張姿博，李俁君 綜述，崔曉楠，張春霞 審校

大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院腫瘤二科，遼寧大連 116011

惡性腫瘤是一種發(fā)病率和死亡率較高的疾病，其有生存期短、癌痛癥狀較重、治療不良反應(yīng)大等特點(diǎn)，嚴(yán)重影響患者的身體健康和生活質(zhì)量。因此，惡性腫瘤的早發(fā)現(xiàn)、早診斷是臨床診療工作中的關(guān)鍵。隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)的不斷提高，已有一些實(shí)驗(yàn)室檢測方法、物理成像技術(shù)和病理組織活檢等技術(shù)手段用于癌癥診斷，但其存在誤差大、效率低、成本高、耗時(shí)長、創(chuàng)傷大等缺點(diǎn)。近年來，一種高效、準(zhǔn)確的物理技術(shù)表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)在惡性腫瘤中的應(yīng)用日益受到醫(yī)學(xué)界的關(guān)注。SERS是光譜學(xué)的一種，以拉曼散射效應(yīng)為基礎(chǔ)，而后相繼衍生出相干拉曼散射技術(shù)、受激拉曼散射技術(shù)等[1]。SERS技術(shù)的原理是一些官能團(tuán)在分子共振過程中不斷發(fā)生發(fā)展，繼而進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，繪制成光譜來識別特定的生物分子，所采用的拉曼技術(shù)芯片主要分為金屬基板、復(fù)合基板和復(fù)合結(jié)構(gòu)金屬顆?；濉Ｆ渲?，金屬基板的使用最為廣泛，考慮到穩(wěn)定性，金屬基板主要采用金、銀材質(zhì)。復(fù)合結(jié)構(gòu)材料作為基板時(shí)則多應(yīng)用石墨烯基板，這是因?yàn)橥ㄟ^石墨烯與金屬納米技術(shù)復(fù)合而成的基板能傳導(dǎo)更強(qiáng)的信號。不同的是，復(fù)合金屬顆?；鍟远趸铻榛灏步饘兕w粒，以減少傳統(tǒng)金屬基板帶來的信號干擾問題。伴隨SERS技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，SERS在惡性腫瘤臨床診斷的應(yīng)用也越來越廣泛，通過對惡性腫瘤患者和健康者的血液、尿液、唾液等的SERS光譜進(jìn)行對比分析，探查出惡性腫瘤病變在人體代謝活動過程中的生物分子的變化，從而快速高效地對多系統(tǒng)的惡性腫瘤疾病如肝癌、肺癌、結(jié)腸癌、乳腺癌、前列腺癌、胃癌等做出篩查診斷，避免了一些傳統(tǒng)方式檢測不到、過程比較煩瑣等缺點(diǎn)。結(jié)合以上優(yōu)勢，SERS技術(shù)的檢測手段已經(jīng)成為系統(tǒng)化的分析過程，而且在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中不斷被借鑒、應(yīng)用及更深入的探索研究[1]。SERS通過建立一種高效、高靈敏度的辨別多種惡性腫瘤的方法，實(shí)現(xiàn)不同惡性腫瘤的快速診斷，在癌癥患者和健康人群中篩查的準(zhǔn)確性足以讓其成為一種新的、有效的惡性腫瘤篩查手段。因此SERS可以成為診斷惡性腫瘤的有效解決途徑，不僅為臨床醫(yī)生對癌癥的篩查與診療工作提供了一種經(jīng)濟(jì)、快速、準(zhǔn)確的方法，而且也為癌癥患者的早發(fā)現(xiàn)、早診斷帶來了福音。

1 SERS在多系統(tǒng)惡性腫瘤中的診斷應(yīng)用

1.1神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤 在神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤中，以頭頸部腫瘤發(fā)病率較高。LI等[2]和UCKERMANN等[3]應(yīng)用SERS技術(shù)分別對腦膠質(zhì)瘤患者的腫瘤細(xì)胞與健康者腦組織細(xì)胞的差異、異檸檬酸脫氫酶-1突變誘導(dǎo)的化學(xué)改變進(jìn)行了快速準(zhǔn)確地識別，且診斷異檸檬酸脫氫酶-1突變的正確率高達(dá)89%。上述兩項(xiàng)研究不僅表明了SERS的圖譜分析及模型建立可以為腦膠質(zhì)瘤的診斷提供科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯炕A(chǔ)，還驗(yàn)證了SERS在細(xì)胞、基因?qū)用娴姆治隹梢詫Π┌Y進(jìn)行高度準(zhǔn)確地鑒別，這為腦膠質(zhì)瘤的早期臨床篩查提供了臨床指導(dǎo)意義，同時(shí)可利用SERS準(zhǔn)確、高效的特點(diǎn)為腦膠質(zhì)瘤患者做出早期癌癥診斷，從而提高患者的生存率。

1.2呼吸系統(tǒng)惡性腫瘤 在鼻咽癌患者的血液循環(huán)DNA檢測分析中，LIN等[4]應(yīng)用無標(biāo)記和無修飾的SERS納米技術(shù)發(fā)現(xiàn)在單堿基水平上也可實(shí)現(xiàn)DNA堿基的定量檢測，結(jié)合主成分分析和線性判別分析發(fā)現(xiàn)，診斷靈敏度為83.3%，特異度為82.5%，展示了SERS在鼻咽癌篩查方面的潛力。同時(shí)，通過喉癌癌組織細(xì)胞的處理加工，LAI等[5]在SERS圖譜信息模型中有效區(qū)分了正常喉部組織與喉癌組織，并且檢測靈敏度高達(dá)99.2%，可見將SERS應(yīng)用于喉癌的檢測與區(qū)分中效果較好。此外，在肺癌方面，鄧悅等[6]對健康者、肺癌患者、乳腺癌患者的血清SERS結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)對比分析發(fā)現(xiàn)，其檢測成功率在健康者、肺癌患者及乳癌患者中分別為91%、100%及84%。雷佳[7]對健康人群及肺癌患者進(jìn)行SERS分析，以納米銀顆粒為基板，將其主成分分析和線性判別分析巧妙結(jié)合，在健康人群與肺癌患者中的準(zhǔn)確度、靈敏度及特異度分別為91.30%、96.08%和77.78%。在肺癌的SERS檢測中，唾液、胸腔積液及癌變組織的分析也體現(xiàn)了SERS技術(shù)的高準(zhǔn)確度及靈敏度。QIAN等[8]對肺癌患者與健康者的唾液進(jìn)行SERS技術(shù)檢測，二者的峰譜高度有明顯差異(P<0.05)；王磊[9]將SERS應(yīng)用于檢測肺癌患者EGFR基因突變狀態(tài)，針對癌變組織識別突變的準(zhǔn)確度達(dá)到87.8%，而對胸腔積液診斷準(zhǔn)確度則達(dá)90.7%。SERS技術(shù)在癌癥的各個(gè)領(lǐng)域都有所涉及，以上研究通過對不同呼吸系統(tǒng)惡性腫瘤患者的不同標(biāo)本，探討多種癌癥患者與健康人群的SERS光譜的區(qū)分程度，證明了SERS技術(shù)作為一種更精確的診斷和篩選工具，不僅在呼吸系統(tǒng)惡性腫瘤的診斷中具有充分的臨床應(yīng)用價(jià)值，而且也為臨床對不同癌變診斷、判別提供創(chuàng)新思路。

1.3消化系統(tǒng)惡性腫瘤 消化系統(tǒng)腫瘤涉及多種器官，雖惡性及分化程度不一，但SERS在此領(lǐng)域的檢測應(yīng)用均呈現(xiàn)出很可觀的研究成果。在口腔癌的診斷篩查中，通常采用受試者的唾液或血清作為標(biāo)本進(jìn)行SERS分析。FLMAS等[10]通過對比口腔癌患者與健康人群唾液的SERS，發(fā)現(xiàn)口腔癌患者存在不同的差異峰，SERS可以高特異性地區(qū)分健康人群和口腔癌患者，TAN等[11]則是以金納米粒子為基板研究口腔鱗狀細(xì)胞癌患者血清的SERS，有效并快速篩查出口腔鱗狀細(xì)胞癌在血液中的小分子變化，為口腔惡性腫瘤的診斷提供了更多科學(xué)依據(jù)。針對肝癌的SERS研究，SHAO等[12]應(yīng)用SERS設(shè)計(jì)出了新型肝臟疾病篩查技術(shù)，與線性判別分析結(jié)合使SERS更加快速地檢測出病變組織，并且準(zhǔn)確度及靈敏度也更高。此外，在胰腺癌方面應(yīng)用的SERS檢測方法則較為多樣化。PHYO等[13]和CARMICHEAL等[14]應(yīng)用SERS分別針對患者尿液及胰腺癌上皮細(xì)胞外泌體進(jìn)行分析，均能有效準(zhǔn)確區(qū)分腫瘤患者與健康人群，而且后者檢測準(zhǔn)確度為90%，更加確定了SERS在診斷胰腺癌方面的效果。同時(shí)，SERS在結(jié)腸癌的檢測診斷中，更多的優(yōu)勢則是便捷、高效，不像腸鏡檢查一樣給患者帶來不適、不便及麻醉風(fēng)險(xiǎn)等。JENKINS等[15]采用結(jié)腸癌患者及健康者血清做SERS特征比對時(shí)，成功將標(biāo)本進(jìn)行正確分類，并且結(jié)腸癌人群中的檢測靈敏度為83%，特異度為83%，具有較高的可靠性與臨床可行性。通過SERS在消化系統(tǒng)惡性腫瘤的檢測研究數(shù)據(jù)可以看出，SERS的基本原理操作及檢測效率在惡性腫瘤診斷中已經(jīng)展現(xiàn)出優(yōu)勢，無論是口腔癌還是胃、腸、肝、胰腺等消化器官的癌癥，SERS技術(shù)均可以呈現(xiàn)較高的準(zhǔn)確性，檢測標(biāo)本高效、方便，減少了胃鏡、腸鏡、超聲活檢穿刺等臨床常規(guī)操作帶來的風(fēng)險(xiǎn)，相信隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，SERS在消化系統(tǒng)惡性腫瘤診斷中的檢測應(yīng)用會更廣泛。

1.4泌尿系統(tǒng)惡性腫瘤 在泌尿系統(tǒng)腫瘤的SERS研究中，更多的突破則是應(yīng)用于膀胱癌的分級方面。ZHANG等[16]將低級別膀胱癌、高級別膀胱癌患者與未患膀胱癌的健康者的血清SERS光譜同時(shí)進(jìn)行比對分析，準(zhǔn)確度分別為96.4%及95.4%；HU等[17]更換另一種研究思路，選擇對尿液上清液或沉積物通過SERS診斷膀胱癌并預(yù)測腫瘤分級，結(jié)果顯示SERS對高級別腫瘤的診斷靈敏度分別為100%和98.8%，對低級別腫癌的診斷特異度分別為97.53%和90.87%。這表明SERS技術(shù)有著較高的穩(wěn)定性，可以高效率地達(dá)到單分子檢測的靈敏度，而且對膀胱癌的臨床分級診斷具有重要的實(shí)踐意義，因此SERS技術(shù)在腫瘤領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，可以為更多惡性腫瘤患者的有效抗癌診療提供更好的平臺和方案。

1.5生殖系統(tǒng)惡性腫瘤 乳腺及卵巢腫瘤一直是女性生殖系統(tǒng)較為常見的腫瘤，VARGAS-OBIETA等[18]對早期乳腺癌患者與健康者的血清進(jìn)行了SERS分析，發(fā)現(xiàn)二者血清中某些生物分子的總SERS活性成分有明顯差異，區(qū)分乳腺癌患者與健康者的靈敏度和特異度分別達(dá)到了96%和87%；PARASKEVAIDI等[19]通過對卵巢癌患者血清中的腫瘤分子標(biāo)志物進(jìn)行SERS檢測，發(fā)現(xiàn)與健康人群相比，卵巢癌患者在其水平及精細(xì)結(jié)構(gòu)、振動結(jié)構(gòu)上均有顯著變化，證明卵巢癌患者的SERS特征研究可以為建立一種卵巢癌臨床篩查和預(yù)后監(jiān)測的方法提供理論依據(jù)。以上研究進(jìn)一步驗(yàn)證了SERS通過檢測血清中生物分子微小變化診斷乳腺癌及卵巢癌時(shí)有較高的靈敏度和特異度，同時(shí)也期待更多的臨床數(shù)據(jù)證明SERS在其他女性惡性腫瘤檢測診斷中的優(yōu)勢。此外，在男性生殖系統(tǒng)中，前列腺癌患者的尿液、血液前列腺特異性抗原(PSA)水平更容易通過SERS技術(shù)診斷，但常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)方法所測得的血液PSA水平對于前列腺良惡性腫瘤鑒別容易出現(xiàn)假陽性。CHEN等[20]和DEL MISTRO等[21]將SERS技術(shù)應(yīng)用于前列腺癌、良性前列腺增生患者與健康者的血清、尿液對比檢測中，其結(jié)果顯示，前列腺癌患者的代謝物更加豐富，并且尿液與血清的SERS光譜變化更加明顯，此技術(shù)可以有效地對前列腺癌做出診斷；同時(shí)，在特異性抗原分析方面，WANG等[22]將SERS技術(shù)與串聯(lián)雜交鏈反應(yīng)介導(dǎo)信號放大技術(shù)相結(jié)合，組成抗體-抗原-適體異夾心結(jié)構(gòu)，與同類分析方法相比，檢測限低至0.94 ng/mL，應(yīng)用于PSA檢測中效果顯著，可作為前列腺腫瘤患者血液PSA檢測的一種高效手段。目前國內(nèi)外的技術(shù)針對多種不同的標(biāo)記分子分別標(biāo)記多種不同免疫物質(zhì)從而識別多種抗原、癌組織細(xì)胞的成分比重、癌變細(xì)胞與正常細(xì)胞之間的光譜差異，以及對生殖系統(tǒng)惡性腫瘤的術(shù)前診斷仍然受到很大的限制，但以上研究表明SERS技術(shù)可以為此提供客觀、及時(shí)、有效的信息，可用于惡性腫瘤的預(yù)測、診斷和有效的治療。因此，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室檢測及腫瘤篩查診斷中，期待SERS技術(shù)可以不斷地被擴(kuò)展研究，增加技術(shù)自身的循環(huán)利用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)SERS在更多生殖系統(tǒng)腫瘤的診斷與治療中實(shí)現(xiàn)更大的價(jià)值[23]。

1.6皮膚系統(tǒng)惡性腫瘤 皮膚癌分化程度多樣化，且部分腫瘤較為罕見，LIMA 等[24]提取了非黑色素瘤皮膚癌、光化性角化病患者及健康者的皮膚組織標(biāo)本，進(jìn)行SERS特征分析判斷組織是否病變。結(jié)果表明，通過SERS技術(shù)可有效診斷非黑色素瘤皮膚癌，診斷靈敏度為94.1%，特異度為93.6%，綜合準(zhǔn)確度為93.8%，表現(xiàn)出SERS技術(shù)對微小的結(jié)構(gòu)變化高度敏感，從而可以針對多種生物分子建立具有明顯差異的SERS峰，應(yīng)用于皮膚癌診斷時(shí)具有較高的準(zhǔn)確度與優(yōu)秀的檢測速度，相信隨著SERS技術(shù)的發(fā)展，它在不同類型皮膚癌及不同分化程度皮膚細(xì)胞的檢測中會有更多進(jìn)步，提高診斷速度、準(zhǔn)確度及疾病可治愈率，進(jìn)而為皮膚系統(tǒng)腫瘤疾病做貢獻(xiàn)。

2 SERS對腫瘤分子標(biāo)志物、腫瘤細(xì)胞等多種相關(guān)物質(zhì)的檢測應(yīng)用

腫瘤標(biāo)志物檢驗(yàn)一直以來作為鑒別腫瘤類型十分有效的方式，在GUERRINI等[25]的研究中SERS被應(yīng)用于傳感器和納米制造中，成功地對不同類別腫瘤分子標(biāo)志物進(jìn)行了分類。同時(shí)KAMISKA等[26]和HASSOUN等[27]的研究表明SERS已能高準(zhǔn)確度地鑒別不同腫瘤細(xì)胞及其裂解產(chǎn)物，并證明SERS可廣泛用于早期癌癥地研究和治療中。對于細(xì)胞內(nèi)致癌代謝途徑及細(xì)胞因子的研究，ABRAMCZYK等[28]和LI等[29]均展現(xiàn)了可觀的研究成果。前者對人乳腺、小腸和腦腫瘤細(xì)胞進(jìn)行了SERS和圖像分析，證實(shí)了SERS可以有效地識別腫瘤的變化過程和細(xì)胞中致癌代謝途徑。后者采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)、理論模擬和微流控SERS免疫試驗(yàn)成功檢測多種細(xì)胞因子，比傳統(tǒng)方法更靈敏、方便。因此，SERS技術(shù)無論是在惡性腫瘤患者體液、細(xì)胞、組織還是腫瘤相關(guān)分子標(biāo)志物、細(xì)胞產(chǎn)物的檢測中，均展現(xiàn)了功能多樣、樣本需求量少、檢測局限性少、分析高效、便利及數(shù)據(jù)靈敏、準(zhǔn)確的優(yōu)勢，滿足了更多的臨床檢驗(yàn)與腫瘤診斷篩查的需求。

3 小 結(jié)

對于惡性腫瘤的診斷，醫(yī)學(xué)界一直在不斷研究新的方法與技術(shù)，但至今癌癥的發(fā)病機(jī)制依舊難以得到進(jìn)一步明確的解答，仍是人類生命安全的嚴(yán)重威脅因素之一。傳統(tǒng)的惡性腫瘤診斷檢測與識別方法，如超聲檢測、X線、CT、MRI、病理檢查等，往往存在識別時(shí)間長、檢測準(zhǔn)確度低、成本高、需要醫(yī)生具有較高水平的臨床經(jīng)驗(yàn)等一系列問題，甚至?xí)o患者帶來不必要的創(chuàng)傷。近年來，隨著物理、光學(xué)及醫(yī)學(xué)科技的不斷發(fā)展，SERS技術(shù)以其獨(dú)特、無創(chuàng)、高分辨率、無試劑、高智能的特點(diǎn)，在腫瘤診斷中取得了迅速的進(jìn)步。本文總結(jié)了SERS技術(shù)應(yīng)用于多種惡性腫瘤及其相關(guān)生物大分子(腫瘤分子標(biāo)志物、基因等)、腫瘤細(xì)胞產(chǎn)物等的診斷研究，分析了惡性腫瘤患者與健康人群或良性腫瘤患者在多種類的體液(唾液、尿液、血清、胸腔積液等)、不同腫瘤組織及細(xì)胞等方面的SERS峰值差異，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，展示了SERS在惡性腫瘤疾病的診斷中較高的準(zhǔn)確度、靈敏度及特異度，進(jìn)一步證明了SERS在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域特別是腫瘤方面的實(shí)踐價(jià)值。相比其他系統(tǒng)疾病的診斷及臨床研究手段,人們對癌癥快速、早期、高效管理診斷的需要，促成了SERS技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。SERS技術(shù)的合理檢測、應(yīng)用提供了豐富的生物化學(xué)結(jié)構(gòu)信息，并且可以在短時(shí)間內(nèi)靈敏、特異地為多種惡性腫瘤的早期診斷與快速篩查、良惡性的準(zhǔn)確鑒別、腫瘤類別的具體分型等提供新方法，這不僅擴(kuò)充了抗癌研究的診療手段，也可通過癌癥患者早期診斷提高抗癌救治的成功率。此外，SERS技術(shù)符合當(dāng)前科學(xué)診斷的發(fā)展趨勢，已廣泛與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)相結(jié)合。在臨床實(shí)踐中，它可以聯(lián)合計(jì)算機(jī)快速、高效、準(zhǔn)確地診斷和識別惡性腫瘤，不僅提高了診治的效率和準(zhǔn)確性，而且為患者和臨床醫(yī)生節(jié)省了時(shí)間和成本。因此，SERS在癌癥領(lǐng)域具有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展?jié)摿?，相信在未來會有更廣闊的應(yīng)用前景。