我科学家PNAS：测序诊断癌症的强大工具
最近，来自香港中文大学的研究人员，通过分析血浆DNA中的甲基化序列，能够检测到癌症患 者的肝肿瘤和淋巴瘤，以及孕妇胎盘中的遗传异常。他们使用已知的组织甲基化图谱，能够识别循环DNA的组织起源，从而使其成为一种强大的工具，用于筛选、 癌症检测和治疗监测。这项研究是由几个机构的研究人员合作，由香港中文大学李嘉诚健康科学研究所所长卢煜明院士指导完成，发表在最近的《PNAS》杂志。延伸阅读：专访卢煜明：寻找科学宝藏，不可一叶障目。
表观遗传学表明，DNA往往有附着于胞嘧啶5碳的甲基原子团。某些组织和组织内某些类型的细胞，在其DNA中有一个明显的甲基化模式，从而使科学家们能够对身体的不同组织，创建一个甲基化模式的数据库。目前，科学家们已经能够从血浆中寻找来自一种单一组织类型的DNA，如胎盘或肝脏组织，该研究小组利用全基因组重亚硫酸盐测序，来研究血浆DNA的甲基化模式，并将其与甲基化数据库进行对比，以辨别血浆DNA的组成百分比或组织图。这提供了血浆的“鸟瞰图”，从而指出了循环DNA的起源。
为了检测他们的技术，研究人员确定了5820个甲基化标记，然后通过反褶积算法运行，根据组织或细胞类型的甲基化模式识别它们。然后他们用血沉棕黄层DNA各种组分的DNA、胎盘DNA和肝脏DNA，测试了他们的算法。
一旦程序经过了测试，就要检测这种程序是否可以准确地识别成分的变化。第一次试验是在十五个孕妇中进行的，她们分别在第一、第二和第三妊娠期。与非 妊娠期妇女相比，她们的血浆中应该有更多的DNA。研究人员发现，白细胞是血浆DNA的最大贡献者，这一点只在骨髓移植中被观察到，但在其他情况下没有得 到证实。其次，他们也发现，12.1%到41%的基因是来自于胎盘。在对照组中，胎盘DNA的比例明显更少。研究人员利用父系遗传的胎儿SNP等位基因， 对百分比进行了验证。
第二个实验涉及到接受移植的人。移植物抗宿主病的发展，是异体移植的常见问题。研究人员在移植患者的血浆中发现了供体的DNA。研究人员对四名肝移 植受者和三名骨髓移植受者的血浆DNA，进行了分析，并与肝癌患者中的供体SNP等位基因、骨髓患者中的白细胞进行了比较。他们能够检测到供体DNA，并 发现甲基化模式分析结果，和SNP等位基因或白细胞研究结果之间，有一种很强的相关性。
然后，该研究小组确定了“他们的技术是否能够在二十九例肝癌（HCC）患者中检测到癌细胞”。与没有癌症的受试者相比，血浆中应该有较高比例的癌组 织DNA。他们的算法表明，在肝癌受试者中，肝脏对血浆的中位贡献率为24%，在对照组中为10.7%。为了检查他们的方法，他们还将这些结果，与使用先 前报道的一种方法所得到的肿瘤DNA浓度，进行了对比。
鉴于这些实验结果，作者随后检测了这种方法是否可以根据血浆DNA中存在的拷贝数变异，来识别组织的起源。如果产生了额外的拷贝，那么与没有拷贝数变异的基因组区域相比，该组织中应该有更高比例的的DNA。同样的推理也可以用于拷贝数缺失。
他们发现，当研究21三体胎儿孕妇的血浆时，胎盘组织中21号染色体上的甲基化标记比其他染色体中的标记数更高。其他组织（肝脏、中性粒细胞和淋巴细胞）没有显示出拷贝数的增加。
然后，他们研究了HCC受试者血浆DNA中的扩增或缺失。并将其与没有扩增或缺失的血浆DNA进行了对比。他们能够确定，其中七名HCC受试者表现出拷贝数变异，这些部分包含更多来自肝脏的DNA。
在这项研究中，研究人员发现了一名37岁的孕妇，她的淋巴瘤已经复发。她在2011年被确诊，并接受了化疗。化疗后，在随后的检查中，没有更多的可 检测到的淋巴瘤。然后，在2014年3月妊娠十一周时，无创性产前检查收集的血液样本显示，母亲的血浆有一定的异常。淋巴结活检证实为淋巴瘤复发。血浆 DNA与淋巴结活检的比较，显示出相似的拷贝数变异。然而，化疗十周后，血浆DNA没有显示出拷贝数变异。此外，他们发现，拷贝数变异的起源是来自于B淋 巴细胞，而不是淋巴细胞。
根据更多的研究显示，这项技术可能是一种极好的无创方法，用以评估患者健康的几个因素。事实上，作者指出，这项工作已经在分子诊断和传统的器官为基 础的医疗实践之间，搭起了一道桥梁。最后这项研究表明，能够识别血浆中DNA的起源，很有益处，因为该试验旨在确定胎儿的染色体异常，但异常实际上是起源 于母亲。淋巴结活检证实了她癌症的复发。
