通過癌細胞脫落的 DNA 碎片的“打包模式”,檢測出 7 種癌癥的存在

約翰·霍普金斯大學(xué) Kimmel 癌癥中心的研究人員開發(fā)了一種簡單的新型血液檢測方法，通過發(fā)現(xiàn)循環(huán)血液中癌細胞脫落的 DNA 碎片的“打包模式”，可以檢測出 7 種不同類型癌癥的存在。

在概念驗證研究中，被稱為 DELFI（用于早期攔截 DNA 片段）的測試準(zhǔn)確地檢測了來自 208 名患有不同階段乳腺癌、結(jié)腸直腸癌、肺癌、卵巢癌、胰腺癌、胃癌和膽管癌患者的血液樣本，其中 57％至 99％以上患者存在循環(huán)腫瘤 DNA。DELFI 在 215 名健康人的血液樣本測試中識別準(zhǔn)確，僅在 4 例病例中錯誤識別。該測試使用機器學(xué)習(xí)來識別癌癥患者血液中 DNA 片段的異常“包裝”模式。研究人員表示，在研究這些“打包”模式后，他們可以在高達 75％的病例中識別出腫瘤的存在。該研究近日發(fā)表在 Nature 雜志上。

用于檢測腫瘤的血液檢查或“液體活組織檢查”通常會尋找與正常樣本存在差異的突變，這些突變是癌細胞內(nèi) DNA 序列或 DNA 出現(xiàn)異常的甲基化，但這種異常變化并非在所有癌癥患者中都能檢測到。Victor E. Velculescu 教授表示，DELFI 采取了一種不同的方法，通過檢測血液中來自基因組不同區(qū)域的 DNA 大小和數(shù)量來研究細胞核中 DNA 的包裝方式，以尋找腫瘤的線索。

醫(yī)學(xué)博士 Alessandro Leal 表示，健康細胞的細胞核將 DNA 包裝在一個“分區(qū)規(guī)則的手提箱”內(nèi)，基因組的不同區(qū)域被小心地放置在不同的隔間中。相比之下，癌細胞的細胞核更像是雜亂無章的“手提箱”，整個基因組的片段被隨意拋出。Jillian Phallen 博士表示，由于種種原因，癌癥基因組在包裝方式上變得雜亂無章，這意味著當(dāng)癌細胞死亡時，它們會以混亂的方式將 DNA 釋放到血液中。通過檢查這種無細胞 DNA（cfDNA），DELFI 可利用基因組不同區(qū)域的 DNA 大小和數(shù)量異常來識別癌癥的存在。

圖丨 DELFI 工作示意圖（來源：Genome-wide cell-free DNA fragmentation in patients with cancer）

研究人員表示，可以通過從個體采集一管血液，提取 cfDNA，研究 cfDNA 基因序列和確定碎片特征來篩查癌癥。通過將來自個體的全基因組片段化模式與參考群體進行比較，可明確該“打包”模式是源自健康細胞還是源自癌細胞。

在目前的研究中，約翰·霍普金斯大學(xué)的研究人員與來自美國、丹麥和荷蘭的合作伙伴一起，對來自 208 名癌癥患者的 cfDNA 進行低覆蓋率的全基因組測序，其中包括 54 名乳腺癌患者，27 名結(jié)腸直腸癌患者，12 名肺癌患者，28 名卵巢癌患者，34 名胰腺癌患者，27 名胃癌患者和 26 名膽管癌患者。同時，他們還分析了 215 名健康個體的 cfDNA。

圖|DELFI 在腫瘤病人的特異性識別率（來源：Genome-wide cell-free DNA fragmentation in patients with cancer）

研究人員報告稱，總體而言，健康個體具有相似的碎片特征，而患有癌癥的患者具有更多可變的碎片特征，與正常人具有較大的差異。DELFI 在 73％的癌癥患者體內(nèi)檢測到癌癥，而在 215 個健康個體中僅出現(xiàn)了 4 例錯誤分類（特異性為 98％）。同時，研究人員還發(fā)現(xiàn)該測試在鑒定 cfDNA 起源組織方面準(zhǔn)確率為 61％-75％。當(dāng) DELFI 和基于突變的 cfDNA 分析相結(jié)合時，研究人員可以準(zhǔn)確地檢測出 91％的癌癥患者。

由于該測試易于管理，并采用簡單且廉價的實驗室方法，Velculescu 教授預(yù)計該測試最終可能比其他癌癥篩查測試（包括其他當(dāng)前的 cfDNA 測試）更適用于臨床使用。