復旦科研團隊證實ctDNA甲基化篩查技術(shù)，可早發(fā)現(xiàn)血液中的腫瘤信號
圖片來自genome.gov
● ● ●
惡性腫瘤的發(fā)病率和死亡率呈逐年上升的趨勢，已成為全球人類主要的疾病負擔之一。與早期腫瘤相比，晚期腫瘤由于不能通過手術(shù)切除，缺乏有效的治療方案，平均5年生存率僅為26%，而早期腫瘤患者的5年生存率可達91%。因此，實現(xiàn)腫瘤的“早發(fā)現(xiàn)”，可幫助患者贏得治療時間，有效提高治愈率。但是，要對早期腫瘤檢測和篩查進行驗證和研究，不僅僅需要高效、靈敏的技術(shù)，更關(guān)鍵的是需要對腫瘤患者在確診前即進行血液和生物樣本采樣。
北京時間7月21日晚，《自然·通訊》（Nature Communication）發(fā)表了由復旦大學泰州健康科學研究院和人類表型組研究院科研團隊的成果《血液無創(chuàng)檢測可以比常規(guī)診斷提前四年發(fā)現(xiàn)癌癥》（“Non-invasive early detection of cancer four years before conventional diagnosis using a blood test”）。該團隊由青年研究員陳興棟等領(lǐng)銜，對復旦大學牽頭建設的泰州隊列的部分血液樣本進行了長期、系統(tǒng)的癌癥早期檢測研究。
研究發(fā)現(xiàn)，對于結(jié)直腸癌、食管癌、肝癌、肺癌和胃癌等5種常見惡性腫瘤，在達到現(xiàn)有臨床確診金標準之前，甚至在病人出現(xiàn)自覺癥狀前，早期的癌癥信號——微量腫瘤甲基化就存在于血液循環(huán)之中，并可以被無創(chuàng)檢測。這一最新研究成果具有重要的科研與健康意義，證實了通過提高檢測技術(shù)的靈敏度能夠更早的發(fā)現(xiàn)腫瘤標志物，從而實現(xiàn)有效的對癌癥早期篩查。
論文的通訊作者、中科院院士、復旦大學泰州健康科學研究院和人類表型組研究院院長金力教授指出，此次利用PanSeer?技術(shù)和泰州隊列資源合作進行的研究至少證明癌癥早期篩查可以通過無創(chuàng)血液檢測完成，便于對無癥狀癌癥易感人群的“早發(fā)現(xiàn)”繼而“早干預”，具有十分重要的應用價值。這也例證了泰州隊列在開展生命科學與精準醫(yī)學研究上的長遠價值。
論文的第一作者、復旦大學泰州健康科學研究院和人類表型組研究院青年研究員陳興棟表示，開發(fā)針對高風險人群或社區(qū)人群的癌癥早期篩選檢測，成本是確保檢測可用性和受眾依從性的關(guān)鍵因素。目前國外的一些類似多癌早期篩查研究的檢測方法成本很高。而此次研究采用的我國原創(chuàng)技術(shù)PanSeer是為癌癥早篩特定開發(fā)，僅檢測目標明確、數(shù)量有限的基因組區(qū)域的甲基化異常，僅需從單管血液中取樣少量DNA即可，具備了作為潛在一線癌癥早篩手段的有效性和經(jīng)濟性。
泰州隊列由復旦大學牽頭，于2007年開始建設。截止目前，已有近20萬社區(qū)人群參加該項研究。研究團隊通過系統(tǒng)的隊列隨訪，長期跟蹤隊列人群各種重大慢性病的發(fā)生情況，并且在無癥狀人群中于多個時間節(jié)點跟蹤采集了150余萬份各類生物樣本長期保存。此次發(fā)表的研究成果，納入了191個在采樣時間點1-4年后確診腫瘤的病人血液樣本，和223個在當?shù)蒯t(yī)院確診后采集的腫瘤病人血樣，并遵循嚴格的1:1匹配原則，選取414個隨訪超過10年且未被診斷為腫瘤的病人樣本作為對照人群。
在這項研究中，研究者融合生命科學和大數(shù)據(jù)科學多學科手段，基于ctDNA甲基化特質(zhì)設計了一套機器學習方法。為嚴格控制大數(shù)據(jù)分析中常見的過擬合隱患，研究團隊采用計算樣本中每個靶基因組區(qū)域的平均甲基化水平和集合logistic回歸（LR）分類器的組合，并充分考慮大量的干擾因素，以完成區(qū)分健康患者與癌癥患者的分類模型搭建。該分類器在訓練集中的特異性為94.7%，對確診后采集的病人樣本以及未確診之前采集的樣本分別達到88% 和91% 的敏感性。
表1 PanSeer??甲基化腫瘤早篩性能
圖1 PanSeer?分析結(jié)果，A、PanSeer?分析中接收算子特征曲線（ROC）和曲線下面積（AUC）值。紅星表示從訓練集導出的截止值；B、確診前患者樣本的LR評分；C、按癌癥分期的確診患者樣本LR評分；D、按組織來源確診患者樣本LR評分；E、按癌癥分期的確診前患者樣本LR評分；F、按組織來源（癌種）的確診前患者樣本LR評分。
在一個獨立的測試樣本集中，研究團隊在207個健康對照樣本重現(xiàn)96%的特異性的前提下，在113個確診后采集的病人樣本上達到了88%的敏感性（表1，圖1B-D）。接下來，在98名未確診之前1-4年采集的樣本中PanSeer技術(shù)達到了95%的檢測敏感性（表1，圖2B）。
研究發(fā)現(xiàn)，這一中國原創(chuàng)技術(shù)對結(jié)直腸癌、食管癌、肝癌、肺癌和胃癌等5個不同癌種的檢測敏感性在確診前不同時間采集的血樣相似。這說明癌癥信號在病癥發(fā)展早期、甚至在無癥狀未確診的若干年前就會存在于血液中。利用泰州前瞻性隊列的樣本，復旦研究團隊在嚴格意義上證明DNA甲基化測序能夠比傳統(tǒng)診斷方法更早地發(fā)現(xiàn)癌癥。
