《Clinica Chimica Acta》：EGFR as a biomarker in colorectal Cancer: An electrochemical biosensing approach
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精准医学中的EGFR电化学检测与多标志物整合分析为结直肠癌诊疗提供新方案，克服传统IHC灵敏度低、实验室差异大（50-68%）及预测治疗反应不足（17-25%有效）的缺陷，通过微型化电化学传感器实现皮克至阿托米级EGFR定量，结合ctDNA突变、外泌体蛋白谱及CEA/CA125/miRNA等多维度标志物，提升76.9%的靶向治疗预测准确性，并需推进多中心临床验证和FDA/CE认证以实现点诊转化。
Mohammed Khaled Bin Break | Rahamat Unissa Syed | Weiam Hussein | Muhammad Nawaz | Randa Abdeen Hussein Abdalla | Nayla Ahmed Mohammed Aboshouk | Teng-Jin Khoo | Hemat A. Elariny | Afrah E. Mohammed | Sahar Alghamdi
沙特阿拉伯海伊勒大学药学院药物化学系
摘要
在结直肠癌（CRC）中，传统的表皮生长因子受体（EGFR）评估方法采用常规免疫组化（IHC），但该方法存在实验室间一致性差异（50–68%），并且在预测治疗反应方面效果不佳，因此需要更先进的诊断方法来改善患者预后。本文综合了电化学检测EGFR蛋白、循环肿瘤脱氧核糖核酸（ctDNA）突变以及多生物标志物联合检测技术在分析上的优势。电化学平台能够在皮摩尔到阿摩尔浓度范围内实现高灵敏度，响应时间仅需几分钟到几小时，远快于免疫组化的3–5天，有助于快速临床决策。通过同时进行EGFR电化学定量、ctDNA检测、细胞外囊泡（EV）蛋白质组学分析以及血清生物标志物（癌胚抗原（CEA）、癌抗原125（CA125）、微小RNA（miRNA）检测，可以全面了解肿瘤特征，从而为西妥昔单抗或帕尼妥单抗治疗患者进行分层。据报道，这种方法的诊断准确率为76.9%。系统的临床应用需要多中心前瞻性比较研究、监管机构批准（美国食品药品监督管理局（FDA）510(k)或欧洲合格认证（CE），以及资源有限的社区肿瘤学机构和医疗环境中的即时检测应用。电化学EGFR生物标志物检测是一种临床可行的分析方法，利用易于获取且定量精确的多生物标志物实现精准肿瘤学。
引言
结直肠癌是全球癌症相关死亡的第二大原因，估计约10%的恶性肿瘤对全球医疗系统造成重大影响。根据2022年全球癌症观测站（GLOBOCAN）的数据，2022年新增结直肠癌病例约为193万例，同年有904,019名患者死亡。如果当前发病率不变，预计到2050年全球新增病例将达到236万例，相比基线增长22.5%。在美国，新增病例数为158,850例[1] [2]。结直肠癌在组织学上具有异质性，腺癌亚型占所有肿瘤的95–98%，其次是黏液腺癌（0.08–4.0%）、印戒细胞癌、神经内分泌肿瘤和腺鳞癌亚型，这些亚型具有不同的分子表型、治疗敏感性和预后。EGFR是结直肠癌的关键分子治疗靶点。研究表明，60–80%的结直肠癌病例存在EGFR过表达，这种过表达由蛋白质上调、基因扩增和激活突变引起[3] [4] [5]。EGFR过表达通过异常的丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）信号通路促进肿瘤进展，导致不受限制的增殖、逃避凋亡、增强血管生成和转移。然而，基于传统免疫组化（IHC）的EGFR检测方法存在重大局限性，尽管EGFR IHC呈阳性，但仅17–25%的病例对西妥昔单抗有反应。此外，即使在肿瘤标本内部也存在异质性空间分布（原发灶和转移灶之间存在差异），并且实验室间重复性较差（一致性率为50–68%[6] [7]）。荧光原位杂交（FISH）和分子测序技术操作繁琐、耗时且成本高昂，难以在医疗系统中常规应用。电化学生物传感技术具有从皮摩尔到阿摩尔浓度范围的灵敏度、几分钟到几小时的定量时间、无标记测量（消除了荧光和放射性标记物的成本和安全问题）、设备微型化便于即时检测、电极阵列结构实现多重生物标志物同时检测、降低每次检测的操作成本，以及能够与微流控、纳米材料工程和人工智能（AI）辅助解释相结合，从而实现复杂的多参数生物标志物分析，包括EGFR蛋白定量、循环肿瘤DNA（ctDNA）突变检测、细胞外囊泡（EV）蛋白质组学分析以及血清生物标志物（癌胚抗原[CEA]、癌抗原125[CA125]和miRNA特征）的集成诊断平台[7] [8] [9]。本文总结了电化学检测EGFR的方法，包括传感器类型、纳米材料带来的性能优势以及多重生物标志物检测的设计。同时介绍了如何通过解决分析验证、质量保证、成本问题和监管要求，将这些平台从实验室原型转化为可临床应用的检测方法。最后，提出了新的多组学方法，将电化学EGFR生物传感与ctDNA、细胞外囊泡和蛋白质生物标志物分析相结合，以提升结直肠癌的诊断水平，实现治疗过程的实时监测，并为不同医疗环境下的个性化治疗决策提供依据[10] [11] [12]（图1）。
EGFR结构、信号通路及其在结直肠癌发展中的作用
EGFR是一种跨膜单次通过受体酪氨酸激酶，其配体结合过程导致二聚化并激活激酶。CRC中的自磷酸化位点招募适配器，激活MAPK和PI3K/AKT/mTOR级联反应及半导体受体组织，促进肿瘤生长和侵袭。Hardbower等人探讨了EGFR是否在非上皮细胞（富含CD68+巨噬细胞）中刺激癌症的发展。
基于免疫传感器、适配体和无标记电化学技术的EGFR定量方法
EGFR的识别通过免疫传感器转化为定量电信号，适用于临床实践。Steele等人使用免疫组化和微密度计进行了相关研究，发现了EGFR的分布特征。
抗EGFR单克隆抗体（西妥昔单抗和帕尼妥单抗）在转移性结直肠癌中的疗效及与突变状态的相关性
如果肿瘤生长依赖于EGFR，抗EGFR单克隆抗体（西妥昔单抗和帕尼妥单抗）可以有效治疗转移性结直肠癌（mCRC）。临床疗效与突变演变和耐药性的发展密切相关，因为KRAS/NRAS和BRAF可能绕过EGFR和PI3K的激活机制。Arena等人研究了EGFR外域突变对西妥昔单抗或帕尼妥单抗疗效的影响。
微型化策略、微流控设备开发及其在临床实验室中的应用
微型化和微流控技术通过减少样本量、加快反应速度和在便携设备上进行多重检测，正在改变结直肠癌的检测方式。典型的实验室和近患者环境中的应用包括预分析（标准化）、校准、质量控制以及与临床报告系统的连接。Cai等人致力于ctDNA甲基化的研究。
结合EGFR电化学定量、循环肿瘤DNA和蛋白质生物标志物的检测
受体信号传导与基因组演变相关，结合电化学检测细胞外囊泡（EVs）、ctDNA和蛋白质指标。通过联合分析，可以更准确地选择治疗方案并识别耐药性。Cha等人发现，血浆EV mRNA的检测（如VEGF和CD133）比血清CEA更有效。
结论与未来展望
电化学EGFR检测为结直肠癌的诊断、预后评估和治疗建议提供了强有力的分析工具，优于传统的免疫组化方法。然而，传统IHC方法存在实验室间一致性差（50–68%）、原发灶和转移灶之间的差异以及较低的预测准确性（西妥昔单抗响应率仅为17–25%）等问题。
本研究由沙特海伊勒大学科学研究处资助，项目编号为。
Mohammed Khaled Bin Break： 数据整理、概念构思。
Rahamat Unissa Syed： 形式分析、数据整理。
Weiam Hussein： 验证、软件开发。
Muhammad Nawaz： 监督、资源协调。
Randa Abdeen Hussein Abdalla： 原稿撰写、验证。
Nayla Ahmed Mohammed Aboshouk： 原稿撰写、审稿与编辑。
Teng-Jin Khoo： 原稿撰写、可视化设计。
Hemat A. Elariny： 原稿撰写、审稿与可视化设计。
Afrah E. Mohammed： 可视化设计。
本文不包含任何涉及人类或动物参与者的研究。
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
