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基于cfDNA的液体活检在多癌早检中的研究进展
2024-04-15
来源:鹍远生物

近日,中国医学科学院肿瘤医院张凯教授团队与鹍远生物合作的综述论文“Circulating cell-free DNA-based multi-cancer early detection”(基于循环游离DNA进行多癌早检)正式发表于国际知名期刊Trends in Cancer(IF:18.4)。

 

文章系统梳理了基于循环游离DNA(cfDNA)的液体活检技术进行多癌种早期检测(MCED )的研究进展及其局限性,并从技术和临床评价及应用两方面深入探讨了多癌早检的开发、应用和可能的优化方向。

 

文章发表于Trends in Cancer

 

癌症仍然是世界范围内导致死亡的主要原因,而通过筛查实现早诊早治是癌症防控的重要一环。目前,单癌早检可用于部分癌症类型(如:结肠镜、宫颈细胞学、乳腺钼靶,及其他非侵入性技术如ColoGuard),以期尽早发现癌症,提高患者生存率。而其局限性在于患者依从性有限,且多数癌种尚无有效的筛查手段。

 

基于cfDNA的多癌早检能同时检测多种癌症,并准确进行组织溯源(TOO),表现出较大临床应用价值,有望作为现有癌症筛查手段的有效补充。

 

基于cfDNA的液体活检在多癌早检中的应用

 

图1 基于cfDNA的多癌早检方案

 

  • cfDNA突变

 

利用实时荧光定量PCR(qPCR)、微滴数字PCR(ddPCR)或下一代测序( NGS )等技术可以捕获癌症相关突变,之后通过驱动突变的变异等位基因频率( VAF )等反映循环肿瘤DNA的水平,进而确认癌症的存在。

 

局限性:

 

无法准确进行组织溯源,需与其他生物标志物联合,如CancerSEEK通过评估基因突变和蛋白质水平来实现癌症的早期检测和定位。

 

克隆性造血来源的突变可能干扰检测结果。可通过白细胞作为对照进行校正。

 

癌症早期的ctDNA水平通常很低,且无法预测个体肿瘤中存在哪些特定突变。

 

  • cfDNA甲基化

 

甲基化异常是驱动癌症发生发展的重要机制,有时比基因突变更早发生。cfDNA甲基化在癌症患者的早期诊断、组织溯源等方面都具有一定的临床价值。

 

全基因组甲基化测序:

 

将不同技术与高通量测序结合,特异性富集全基因组的CpG区域,进而分析甲基化状态。例如甲基化CpG短串联扩增与测序( MCTA-seq )、甲基化游离DNA免疫共沉淀测序( cfMeDIP-seq )等。

 

靶向甲基化测序:

 

设计一组DNA探针或引物通过NGS识别目标基因组区域的甲基化状态。例如PanSeer®,成功实现了比常规诊断提前4年从血样中检出5种常见癌症,证明了甲基化标志物在多癌早检中的效用。总的来说,靶向甲基化测序方法表现出高灵敏度和特异性,同时具有成本效益和高度灵活性,是应用前景较好的多癌早检方法之一。

 

 

局限性:

 

现有的甲基化测序方法大多依赖于亚硫酸氢盐转化,会导致DNA的损伤;而无需亚硫酸氢盐的测序方法,如酶促甲基化测序或TET辅助吡啶硼烷测序,受限于高昂成本或转化率相对较低,没有得到广泛应用。

 

  • cfDNA片段

 

随着全基因组测序(WGS)的发展,与表观遗传调控相关的cfDNA片段组学特征,越来越多地被用于早期癌症检测。例如Cristiano等开发的“DELFI”方法,可通过cfDNA独特的片段化模式检出7种癌症。

 

局限性:

 

WGS费用高昂,检测周期较长。

 

许多基于片段组学的方法仅通过了概念验证性研究的检验,仍需要进一步使用大规模队列进行验证和评估。

 

  • 多组学

 

有学者尝试通过整合cfDNA的多种分子特征来提高多癌早检的性能,例如:

 

Siejka-Zielińska等整合甲基化和片段化特征,模型预测非癌症对照样本、肝细胞癌和胰腺导管腺癌的总体准确率为86%。相比之下,仅甲基化模型和仅片段化模型的准确率分别为77%和46%。

 

GutSeer®是一种基于甲基化、片段覆盖率和末端序列的靶向测序方法。在近期公布的研究中,GutSeer®检测和组织溯源5种常见消化系统癌症的准确性较高,在测试队列中的AUC为0.96,总体溯源准确率达82%。

 

图3 GutSeer用于消化系统多癌早检

 

基于cfDNA的多癌早检在开发和实施过程中的问题

 

  • 技术方面

 

针对多癌早检的研究现状,作者分别从多个方面深入讨论了多癌早期检测的技术优化方向。

 

 

  • 临床方面

 

多癌种早期检测的临床评估和应用尚缺乏明确的指南支持。一般来说,为达成筛查无症状人群或临床分诊的目的,一项多癌早检技术应能以合理的灵敏度和较高的特异性检测并定位尽可能多的癌症类型,同时符合成本效益,从而保证多癌早检在临床实践中的有效性和安全性。

 

因此,应精心设计包含目标人群的大规模临床试验,以全面评估多癌早检技术的性能,然后根据评估结果,由决策者和医疗专业人员结合现有的癌症检测手段建立完备、标准化的诊疗路径。

 

图4 多癌早检的临床评估和应用

总结与展望

 

基于cfDNA的多癌早检在提高早期癌症的检出率方面具有很好的应用前景。其中,整合了DNA甲基化和片段组学特征的靶向测序方法很有希望作为基于cfDNA的多癌早检方法应用于临床实践中。该方法具有成本效益和高度灵活性,并将随着单细胞测序、超深度测序和机器学习等技术的发展而得到进一步优化。

 

参考文献:

[1]. Zhang K, Fu R, Liu R, Su Z. Circulating cell-free DNA-based multi-cancer early detection [published online ahead of print, 2023 Sep 13]. Trends Cancer. 2023;S2024-0433(23)00170-X.

 

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