清華新聞網(wǎng)11月29日電 液體活檢在癌癥早篩和預(yù)后監(jiān)測(cè)方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。體液中的游離DNA（cfDNA）和游離RNA（cfRNA）在疾病診斷和預(yù)后的無(wú)創(chuàng)評(píng)估中已經(jīng)有了深厚的研究積累。諸多cfDNA特征，例如突變、拷貝數(shù)、甲基化模式、片段化模式和核小體足跡在癌癥患者中都發(fā)生著異常調(diào)控。許多cfRNA特征也可以作為癌癥標(biāo)志物（包括microRNA，circRNA以及mRNA和長(zhǎng)非編碼RNA的選擇性剪接模式）。不過(guò)，單組學(xué)特征各有所長(zhǎng)，比如cfDNA的甲基化具有極佳的組織溯源能力，但是對(duì)于早期癌癥患者的檢出率較低。而cfRNA雖然豐度和靈敏性較高，與癌癥患者的動(dòng)態(tài)息息相關(guān)，但是RNA的穩(wěn)定性較差。如何利用多組學(xué)的進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，盡早識(shí)別癌癥患者，靈敏地監(jiān)測(cè)疾病動(dòng)態(tài)變化，是液體活檢中一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
和成熟的組織多組學(xué)研究相比，癌癥體液多組學(xué)研究受限于有限的臨床樣本、稀少的腫瘤相關(guān)分子，仍面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。隨著微量核酸測(cè)序技術(shù)的發(fā)展和完善，在有限的樣本中進(jìn)行多組學(xué)同時(shí)檢測(cè)逐漸成為可能。
11月21日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院魯志團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)第一醫(yī)院王鵬遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)、北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院盧倩團(tuán)隊(duì)合作，在《細(xì)胞報(bào)告醫(yī)學(xué)》（CellReports Medicine）上在線(xiàn)發(fā)表題為“細(xì)胞外多組學(xué)分析揭示胃腸道癌癥患者潛在血液標(biāo)志物”（Cell-free multi-omics analysis reveals potentialbiomarkers in gastrointestinal cancer patients’blood）的研究論文。該工作通過(guò)最新的、高靈敏的微量核酸測(cè)序技術(shù)，第一次在消化道癌癥病人的血漿中系統(tǒng)全面地分析和對(duì)比了cfDNA+cfRNA的4種組學(xué)和10余種變異類(lèi)型，發(fā)現(xiàn)多組學(xué)相對(duì)于單組學(xué)的檢測(cè)效果有了較好的提升，為消化道癌患者的檢測(cè)和預(yù)后提供了新的生物標(biāo)志物；同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)cfRNA比cfDNA對(duì)血液中的癌基因變異和免疫微環(huán)境的檢測(cè)要靈敏很多。
在該研究中，研究人員利用2-3毫升血漿中的cfDNA和cfRNA，對(duì)80位結(jié)腸癌和胃癌患者以及81個(gè)健康對(duì)照的血漿樣本進(jìn)行了4種不同組學(xué)水平的檢測(cè)，包括基因組（cfDNA）、表觀(guān)基因組（cfDNA 甲基化）、小RNA（small cfRNA）和全RNA（total cfRNA）轉(zhuǎn)錄組（圖1左）。研究人員基于以上多組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行生物信息學(xué)分析，對(duì)衍生出的10余種不同類(lèi)型的變異事件分別進(jìn)行了整合、比較。
圖1.隊(duì)列設(shè)計(jì)及研究思路
研究者首先發(fā)現(xiàn)了cfRNA對(duì)癌基因變異的檢測(cè)敏感性（癌癥病人檢出率）是cfDNA的3倍（圖1右中）。以TP53為例，基因水平的多組學(xué)整合將會(huì)有效提高癌癥患者檢出率（圖2左）。將該概念擴(kuò)展到COSMIC定義的癌基因中，依舊可以發(fā)現(xiàn)多組學(xué)的整合使得更多的癌癥患者被檢出（圖2右）。同時(shí)，研究人員也發(fā)現(xiàn)，血漿中的腫瘤相關(guān)基因中，cfRNA水平的變異程度相較于cfDNA更高，對(duì)于癌癥檢出率的貢獻(xiàn)度更高。
圖2.多組學(xué)整合提高患者檢出率
此外，在不同變異事件的比較中發(fā)現(xiàn)，cfRNA相關(guān)的變異事件相較于cfDNA而言，對(duì)于癌癥患者的病理變化更加敏感，可以用來(lái)揭示癌癥患者的異常免疫變化和腫瘤微環(huán)境特征。多組學(xué)通路富集結(jié)果顯示，胃腸道癌癥患者血漿中特定的免疫通路處于受抑制狀態(tài)（cfRNA豐度水平顯著下調(diào)），且免疫通路下調(diào)的現(xiàn)象也出現(xiàn)在其他消化道癌癥患者的血液中。
利用血漿進(jìn)行液體活檢的優(yōu)勢(shì)在于既能夠監(jiān)測(cè)到腫瘤來(lái)源的信號(hào)，又能夠反映出機(jī)體的免疫系統(tǒng)變化。研究人員針對(duì)22例具有血漿、外周血單個(gè)核細(xì)胞、癌和癌旁組織的患者隊(duì)列進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)血漿中不僅免疫細(xì)胞RNA水平和變化與癌組織類(lèi)似，而且腫瘤相關(guān)的通路也與組織呈高度相關(guān)。研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，利用基于cfRNA的多種免疫細(xì)胞分?jǐn)?shù)和腫瘤微環(huán)境分?jǐn)?shù)，可以有效地預(yù)測(cè)腫瘤分期、腫瘤大小等，為腫瘤的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了潛在的標(biāo)志物（圖3）。
圖3.cfRNA和臨床信息相關(guān)性
該研究首次基于血漿基因組、表觀(guān)基因組和小RNA和全RNA轉(zhuǎn)錄組，展現(xiàn)了消化道癌癥的細(xì)胞外cfDNA+cfRNA核酸景觀(guān)，并證實(shí)了多組學(xué)整合可以有效提高液體活檢中的癌癥檢出率，證明了cfRNA相對(duì)于cfDNA的更高靈敏性，并為癌癥狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了以cfRNA為基礎(chǔ)的潛在生物標(biāo)志物。
清華大學(xué)生命學(xué)院魯志研究員、北京大學(xué)第一醫(yī)院王鵬遠(yuǎn)主任醫(yī)師、北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院盧倩主任醫(yī)師為該論文共同通訊作者。清華大學(xué)生命學(xué)院2019級(jí)博士生陶俁寰、邢少貞，北京大學(xué)第一醫(yī)院左帥醫(yī)師為該論文共同第一作者。
文章鏈接：
https://www.cell.com/cell-reports-medicine/fulltext/S2666-3791(23)00475-5
供稿：生命學(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：李柳依
編輯：李華山
審核：郭玲
