滴尿驗癌，日本已進入實證階段

日立製作所2018年4月16日宣布自本月起開展為期6個月的利用尿液檢查癌症的臨床實證試驗。

實證試驗期間計劃對一系列解析指標進行反覆驗證，包括但不限於臨床尿樣採集與臨床信息記錄、尿樣運送中的溫度追蹤與時間管控、基於液相色譜/質譜(LC/MS) 的生物標記物 (biomarkers) 定量分析、癌變檢查模型的構建、基於所構建模型的癌變風險評估，以及最初臨床信息與最終評估結果間的有效性論證等（圖1）。其中液相色譜/質譜分析由合同研發外包組織 CMIC Pharma Science Co., Ltd. (CPhS) 公司負責實施，解析數據評價部分則由名古屋大學醫學部附屬病院協助完成。

圖1 利用尿液檢查癌症的實證臨床試驗流程圖

目前日本少子高齡化問題嚴重，包括醫療費在內的社會保障費激增也成為越來越嚴重的社會問題。其中單腫瘤相關經濟損失（包括腫瘤診療直接花銷以及早逝導致社會勞動價值損失等間接費用）就高達10萬億日元之多。日本厚生勞動省在2017年度內閣會議生效的《第三期促進腫瘤防治基本計劃》中提出，大力推進提高腫瘤檢查的受診率，爭取早發現、早治療。因此，單純提高傳統診斷方法的精準度還不夠，還必須有一種可以儘可能早期發現確診腫瘤的簡便、精準的全新檢查方法。

早前由名古屋大學院工學研究科、九州大學先導物質化學研究所以及國立腫瘤研究中心的研究團隊，發明了一種僅通過1毫升尿液即可檢查出肺癌、前列腺癌等腫瘤病變的新技術，研究成果已在線發表於2017年12月15日的《Science Advances》上

【1】

miRNAs 是一類廣泛存在於胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs) --包括外泌體 (exosomes)、微囊泡/微粒(microvesicles, MVs / microparticles, MPs)、凋亡小體 (apoptotic bodies) 等--中的參與胞間通訊和機體調節的重要信使。得益於胞外囊泡中天然的抗核糖核酸降解酶的微環境，使得囊泡內的 miRNAs 較體液內遊離的 RNAs 結構更穩定、序列更保真、攜帶的信息更具說服力，所以近年來越來越引起更多研究者的關注。

分析胞外囊泡中的 miRNAs 是實現基於 miRNA 的簡單、及時、高效的非侵入性健康體檢及早期疾病診斷的重要手段。然而如何富集尿液中的痕量胞外囊泡的難題一直局限著整個診斷檢查手段的發展。傳統上胞外囊泡的富集方法主要有三大類：超速離心或者差速離心，免疫親和層析，以及分子篩層析，但都難以滿足臨床診斷和檢查的要求。

來自名古屋大學的上述研究者團隊提出一種新型分離設備，新設備主要由錨入流體介質的納米電絲組成，可以實現胞外囊泡的高效富集和內含 miRNAs 的原位分離。一次性提取的 miRNAs 不同序列高達1000多種，遠遠超出了採用傳統分離方法提取的數量。該設備的關鍵機制是利用了納米電絲的機械穩定性以及對胞外囊泡的靜電吸附。通過該新方法，不僅從尿液 miRNAs 中成功鑒定出膀胱癌、前列腺癌等生殖泌尿系統癌變的生物標記物，而且也包括肺癌、胰腺癌、肝癌等非泌尿系統癌變的潛在生物標記物（圖2）。

圖2 納米電絲介導的尿液EVs靜電富集及miRNAs原位提取示意圖

日立則早在四年前即著手開展利用尿液代謝物來篩查腫瘤的相關研究，並在2016年6月首次成功將來自健康者和癌症患者的尿樣區分開來。當時日立聯合住商醫藥國際及住友商事一同開發尿檢腫瘤識別技術。首先從尿樣中檢測出的1300多種糖類/脂類等代謝產物中，挑選出10個左右能夠標識出腫瘤患者樣本的潛在生物標記物。然後通過這些特定生物標記物在不同個體樣本中丰度的差異，成功區分開來自健康受試者和癌症患者的尿樣（圖3）。

圖3 來自健康受試者、乳腺癌和大腸癌患者的尿樣識別結果

但是，在向臨床實踐轉化時，如何高效地鑒定出通過微量丰度變化來區分健康與病患的潛在生物標記物卻遇到了挑戰。因此，日立又重新建立了一套新的腫瘤篩查模式，借力人工智慧（AI）有效地鑒定出尿液代謝物中的潛在生物標記物，並設計了本次實證試驗流程。

首先，尿液中存在的數千種代謝產物中，液相色譜/質譜可以高精度測定2000種左右。日立藉助威爾科克森秩和檢驗 （Wilcoxon Rank Sum Test） 等統計學處理和隨機森林法 （Random Forests） 等機器學習，成功將潛在生物標記物壓縮至兩位數，然後通過分析臨床診療信息和代謝途徑等生化手段，最終鎖定幾個潛在生物標記物。

其次，日立專門開發了一套實證試驗用樣本IT管理系統，監管尿樣採集時間、採集地點、容器狀態、運輸溫度等狀況，通過用智能手機拍攝攜帶位置信息的樣本圖片、1回/分鐘自動發送GPS和溫控信息的專用快遞盒等來實現管理。

定於2018年4月-2018年9月的世界上首次通過尿檢來篩查腫瘤的實證試驗，一旦數據喜人，必將帶來體外診斷領域的革命性進步。

參考文獻：

【1】

T. Yasui, T. Yanagida, S. Ito, Y. Konakade, D. Takeshita, T. Naganawa, K. Nagashima, T. Shimada, N. Kaji, Y. Nakamura, I. A. Thiodorus, Y. He, S. Rahong, M. Kanai, H. Yukawa, T. Ochiya, T. Kawai, Y. Baba, Unveiling massive numbers of cancer-related urinary-microRNA candidates via nanowires. Sci. Adv. 3, e1701133 (2017).

供稿 宋傑

編輯修改 客觀日本編輯部

【關於作者】

宋傑，東京大學分子醫學博士在讀。曾任GenScript Biotech Corp. (港交所HKG: 1548)全球商務運營經理，WuXi AppTec Co., Ltd. (納斯達克NYSE:WX)臨床部資深商務經理。

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