復(fù)旦科研團(tuán)隊(duì)證實(shí)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
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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(fù)擔(dān)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(dá)91%。因此，實(shí)現(xiàn)腫瘤的“早發(fā)現(xiàn)”，可幫助患者贏得治療時(shí)間，有效提高治愈率。但是，要對早期腫瘤檢測和篩查進(jìn)行驗(yàn)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(jìn)行血液和生物樣本采樣。
北京時(shí)間7月21日晚，《自然·通訊》（Nature Communication）發(fā)表了由復(fù)旦大學(xué)泰州健康科學(xué)研究院和人類表型組研究院科研團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)由青年研究員陳興棟等領(lǐng)銜，對復(fù)旦大學(xué)牽頭建設(shè)的泰州隊(duì)列的部分血液樣本進(jìn)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(dá)到現(xiàn)有臨床確診金標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(biāo)志物，從而實(shí)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(fù)旦大學(xué)泰州健康科學(xué)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(duì)列資源合作進(jìn)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(yù)”，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。這也例證了泰州隊(duì)列在開展生命科學(xué)與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究上的長遠(yuǎn)價(jià)值。
論文的第一作者、復(fù)旦大學(xué)泰州健康科學(xué)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(fēng)險(xiǎn)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(biāo)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(jì)性。
泰州隊(duì)列由復(fù)旦大學(xué)牽頭，于2007年開始建設(shè)。截止目前，已有近20萬社區(qū)人群參加該項(xiàng)研究。研究團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)的隊(duì)列隨訪，長期跟蹤隊(duì)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(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)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(gè)在采樣時(shí)間點(diǎn)1-4年后確診腫瘤的病人血液樣本，和223個(gè)在當(dāng)?shù)蒯t(yī)院確診后采集的腫瘤病人血樣，并遵循嚴(yán)格的1:1匹配原則，選取414個(gè)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(xiàng)研究中，研究者融合生命科學(xué)和大數(shù)據(jù)科學(xué)多學(xué)科手段，基于ctDNA甲基化特質(zhì)設(shè)計(jì)了一套機(jī)器學(xué)習(xí)方法。為嚴(yán)格控制大數(shù)據(jù)分析中常見的過擬合隱患，研究團(tuán)隊(duì)采用計(jì)算樣本中每個(gè)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(xùn)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(dá)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(xùn)練集導(dǎo)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(gè)獨(dú)立的測試樣本集中，研究團(tuán)隊(duì)在207個(gè)健康對照樣本重現(xiàn)96%的特異性的前提下，在113個(gè)確診后采集的病人樣本上達(dá)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(dá)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(gè)不同癌種的檢測敏感性在確診前不同時(shí)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(huì)存在于血液中。利用泰州前瞻性隊(duì)列的樣本，復(fù)旦研究團(tuán)隊(duì)在嚴(yán)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。
