Science重磅！單次血液檢測可篩選8種早期癌症，液態活檢新方向
液體活檢作為體外診斷的一個分支，是利用血液、尿液等人體體液作為樣本來源檢測、獲取相關疾病信息的技術。與傳統的組織活檢相比有著副作用小、非侵入式、可重複取樣等眾多優勢。臨床醫生可以通過檢測血液中的ctDNA等生物標誌物監測腫瘤對治療的反應，預測腫瘤複發，還能夠幫助醫生在患者未出現任何癥狀的時候發現早期腫瘤。
今日，來自約翰霍普金斯大學（JHU）的研究人員在Science發表了最新研究進展，題為「Detection and localization of surgically resectable cancers with a multi-analyte blood test」，該研究小組開發了一種名為 CancerSEEK 的液體活檢檢測方法，利用該方法進行單一的血液檢測，可以同時評估8種早期癌症ctDNA基因突變和蛋白水平，從而達到癌症早篩的目的。
值得注意的是，這種名為 CancerSEEK 的檢測方法是一項獨特的無創多分析檢測，研究中該檢測篩查了8種常見癌症，約佔2017美國癌症死亡人數的60%，其中的5種：卵巢癌、肝癌、胃癌、胰腺癌和食道癌，此前沒有任何形式的篩查程序。
研究小組對1005名非轉移性、臨床檢測到的特定器官癌症患者進行了CancerSEEK檢測，包括卵巢癌、肝癌、胃癌、胰腺癌、食道癌、結直腸癌、肺癌和乳腺癌，單次檢測了血液中的16個基因和8個蛋白。同時，作為對照，研究小組還研究了850名沒有癌症病史的健康者。
研究結果顯示，在8種癌症類型中，CancerSEEK檢測陽性中位數為70%，對卵巢癌、肝癌、胃癌、胰腺癌和食管癌等5種癌症的敏感度在69％?98％之間，其中卵巢癌為98%，乳腺癌為33%，對癌症的特異性超過99%，812例健康對照者中僅7例檢測為假陽性。
CancerSEEK檢測的設計
在設計CancerSEEK檢測時，團隊解決了幾個相互矛盾的問題。首先，研究需要檢查適當數量的鹼基，以便檢測出大量的癌症，每個被檢測的鹼基還需要被測序數千次，以檢測出低頻突變。但是，研究同時還要限制檢測的鹼基數量，因為檢測的鹼基數量越多，就越有可能識別更多的偽突變，從而降低信噪比。此外，該檢測還需要價格低廉且適合於高通量，這兩個方面都限制了測序的執行量。
為確定 CancerSEEK 檢測中使用的 DNA 鹼基最佳數量，研究人員使用了基於收益遞減原理的方法找到了那些對癌症檢測確實有用的DNA 標記物，並剔除了沒有增益效果的 DNA 標記物，得到了一個相對較小的高選擇性 DNA 標記物組合，以保證在評估8種腫瘤類型時，在每種類型中至少能檢測到一個驅動基因突變。為此，研究人員設計了一個61擴增子panel，每個擴增子平均檢查16個選定基因中一個基因的33個鹼基對。
然後，研究小組應用了由JHU科學家開發的Safe-Sequencing系統（Safe-SeqS)，利用條形碼策略區分來自真實突變體的擴增或測序錯誤，使研究團隊能夠有效利用血漿中的少量ctDNA。
除此之外，研究人員還採用分區策略將從血漿中回收的總DNA分成多個等份，並對每個重複進行獨立測序，減少了每個測序孔中的DNA分子數量，但有效增加了每個測序孔中突變分子的檢出比例，使樣本中的突變體更容易被發現。
從單獨的孔中擴增和純化DNA後，研究人員在Illumina MiSeq或HiSeq 4000儀器上對擴增產物進行了測序。該研究作者之一、腫瘤與病理學教授Papadopoulos表示，將樣本進行分割，能夠降低噪音，將信噪比從2：1000提高到1：100，並可以進行獨立分析，利於低頻突變的檢測。
基因與蛋白生物標誌物結合
先前的研究已證明，液體活檢的最大靈敏度在局限性癌症中是有限的。另一項研究表明，將四種蛋白質生物標誌物與一種遺傳生物標誌物（KRAS）結合可以提高胰腺癌的檢測靈敏度。
CancerSEEK檢測的第二部分就是蛋白質生物標誌物，已有研究證明大多數早期腫瘤並不釋放可追蹤量的ctDNA，所以研究小組對血漿樣本中的蛋白質生物標誌物進行了初步研究，發現有8種蛋白質可在單一免疫分析平台上區分癌症患者與健康對照者，8種蛋白包括癌症抗原125、癌胚抗原癌抗原19、癌胚抗原癌抗原9、催乳激素、肝細胞生長因子、骨橋蛋白、髓過氧化物酶和金屬蛋白酶組織抑製劑1。
Papadopoulos表示，選定的不同生物標記物聯合用於早期檢測有可能改變我們篩查癌症的方式。參與開發CancerSEEK檢測的腫瘤和生物統計副教授 Cristian Tomasetti博士表示，我們的檢測方法的創新之處就是將 DNA 突變以及幾種蛋白質表達水平結合起來，得出最終檢測結果。另一個新穎之處在於，CancerSEEK使用機器學習使檢測能夠在83%的患者中把腫瘤準確定位到很少的幾個解剖部位。
局限與發展
研究中，CancerSEEK檢測對最常見的分期II期患者的中位敏感性為73%，對Ⅲ期患者的敏感度為78%。然而，對於癌症的早期階段I期，中位敏感度下降到43%。儘管早期癌症的敏感度中值偏低，但Papadopoulos相信，CancerSeek將產生長期影響，並從總體上減少癌症死亡人數。
研究人員表示，這項研究也存在局限性，例如只使用了健康個體作為對照樣本。然而在真正的癌症篩查環境中，一些患者由於患有炎症或其他疾病，可能導致假陽性結果的比例高於研究中的比例。但是，研究人員仍相信CancerSeek最終能夠區分癌症和其他炎症性疾病。
雖然Papadopoulos拒絕就該技術的潛在商業化發表評論。然而，據估計，CancerSeek檢測的成本可能低於500美元，這低於其他單一癌症的篩查費用，如結腸鏡檢查。
Papadopoulos表示，約翰斯霍普金斯大學目前正與賓夕法尼亞州的Geisinger Health System合作，開啟了一項後續研究，通過10000名患者對CancerSeek進行技術評估，該評估結果有可能導致更多的研究來檢驗CancerSeek的臨床效用。
雖然目前的檢測技術還不能檢測出每一種癌症，並且大多數最具希望的癌症治療方法中，很多僅能使少數癌症患者獲益。如果我們要在早期癌症檢測方面取得進展，我們必須以更現實的方式進行研究，因為沒有任何一種方法可以檢測到所有的癌症。
參考文獻：
1. Johns Hopkins-Led Team Develops Blood Test to Detect Multiple Early-Stage Cancers
2. Detection and localization of surgically resectable cancers with a multi-analyte blood test
3."Liquid biopsy" promises early detection for cancer
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