拉曼光谱在癌症组织学诊断中的研究进展

癌症是人类健康的杀手，其早期临床表现并不是十分特异，因此患者就诊时往往已处于中晚期，而早期诊断和及时有效的治疗又与患者的生存率和生存质量密切相关。为了寻求一种敏感、准确且无损的癌症早期检测工具，近年来，拉曼光谱已经成为生物化学、药学及临床医学等多个领域的研究热点。本文基于拉曼光谱在癌症组织学方面的研究做一综述。

1 拉曼光谱的原理及特点

拉曼光谱是一种强大的分析技术，既可以测量复杂生物样品的化学成分，又能够提供有关化学成分的定量信息，具有在分子水平上检测生物化学变化的潜在能力。拉曼光谱利用光的非弹性散射，能够提供细胞内部结构和构象的光谱特征，例如蛋白质、核酸和脂质，从而反应癌症早期所引起体内的物质变化[1]。因此，拉曼光谱可用于癌症的诊断，预后的判断或作为评估疗效的新型工具。

拉曼光谱具有高度的化学特异性，不需要对标本进行染色或标记即可获得丰富的分子信息。目前，癌症的诊断主要依赖于X射线、CT检查、B超、MRI检查以及肿瘤标志物检测等，而病变组织活检仍然是癌症确诊的金标准。常规的影像学检测结果虽然可以为临床的诊断提供一定的依据，但是对于微小病灶的发现仍缺乏敏感性，且花费较多，同时组织活检又给患者带来了极大的痛苦，并且存在一定的主观性。肿瘤标志物的检测虽然应用广泛，但其诊断效能并不理想，Feng等[2]采用四项肿瘤标志物(CEA、CA19-9、AFP和CA125)联合的方式对胃癌进行诊断，其阳性率仅为10.4%，而李晓舟等[3]利用激光诱导拉曼光谱技术对萎缩性胃炎患者、胃癌患者血清进行分析，其判别胃癌和萎缩性胃炎的准确率可达92%。拉曼光谱作为一种非侵入性的，富含高生化信息含量的检测手段，可以直接对生物样本(组织、血浆、唾液等)进行检验[4-6]，极大的减轻了患者的痛苦及经济负担。

2 拉曼光谱在癌症中的应用

2.1 胃癌

胃癌是我国常见的消化道恶性肿瘤之一。2012年，全球约有925 000人被诊断为胃癌，占新发癌症的6.8%[7]。与其它癌症相比，早期胃癌的生存率较高且预后较好，因此，寻求一种胃癌早期诊断的新模式对于改善胃癌患者的死亡率有着重要的意义。

Luo等[8]应用近红外拉曼光谱技术对胃癌组织、癌前病变组织(腺瘤性息肉)及正常胃黏膜组织的拉曼光谱进行了研究，发现在853(脯氨酸的C-C伸缩模式)、936(蛋白α-螺旋构象中的C-C伸缩)、1032(苯丙氨酸的C-H伸缩)、1174(酪氨酸的C-H弯曲)和1208 cm-1(苯丙氨酸和色氨酸的C-C6H5拉伸模式)附近的拉曼峰的强度从正常到癌组织逐渐降低，当正常组织逐渐向腺瘤性息肉和腺癌组织转化时，位于1323，1335，1450和1655 cm-1(表征蛋白质和核酸)处的拉曼峰逐渐增强(图1)。另一方面，相对于正常组织，腺瘤性息肉和胃癌组织在1640～1675 cm-1的光谱范围内出现了明显的红移。采用PCA-NBC、留一法及交叉验证法对结果进行判别分析，灵敏度分别为96.3%，96.9%和96.9%，特异度分别为93%，100%和95.2%，可见，与多变量统计算法相结合的近红外拉曼光谱技术可以在分子水平上实现对胃癌及癌前病变的早期诊断。Zhou等[9]在高波数区(2800～3000 cm-1)和低波数区(800～1800 cm-1)分析了38例正常组织和37例胃癌组织的拉曼光谱特征，并分别对两个区域诊断的特异度和灵敏度进行了评估，初步得到以下结论：(1)胃癌组织1157 cm-1的类胡萝卜素信号、1319 cm-1和1338 cm-1的蛋白质和核酸信号强于正常组织，而在853 cm-1的胶原信号低于正常组织；胃癌组织位于2932 cm-1的蛋白信号显著低于正常组织；(2)在低波数区诊断胃癌的灵敏度和特异度高于高波数区，但是高波数区域包含不在低波数区域中显示的条带(脂质、蛋白质和水有关的信息)，因此利用高波数和低波数区域的互补性质能使得胃癌的光学诊断更加完善。

图1 正常胃黏膜、腺瘤性息肉、胃腺癌组织的平均光谱图Figure 1 Comparison of average standardized Raman spectra with distinct Raman peaks of the normal，adenomatous polyp，and adenocarcinoma gastric tissue

2.2 口腔鳞状细胞癌

口腔鳞状细胞癌约占口腔癌的90%～95%[10]，是人类十种最常见的恶性肿瘤之一，吸烟和饮酒是引起口腔鳞状细胞癌的重要危险因素。

Christian等[11]应用便携式移频激发差分拉曼光谱(SERDS)研究了12例离体口腔鳞状细胞癌组织，发现归属于脂质(1745，1440，1330 cm-1)的光谱特征在癌组织中明显减弱，而归属于蛋白质及核酸(1550 cm-1)的其他光谱特征有增强的趋势。薛丽丽等[12]应用配备光纤探头的便式拉曼光谱仪采集了新鲜的口腔黏膜鳞状细胞癌、上皮重度异常增生及正常黏膜组织的拉曼光谱，研究发现，正常黏膜组织、上皮重度异常增生以及口腔鳞状细胞癌组织间的拉曼光谱存在显著的差别：上皮重度异常增生和口腔鳞状细胞癌组织拉曼光谱中归属于核酸(746，825，893 cm-1)、蛋白质(640，664，853，1002，1445及1653 cm-1)及脂质物质(957，1306 cm-1)的谱峰明显高于正常黏膜上皮组织，结合PCA-DFA建立的分类诊断模型可以很好的表现出3类不同组织的拉曼光谱间的差异。

文章来源：《无损检测》 网址: http://www.wsjczzs.cn/qikandaodu/2021/0310/425.html