約翰霍普金斯大學(xué)Kimmel癌癥中心的研究人員開發(fā)了一種簡(jiǎn)單的新型血液檢測(cè)方法，通過(guò)發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞脫落的DNA碎片在血液中循環(huán)的獨(dú)特模式，可以檢測(cè)七種不同類型癌癥的存在。

在這項(xiàng)概念驗(yàn)證研究種，這種稱為DELFI (DNA evaluation of fragments for early interception)的測(cè)試準(zhǔn)確地檢測(cè)出了57%到超過(guò)99%的患者的血液樣中癌癥DNA的存在，包括美國(guó)、丹麥和荷蘭208名不同階段的乳腺癌、大腸癌、肺癌、卵巢癌、胰腺癌、胃或膽管癌患者。

DELFI在215名健康人的血液樣本測(cè)試中也表現(xiàn)良好，只有4例被誤診為癌癥。該測(cè)試使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)識(shí)別癌癥患者血液中DNA片段的異常模式。研究人員說(shuō)，通過(guò)研究這些模式，他們可以在多達(dá)75%的病例中確定癌癥組織的起源。這項(xiàng)研究的報(bào)告于近日發(fā)表在《Nature》雜志上。

圖片來(lái)源：Nature

約翰霍普金斯Kimmel癌癥中心(Johns Hopkins Kimmel Cancer Center)腫瘤學(xué)教授、癌癥生物學(xué)項(xiàng)目聯(lián)合主任、該研究通訊作者Victor E. Velculescu博士表示，癌癥檢測(cè)的血液檢測(cè)，或所謂的"液體活組織檢查"，通常是尋找突變，即癌細(xì)胞內(nèi)DNA序列的變化，或?qū)ふ壹谆?，即DNA中添加一個(gè)甲基的化學(xué)反應(yīng)。但并不是所有的癌癥患者都有可以用這些方法檢測(cè)到的變化，因此癌癥早期檢測(cè)方法還有很大的需要改進(jìn)的空間。

他說(shuō)，DELFI采用了一種不同的方法，通過(guò)觀察血液中來(lái)自基因組不同區(qū)域的DNA的大小和數(shù)量，來(lái)研究DNA在細(xì)胞核內(nèi)的包裝方式，以尋找這種包裝的線索。

Alessandro Leal博士是這項(xiàng)研究的主要作者之一，也是約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院(Johns Hopkins University School of Medicine)的博士生。他解釋說(shuō)，健康細(xì)胞的細(xì)胞核將DNA包裹起來(lái)，就像一個(gè)組織良好的手提箱，基因組的不同區(qū)域被小心地放在不同的隔間里。相比之下，癌細(xì)胞的細(xì)胞核更像是雜亂無(wú)章的手提箱，基因組里的東西隨意地扔進(jìn)來(lái)。

"出于各種原因，癌癥基因組在包裝方式上是無(wú)序的，這意味著當(dāng)癌細(xì)胞死亡時(shí)，它們會(huì)以混亂的方式將DNA釋放到血液中，"該研究的主要作者、約翰霍普金斯Kimmel癌癥中心(Johns Hopkins Kimmel cancer Center)博士后Jillian Phallen博士說(shuō)。"通過(guò)檢測(cè)這種無(wú)細(xì)胞DNA (cfDNA)，DELFI可以通過(guò)檢測(cè)基因組不同區(qū)域DNA的大小和數(shù)量的異常來(lái)幫助識(shí)別癌癥的存在，這是基于DNA的包裝方式。"

研究人員警告說(shuō)，這項(xiàng)測(cè)試的潛力必須在更多的研究中得到進(jìn)一步驗(yàn)證，但如果得到了進(jìn)一步驗(yàn)證，那么它就可以用于篩查癌癥，方法是從一個(gè)人身上抽取一管血液，提取cfDNA，研究其基因序列，并確定cfDNA的片段結(jié)構(gòu)。然后可以將來(lái)自個(gè)體的全基因組片段模式與參考人群進(jìn)行比較，以確定該模式是健康的還是源自癌癥。

這項(xiàng)研究的資深作者、腫瘤學(xué)副教授Robert B. Scharpf博士表示因?yàn)槿蚪M分化模式可能揭示與特定的組織相關(guān)聯(lián)的差異，當(dāng)這些模式源自癌癥時(shí)也可以表明癌癥的來(lái)源，比如乳腺癌、結(jié)腸癌和肺癌。DELFI同時(shí)分析基因組中數(shù)百到數(shù)千個(gè)區(qū)域的數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的序列，從微小的cfDNA數(shù)量中識(shí)別腫瘤特異性異常。

使用DELFI，研究人員發(fā)現(xiàn)癌癥患者和健康個(gè)體的全基因組cfDNA片段譜不同。研究的主要作者Stephen Cristiano表示癌癥患者cfDNA的分裂模式似乎源于血液和腫瘤細(xì)胞釋放的DNA混合物，并顯示多個(gè)不同的基因組差異片段大小在不同地區(qū)的增加和減少。

在目前的研究中，約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員與來(lái)自美國(guó)一些機(jī)構(gòu)的同事進(jìn)行了合作對(duì)208例癌癥患者的cfDNA進(jìn)行低覆蓋全基因組測(cè)序，其中乳腺癌54例，結(jié)直腸癌27例，肺癌12例，卵巢癌28例，胰腺癌34例，胃癌27例，膽管癌26例。他們還進(jìn)行了全基因組測(cè)序，分析了215名健康個(gè)體的cfDNA。

所有癌癥患者的樣本都是在沒有進(jìn)行任何治療前獲得的，其中大部分樣本(183)來(lái)自那些可以通過(guò)手術(shù)切除腫瘤來(lái)治療疾病的人。

總的來(lái)說(shuō)，研究人員表示健康的個(gè)體有相似的碎片特征，而癌癥患者有更多的可變碎片特征，不太可能匹配健康的特征。

DELFI在73%的癌癥患者中檢測(cè)出癌癥，而對(duì)215名健康個(gè)體中的4名進(jìn)行了錯(cuò)誤分類(98%的特異性)。該檢測(cè)還發(fā)現(xiàn)，在確定cfDNA的組織來(lái)源方面，準(zhǔn)確率為61%-75%。將DELFI和基于突變的cfDNA分析相結(jié)合，研究人員可以準(zhǔn)確檢測(cè)91%的癌癥患者。Velculescu， Leal， Phallen， Scharpf， Cristiano和他們的同事們正在擴(kuò)大他們的分析范圍，研究DELFI在數(shù)千個(gè)樣本中的表現(xiàn)。Velculescu說(shuō)："我們對(duì)DELFI的潛力感到鼓舞，因?yàn)樗芯苛艘唤M完全獨(dú)立的無(wú)細(xì)胞DNA特征，而這些特征多年來(lái)一直給患者帶來(lái)困難。我們期待著與世界各地的合作者合作，使這項(xiàng)測(cè)試對(duì)患者可用。"

由于該測(cè)試易于管理，并使用簡(jiǎn)單和廉價(jià)的實(shí)驗(yàn)室方法，Velculescu預(yù)計(jì)，該測(cè)試最終可能比其他癌癥篩查測(cè)試，包括當(dāng)前的其他cfDNA測(cè)試，更具成本效益。

參考資料：

Victor E. Velculescu et al. Genome-wide cell-free DNA fragmentation in patients with cancer， Nature (2019). DOI： 10.1038/s41586-019-1272-6