最新：基于拉曼光谱的膀胱癌诊断研究进展.docx

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1、最新：基于拉曼光谱的膀胱癌诊断研究进展摘要膀胱癌是泌尿系统常见的肿瘤之一，早发现早治疗可以降低复发率和病死率。目前传统检查手段的诊断特异性和敏感性难以兼顾,而拉曼光谱技术作为一种分子诊断技术，能够在分子水平揭示正常膀胱尿路上皮组织和膀胱尿路上皮癌之间的差异，较传统诊断技术具有诊断速度快且精确的特点。本文对拉曼光谱技术诊断膀胱癌的研究进展进行综述。膀胱癌是泌尿系统中常见的恶性肿瘤之一，其发病率和病死率较高，并呈逐年上升趋势，严重威胁人们的生命健康1-2o早期发现和精准分期是提高膀胱癌预后的关键。目前，膀胱镜检查结合病理活检是诊断膀胱癌最可靠的手段，但膀胱镜检查过程依赖肉眼观察，易遗漏微小病灶，且

2、膀胱镜检查属于有创检查3-4Jo病理活检是目前诊断膀胱癌的金标准，但也有不足之处，其需要较长的组织处理过程，不能及时报告结果。此外，活检病理诊断依赖病理医生的肉眼观察，具有高度主观性，且难以准确甄别癌细胞早期形态变化，因此无法预防疾病的发生5o因此，迫切需要一种经济、敏感性和特异性高的膀胱癌检测方法。拉曼光谱是振动光谱的一种形式，其对组织的生化分析能力具有较高的敏感性和特异性61在膀胱癌的诊断中具有良好的发展前景。首先，拉曼光谱技术具有快速、无破坏性和无需样品制备的优点，可实时观察活细胞内分子的动态变化，了解疾病发展过程，适合膀胱癌的实时、原位诊断71其次，水的拉曼散射强度很低，生物组织中的分

3、子多以水溶液状态存在，因而拉曼光谱适用于生物研究81本文对拉曼光谱的原理及其诊断膀胱癌的机制进行概述,并介绍拉曼光谱技术在膀胱癌组织诊断和液体诊断中的应用。一、拉曼光谱的原理拉曼光谱是基于入射光与被辐照物质之间的非弹性光散射过程9o当入射光的光子与被照射物质中分子相互作用时，光以一个频率散射，从而使光子恢复到相对稳定的状态。大部分散射光的能量较入射光的能量未发生变化，这种散射光被称为弹性散射。然而，有一小部分散射光能量相对于入射光能量发生变化，这种非弹性散射被称为拉曼散射101拉曼光谱的特征主要与散射光的强度和拉曼位移（散射光与入射光频率的差值）有关111拉曼位移大小对应特定分子键的振动120

4、不同物质的化学键和分子结构均不同，因此每种物质都有其标志性的拉曼光谱指纹。通过对比正常细胞和病变细胞之间的拉曼光谱差异，可鉴别组织类型8o二、膀胱癌的拉曼光谱分析膀胱癌最初的癌变是分子水平的变化，随后才表现为细胞、组织以及解剖水平的改变。所有分子变化均可以记录在拉曼光谱中，表现为峰强、峰移和峰宽的变化，这为早期诊断癌变提供了可能5o如将拉曼光谱应用于细胞组织的鉴定，须建立反映详细生化变化的拉曼光谱数据库13o通过与数据库中的光谱数据进行比较，可识别出所分析的物质。拉曼光谱数据库的建立是通过分析采集到的拉曼光谱特征实现的14。对采集到的光谱数据进行预处理，以消除荧光背景、探测器噪声等干扰，从而提

5、取特征波段15最后，建立分类模型并应用于膀胱癌的诊断16O膀胱组织的拉曼光谱包含了丰富而复杂的化学、结构组成信息。因此，光谱的细微变化可能代表显著的生物学差异。使用多元统计方法可以突出这些光谱差异，从而提取重要的生物学信息17-18o三、拉曼光谱在膀胱癌诊断中的应用(一)基于拉曼光谱的组织诊断利用拉曼光谱技术实现临床上对在体膀胱癌的实时诊断是研究者们的长期研究目标。Draga制19床用大容量拉曼光谱探针在体内诊断膀胱癌，通过使用多变量分类模型区分膀胱癌和正常膀胱的敏感性为85%,特异性为79%o由于失焦信号干扰，其特异性较低。共聚焦拉曼光谱可以抑制来自邻近正常组织的光谱干扰，从而提高诊断算法的

6、特异性，且具有可重复性200表面增强拉曼光谱(SUrfaCe-enhancedRamanspectroscopy,SERS)21较普通拉曼光谱的拉曼信号可增强1061014倍，解决了拉曼光谱弱散射性的缺陷，有利于其在生理环境中的应用。拉曼光谱单独使用时只能涵盖诊断的一个特定方面，多模态方法最大限度发挥了不同光谱学分析的特性，增强了对健康组织与肿瘤组织的鉴别能力，并能提供肿瘤分级和分期22o拉曼光谱常与快速预筛选技术相结合以确定感兴趣区域。通过白光膀胱镜和荧光寿命成像的全景3D图像重建膀胱壁，以确定拉曼光谱辅助诊断的区域23o拉曼图像可以在术中用于确定肿瘤边缘和切除状态。5-氨基乙酰丙酸(5-A

7、1A)的使用增加了对膀胱肿瘤检测的敏感性，将拉曼光谱与基于5-A1A的荧光技术相结合可用于引导切除膀胱癌241拉曼光谱与光学相干层析成像(OPtiCa1coherencetomography,OCT)相结合的方法已被证明可实时检测膀胱癌25o在OCT鉴别出病变组织后,利用拉曼光谱对可疑部位进行检测以确定分子特征26o结合两种模式的互补信息不仅可以进行分期，还可以基于多变量统计分析对低级别和高级别癌症进行鉴别22oMorse11i等27报道了多模态光纤光谱在膀胱癌检测、分级和分期中的可行性，这项新技术结合了拉曼光谱、荧光和反射光谱，其在肿瘤分级和分期诊断的准确性95%o(二)基于拉曼光谱的液体诊

8、断在肿瘤生物学中，通过收集部分细胞获得的传统组织活检只能反映肿瘤的部分信息，不足以了解肿瘤的异质性和动态演变28o相比之下，生物体液中含有蛋白质、核酸、代谢产物和其他可能来自肿瘤整个细胞群的生物分子，这些体液能更动态、更全面地监测疾病29o生物体液的临床应用称为液体活检，这些生物体液，如血液、尿液、唾液等，均采用无创或微创的方式采集3011.血液样本：血清中包含了丰富的反映肿瘤发生发展的生物化学成分310通过对患者血清样本SERS测定可实现对膀胱癌的鉴定。Chen等32采用SERS技术结合基于少量血清样本的偏最小二乘法和线性判别分析(1ineardiscriminantana1ysis,1DA

9、)方法对健康志愿者、非肌层浸润性膀胱癌和肌层浸润性膀胱癌患者进行区分，结果显示，整体诊断正确率为93.3%此外,血液中细胞成分也在膀胱癌的鉴别诊断中发挥巨大作用。Shapiro等33提出在1584cm-1处归属于血红蛋白的拉曼峰是膀胱癌的特征性峰，并与癌症分级相关，特异性和敏感性约为90%o2.尿液样本:与血液等其他生物液体相比，尿液可以无创性大量采集。Cui等30检测了健康志愿者和膀胱癌或前列腺癌患者的尿液样本拉曼光谱,通过主成分分析(PrinCiPaIComPonentana1ySiS,PCA)和1DA对光谱进行分类，结果表明，拉曼光谱结合PCA/1DA诊断算法对健康个体、膀胱癌和前列腺癌

10、患者的鉴别准确率为91.9%。miRNA作为液体活检的新工具也被广泛探索。Moisoiu等34证明了尿rdRNA谱与SERS谱具有协同作用，可以更好地进行膀胱癌的即时诊断和分子分层。此外，一种基于内参比的SERS分析方法和双模式金纳米探针技术被开发出来，该技术结合SERS和量热法测定患者细胞提取物和尿液中的端粒酶活性，在鉴别高、低级别膀胱癌方面具有巨大潜力35o目前，对于早期膀胱癌患者，尚无特异性生物标志物进行尿液筛查。为此，Huttanus等36开发了基于拉曼光谱的尿液化学计量分析模型(RametriXTM),其由22个PCA建立,对膀胱癌检测的准确率为80.4%敏感性为82.4%特异性为7

11、9.5%RametrixTM技术依赖于识别尿液中的分子变化更适合大规模筛选标本。研究结果表明，膀胱癌患者尿液中的透明质酸酶(HAaSe)水平远高于健康人群370Si等37开发了一个用于测定尿液中HAase活性的SERS传感平台,并成功应用于尿液HAase活性的测定,有望为膀胱癌的诊断提供一种新的方法。四、小结拉曼光谱的检测数据信息非常丰富，这既是其优点也是其缺点，因为膀胱组织成分复杂，其拉曼振动谱峰交错重叠，一些有用的分子信息隐含在复杂的拉曼光谱图中。拉曼光谱能否在实际应用中发挥优势与数据分析方法的选择密切相关。然而，该技术目前仍处于初步研究阶段，其癌症筛查和诊断标准尚未统一。而且拉曼光谱信号弱、易受背景荧光干扰、扫描过程耗时，将其应用于临床仍然具有挑战性。此外，为获得更好的诊断结果,拉曼光谱技术应与其他光谱技术相结合，形成多模态诊断平台。随着研究方法和设备的改进、统计模型的优化、各种技术与拉曼光谱技术的结合,拉曼光谱技术会从实验研究转向临床诊断应用，成为临床上膀胱癌早期诊断的新模式。