不到1毫升血液就可以精確檢測(cè)結(jié)直腸癌？科學(xué)家開發(fā)新的液體活檢技術(shù)

結(jié)直腸癌（大腸癌，CRC）是對(duì)初始在結(jié)腸或直腸部位的組織發(fā)展形成的癌癥統(tǒng)稱。CRC已成為世界范圍內(nèi)常見的惡性腫瘤之一，每年導(dǎo)致約70萬(wàn)人死亡。

目前，根據(jù)《中國(guó)結(jié)直腸癌篩查與早診早治指南》，建議中低風(fēng)險(xiǎn)人群在50歲起接受結(jié)直腸癌篩查。然而，常規(guī)的檢測(cè)方法，如腸鏡或組織活檢是侵入性的，不僅費(fèi)用昂貴，過程痛苦，而且還可能存在風(fēng)險(xiǎn)。因此，讓不少患者望而卻步，并可能錯(cuò)過佳的診斷和治療時(shí)期。顯然，迫切需要一種更好的能改善臨床體驗(yàn)的診斷工具。

來(lái)自以色列魏茲曼科學(xué)研究所和希伯來(lái)大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于單分子的液體活檢方法，只需不到1毫升血液就可以檢測(cè)腸直腸癌、胰腺癌，以及更廣泛的癌癥和其他疾病。該方法在檢測(cè)結(jié)直腸癌方面達(dá)到了92%的精確度，從而證明了對(duì)結(jié)直腸癌診斷的應(yīng)用價(jià)值。

基于游離細(xì)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(gè)體中的cfDNA主要來(lái)源于正常死亡的血細(xì)胞。血漿中的cfDNA以核小體（cfNucleosomes）的形式存在，維持著組織和癌癥特異性的表觀遺傳狀態(tài)。然而，在癌癥個(gè)體中，有一部分cfDNA來(lái)源于循環(huán)腫瘤DNA（ctDNA）。

目前，基于cfDNA分析的無(wú)創(chuàng)液體活檢方法正處于高水平的發(fā)展階段；基于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，由于需要基因差異（突變）來(lái)區(qū)分正常和腫瘤DNA，因此這些方法都存在局限性和無(wú)法避免的缺陷。

開發(fā)的液體活檢方法開始依賴于表觀遺傳學(xué)，即不涉及DNA突變的細(xì)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(dǎo)致不能產(chǎn)生足夠可靠的結(jié)果。

在這項(xiàng)新研究中，該團(tuán)隊(duì)重新思考了基于表觀遺傳學(xué)的方法，并開發(fā)出一種名為血漿分離核小體表觀遺傳學(xué)的技術(shù)（EPINUC），該技術(shù)建立在研究人員此前開發(fā)的針對(duì)單分子進(jìn)行成像方法的基礎(chǔ)上。該方法可以僅用極少量材料就能在熒光顯微鏡下實(shí)現(xiàn)精確的表觀遺傳圖譜。它可以用來(lái)觀察核小體上的表觀遺傳標(biāo)記。核小體是包裹在蛋白質(zhì)“線軸”上的DNA片段。當(dāng)細(xì)胞被破壞時(shí)，核小體會(huì)像漂浮物一樣脫落到血液中。因此，對(duì)血液中發(fā)現(xiàn)的數(shù)百萬(wàn)個(gè)核小體進(jìn)行分析也可以檢測(cè)癌癥。

研究人員應(yīng)用EPINUC生成由三層信息（組蛋白PTM、DNA甲基化和蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物）組成的高維數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來(lái)自33個(gè)健康個(gè)體和63個(gè)晚期結(jié)直腸癌患者的的血漿樣本。他們發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌患者的血漿核小體明顯高于健康對(duì)照組。EPINUC可以揭示出結(jié)直腸癌患者血漿中的表觀遺傳和生物標(biāo)志物改變。這項(xiàng)分析涵蓋了與癌癥相關(guān)的六種不同的表觀遺傳修飾，以及多種其他癌癥的指標(biāo)，還包括來(lái)自死亡腫瘤的蛋白質(zhì)片段。這些都是傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法檢測(cè)到的。

將機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用到從兩組個(gè)體獲得的大數(shù)據(jù)集中。不僅對(duì)所有的癌癥標(biāo)志物進(jìn)行了分析，還對(duì)它們的組合和關(guān)系進(jìn)行了分析。

為了確保這項(xiàng)新技術(shù)不僅限于結(jié)直腸癌，研究人員還將健康志愿者的血液核小體與10名胰腺癌患者的進(jìn)行了比較。新技術(shù)可以以創(chuàng)紀(jì)錄的準(zhǔn)確率分辨出健康組和癌癥患者組之間的區(qū)別，精確度達(dá)到92%。

研究人員將EPINUC與直接單分子DNA測(cè)序相結(jié)合，從而揭示出結(jié)直腸癌、胰腺癌、肺癌和乳腺癌的起源組織。

總之，EPINUC技術(shù)可以從小于1毫升的液體活檢材料中提供潛在臨床相關(guān)性的多維度信息，有望成為現(xiàn)有傳統(tǒng)檢測(cè)方法的替代工具。

研究人員表示，由于EPINUC技術(shù)所揭示的細(xì)節(jié)水平，這些檢測(cè)結(jié)果可以通過為每個(gè)患者制定的佳治療方案來(lái)推進(jìn)個(gè)性化醫(yī)療。未來(lái)，該技術(shù)不僅可以用于診斷各種癌癥，還可以用于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(tuán)隊(duì)正努力將這一剛剛完成的概念驗(yàn)證研究轉(zhuǎn)到更廣泛的試驗(yàn)階段。