楊小奇 葉章群

前列腺特異性抗原(prostate specific antigen, PSA)作為第一個被美國FDA批準的腫瘤標志物，被廣泛應用于前列腺癌患者的篩查及診斷。自發(fā)現(xiàn)以來，PSA發(fā)揮了重要的作用，且不斷得以完善和擴充。本文從PSA的發(fā)現(xiàn)、PSA的理化性質、PSA及其衍生指標的臨床應用、非前列腺來源的PSA和PSA的展望等五個方面對PSA的前世今生進行了系統(tǒng)闡述。

一、PSA的發(fā)現(xiàn)

二十世紀，隨著免疫學理論和技術的飛速發(fā)展，眾多科學家從不同方面著手，共同推動了PSA這一重大生物標志物的發(fā)現(xiàn)。早在1960年，F(xiàn)locks等[1]首次報道了前列腺組織的抗原特性，隨后，Hara等[2]于1966年在人體精液中分離出一種可以作為強奸案件法醫(yī)學證據(jù)的抗原，并于1971年將其命名為γ-精漿蛋白。1970年，Ablin等[3]報道了兩個前列腺組織特異性抗原及一個來自前列腺組織和前列腺液的抗原，并第一次使用了“PSA”這一術語。1973年，Li等[4]分離并描述了兩個人類精漿特異性抗原，分別命名為E1抗原和E2抗原。1978年，Sensabaugh等[5]通過對精液進行凝膠電泳，發(fā)現(xiàn)了兩種未知的蛋白質，并根據(jù)它們的分子量將其命名為P30和P41，并且在血清、淚液、唾液、尿液及經血等液體中均沒有發(fā)現(xiàn)P30。在隨后的研究中，γ-精漿蛋白、E1抗原以及P30被證實與PSA是同一種蛋白質[6-8]。1979年，Wang等[9]從前列腺中提純并描述了一種抗原，將其命名為前列腺抗原(prostate antigen， PA)，PA在正常前列腺組織、良性疾病前列腺組織及惡性疾病前列腺組織中均存在。進一步的研究表明PA是前列腺獨有的，因此更多的使用PSA這一術語。γ-精漿蛋白、E1抗原、P30、PA和PSA等同一蛋白質的不同的命名是眾多科學家試圖從精液和前列腺中尋找抗原，共同努力的結果。

二、PSA的理化性質

PSA也被稱為激肽釋放酶3，是人激肽釋放酶家族的成員之一。人激肽釋放酶基因座上有15個基因(KLK基因)，串聯(lián)排列在染色體19q13.3～q13.4上300 kb的區(qū)域，其中編碼PSA的KLK3基因長度為5 846 bp，由5個外顯子和4個內含子組成。雄激素受體是類固醇激素受體家族的成員之一，同時也是一個重要的轉錄因子，當其在細胞質中與配體(雄激素)結合后，從細胞質轉移進入細胞核，與特定的雄激素受體反應元件結合，進而調控PSA基因的轉錄。此外，轉錄因子PDEF、NF-κB等參與了PSA基因的雄激素非依賴性調控。PSA的轉錄調控機制目前還未完全闡明，有待進一步探討。

PSA以單鏈的前酶原形式合成，隨后在內質網被加工，產生一個含有244個氨基酸殘基的酶原，即PSA前體(proPSA， pPSA)。pPSA在囊泡內運輸至細胞膜，進而從細胞內分泌至前列腺導管內。pPSA被激肽釋放酶2及其他來自精漿的蛋白酶激活，釋放N-端的Ala-Pro-Leu-Ile-Leu-Ser-Arg結構域，轉化成有酶活性的成熟PSA。成熟PSA是一個分子量為28 430 Da，含有237個殘基的糖蛋白，具有很低的糜蛋白酶樣絲氨酸蛋白酶活性。

在正常前列腺組織和良性前列腺增生組織中，PSA 只能通過滲漏到細胞外液并擴散到達血液循環(huán)。1987年，在血清中發(fā)現(xiàn)了PSA的兩種存在形式——游離PSA(free prostate specific antigen,fPSA)和PSA復合物(PSA復合物也稱復合PSA，compound prostate specific antigen, cPSA)。PSA與α1抗糜蛋白酶(alpha-1-antichymotrypsin, ACT)形成的復合物PSA-ACT是血清中PSA復合物的主要形式[10]，其半衰期為2～3 d。PSA與α2巨球蛋白形成的復合物PSA-MG是血清中PSA復合物的另一形式，PSA-MG半衰期只有2～5 min，進入循環(huán)中的PSA主要通過PSA-MG經肝臟代謝清除[11]。四聚體的α2巨球蛋白把PSA包裹在其內部，致使PSA的所有抗原表位不能被抗體識別，因此不能通過傳統(tǒng)的免疫分析方法將PSA-MG檢測出來[12]。此外，人血清中大約還有15%的PSA與α1-蛋白酶抑制劑結合[13]以及很低濃度的PSA與間α胰蛋白酶抑制劑形成的復合物[10]。在前列腺癌組織中，上皮細胞行為異常，使PSA不經正常途徑分泌到腺管，而分泌到細胞外間隙并進入血液循環(huán)。這解釋了前列腺癌患者血清總 PSA (total prostate specific antigen, tPSA)水平較高的原因[14]。

PSA的生理功能主要是通過水解精液中的精囊蛋白Ⅰ和精囊蛋白Ⅱ及纖連蛋白，從而參與精液液化及增強精子運動。此外，氨基酸序列分析發(fā)現(xiàn)，PSA與γ神經生長因子、表皮生長因子結合蛋白及α神經生長因子分別有56%、53%和51%的同源性[15]，可能直接或間接參與細胞的生長調控。

三、PSA及其衍生指標的臨床應用

前列腺癌是全球范圍內發(fā)病率最高的惡性腫瘤之一[16]。在我國，前列腺癌發(fā)病率呈逐年明顯增長趨勢，嚴重影響著我國老年男性的身心健康[17]。1987年，Stamey等[18]通過分析大量的血清樣本發(fā)現(xiàn)，前列腺癌患者血清PSA水平升高，且患者血清PSA水平與腫瘤分期及腫瘤體積呈正比，根治性前列腺癌切除術后PSA又會下降至檢測不到的水平。因此他們得出結論，PSA可以作為監(jiān)控前列腺癌對放療的反應性以及前列腺癌殘留或復發(fā)的生物標志物。至此，PSA開啟了其作為前列腺癌重要腫瘤標志物，為人類健康保駕護航的征程。PSA作為單一預測指標，比直腸指診或經直腸前列腺超聲有更高的前列腺癌陽性診斷預測率[19]。雖然PSA水平不高(PSA<4.0 ng/ml)的人群中大約有20%可能患有前列腺癌[20]，PSA水平高(PSA>4.0 ng/ml)的人群也可能不是前列腺癌[21]。但總的來說，PSA是一個連續(xù)的數(shù)值，其水平越高，患前列腺癌的可能性就越大。目前，tPSA 測定仍是前列腺癌管理的金標準，國內外公認tPSA>4.0 ng/ml為異常，4～10 ng/ml為 PSA 灰區(qū)。

PSA的發(fā)現(xiàn)是里程碑式的飛躍，是前列腺癌篩查、診斷和預后監(jiān)測的重要生物標志物，發(fā)揮著不可替代的作用，但仍存在特異性不高的局限性。如果運用不當，會造成前列腺癌患者的過度診斷和過度治療。為了提高PSA診斷特異性，下述PSA衍生相關指標應運而生，越來越多地用于指導臨床實踐。fPSA約占tPSA的5%～35%，有pPSA、良性前列腺增生相關性PSA(benign prostatic hyperplasia associated PSA, BPSA)和非活性形式PSA(inactive form of PSA, iPSA)三種分子形式，三者比例大致相等[22]。其中，pPSA主要分布于前列腺外周帶，在前列腺癌組織中顯著升高，BPSA主要在前列腺移行帶集中分布，與良性前列腺增生有關[23]，而iPSA與pPSA相反，在良性疾病中升高[24]。由此可以看出，fPSA更多的是與前列腺良性疾病相關。pPSA斷裂產生的p2PSA比pPSA更具特異性，與前列腺癌密切相關[25]，由p2PSA衍生出%p2PSA(血清p2PSA與fPSA的比值)和前列腺健康指數(shù)[(prostate health index, PHI)[26],%p2PSA與tPSA平方根的乘積]兩項相關指標。在tPSA為2.0～10.0 ng/ml的患者中，%p2PSA和PHI是前列腺癌首次活檢的最強預測因子，且明顯比tPSA和%fPSA更準確[27]?；趖PSA、fPSA、、iPSA及hK2(human glandular kallikrein 2)四項指標的4K評分有助于確定符合前列腺活檢標準的患者患侵襲性前列腺癌的概率，從而減少低風險患者的不必要活檢[28]。 fPSA比值是fPSA占tPSA的比值(fPSA/tPSA)，與前列腺癌的發(fā)生率呈負相關[29]。在tPSA水平為4.0～10.0 ng/ml灰區(qū)及直腸指診正常時，fPSA/tPSA可以提高其前列腺癌早期診斷的特異性，進而決定是否穿刺活檢或者穿刺陰性后是否重復穿刺[30]。此外還有PSA密度(prostate specific antigen density, PSAD)，即血清tPSA值與經直腸超聲確定的前列腺體積的比值，目前認為，PSAD 的正常值<0.15，其值越大，診斷為前列腺癌的可能性就越大。最近一項有關我國男性PSA及PSAD的研究顯示， PSAD臨界值選擇 0.12 時敏感度比0.15時更高[31]。cPSA密度(compound prostate specific antigen density, CPSAD)[32]，即血清cPSA與經直腸超聲確定的前列腺體積的比值，移行帶PSA密度(transition zone prostate specific antigen density, TZPSAD)[33]，即血清tPSA值與經直腸超聲確定的前列腺移行帶體積的比值，與PSAD類似，CPSAD及TZPSAD兩者預測前列腺癌的可能性均與其數(shù)值呈正相關。PSA速率(prostate specific antigen velocity, PSAV)[34]，即每年PSA的絕對增加量，目前公認的臨界值為0.75 ng/(ml·年)。PSA倍增時間(prostate specific antigen doubling time, PSA-DT)[35]，即血清PSA濃度升高至原先兩倍所需的時間，診斷為前列腺癌的可能性與其數(shù)值呈負相關。這些衍生指標也更多地應用于臨床以提高前列腺癌早期診斷的特異性，減少不必要的前列腺穿刺活檢。

近年來，前列腺抗原3(prostate cancer antigen 3, PCA3)[36]、循環(huán)腫瘤細胞(circulating tumor cell, CTC)[37]、microRNA[38]、lncRNA[39]及外泌體[40]等新興前列腺癌標志物也在不斷補充著PSA特異性不足的局限性，具有潛在臨床應用價值，但都只能在某一方面彌補PSA的不足，而無法取代PSA及其相關指標的地位。

值得注意的是，血清PSA水平受體內外多種因素影響，如年齡、種族和藥物等。其次射精，急性及亞急性前列腺炎，急性尿潴留等生理病理狀態(tài)會使血清PSA水平升高。此外，前列腺按摩、直腸指診、前列腺活檢和經尿道前列腺切除術等臨床操作也會使血清PSA水平升高。因此，臨床上應用PSA診斷及管理前列腺癌時，不能生搬硬套PSA的參考值范圍，應全面考慮，聯(lián)合PSA衍生相關指標、病史、直腸指檢及影像學資料，必要時行前列腺穿刺活檢，以期最大的臨床獲益。

四、非前列腺來源的PSA

起初認為PSA只由前列腺組織產生，是一個前列腺組織特異性的生物標志物。但后來通過 RT-PCR、原位雜交和免疫組化等生物學技術發(fā)現(xiàn)，PSA和hK2 在多種組織中有表達，如氣管、甲狀腺、乳腺、皮膚、唾液腺、空腸、回腸、尿道、睪丸、精囊、附睪、胰腺、腎、腎上腺和大腦等[41]。尿道周圍腺 (斯基恩氏腺)與前列腺組織同源，是女性體內第一個發(fā)現(xiàn)產生 PSA的組織，被稱為“女性前列腺”。妊娠、雄激素增多癥和多囊卵巢綜合征等都可以使女性血清PSA水平升高。1993年，通過免疫組織化學的方法首次發(fā)現(xiàn)乳腺組織中存在PSA[42]。戴金華等[43]研究報道，女性乳腺癌患者術前PSA水平明顯高于各對照組 (P<0.05)，乳腺癌腫塊切除術后,血清PSA的含量明顯下降，與術前比較差異有顯著性。Black等[44]研究表明，20% 的乳腺癌患者體內以fPSA 為主(fPSA占tPSA的50%以上)，而只有3%的健康女性或4%的良性乳房疾病患者以fPSA 為主要形式。以fPSA作為乳腺癌的診斷標志物，有高達約96%的特異度，而敏感度大約只有20%。PSA 在乳腺癌中的作用尚不清楚，有待進一步探討。Zarghami等[45]研究發(fā)現(xiàn)，PSA可以在男性及女性的肺部腫瘤組織和正常組織中檢測到，但其水平遠低于女性乳腺癌中的水平。另一項關于PSA和結腸癌的研究報道，20%的結腸癌患者體內以fPSA 為主(fPSA占tPSA的50%以上),而只有3.3%的健康女性以fPSA為主要形式。以fPSA作為結腸癌的診斷標志物，特異度為96.7%，敏感度為20%[46]。吳偉晴等[47]研究發(fā)現(xiàn)，血清t-PSA在胰腺癌以及結腸癌中顯著高于正常人群,f-PSA在直腸癌中顯著高于正常人群。

由于非前列腺組織中的PSA合成量甚微，自發(fā)現(xiàn)以來并沒有受到很高的重視。但隨著PSA定量技術的不斷進步，檢測敏感性的不斷提高，非前列腺來源的PSA又重新回到我們的視線中，其在諸如雄激素增多癥、多囊卵巢綜合征、乳腺癌和結腸癌等女性疾病的診斷或預后中也有許多潛在的臨床應用價值。

五、小結及展望

對PSA的認識是一個發(fā)展變化的動態(tài)過程，目前認識到PSA既無腫瘤特異性，也沒有前列腺組織特異性。鑒于PSA用于前列腺癌的篩查、診斷及預后評估有著較高的靈敏度，但存在特異度不足的缺點，一系列PSA衍生指標應運而生，從而使其臨床應用不斷完善和擴展。在進一步認識PSA理化性質和對前列腺癌發(fā)病機制研究更加深入的基礎上，相信更加敏感及特異的PSA衍生指標將被發(fā)現(xiàn)及用于指導臨床實踐。縱觀PSA的發(fā)現(xiàn)及臨床應用歷程，不難發(fā)現(xiàn)，用單一的PSA指標來指導前列腺疾病診療已經不能滿足臨床需要，在臨床上綜合運用PSA及其衍生指標，以及聯(lián)合應用其他生物指標是必然趨勢。除了和前列腺癌的緊密聯(lián)系，PSA 作為一種生物標志物，在許多女性疾病的診斷或預后中有潛在的臨床應用價值，應予以重視，有待進一步深入研究。