Nature：“液体活检”新突破，有望改进癌症早筛和分类

生物探索

2018/11/27

论文标题：Sensitive tumour detection and classification using plasma cell-free DNA methylomes

作者：Shu Yi Shen，Rajat Singhania，Gordon Fehringer，Ankur Chakravarthy，Michael H. A. Roehrl，Dianne Chadwick，Philip C. Zuzarte，Ayelet Borgida，Ting Ting Wang，Tiantian Li，Olena Kis，Zhen Zhao，Anna Spreafico，Tiago da Silva Medina，Yadon Wang，David Roulois，Ilias Ettayebi，Zhuo Chen，Signy Chow，Tracy Murphy，Andrea Arruda，Grainne M. O’Kane，Jessica Liu，Mark Mansour，John D. McPherson，Catherine O’Brien，Natasha Leighl，Philippe L. Bedard，Neil Fleshner，Geoffrey Liu，Mark D. Minden，Steven Gallinger，Anna Goldenberg，Trevor J. Pugh，Michael M. Hoffman，Scott V. Bratman，Rayjean J. Hung，Daniel D. De Carvalho

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期刊：Nature

发表时间：2018/11/14

数字识别码：10.1038/s41586-018-0703-0

我们常常强调，越早发现疾病，干预的效果越佳。癌症也是如此。然而，很多癌症患者往往在确诊时就已经进入中后期，错过了最佳的治疗时机。如何实现癌症早筛呢？科学家们一直在寻找良策。今日，《Nature》期刊给出一道“曙光”：科学家们将“液体活检”与表观遗传学、AI结合，研发出一种新的“验血”方法，能够及早的实现癌症检测和分类。

图片来源：Pixabay

在尽可能早的阶段检测出体内癌变，能够显著提高患者的治愈率和长期存活率。然而，常规的癌症筛查手段（例如血清学肿瘤标志物、影像检查等）面临着难以发现早期癌变或者误诊率较高的难题。

如何打破僵局？科学家们将目光投注于“液体活检”——以非侵入性的方式，将患者的血液作为肿瘤活检的样本，捕捉和检测与肿瘤相关的遗传突变，以此找到肿瘤的迹象。

“但是，在血液中筛选十亿分之一的癌症特异性突变犹如‘大海捞针’，尤其在癌症早期阶段，血液中的肿瘤DNA数量是最少的。”来自加拿大Princess Margaret癌症中心的首席研究员Daniel De Carvalho表示道。

在这项新研究中，Daniel De Carvalho和团队改变思路——通过分析血液中游离DNA（cfDNA）的甲基化变化（而不是突变），鉴定出多种癌症类型特有的成千上万的改变。

https://doi.org/10.1038/s41586-018-0703-0

此前已有研究证实，甲基化标记是最先能检测到的与肿瘤发生密切相关的恶化指标。在新研究中，研究团队开发了一种分离和检测低水平DNA甲基化的技术——“游离DNA甲基化免疫共沉淀测序”（cell-free methylated DNA immunoprecipitation and high-throughput sequencing，cfMeDIP-seq）。

随后，他们利用机器学习，基于大数据创建能够“识别血液样本中癌症DNA的存在”以及“确定癌症类型”的分类器（classifiers），即在早筛的同时以高准确率区分癌症类型。

简单来说，原来在血浆中寻找癌症突变，就像翻找“里面只有一根针的干草堆”，而分析表观遗传改变就把问题变成了找“里面有成千上万根针的干草堆”。计算机只要找到其中的“一些针”就能确定要找的干草堆了。

研究团队选取了300名患者的肿瘤样本（来自7种癌症：肺癌、胰腺癌、结直肠癌、乳腺癌、白血病、膀胱癌和肾癌）以及来自健康捐赠者的样本，通过比较以追踪癌症的起源和类型。结果显示，该检测技术能够鉴定出可以区分不同癌症的特定甲基化谱。

研究团队强调，虽然这项技术还需要更多独立数据的验证，但是他们认为，基于cfDNA的甲基化分析有望改进非侵入式的癌症早筛模式。