公司,Frederick,MD)在Macintosh个人电脑上定量扩增的产物。
如上所述进行图4A和图4B的RT-PCR方案,然而,所示循环被重新滴定;结果示于图4C。
免疫组化分析
用10%中性缓冲的福尔马林固定组织样品,包埋于石蜡中,切片(约5μm),在0.1M柠檬酸钠缓冲液(pH6.0)中脱石蜡和微波处理15分钟。然后将玻片浸于0.6%过氧化氢中达30分钟,再在正常的山羊血清(5%)/牛血清白蛋白(10%)中浸1小时以分别封闭内源性的过氧化物酶活性和非特异性的结合位点。4℃下,用1∶300-1∶600稀释的针对小鼠Cox-2肽的兔多克隆免疫球蛋白G(Cayman Chemical公司,Ann Arbor,MI)进行免疫染色过夜。然后用1∶200稀释的生物素化的第二抗体(Vector Laboratories,Burlingame,CA)处理切片,最后,通过亲和素-生物素过氧化物酶复合物溶液(ABComplex,Vectastain,Vector Laboratories)和3-氨基-9-乙基苄唑(Sigma Chemical公司,St.Louis,MO)肉眼观察抗体结合位点。用Mayer hemalaum(Merck,Darmstadt,德国)进行复染。
统计学分析
用Wilcoxon Signed Rank试验计算统计学显著性,选择p<0.05作为统计学显著性值。所有结果表示为平均值±SEM。
结果如Northern印迹杂交所测,胃癌组织表达的Cox-2 mRNA水平比不含癌细胞的窦或小体样品所表达的显著地高(图1A)。肠型和扩散型腺癌都可表达Cox-2转录物。Cox-2 mRNA的水平不与样品中癌组织的比例相关。图1B表明胃癌组织表达的Cox-2 mRNA水平比对照样品显著地高(p<0.05)。如图1C所示,与各自的对照相比,癌组织中Cox-1转录物的水平未升高。
如Northern印迹试验所测,3个胃癌样品(第5,9,10号)表达低水平的Cox-2 mRNA(图1A)。为了进一步评估这些样品中Cox-1和Cox-2的表达水平,我们以第1号样品作为阳性对照,进行半定量的RT-PCR。如图2所示,癌样品中Cox-2 mRNA与Cox-1 mRNA的比例比不含癌细胞的成对窦或小体样品中的高。
如图3A所示,用Cox-2特异性多克隆抗体的免疫组织学染色显示出癌细胞(黑箭头)中的胞质染色,而周围基质(白箭头)中却没有染色。当正常的兔IgG被用作第一抗体时,组织切片未表现出染色(图3B)。重要的是,图3C和3D显示出两个独立患者的严重胃发育不良样品被Cox-2抗体染色。发育不良的腺体(黑箭头)为Cox-2阳性,而正常腺体(白箭头)为阴性。正常的兔IgG未显示出阳性染色(未显示)。
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Claims (6)

1.原位检测组织学测定的恶化前损害的显著性以作为胃癌之风险的方法,所述方法包括检测患者样品中的
a)环加氧酶-2(Cox-2)mRNA表达,或
b)Cox-2蛋白或其活性;
Cox-2的超量表达表示胃癌的风险增加。
2.权利要求1的方法,其特征在于被检测的患者样品是活检或胃刷样品。
3.权利要求1或2的方法,其特征在于使用Northern印迹,原位,RNA酶保护,或RT-PCR基的技术或其联合进行Cox-2 mRNA表达的检测。
4.权利要求1或2的方法,其特征在于使用多克隆或单克隆抗体,基于肽的分析或基于寡核苷酸的测定进行Cox-2蛋白的检测。
5.进行权利要求3的方法的诊断试剂盒,所述试剂盒中包含RNA或polyA+mRNA分离试剂,RT-PCR所用的Cox-2特异性引物和制备DNA或RNA探针所用的cDNA片断。
6.进行权利要求4的方法的诊断试剂盒,所述试剂盒中包含Cox-2特异性的多克隆或单克隆抗体,对Cox-2具有结合亲和力的特定的肽或对Cox-2具有结合亲和力的寡核苷酸。
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