胞外囊泡表型分析可用于肺結(jié)節(jié)良惡性鑒別

肺癌是全球疾病死亡的主要原因之一，幾乎占所有癌癥相關(guān)死亡人數(shù)的 25%，篩查手段是降低肺癌死亡率的有效有效方法。肺結(jié)節(jié)是早期肺癌的常見征象，良、惡性肺結(jié)節(jié)在 CT 中常常顯示出相似的特征（例如：大小和密度），所以其良惡性判斷仍是臨床亟需解決的問題，明確診斷只能通過侵入性組織病理活檢的方式達(dá)成。當(dāng)前，通過新型液體活檢的生物標(biāo)志分子圖譜分析在肺結(jié)節(jié)良惡性的檢出方面具有廣泛前景，其中參與腫瘤細(xì)胞生物信息傳遞的循環(huán)細(xì)胞外囊泡（sEVs）由于攜帶著相關(guān)遺傳物質(zhì)，對(duì)于腫瘤篩查和診斷具有重要的臨床價(jià)值。但微量的循環(huán)腫瘤特異性 sEV  和腫瘤異質(zhì)性等因素的限制著 sEV 的應(yīng)用， sEV 分子譜在肺結(jié)節(jié)良惡性鑒定診斷的應(yīng)用仍在探索中。   

本研究通過開發(fā)了一種非侵入性的、基于血液樣本的解碼腫瘤特異性 sEVs 的分子譜技術(shù)（DECODE）用于肺癌良惡性鑒別診斷，表明 DECODE 芯片有望成為一種新型肺癌篩查工具，具有鑒別肺結(jié)節(jié)良惡性的潛在價(jià)值。 

試驗(yàn)方法  

研究者選擇了肺癌相關(guān) sEV 標(biāo)志物（THBS2、VCAN 和 TNC），首先利用 TNC 用于 sEV 捕獲，用抗 TNC 抗體將肺癌 sEV 濃縮捕獲在納米陣列上，然后通過基于納米盒的 SERS 條形碼讀取 THBS2、VCAN、TNC 和 CD63 的表達(dá)，以此方法對(duì) sEV 的表型分析用于區(qū)分肺部良惡性病變。

主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果  

01   DECODE 表型 sEV 分析 

為了建立和研究細(xì)胞系 sEV 芯片（DECODE）在肺癌篩查的有效性，研究者首先分析肺癌細(xì)胞系相關(guān) sEVs 的物理學(xué)和生物學(xué)特征，結(jié)果顯示：肺癌細(xì)胞系來源 sEVs 具有相似的物理特征，但不同肺癌相關(guān)細(xì)胞系之間 sEVs 的蛋白質(zhì)表達(dá)水平呈現(xiàn)差異。 

sEV 的表達(dá)水平特征差異 研究者接下來評(píng)估了肺癌相關(guān)特定 sEVs（CD63、THBS2、VCAN 和 TNC）分子譜用于區(qū)分肺結(jié) 節(jié)良惡性診斷能力。利用 DECODE 將四種顏色（紅、綠、紫、青）對(duì)應(yīng)上述四種相關(guān)標(biāo)記物的表達(dá)，在藍(lán)色網(wǎng)格上顯示共聚焦 SER 圖像，結(jié)果顯示：在三種肺癌細(xì)胞 系相關(guān) sEVs 中 CD63、THBS2、VCAN 和 TNC 高表達(dá)，在 SER 圖像顯示了豐富的結(jié)果，而在正常支氣管上細(xì)胞（HBEC）及對(duì)照組（PBS）呈現(xiàn)低 / 可忽略的表達(dá)水平。 表明 DECODE 芯片在檢測(cè)肺癌相關(guān) sEV 方面具有很高的特異性，可以顯示肺癌相關(guān) sEV 分子譜的潛能，因此可以生成肺癌患者篩查 sEV 分子譜從而進(jìn)行良惡性診斷。 

02   DECODE 芯片診斷效能評(píng)估 

研究者證明了 DECODE 芯片在 sEV 分子譜中特異度和靈敏度優(yōu)勢(shì)后，接著使用 DECODE 芯片通過來自 33 份患者（包括惡性肺結(jié)節(jié)患者、良性結(jié)節(jié)患者和健康人群）的血漿樣本的 sEV 分子譜分析 4 種標(biāo)記物的表達(dá)差異，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)患者肺結(jié)節(jié)的良惡性診斷。研究者利用 SERS 作圖，并計(jì)算每個(gè)表面生物標(biāo)志物激活的柱子以獲得 sEV 分子譜，根據(jù)惡性結(jié)節(jié)在 sEV 分子圖譜通常顯示出 4 種生物標(biāo)志物的相對(duì)較高水平，而良性結(jié)節(jié)和健康對(duì)照組的 sEV 分子譜分別顯示較低和可忽略的生物標(biāo)記物表達(dá)的理論，研究結(jié)果顯示： 惡性結(jié)節(jié)的 sEV SERS 圖像顯示了四種顏色的高比例發(fā)光柱子，表明 CD63、THBS2、VACAN 和 TNC 呈現(xiàn)高表達(dá)。相反，良性結(jié)節(jié)和健康者的 sEV  SERS 圖像顯示發(fā)光柱子相比要少得多。此外，與視覺 SERS 圖像一致， sEV 分子圖譜定量同樣顯示惡性結(jié)節(jié)的活性柱子百分比高于良性結(jié)節(jié)和健康者，表明 DECODE 芯片顯示 sEV 分子譜具有鑒別良惡性肺結(jié)節(jié)的能力。 研究者對(duì) DECODE 芯片區(qū)分結(jié)節(jié)良惡性的診斷表現(xiàn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)評(píng)估，通過二元 Logistic 回歸分析方法進(jìn)行診斷效能定量評(píng)估，結(jié)果顯示： DECODE 芯片在區(qū)分良惡性結(jié)節(jié)患者中，受試者工作特征曲線（ROC）曲線下面積（AUC）為 0.85， 提示 sEV 分子譜在區(qū)分良惡性結(jié)節(jié)方面具有一定的應(yīng)用價(jià)值； 在區(qū)分惡性結(jié)節(jié)和健康受試者中， ROC 曲線的 AUC 為 1， 表明所生成的 sEV 分子譜對(duì)篩查健康人群中的惡性肺結(jié)節(jié)具有很高的診斷性能。上述結(jié)果顯示： 肺癌相關(guān)特異 sEV 分子圖譜具有識(shí)別惡性、良性肺結(jié)節(jié)的潛力。

總結(jié)  

該研究開發(fā)了并驗(yàn)證了一種數(shù)字化 sEV 納米技術(shù)為平臺(tái)，基于腫瘤相關(guān) sEV 特定的分子譜表型分析來區(qū)分良惡性病灶的診斷方法，在肺癌篩查領(lǐng)域中具有潛在的診斷價(jià)值，但有必要在更大隊(duì)列樣本中開展進(jìn)一步的臨床驗(yàn)證。 當(dāng)前在肺癌早篩領(lǐng)域中，通過多組學(xué)結(jié)合液體活檢技術(shù)的新型檢測(cè)開展多維度、多領(lǐng)域分析，在早期診斷領(lǐng)域中正發(fā)揮著巨大的臨床作用，提高了檢出率。尤其值得注意的是， 泰萊生物將 cfDNA 羥甲基化、血液中代謝物質(zhì)、胸部 CT 等項(xiàng)目納入基于多組學(xué)的肺結(jié)節(jié)良惡性鑒別診斷產(chǎn)品，構(gòu)建出了多組學(xué)的融合模型，并已取得目前我國該領(lǐng)域內(nèi)大（獲病理診斷結(jié)果）規(guī)模的臨床研究隊(duì)列，為腫瘤的診療開辟出一條新的途徑。 多組學(xué)是全新的生物學(xué)分析方法，也是醫(yī)學(xué)界前沿的研究領(lǐng)域。

基于基因組、表觀組、蛋白組、代謝組、微生物組等多個(gè)不同生命環(huán)節(jié)、不同維度的大量分子水平生物數(shù)據(jù)，利用生物信息統(tǒng)計(jì)分析、計(jì)算生物以及機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生命過程、疾病等集合超多影響因子的復(fù)雜生命現(xiàn)象進(jìn)行高層次的分析、解讀，以此應(yīng)用于腫瘤篩查、腫瘤輔助診斷及腫瘤術(shù)后、預(yù)后評(píng)價(jià)指標(biāo)。 

經(jīng)過分析萬例臨床肺結(jié)節(jié)患者胸部 CT、血液中代謝物質(zhì)及 cfDNA 羥甲基化水平數(shù)據(jù)， MISSION 計(jì)劃構(gòu)建出了肺結(jié)節(jié)診斷多組學(xué)融合模型 ，并以此轉(zhuǎn)化了斐盼安®（影像組學(xué) + 代謝組學(xué)）、斐盼康®（影像組學(xué) + 代謝組學(xué) + 表觀基因組學(xué)）兩款產(chǎn)品，可對(duì)肺結(jié)節(jié)良惡性鑒別提供高效、可靠的參照，針對(duì)早期肺癌臨床診療，包括肺癌早篩、早診、性質(zhì)判定、手術(shù)決策、預(yù)后評(píng)估等任務(wù)的優(yōu)化與完善可起到相當(dāng)?shù)淖饔谩?早期發(fā)現(xiàn)并識(shí)別惡性肺結(jié)節(jié)患者是降低肺癌死亡風(fēng)險(xiǎn)的重要預(yù)防措施。盡管病理是診斷“金標(biāo)準(zhǔn)”，但支氣管鏡或穿刺活檢等侵入性方法并不能用于肺結(jié)節(jié)的常規(guī)篩查和監(jiān)測(cè)。

更為重要的是，當(dāng)肺結(jié)節(jié)良惡性評(píng)估缺乏高效、判斷方法時(shí)，還可能會(huì)引發(fā)過度診斷、過度治療、占用醫(yī)療資源、增加患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)等各種問題。 液體活檢的方式具有非侵入性、便攜、快速等優(yōu)勢(shì)，為了提高肺癌篩查的準(zhǔn)確性以及篩查方式的可及性、普適性，該種經(jīng)濟(jì)高效的新型監(jiān)測(cè)方法在腫瘤早期診斷中正發(fā)揮著廣泛的運(yùn)用價(jià)值。不論是本文中分享的 DECODE 芯片，還是泰萊生物開發(fā)落地的基于多組學(xué)的肺結(jié)節(jié)良惡性輔助診斷檢測(cè)產(chǎn)品，相信未來還會(huì)有更多前沿科技，能夠應(yīng)用于肺結(jié)節(jié)及早期肺癌篩查，幫助民眾向?qū)崿F(xiàn)癌癥 “防大于治” 邁進(jìn)。