1948年，關(guān)于血液中循環(huán)的無(wú)細(xì)胞DNA(cell-free DNA，cfDNA)和無(wú)細(xì)胞RNA的科學(xué)研究首次發(fā)布。這代表著人類向探索使用無(wú)細(xì)胞DNA檢測(cè)腫瘤邁出的第一步?？爝M(jìn)到今天，多種基于游離DNA和其他血液或體液中生物標(biāo)志物的液體活檢已經(jīng)獲批上市或進(jìn)入臨床開(kāi)發(fā)階段。它們不但可能幫助腫瘤患者選擇最適合的治療方法，幫助預(yù)測(cè)疾病的預(yù)后并且監(jiān)控腫瘤的進(jìn)展，且有望成為癌癥早期篩查的有力工具。本文對(duì)這一領(lǐng)域的最新動(dòng)態(tài)進(jìn)行闡述。

癌癥早篩液體活檢的夢(mèng)想和挑戰(zhàn)

液體活檢，顧名思義是根據(jù)人體的各種體液中的生物標(biāo)志物進(jìn)行的“活體檢查”。傳統(tǒng)的組織活檢已經(jīng)有相當(dāng)久遠(yuǎn)的歷史，但是這種檢測(cè)手段需要通過(guò)切除、鉗取、或穿刺等方式，從患者體內(nèi)取出病變組織。

傳統(tǒng)組織活檢不但可能給患者帶來(lái)痛苦，而且對(duì)于很多患者來(lái)說(shuō)，他們因?yàn)槟[瘤所在位置或者其他原因無(wú)法接受組織活檢或者無(wú)法提供足夠的組織樣本。因此，通過(guò)從血液或其他體液中發(fā)現(xiàn)腫瘤的“蛛絲馬跡”，是許多研究人員的夢(mèng)想。因?yàn)椋蠖鄶?shù)癌癥，如果發(fā)現(xiàn)得早，治愈的機(jī)會(huì)大幅度提高。

然而，液體活檢目前在臨床實(shí)踐中的應(yīng)用并不廣泛，開(kāi)發(fā)具有足夠敏感度(sensitivity)和特異性(specificity)的檢測(cè)手段并不容易。在血液中，源于癌細(xì)胞的游離DNA可能只占所有游離DNA的0.1%，甚至更少。發(fā)現(xiàn)屬于癌細(xì)胞的DNA片段無(wú)異于大海撈針。如何才能提高撈到針的機(jī)會(huì)呢?

檢測(cè)DNA甲基化特征——液體活檢的新策略

常見(jiàn)的液體活檢策略是檢測(cè)與癌癥相關(guān)的基因突變，這種檢測(cè)對(duì)于為患者選擇合適的靶向療法來(lái)說(shuō)非常有意義。例如，發(fā)現(xiàn)癌癥患者攜帶EGFR或者ALK基因突變就可以使用靶向EGFR或者ALK的多種靶向療法。

然而，對(duì)于癌癥早篩來(lái)說(shuō)，檢測(cè)驅(qū)動(dòng)癌癥發(fā)生的致癌基因突變可能受到多種因素的限制，其中包括：早期癌癥不但釋放的DNA片段更少，攜帶的基因突變也更少;而且包括血液中的白細(xì)胞在內(nèi)的其他健康細(xì)胞也可能積累與癌癥相關(guān)的基因突變，從而讓檢測(cè)源于癌癥的信號(hào)變得更加困難。

近年來(lái)，檢查DNA甲基化的變化正在成為液體活檢，尤其是癌癥早篩的新策略。癌癥雖然源于細(xì)胞基因上發(fā)生的突變，但是從正常細(xì)胞向癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)變需要細(xì)胞中多種代謝和生理過(guò)程的變化，這意味著癌細(xì)胞與正常細(xì)胞相比，在多個(gè)基因的表達(dá)方面有顯著差異。對(duì)DNA的甲基化是調(diào)控基因表達(dá)的一種重要方式。

已有研究表明，DNA甲基化的變化是癌癥發(fā)生是最早出現(xiàn)的基因組變化之一。表現(xiàn)為在基因組的大部分區(qū)域出現(xiàn)低甲基化(hypomethylation)，而在特定局部位點(diǎn)出現(xiàn)超甲基化(hypermethylation)。

超甲基化可以抑制抑癌基因的表達(dá)，而低甲基化可以促進(jìn)基因組不穩(wěn)定性，從而增加細(xì)胞突變的幾率。由于DNA甲基化變化發(fā)生的位點(diǎn)非常廣泛，與驅(qū)動(dòng)癌癥的基因突變相比，檢測(cè)DNA甲基化變化可能大幅度提高液體活檢的靈敏度。

在基因組中，通常只攜帶2-3個(gè)基因突變的區(qū)域中可能包含豐富的甲基化變化特征。“你可能在基因組的同一區(qū)域發(fā)現(xiàn)上百甚至上千個(gè)甲基化變化?！敝铝τ陂_(kāi)發(fā)癌癥早篩檢測(cè)的液體活檢公司GRAIL的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席科學(xué)官Alex Aravanis指出。這也是GRAIL公司在去年決定轉(zhuǎn)向通過(guò)檢查DNA甲基化特征開(kāi)發(fā)癌癥早篩液體活檢測(cè)試的原因之一。

檢測(cè)DNA甲基化特征的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于人體的不同組織或者器官在發(fā)育過(guò)程中，由于需要啟動(dòng)或者關(guān)閉特定的基因，因此基因組中攜帶著與組織和器官相關(guān)的特定甲基化特征。比如，乳腺細(xì)胞的甲基化特征與肺組織的甲基化特征有所不同。因此，通過(guò)分析DNA甲基化特征還可以找出游離腫瘤DNA的組織來(lái)源。

GRAIL公司基于檢測(cè)DNA甲基化的多癌種液體活檢測(cè)試已經(jīng)獲得了美國(guó)FDA授予的突破性醫(yī)療器械認(rèn)定。在去年ESMO大會(huì)上公布的臨床試驗(yàn)結(jié)果表明，這一檢測(cè)能以99.4%的特異性檢測(cè)出20多種癌癥類型的信號(hào)，而且能夠?yàn)?7%的測(cè)試樣本提供癌癥組織來(lái)源信息，其中89%的組織來(lái)源判定是正確的。

結(jié)合蛋白生物標(biāo)志物和DNA片段檢測(cè)

單單檢測(cè)源于腫瘤的DNA片段可能受到DNA片段數(shù)量稀缺的限制，然而血液中存在的與腫瘤相關(guān)的生物標(biāo)志物并不只有源于腫瘤的DNA。去年成立的癌癥早篩公司Thrive Early Detection開(kāi)發(fā)的的多癌種癌癥早篩檢測(cè)采取的策略就是將檢測(cè)血液中DNA片段上的基因突變與檢測(cè)血液中癌癥相關(guān)的蛋白生物標(biāo)志物相結(jié)合。

這家A輪融資達(dá)到1.1億美元的初創(chuàng)公司的液體活檢測(cè)試名為CancerSEEK，基于約翰霍普金斯大學(xué)的癌癥研究先驅(qū)Bert Vogelstein、Kenneth Kinzler、和Nickolas Papadopoulos的研究。

在2018年發(fā)表在Science上的一項(xiàng)回顧性研究中，CancerSEEK能夠以超過(guò)99%的特異性，和69%-95%的靈敏度發(fā)現(xiàn)5種癌癥類型。它們是卵巢癌、肝癌、胃癌、胰腺癌和食道癌。這款液體活檢也已經(jīng)獲得美國(guó)FDA授予的突破性醫(yī)療器械認(rèn)定。

靶向癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞的多組學(xué)檢測(cè)

大多數(shù)液體活檢檢測(cè)的生物標(biāo)志物來(lái)源于癌細(xì)胞，F(xiàn)reenome公司的癌癥早篩策略與眾不同的地方在于它不但檢測(cè)與癌細(xì)胞相關(guān)的DNA甲基化和蛋白生物標(biāo)志物的改變，還將目光投向了血液循環(huán)中的免疫細(xì)胞。在癌癥發(fā)生的早期，人體中的免疫細(xì)胞就對(duì)癌細(xì)胞產(chǎn)生了免疫反應(yīng)，這些免疫細(xì)胞的變化可以間接表明癌癥的發(fā)生。

在一項(xiàng)回顧性研究中，F(xiàn)reenome檢測(cè)源于腫瘤和免疫細(xì)胞的無(wú)細(xì)胞DNA的液體活檢在檢測(cè)1級(jí)和2級(jí)結(jié)直腸癌時(shí)達(dá)到85%的敏感度和85%的特異性。這一檢測(cè)還沒(méi)有綜合無(wú)細(xì)胞DNA以外的其他生物標(biāo)志物。如果綜合其他標(biāo)志物進(jìn)行多組學(xué)(multi-omic)檢測(cè)，“我相信我們能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越這一表現(xiàn)。”Freenome公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席合作官Charles Roberts指出。

癌癥早篩液體活檢未來(lái)的方向

在癌癥早篩領(lǐng)域，液體活檢正在步入一個(gè)令人興奮的時(shí)代。多款液體活檢已經(jīng)進(jìn)入前瞻性臨床研究階段。例如GRAIL公司的STRIVE研究已經(jīng)注冊(cè)了接近10萬(wàn)名接受乳房X線攝影(鉬靶)篩查的女性，將使用液體活檢篩查她們患上多種癌癥類型的可能。Thrive Early Detection公司開(kāi)展的DETECT前瞻性早篩研究已經(jīng)注冊(cè)了年齡65-75歲之間的1萬(wàn)名健康女性。這項(xiàng)研究的中期數(shù)據(jù)有望在今年年中公布。

Freenome公司的AI-Emerge研究將比較該公司的多組學(xué)液體活檢與已經(jīng)獲得FDA批準(zhǔn)的Cologuard糞便DNA檢測(cè)相比，在檢測(cè)早期結(jié)直腸癌患者時(shí)的準(zhǔn)確性。這項(xiàng)試驗(yàn)的結(jié)果有望在今年公布。Guardant Health公司也在去年10月啟動(dòng)名為ECLIPSE的關(guān)鍵性臨床研究，檢測(cè)其綜合DNA序列和甲基化特征的液體活檢LUNAR-2作為結(jié)直腸癌早篩檢測(cè)的效果。這項(xiàng)前瞻性研究注冊(cè)了1萬(wàn)名攜帶平均風(fēng)險(xiǎn)的志愿者。

部分癌癥液體活檢測(cè)試

這些前瞻性研究的結(jié)果，可能決定我們能否看到第一款獲批上市的癌癥早篩液體活檢測(cè)試，然而我們還需要等待幾年才能看到成熟數(shù)據(jù)。同時(shí)，各家公司仍然在不斷優(yōu)化它們的測(cè)試方法，結(jié)合大量健康人和癌癥患者的數(shù)據(jù)，優(yōu)化到底該選擇哪種生物信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，如何解釋結(jié)果，應(yīng)該著重開(kāi)發(fā)對(duì)哪些癌癥類型的篩查。 (來(lái)源 藥明康德)