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高精准度液体活检

已有 791 次阅读 2019-11-29 13:06 |个人分类:生物科技|系统分类:科研笔记| 液体活检, 精准医学, 高精度测序

       针对人血浆中非细胞成分的游离DNA(cfDNA)的检测技术近年来发展迅速。对实体释放到血浆与体液中相关分子可以做实时定量检测,该方法也被称为“液体活检”。 由于这种方法的取材简易方便,低侵入性和成本的不断下降,结合代测序(NGS)技术可以进一步对外周血浆DNA样品做深度分析因此,“液体活检”正在逐步纳入临床应用

 

“液体活检”用于肿瘤分子病理学诊断主要是依据这样的事实癌症患者外周血中存在进入血循环的肿瘤细胞和来自肿瘤组织释放核酸成分,尤其是DNA,也有称之为循环肿瘤DNA(ctDNA);这些癌细胞和ctDNA携带了全部或部分肿瘤基因突变信息

 

血浆中存在的游离DNA(cfDNA)可以源自衰老和凋亡的正常细胞,也可以来自坏死肿瘤细胞后者也就是ctDNA)最常用于肿瘤的“液体活检”。在某些情况下,由于恶性病灶释放到血液中的ctDNA率偏来自正常细胞的循环DNA常以较高比率存在,可能限制或干扰了对来自实体肿ctDNA的检测敏感性和准确性

 

在这方面,主要的干扰因素之一可能是来自造血系统中产生的循环DNA。一些研究认为血浆中很大比率的循环DNA来自血液系统,包括骨髓的造血细胞在健康的个体中,造血细胞会在衰老过程中发生某些克隆扩增,称为克隆性造血clonal hematopoiesisCH)也就是说这些血细胞克隆会具有与总体正常造血不同的某些独特特征;而且这些克隆性扩增细胞群体中也会有基因突变发生当然,这些突变大多不是实体瘤中经常出现的那些基因改变,是也有某些与肿瘤相关的基因突变发生,例如TP53或KRAS因此,建立能够针对肿瘤来源的基因改变进行准确测定的高灵敏度突变检测方法过滤和排除非肿瘤来源的基因改变,允许做到精指导肿瘤靶向对提高肿瘤临床治疗的疗效具有重要意义

 

最近,美国Sloan-Kettering癌症中心研究人员采用深度基因测序方法对血浆游离DNA(cfDNA)变异的来源进行了研究,结果发表于本期Nature Medicine杂志 (High-intensity sequencing reveals the sources of plasma circulating cell-free DNA variants. 2019-11-25)研究人员通过124例转移性癌症患者的循环DNA和的肿瘤活体组织细胞以及47例无癌症对照的研究,确定了这种方法对循环DNA和配白细胞DNA的高深度测序技术应用的可行性和实用性。

 

这种测定方法涵盖了较大基因组区域(508个基因;2 Mega碱基;> 60000倍原始深度)。具有高灵敏度和特异性,可以从头检测肿瘤来源的突变,推断和确定循环DNA中的肿瘤突变负荷量、微卫星不稳定性、突变特征和体细胞突变的来源。研究也发现绝大多数循环DNA突变具有与克隆性造血一致的特征对照组为81.6%,癌症患者为53.2%也就是说癌症患者血浆中的循环DNA突变有一半以上是源于白细胞老化的克隆性造血而并不是肿瘤本身的突变。这种方法证实了以前的观察结果,即健康个体癌症患者的循环DNA中都存在源于克隆造血的相关突变。由于克隆性造血是一种普遍的生物学现象,因此,这种cfDNA-白细胞配对测序对于准确分辨基因变异的来源具有重要作用

 

在将来的临床研究和应用中,有必要患者血液中的白细胞部分进行测,以便能够将cfDNA中由克隆造血引起的基因改变作为“背景噪音”加以过滤,与肿瘤基因组突变区分开来(图1)。此外,这种灵敏的方法可以检测和监控肿瘤发展与治疗过程中,是否有肿瘤的亚克隆突变产生;对肿瘤的预测和预后生物标志物的准确性加以评估对患者耐药性产生进行及时的监测和跟踪,以便随时调整治疗策略;对手是否有微小残留肿瘤细胞存在做出准确判断和制定应对措施


    

1. 配对cfDNA和白细胞超深度测序识别癌症患者中肿瘤来源的基因突变:绿色方框代表肿瘤来源体细胞突变;紫色方框代表白细胞克隆性造血来源的基因突变.采用生物信息学分析技术从全部循环DNA(cfDNA)基因突变谱中(绿色和紫色混合方框)区分癌症基因突变和非癌症突变(clonal hematopoiesis).这是液体活检在临床患者中应用的关键步骤.



也有学者认为:在不久的将来,这种不断改进的液体活检技术可扩展到健康体检中的癌症筛查。类似于检查血循环中的微小残留的肿瘤细胞或肿瘤DNA,需要排除源自克隆性造血DNA改变所导致的假阳性和误判。因为克隆性造血给出错误的高肿瘤突变负荷量(tumor mutation burden,TMB)的检测结果,因此可能导致的诊断。

 

尽管克隆性造血被认为是一种普遍存在的生物学现象但是,并不能说这是一种好的生物学现象。除了它与衰老过程有关之外,克隆性造血还与一些疾病发生的病理风险有关。例如有证据显示,骨髓增殖异常综合征和急性髓性白血病的风险,心血管疾病,缺血性中风和心力衰竭风险增加都发现与克隆性造血具有相关性因此,也有必要对克隆性造血现象加以深入研究当然,这些是另外的话题了。


此外,非肿瘤性体细胞突变不仅限于克隆造血这一个方面,其他组织衰老过程中也可能有类似情况发生需要进一步对这些因素加以考虑,以便在液体活检中更精准的鉴定和区分ctDNA。这些都迈向实施液体活检常规临床应用的必要步骤

             



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