從2016年FDA批準首個(gè)基于EGFR基因突變的液體活檢產(chǎn)品，到今年8月bTMB被證實(shí)可以預測免疫治療的效果，液體活檢已在腫瘤治療領(lǐng)域大放異彩。

不幸的是，血液中的腫瘤循環(huán)DNA分子含量通常遠遠低于血液中非癌癥相關(guān)DNA的片段，這使得檢測它們非常困難，特別是在癌癥的早期階段。

今天，英國劍橋大學(xué)科學(xué)家NitzanRosenfeld帶領(lǐng)的團隊，終于為液體活檢打開(kāi)了封印。他們發(fā)現了血液中循環(huán)腫瘤DNA和非腫瘤DNA片段的長(cháng)度分布特征。找到了一種更靈敏的血液中腫瘤DNA檢測方法。

研究者們在體外富集血漿中特定片段長(cháng)度的游離DNA（cfDNA），然后測序，發(fā)現用測序結果區分腫瘤血液樣本和健康血液樣本時(shí)，曲線(xiàn)下面積超過(guò)0.99，而未富集的普通cfDNA檢測只有不到0.8。此外，這種富集的方法可以使液體活檢在更早期就能檢測到癌癥。這項研究發(fā)表在最新一期的著(zhù)名學(xué)術(shù)期刊ScienceTranslationalMedicine上[1]。

血漿中存在著(zhù)很多游離的DNA（cfDNA），包括腫瘤來(lái)源的（ctDNA），以及非腫瘤來(lái)源的。非腫瘤來(lái)源的DNA占了cfDNA的絕大部分，使得ctDNA的豐度很低[2]。以往的研究發(fā)現，只有當ctDNA在cfDNA中的豐度在10%或以上時(shí)，才能得到準確的腫瘤信息[3]。但是，除了某些晚期的腫瘤會(huì )釋放大量ctDNA外，大多數腫瘤患者的ctDNA的豐度達不到這個(gè)標準[4]。

目前，主要是通過(guò)加大測序深度來(lái)提高ctDNA檢測的靈敏度和準確率，但是加大測序深度可能會(huì )帶來(lái)假陽(yáng)性的結果，因為非腫瘤來(lái)源的DNA中也可能帶有各種腫瘤相關(guān)的突變[5]。這些問(wèn)題一直限制著(zhù)液體活檢的應用。

不過(guò)，科學(xué)家的另一個(gè)發(fā)現卻可能解決這個(gè)問(wèn)題。之前有研究表明，不同細胞釋放到血液中的cfDNA的長(cháng)度會(huì )有所不同，例如，很多cfDNA的長(cháng)度都是167bp（與一個(gè)核小體的DNA長(cháng)度類(lèi)似），這可能與細胞凋亡過(guò)程中半胱天冬酶依賴(lài)的DNA裂解相關(guān)[6]。

嬰兒的cfDNA就明顯比母親的cfDNA片段短，這個(gè)特點(diǎn)被運用與產(chǎn)前診斷[7]。這些研究說(shuō)明不同細胞來(lái)源的cfDNA在長(cháng)度上會(huì )呈現獨特的模式，可能可以作為區分cfDNA來(lái)源的信號。

這種cfDNA片段長(cháng)度的差異很可能就存在于腫瘤細胞與非腫瘤細胞之中。這是一個(gè)絕妙的假設，如果這個(gè)假設成立，就可能解決腫瘤液體活檢面臨的困境。

不過(guò)，之前少數幾個(gè)在此方面的研究卻得出了相互沖突的結果，使得這方面的研究裹足不前。他們的問(wèn)題主要在于不了解造成這種生物學(xué)差異的原因[8]。也即，不知道腫瘤細胞的DNA長(cháng)度為什么會(huì )不同，使DNA片段的長(cháng)度特征信號無(wú)法準確地代替腫瘤cfDNA。

NitzanRosenfeld博士接過(guò)了這個(gè)研究的大旗。他們猜測之前研究者失敗的原因，可能是得到的ctDNA片段的長(cháng)度特征信號不夠靈敏。

于是，Rosenfeld博士帶領(lǐng)的研究者們設計新的方案進(jìn)行了研究。他們從200個(gè)癌癥病人中收集了344份血漿樣本（包括18種不同類(lèi)型的癌癥），然后取了65個(gè)健康人的血漿樣本作為對照。提取這些血漿樣本中的cfDNA后，分析發(fā)現健康人與癌癥患者的cfDNA在90-150bp、180-220bp和250-320bp之間的分布都有所不同。

當他們將這些cfDNA測序后發(fā)現了令人驚訝的結果，帶有癌癥突變的ctDNA片段普遍比核小體DNA片段（167bp）短20-40bp，在90-150bp區間富集，還有些在250-320bp之間富集（這可能是腫瘤細胞的雙核小體片段）。

以上結果可能預示著(zhù)ctDNA在90-150bp區間的豐度可能會(huì )很高。研究者們在一種硅芯片上將cfDNA在按片段長(cháng)度進(jìn)行分離，通過(guò)測序發(fā)現在90-150bp區間中，ctDNA的豐度明顯提高。這說(shuō)明可以通過(guò)富集短片段的方法提高ctDNA的豐度，進(jìn)而能提高檢測的靈敏度和準確性。

于是，研究者們先用這種片段選擇性測序的方法檢測癌癥病人的腫瘤進(jìn)展，發(fā)現比CT成像提前了60天檢測了腫瘤進(jìn)展，而比未經(jīng)過(guò)片段選擇性的液體活檢提前了89天。片段選擇性測序顯示了無(wú)與倫比的優(yōu)勢！

新方法的優(yōu)勢還不止于此，研究人員取了一個(gè)隊列研究中48份腫瘤患者的血漿樣品，分別通過(guò)cfDNA片段選擇性測序和普通cfDNA測序，與已知結果相比，兩者的準確率分別是82%和50%。片段選擇性測序對準確率的提升幅度異常明顯。

但是，科學(xué)家對這個(gè)結果還不是很滿(mǎn)意，覺(jué)得它還有提升的空間。因為其他長(cháng)度的片段上也存在腫瘤突變，而只取90-150bp的片段會(huì )丟失一些信息。這種粗獷劃分顯然不能代表現代科學(xué)的水平。

接著(zhù)，研究者們將各個(gè)長(cháng)度區間的片段，包括P（20to150），P（100to150），P（160to180），P（180to220），以及P（250to320），都進(jìn)行了分析，結合已知的突變位點(diǎn)，通過(guò)機器學(xué)習算法去尋找更加精細的規律，得到了一個(gè)人工智能模型。用這個(gè)模型在區分腫瘤血液樣本和健康血液樣本時(shí)，曲線(xiàn)下面積達到0.994，相當令人震撼！

當然，作者表示他們的方法還有一定局限性，那就是他們在體外對不同片段長(cháng)度的DNA進(jìn)行分離的方法，會(huì )造成一定偏差?？赡懿荒軠蚀_反應小于100bp和大于300bp長(cháng)度的ctDNA。

盡管如此，從已達到的效果來(lái)看，這個(gè)通過(guò)片段特異富集進(jìn)行液體活檢的方法，可以更早更靈敏地檢測腫瘤，這對于腫瘤的治療有重要意義！

本文第一作者M(jìn)oulier說(shuō)道，理論上這項新技術(shù)可以用于檢測所有類(lèi)型的腫瘤。并且，這種技術(shù)對很多實(shí)驗室來(lái)說(shuō)都很簡(jiǎn)單，這意味著(zhù)在不久的將來(lái)，它就能對公眾開(kāi)放[9]。