专家经验谈：如何追踪癌症的生物学指标
癌症的生物学指标可以帮助研究者们诊断疾病、预测治疗效果、选择合适的治疗方案、和跟踪疾病的进程。目前，癌症指标的检测大多在集中在染色体异常上，例如染色体倍增、染色体缺失和染色体重排。染色体异常能影响蛋白的表达和功能，进而引发肿瘤或者为细胞癌变创造条件。
随着基因组技术的发展，出现了许多检测癌症指标的新工具。如何将这些工具更好的用起来?我们来听听专家们的意见吧。
什么是生物学指标?
总得来说，生物学指标本质上是一些“能够在诊断、预后或治疗方面为我们提供帮助的蛋白或分子，”密歇根大学的Rohit Mehra说。人们可以在组织中检测这些指标，不过临床上通常是在尿液、血液和脑脊液中进行检测，因为这种方法对人的伤害更小。
Mehra所在的团队由密歇根大学的Arul M. Chinnaiyan领导，他们发现近一半的前列腺癌都出现了一种染色体重排，即转录因子ERG的编码基因与TMPRSS2基因的雄激素应答元件发生融合。“ERG基因融合是前列腺癌所特有的指标。迄今为止我们还没有在良性前列腺组织中发现过它，”Mehra说。
研究人员最初是在组织样本中鉴定和证实TMPRSS2：ERG融合的。不过，现在已经有了一种更为简单的方法，人们可以通过转录介导的扩增技术(TMA)在尿液中进行检测。研究者们正在进行II期临床试验，看TMPRSS2：ERG融合是否会令前列腺癌对PARP(poly ADP-ribose polymerase)抑制剂更为敏感。
如何检测染色体重排
Oncomine数据库收集了大量的肿瘤芯片数据，Chinnaiyan的研究团队就是在用这个数据库进行搜索时，偶然发现了TMPRSS2：ERG融合。他们通过数据库得知，ERG在前列腺癌中出现了过表达。为了确定ERG过表达的机制，Chinnaiyan的研究团队使用多种以qPCR为基础的技术，在前列腺癌中对ERG基因进行了克隆和测序。研究结果显示，ERG基因实际上与TMPRSS2发生了融合。随后，他们又通过荧光原位杂交(FISH)进行了验证。
不过那已经是2005年的事了。现在，研究者们多半会选择一条新的研究途径。“我认为测序是检测染色体重排的最佳方式。测序允许我们深入基因组，绝大多数染色体重排都能被检出，”Mehra说。
不过，传统的表达分析、FISH或qPCR并没有过时，它们在已知染色体重排的情况下特别实用。
选择测序方案
人们可以通过不少二代测序的方案，进行染色体重拍的检测。举例来说，RNA-seq可以用来检测异常的转录本;而全外显子测序可以帮助人们发现染色体易位。不过，由于大多数癌症相关的染色体重排发生在内显子或调控序列中，“全外显子测序不能捕捉这些区域，也就无法检测出其中的重排事件，”梅约诊所BDP计划(Biomarker Discovery Program)的George Vasmatzis强调。生物通 www.ebiotrade.com
为了从大量的NGS短读取中判断染色体缺失、染色体倒位和染色体倍增事件，人们开发了许多生物信息学软件。但实际上染色体异常往往发生在高度重复的长片段上，而NGS并不善于读取这样的信息。在这种情况下，单分子长读取的测序技术更有优势，因为这种技术“能生成单个分子的完整序列，”华盛顿大学的Evan Eichler教授说。这种测序技术的问题在于，成本比较高而通量比较低。
BDP使用Illumina公司的试剂盒，以mate-pair方案制备NGS样本，在环化DNA中检测生物学指标。“这个策略旨在以更少的序列覆盖基因组……相当于是穷人版的全基因组测序，” Vasmatzis说。“实际的核苷酸覆盖度还不到10x，不足以检测单核苷酸突变。不过断点覆盖度可达40x至50x，很适合检测染色体重排。”在这一方案中，DNA被打断成5-kb的片段，并进行生物素标记和环化。然后再将环化后的DNA打断，并用链霉亲和素进行捕获。“这样 你就获得了一些短DNA片段，其中包含了较大片段两端的序列。我们不测序中间部分，只测序较大片段的两端。”生物通 www.ebiotrade.com
将这样的测序结果与参考序列进行比对，是一个比标准NGS数据分析更为复杂的工作。BDP最近发表了一个可下载的算法，“在处理mate pair测序时比常用的NGS比对程序快20倍，精确性提高25%。”
以引物或探针为基础的技术(比如qPCR、芯片、DNA FISH和RNA FISH)，最适合在已知目的序列的情况下使用，而临床上的癌症指标检测多半属于这种情况。当然，这些技术也常被用于验证测序结果，或者作为补充实验。
用NGS检测到了染色体易位，并等于这种异常就一定与癌症有因果关系。在异质性的肿瘤中，DNA FISH可以将染色体异常与特定的细胞类型关联起来，而RNA FISH可以帮助人们定量局部的表达水平。“表达水平能够更好的体现细胞内的真实活动，”Biosearch公司的产品经理Sheila Semaan说。
随着检测技术的进步，研究者们发现染色体易位在多种癌症中越来越普遍。识别这样的异常有助于医生们进行疾病诊断。此外，这些生物学指标还可以帮助人们进一步理解癌症的致病机制，为患者提供个性化的治疗，并且跟踪患者对治疗的应答情况。
