不到1毫升血液就可以精確檢測結直腸癌？科學家開發新的液體活檢技術_風聞

結直腸癌（大腸癌，CRC）是對初始在結腸或直腸部位的組織發展形成的癌症統稱。CRC已成為世界範圍內最常見的惡性腫瘤之一，每年導致約70萬人死亡。

目前，根據《中國結直腸癌篩查與早診早治指南》，建議中低風險人羣在50歲起接受結直腸癌篩查。然而，常規的檢測方法，如腸鏡或組織活檢是侵入性的，不僅費用昂貴，過程痛苦，而且還可能存在風險。因此，讓不少患者望而卻步，並可能錯過最佳的診斷和治療時期。顯然，迫切需要一種更好的能改善臨牀體驗的診斷工具。

2022年9月8日，發表在《Nature Biotechnology》上的一項新研究中，來自以色列魏茲曼科學研究所和希伯來大學領導的國際研究團隊開發了一種基於單分子的液體活檢方法，只需不到1毫升血液就可以檢測腸直腸癌、胰腺癌，以及更廣泛的癌症和其他疾病。該方法在檢測結直腸癌方面達到了92%的精確度，從而證明了對結直腸癌診斷的應用價值。

基於遊離細胞DNA（cfDNA）分析的非侵入性液體活檢方法提供了新一代的診斷方法。在健康個體中的cfDNA主要來源於正常死亡的血細胞。血漿中的cfDNA以核小體（cfNucleosomes）的形式存在，維持着組織和癌症特異性的表觀遺傳狀態。然而，在癌症個體中，有一部分cfDNA來源於循環腫瘤DNA（ctDNA）。

目前，基於cfDNA分析的無創液體活檢方法正處於高水平的發展階段；基於ctDNA的序列分析也被證明可以揭示腫瘤特異性基因改變。然而，由於需要基因差異（突變）來區分正常和腫瘤DNA，因此這些方法都存在侷限性和無法避免的缺陷。

最近開發的液體活檢方法開始依賴於表觀遺傳學，即不涉及DNA突變的細胞基因組修飾；但這些方法同樣遇到了問題，或需要患者提供過多的血液，或只尋找單一的表觀遺傳變化，導致不能產生足夠可靠的結果。

在這項新研究中，該團隊重新思考了基於表觀遺傳學的方法，並開發出一種名為血漿分離核小體表觀遺傳學的技術（EPINUC），該技術建立在研究人員此前開發的針對單分子進行成像方法的基礎上。該方法可以僅用極少量材料就能在熒光顯微鏡下實現精確的表觀遺傳圖譜。它可以用來觀察核小體上的表觀遺傳標記。核小體是包裹在蛋白質“線軸”上的DNA片段。當細胞被破壞時，核小體會像漂浮物一樣脱落到血液中。因此，對血液中發現的數百萬個核小體進行分析也可以檢測癌症。

研究人員應用EPINUC生成由三層信息（組蛋白PTM、DNA甲基化和蛋白質生物標誌物）組成的高維數據，這些數據來自33個健康個體和63個晚期結直腸癌患者的的血漿樣本。他們發現，結直腸癌患者的血漿核小體明顯高於健康對照組。EPINUC可以揭示出結直腸癌患者血漿中顯著的表觀遺傳和生物標誌物改變。這項分析涵蓋了與癌症相關的六種不同的表觀遺傳修飾，以及多種其他癌症的指標，還包括來自死亡腫瘤的蛋白質片段。這些都是傳統技術無法檢測到的。

接下來，該團隊將所揭示的癌症分子生物學與人工智能算法相結合，將機器學習應用到從兩組個體獲得的大數據集中。不僅對所有的癌症標誌物進行了分析，還對它們的組合和關係進行了分析。

為了確保這項新技術不僅限於結直腸癌，研究人員還將健康志願者的血液核小體與10名胰腺癌患者的進行了比較。新技術可以以創紀錄的準確率分辨出健康組和癌症患者組之間的區別，精確度達到92%。

最後，研究人員將EPINUC與直接單分子DNA測序相結合，從而揭示出結直腸癌、胰腺癌、肺癌和乳腺癌的起源組織。

總之，EPINUC技術可以從小於1毫升的液體活檢材料中提供潛在臨牀相關性的多維度信息，有望成為現有傳統檢測方法的替代工具。

研究人員表示，由於EPINUC技術所揭示的細節水平，這些檢測結果可以通過為每個患者制定的最佳治療方案來推進個性化醫療。未來，該技術不僅可以用於診斷各種癌症，還可以用於診斷在血液中留下痕跡的其他疾病，如自身免疫疾病或心臟病。

目前，該團隊正努力將這一剛剛完成的概念驗證研究轉到更廣泛的試驗階段。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41587-022-01447-3