重磅！中國大陸首張F1CDx檢測報告剛剛簽發！深度解密FoundationOne CDx誕生技術細節｜臨床大發現

就在剛剛，FoundationOne CDx在中國大陸的首張報告新鮮出爐了，很多人都在期待的新技術終於落地。癌症患者到底如何用藥，這或許就是解決的開始。

「對人類基因組的理解正在劇烈影響幾乎所有的醫學領域。Foundation Medicine正在利用基因組數據的力量來改善對癌症的治療，這將是十分重要的一步。我很高興能夠成為它的支持者。」

這是2013年，在Foundation Medicine結束B輪投資之後，投資者Bill Gates在採訪中說的話。整個B輪融資總額達5600萬美元，投資者名單還包括谷歌風投等行業大佬。[1]

而這家被引領時代的人所選擇的公司，2017年年底交出了一份接近滿分的答卷——該公司的基因測序產品FoundationOne CDx被FDA批准為首個泛瘤種伴隨診斷產品，324個基因、兩個可以預測免疫檢查點抑製劑療效的分子標記（MSI/TMB）、覆蓋全部實體瘤（除肉瘤）、直接對應FDA批准的17個靶向治療方案！

可以說，癌症治療正在變得更加精準、更加有效，而這一切的基礎，都是我們對癌症基因組越來越深刻的理解。

勘破天機

從薛定諤拋出「生命是什麼」的疑問，到人類窺見整個生命底層的奧秘，期間也不過短短几十年。

1952年，科學家首次證實，DNA就是我們心心念念已久的遺傳物質；1953年，雙螺旋結構被闡明；1958年，發現中心法則；1966年破解遺傳密碼；1977年，Sanger測序法出現。

人類有了一個近乎瘋狂的想法，我們要搞清楚人類基因組的基本組成，揭開這數萬個基因與生老病死之間的聯繫！

人類基因組計劃（HGP）耗費了數十年光陰和無數資本，2001年草圖的發布被認為是該計劃的里程碑。

然而正所謂了解得越多，越認識到自己的無知。人類基因組計劃就是生命的全部機密嗎？那麼疾病呢，尤其是人類第一大敵癌症呢，它們和基因組又是什麼樣的關係呢？癌症基因組圖譜（TCGA）緊接著啟動了。

這兩項龐大的計劃，做的是以人力破解「天機」的工作，這期間湧現了無數優秀的科學家，帶動了測序技術的蓬勃發展，同時也帶動整個生物醫學行業進入了分子時代。我們對癌症的認知從組織病理學轉向分子層面，大批研究者開始嘗試從基因角度去研究癌症、攻克癌症。

可以預見的未來里，市場將會出現大量針對癌症相關基因突變的靶向藥物，那麼相應的，我們也要有檢測基因突變的有力手段。癌症相關的突變那麼多，難道一個一個挨著檢測過去嗎？

星火

癌症基因圖譜項目中，主要參與的有三個頂級科研機構，其中之一就是Broad研究所。正是出身於這裡的幾位頂級科學家解決了上述的難題。

Matthew Meyerson是TCGA的首席研究員，主管肺癌項目，他的同事Levi Garraway則是黑色素瘤/頭頸癌項目的主管。這兩位作為癌症基因組學的領軍人物，早早意識到了精準治療的市場前景。2006年，他倆就合作過一篇論文，嘗試通過焦磷酸測序技術對腫瘤組織中的238個腫瘤相關基因進行大規模平行測序[2]。

左：Meyerson 右：Garraway

好了，回到Meyerson和Garraway。完成研究之後，他倆就意識到，對癌症的大規模測序絕對是未來的「剛需」，這個技術應該繼續發展並且推廣出去。不過那會兒基因測序還是一項十分昂貴的技術，如果不是人人都用得起，那也沒什麼意義，到底怎麼把技術落地還得商榷一下。

於是兩人決定找個人商量下。這個人就是Broad研究所的所長Eric Lander。

Lander也是位真業界大牛，他是人類基因組計劃的重要領導者，2001年發布的基因組草圖他就是第一作者[3]。巧的是，他也很早就意識到了基因組學對癌症研究的意義。1993年，他曾經牽頭成立過一家基因公司Millennium Pharmaceuticals，嘗試進行癌症基因組學研究。不過很可惜的是，思維雖已走得很遠，技術卻跟不上，Lander最初的努力失敗了。

Eric Lander

不過這時已是2007年，正是454、Hiseq、Solid等下一代測序儀全面開花的時候，以我們後來人的角度看，真是沒有再好的時機了。

Millennium Pharmaceuticals公司當年還健在的時候，CEO是位叫做Mark Levin的科學家。他離開MP之後成了一名投資人，就職於投資了諸多生物技術企業的Third Rock Ventures。他對Lander們的想法也很感興趣，不過畢竟經歷過一次失敗，也了解市場的行情，深知基因診斷業務開展之艱難，對此還是比較謹慎。

接下來的兩年多時間裡，開荒者們找到了許多科學家、腫瘤學家、臨床研究者、律師甚至保險行業從業者，商討商業戰略。Garraway曾笑稱，像是在「定製新時代商業診斷的全套流程」。當然了，這也是沒有辦法的，畢竟這事兒根本沒有先例可參考。

2010年，Third Rock Ventures注資成立了Foundation Medicine Inc(FMI)，並派來了深知生物技術企業運營的Alexis Borisy。而Lander、Meyerson、Garraway，還有Todd Golub——將DNA微陣列等基因組工具帶入癌症研究的先驅——這四人作為創始顧問，天時地利人和，FMI終於開始了它的航行。[4]

Todd Golub

兩年後，2012年，FMI推出了第一款診斷產品FoundationOne，能夠對臨床腫瘤樣本進行高精度、大規模平行測序，檢測包括點突變、缺失插入、基因拷貝變化等關鍵突變類型，並且涵蓋了常見的臨床治療/研究靶點。

技術終於趕上了時代。

跬步

FMI能夠健康發展，回頭看看Millennium Pharmaceuticals公司的失敗，只能感慨這是一滴時代的眼淚。

1977年，Sanger發明了第一代測序技術，讓人類有了一窺「上帝密碼本」的能力。儘管這項技術統治了科研界30年，但由於測序周期長、成本高，這項技術很難適應需要大規模測序的臨床應用。

2005年，第二代測序技術（下一代測序，NGS）的商業化，把人類全基因組測序的時間從三年，縮短到一個禮拜！

僅一年後，Meyrson和Garraway就打算用這項技術造福癌症患者了。2006年他們發表在《自然醫學》雜誌上的論文就顯示[2]，二代測序技術能夠有效地檢出突變頻率低到0.2%的變異。更厲害的是，即使是福爾馬林固定、石蠟包埋（FFPE）的組織樣它也能準確地檢測，可見是更加適應臨床需求的。

2011年，經過幾輪升級的新測序平台發表在了《癌症研究》上[5]。新技術對137個基因的2732個外顯子進行了捕獲，平均測序深度能夠達到400倍。

值得稱道的是，這次研究者們的目光直接對準了臨床，靶向的基因涵蓋了FDA已批准的藥物靶點、正在進行臨床試驗的靶點、與預後或耐藥性相關的靶點、用於診斷的靶點，以及更多暫時「意義不明」的癌症相關突變。

特別值得一提的是10個FFPE樣本中，有兩個腫瘤樣本純度只10-20%，也成功檢測到了KRAS、PIK3CA、MSH2等具有重要臨床意義的基因突變。研究者還與一種質譜法檢測平台OncoMap做了對比。在新技術檢出的所有的樣本突變中，OncoMap理論上可以檢出13種，不過實際上只檢出了10種。

以這項技術為基礎，很快，FoundationOne誕生了。

千里

技術會停下腳步嗎？永遠不會！

從科研走向臨床，技術面臨的困難遠比我們想像得要多。臨床上腫瘤組織一般是FFPE切片樣本或者是穿刺取樣，前者會對DNA造成損傷，後者樣本量有限；還有另一個問題，臨床上實際操作中難以精準定位腫瘤組織，這對檢測方法的靈敏性和特異性提出更高要求，畢竟患者可是容不得試錯的；在樣本有限的情況下，技術要實現對數百萬個鹼基的檢測，這樣大的數據，需要更加系統和嚴格的驗證。

臨床上評估癌症基因，常用Sanger測序、質譜基因分型技術、熒光原位雜交技術（FISH）、免疫組化分析（IHC）等技術。不過還是那句話，考慮到技術和樣本的限制，它們哪個都滿足不了大規模的基因檢測的要求。

到底還是得看NGS的！2013年，FMI核心技術登上Nature Biotechnology[6]，這個版本能夠檢測到基因點突變、插入缺失、拷貝數變化和基因重排，覆蓋287個癌症相關基因，敏感性95-99%，特異性99%，而且與其他所有臨床手段對比，均有95%以上的一致性！在對2221例臨床病例檢查中，76%的患者檢測出了至少一個具有臨床意義的靶點，這些突變位點對於患者的治療、診斷和預後具有重要的價值！

為了測試技術到底多強，研究者通過將胚系點突變已知的多個正常細胞系，體細胞插入缺失突變已知的多個腫瘤細胞，以及拷貝數已知的腫瘤細胞和其對應的正常細胞分別按照不同的比例進行混合，在不同等位基因突變頻率（MAF）條件下評估點突變，插入缺失和拷貝數變異的檢測性能。

在對點突變的檢測中，中位測序深度達到了738倍，99%以上的外顯子區域測序深度都達到了250倍。對於MAF≥10%的位點，敏感性>99%（1036/1036）；MAF<10%的位點也達到了99%（1013/1021）。那些沒有檢出的位點，都是MAF在5%以下的。

在檢測插入缺失上，數據同樣喜人，中位測序深度達667倍，對MAF≥20%的位點，敏感性98%（92/94）；MAF在10-20%之間的，敏感性97%（71/73）；MAF在5-10%之間的，敏感性也有88%。

對拷貝數變化的檢測則受限於樣本的純度和拷貝數變化的數量。對純度在30%以上、拷貝數變化大於8的樣本，敏感性也達到了99%（91/92）。

在這三項檢測中，整體的陽性預測值（PPV）都在99%以上。

那麼和其他技術對比一下，孰優孰劣呢？研究者就NGS和質譜基因分型、FISH、IHC四項技術，在249個FFPE樣本中進行了盲測。

首先，在檢測鹼基替換和插入刪除上，質譜基因分型技術略輸了一籌。質譜基因分型技術共檢測到101個突變，其中97個突變NGS也檢測到了，而且NGS還另外檢測到了7個突變，也就是共檢測到104個突變，比質譜基因分型技術要更多。在檢測結果一致的位點中，有超過25%以上的位點MAF≤10%，可見在臨床癌症基因檢測中高敏感性的必要性。

NGS顯然比質譜基因分型略勝一籌

在檢測拷貝數變化上，NGS也表現優異，與IHC、FISH一致性保持在95%-100%！

用在臨床病例上就更不用說了，對2221名患者的組織樣本進行檢測，95.1%（2112/2221）患者檢出突變，測序深度達到1134倍，平均每個樣本具有3.06個突變。就算只看那些具有臨床意義的突變，每個樣本也有1.57個，有76%的患者至少有一個有臨床意義的突變。

就拿著名靶點HER2突變來說吧，雖然目前FDA只在乳腺癌和食管癌上批准了相應的治療方案，但是實際上在其他的12種癌症中也都檢出了HER2突變，佔總病例的5%。而且這些HER2突變病例中，有40%屬於點突變或者插入刪除，這種情況用傳統的生物標記物檢測方法，如FISH/IHC是根本檢測不到的。

NGS能夠做到覆蓋大量基因和不同癌種

新啟航

正如前文所說，技術永遠不會停下腳步，在精準醫療上尤其如此。技術的完善只是起點，背後龐大的數據、海量的病例支持才是它能夠獲得廣泛應用的堅實後盾。

十數年的發展中，FoundationOne CDx作為研究工具協助無數科研成果的發現，在這個過程里也積累了大量的數據。FMI獨有的資料庫FoundationCore是目前世界上最大的癌症基因組資料庫之一，擁有超過18萬患者的數據記錄；FMI也與50家以上的生物製藥企業合作，幫助加速新的靶向藥物研發，科研成果匯總成340多篇科研論文。

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