这才是“滴血测癌”的正确打开方式！《自然》和《科学转化医学》双双发文

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纵观人类抗癌大业的历史进程，尽早发现和有效治疗癌症，是两个最为核心的重要路线。

 

其中，在癌症治疗领域，除传统治疗手段诸如手术、放化疗之外，以免疫检查点抑制剂、CAR-T 为代表的肿瘤免疫治疗，近几年取得突破性进展并且硕果累累。

 

而在肿瘤诊断方向，随着基因组测序技术的不断发展，以外周血液中循环肿瘤 DNA（ctDNA）为主要标志物的液体活检，已经成为最具潜力的肿瘤早期精准诊断技术。

 

2018 年 11 月 7 日，Science 子刊 Science Translational Medicine 杂志以封面形式发表重磅研究，来自英国、丹麦、波兰、荷兰和瑞士的国际研究团队，基于 ctDNA 片段大小的特征，创建了一个新的度量指标，通过这种全新的液体活检技术，为 94％的乳腺癌、肠癌、卵巢癌、皮肤癌和胆管癌提供了阳性结果，误报率仅为 2.5％。

 

仅一周之后的 11 月 14 日，Nature 杂志再次发表有关液体活检的重磅文章。来自加拿大多伦多大学的研究团队，以 ctDNA 的表观遗传学特征为指标，通过分析 ctDNA 甲基化的变化，精准判断癌症类型并找到癌症病灶。

图 | 11 月 14 日 Nature 杂志发表的论文

 

本次研究论文的通讯作者、加拿大玛嘉烈公主癌症中心（Princess Margaret Cancer Centre）研究员 Daniel D. De Carvalho 博士表示，“这项研究结果描述的不仅仅是一种早期检测癌症的方法，而且是能够在症状出现很久之前就能发现癌症，这也就预示着能够更容易地治疗癌症。”

革命性的肿瘤早期诊断技术

传统的癌症诊断，主要依靠的是活体组织检查（即活检）。为了判断一个已经发现的“大瘤子”是良性还是恶性，这种技术需要从患者体内切取、钳取或穿刺等取出病变组织，进行病理学检查。

 

活检之所以常作为临床的最后诊断，是因为其最大的优点就是准确，也就是说，是不是癌症，做个活检基本上就能盖棺定论。但是，缺点也是显而易见的，毕竟进行活检的前提，就是已经发现了肿瘤（只是不确定恶性还是良性，有时候还会在手术台上临时取病变送检），往往最怕活检结果出来，整个空气都凝固了。

 

如果能够实现癌症的早期发现和诊断，也就意味着能够将癌症扼杀在摇篮里，更是能够免去肿瘤转移以及后续治疗的痛苦。

 

近几年，用于癌症早期诊断和预后管理的微创液体活检技术取得突破进展，并被《麻省理工科技评论》评为 2015 年全球十大突破性技术之一（TR 10）。

这种液体活检技术，只需要通过体外无创抽血，对肿瘤或转移灶释放到血液的循环肿瘤细胞 (CTC) 和 ctDNA 碎片进行检查，即可实现对全身肿瘤信息监测，规避了传统方式需要手术、穿刺活检的局限性。

因此，一些人夸张地将液体活检技术称之为“滴血测癌”。

图 | 血液样本（图片来源：praisaeng / Fotolia）

 

科学家们也意识到液体活检的巨大潜力，不仅可以实现癌症的早发现早诊断，液体活检技术还可以追踪肿瘤的进化动力学和异质性，并且可以早期发现治疗抵抗、残留疾病和复发。

 

比如，ctDNA 提供了对肿瘤基因组的综合描述，通过对 ctDNA 的分析，可以发现组织活检中无法发现的体细胞突变，肿瘤的类型以及病灶位置，甚至能够提供肿瘤大小等信息。

此外，ctDNA 还具备预测预后的价值，作为手术或化疗之后复发和不良预后的有力标志；更有趣的是，通过对 ctDNA 的分析，还能够发现肿瘤抗性的标志物，不仅反映出疾病的发展状态和对疗法的反应，还有望帮助发现全新的药物靶点。

 

可以认为，能够实现癌症早期微创精准诊断的液体活检的技术突破，其意义不亚于 CAR-T 等免疫疗法的出现对于肿瘤治疗的影响。

 

“滴血测癌”的巨大挑战

但是，新兴的液体活检技术也面临着巨大挑战。

 

首先，想要在血浆中找到肿瘤的蛛丝马迹，无异于大海捞针。因为人体血浆（也有基于尿液、腹水或胸腔积液的液体活检）的成分，就像有着无数未知的海洋一样。除了我们常说的血液细胞和血浆蛋白外，血浆中的成分还包括各种酶类蛋白质、脂类、电解质、糖类和各种代谢废物等。

 

液体活检的主要检测分析对象，是血浆中的循环肿瘤细胞、循环无细胞 DNA（cfDNA）、循环肿瘤 DNA（ctDNA），还有一些分析物包括循环无细胞 RNA（cfRNA）、细胞外囊泡（EVs）以及某些蛋白质和代谢产物。

图 | ctDNA（图片来源：ayassbioscience.com）

 

这其中，最大的问题就是ctDNA量太少，尤其是在肿瘤发生早期。检测对象量少也就算了，人体正常细胞的衰老也会对 ctDNA 检测造成影响。因为正常的衰老细胞也会积累很多体细胞突变，可能会被误认为出现了肿瘤。

 

当然，近年来基因测序技术的进步，一定程度上克服了液体活检面临的 ctDNA 低水平问题，提高了发现肿瘤突变基因的分析敏感度。

 

还有一个最关键的难题，就是如何将检测到的 ctDNA 与癌症诊断准确对应在一起。为此，科学家们也是不遗余力地通过对肿瘤 DNA、RNA、蛋白质和表观遗传特征的多参数分析，实现更准确地描述肿瘤特征。

 

不断取得的重大突破

虽然现有的液体活检技术还存在很多不足，但研究人员正在通过扩大信息获取与检测的范围，不断释放液体活检技术的巨大潜力。各种旨在提高液体活检临床有效性和实用性的技术和方法也层出不穷。

 

比如对癌症发病初期 DNA 甲基化修饰变化的分析、对 cfDNA 核小体位置分析，低剂量计算机断层扫描（LDCT）技术与 miRNA 分析技术的结合、对细胞外囊泡的转录组和基因组的分析、对经过肿瘤“教育”的血小板分析，以及对肿瘤蛋白质和代谢物的分析，此外还有对活性循环肿瘤细胞分析的单细胞分析技术。

 

在 Science Translational Medicine 发表的研究中，研究人员则是创造性地发现了 ctDNA 片段与众不同的一个特征。

图 | 11 月 7 日 Science Translational Medicine 封面

 

在对来自 200 名患有 18 种癌症类型的患者和来自健康对照的 65 位患者提供的 344 份血浆样本中，研究人员发现，肿瘤 DNA 片段往往比来自其它来源的 DNA 片段小，而且不同类型癌症的 DNA 片段大小也各不相同。

 

研究人员还尝试通过机器学习技术增强 ctDNA 的检测，并依据不同癌症类型癌症循环 DNA 片段的不同，创建了一个新的度量指标。研究人员报告称，他们的模型测试显示该技术非常可靠，正确诊断出 94％来自已知具有高水平 ctDNA 结肠直肠癌、胆管癌、卵巢癌、乳腺癌和黑色素瘤的癌症样本，以及 65％来自低 ctDNA 胰腺、肾脏和胶质瘤的癌症样本。

 

在 11 月 14 日 Nature 杂志发表的研究中，研究人员使用免疫沉淀技术和高通量测序进行分析，通过对常见甲基化修饰位点区域的富集，大幅提高 cfDNA 的检测效率。

 

研究人员通过对来自 7 个疾病部位（肺癌、胰腺癌、结肠直肠癌、乳腺癌、白血病、膀胱癌和肾癌）的 300 个患者肿瘤样本和健康供体样本以及 cfDNA 进行分析，识别出每种癌症类型特有的数千种修饰，并且成功实现血浆 DNA 与肿瘤 DNA 的匹配。

图 | 肺癌细胞（图片来源：Wellcome Images）

 

之后，研究人员又进一步扩大研究范围，对来自更多癌症类型的 700 多种肿瘤和血液样本进行了分析和成功匹配。

 

De Carvalho 博士说，“我们对此非常兴奋。癌症的一个主要问题是如何及早发现它。血液中的肿瘤 DNA 含量很少，如何在血液中找到十亿分之一的癌症特异性突变，尤其是在早期阶段，这是一个'大海捞针'的问题。”

 

商业 ctDNA 检测的争议

最后，为避免大家被某些媒体的《重大突破！一滴血可测癌症已被批准临床使用》《厉害了！95 后女博士率团突破滴血验癌难关》等谣言带偏节奏，有必要提一下目前商业液体活检（所谓滴血测癌）的争议。

 

首先，前文提到的 ctDNA 低水平，意味着想要实现癌症诊断，“一滴血”是不够的，一大针管儿都不一定够，起码目前的技术水平是这样；

 

其次，目前没有一个血液标志物能百分百地诊断肿瘤。利用 DNA、RNA、蛋白质和表观遗传特征的多参数综合分析，才有可能诊断出一定比例的癌症。判断准确诊断出患者概率的指标，称之为灵敏度，回顾几乎所有的科学研究，灵敏度在特定实验对象中能超过 90%，都已经很高了。

图 | 基因检测（图片来源：geneticliteracyproject.org）

 

最后，检测出基因突变并不等同于发现癌症，灵敏度高也不意味着方法靠谱，还必须保证特异度，即正确判断非病人的概率。也就是说，还不能把非病人都诊断成病人才行。

 

目前的很多研究结果，要么灵敏度很高，但特异度很低，要么是特异度很高，灵敏度很低。

 

11 月 8 日，Nature 子刊 Nature Reviews Genetics 刊发了一篇《精准肿瘤学领域液体活检的现状和未来》的综述，其中就表示，商业 ctDNA 检测的一致性和临床有效性目前仍有争议。

 

比如，之前有研究人员将同一批癌症患者的血浆样本，送往两家顶尖基因检测公司进行液体活检，结果竟然大不相同。这个相当尴尬的结果，曾发表在 2017 年 12 月的 JAMA Oncology 杂志，无异于在液体活检风头正盛的时候泼了一盆冷水。

 

当然这只能说明，目前的 ctDNA 检测，还仅限于临床研究目的。那些想要商业化的人，真是有点太着急了。

 

不过，可以想象的是，当液体活检的临床有效性和临床实用性得到证明之后，这项技术的全部的潜力将会被释放，将为基因组学驱动的肿瘤学和癌症患者临床管理带来革命性的重大影响。

 

-End-

参考：

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0703-0

http://stm.sciencemag.org/content/10/466/eaat4921

https://www.nature.com/articles/s41576-018-0071-5

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