2019AACR 癌症早筛新技术革新而临——5hmC(胰腺癌诊断标志物)高通量检测技术带来胰腺癌早筛新方向

2019-04-02 14:18 来源:丁香园 作者:
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引言:美国当地时间 2019 年 3 月 31 日,第 110 届美国癌症研究协会(AACR)年会在亚特兰大盛大开幕。作为世界上规模最大、历史最悠久的癌症研究会议之一,AACR 每年都会吸引来自全球各地的专业人士出席,为众多位于肿瘤领域前沿的科研成果及领先技术提供了展示及交流的平台。肿瘤液体活检作为本次大会关注的热点之一,展示了大量最新研究成果,吸引了大量的关注与报道。其中,5hmC 高通量检测技术继以往在消化道癌症的多种报道后再次在肿瘤早期诊断中拓展应用前景,此次报道的该技术为胰腺癌提供诊断标志物引起了多方的专注讨论。

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最新研究:游离核酸 5hmC 作为胰腺癌诊断新标志物

胰腺导管腺癌(PDAC)是胰腺中最常见的恶性肿瘤,约占胰腺癌病例的 85%,然而PDAC的临床结果令人沮丧:仅约 25% 的患者可以存活一年,约 6% 的患者在诊断后存活5年。面对如此严峻的临床结果,传统的肿瘤标志物检测(CA19-9)在鉴定胰腺癌患者方面的准确率却差强人意。

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左起:陆星宇博士 上海易毕恩基因科技有限公司 CEO,张玮教授 美国西北大学费因伯格医学院

5hmC (胰腺癌诊断标志物)高通量检测技术成果一经展示就引起了现场专家和参会人员的极大兴趣

在本次大会上,来自美国西北大学费因伯格医学院张玮教授及来自芝加哥大学 HHMI 研究员的何川教授联合北京协和医院、复旦大学附属中山医院,为我们带来了 5hmC 高通量检测技术在 PDAC 诊断中的最新进展,数据惊艳表明 5hmC 检测能大大提高 PDAC 的诊断准确率。

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该研究共纳入新发 PDAC 患者 153 人,非癌性胰腺疾病患者 82 人和健康人群 335 人。

研究人员从受试者身上采集 3-5 ml新鲜血浆作为临床标本,应用高度敏感的 5hmC-Seal 技术,对游离 DNA(Cell-freeDNA,cfDNA)中的 5hmC 进行基因组图谱的绘制,经对 5hmC-Seal 数据进行分析总结和标准化,以开发用于区分 PDAC 和健康个体的诊断标志物评分。

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研究流程图

数据分析结果表明 cfDNA 中的 5hmC-Seal 谱反映了基因组中 5hmC 不同的分布格局,在顺式调控元件(如增强子)中高表达,这与 5hmC 在此前报道的调控功能一致。研究者进而基于 194 个样本的多变量逻辑回归分析,使用弹性网正则化选择的 33 个基因,开发加权诊断评分(wd- 评分)。从一个训练集 AUC = 95.7%; 95%CI,93.0-98.4%)和两个独立的验证集(AUC = 92.0%; 95%CI,84.9-99.1%; AUC = 89.5 %; 95%CI,84.5-94.6%)中准确区分 PDAC 患者和健康个体,该效果显著优于胰腺癌常规生物标志物(例如,CA19-9)。该诊断模型不仅可检测早期患者(例如在训练集中,I / II 期:AUC= 95.1%; 95%CI,91.5-98.7%),也可区分 PDAC 与非癌性胰腺疾病(例如训练集 AUC = 86.1%; 95%CI,77.9-94.3%)。

由该诊断模型能够准确区分 PDAC 患者和健康个体,也可区分 PADC 与非癌性胰腺疾病的患者,为临床上 PDAC 的鉴别诊断提供可能。

5hmC 高通量检测技术弥补了既往液体检测手段的准确率短板,以敏感性高、特异性强的绝对优势,为非侵入性检查手段的研发奠定了基础,也为临床高风险人群及健康人群的肿瘤早诊、早筛提供了一项准确性和实用性兼备的新选择。

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以下我们简单回顾一下 5hmC 在癌症诊断应用的发展:

5hmC 高通量检测技术的诞生

表观遗传变化作为肿瘤发生的早期事件之一,包括异常的DNA甲基化及组蛋白修饰等。

DNA 甲基化是目前被研究得最为透彻的表观遗传修饰机制之一,它广泛存在于哺乳动物基因组中,且不同组织中基因组甲基化水平及模式具有特异性。而 5hmC 为 DNA 去甲基化调控过程中重要的 DNA 修饰,研究表明基因体 5hmC 的水平与 mRNA 的表达水平具有强烈的关联。

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图解:DNA 甲基化是一动态调控的过程,DNA 甲基转移酶(DNA methyltransferase, DNMT)可将未修饰的胞嘧啶核苷酸(C) 转化为 5-mC,随后通过 TET 蛋白进一步氧化,产生 5-羟甲基胞嘧啶(5hmC),5-甲酰基胞嘧啶(5fC) 和 5-羧基胞嘧啶(5caC)。

DNA 甲基化检测技术在高通量基因测序时代迎来了百花齐放的发展,由于二代测序仪本身无法区分 DNA 上的各类修饰,重亚硫酸盐处理成为了主要工具之一。然而亚硫酸盐处理的过程会对绝大多数的 DNA 分子造成破坏,围绕这个缺点,各类技术被相继发明。其中,美国芝加哥大学教授 HHMI 研究员何川教授所带领的团队,另辟蹊径,从化学生物学标记方法出发,发展了高灵敏度,高稳定性的 5hmC-Seal 技术。

利用这一技术,研究人员便可以在有限的临床样本条件下,对 cfDNA 中的 5hmC 信号进行检测,在肿瘤的早期诊断、筛查中进行应用。

5hmC 检测的临床应用

随着此项技术在临床转化应用中的不断深入,其在肿瘤诊断中的作用也不断获得验证及认可。

2017 年至 2018 年,《Cell Research》杂志连续发表多篇验证 5hmC 高通量检测的应用报道,在肠癌、胃癌、肺癌、肝癌、胰腺癌、食管癌等多种肿瘤中实现了概念验证,展示了液体检测在肿瘤早诊、早筛上的潜在临床使用价值。

依托于液体活检的检测形式,也让 5hmC 高通量检测技术与现有的检查手段相比,更能够提高患者的依从性、临床便利性和性价比,为高危人群及健康人群疾病早诊、早筛提供了实用性更强的一项选择。相信集众多优势于一身的 5hmC 高通量检测技术将会有更为广阔的临床应用前景,也将使更多肿瘤患者临床获益,其未来极具发展潜力,让我们拭目以待。

参考文献:

Han D, Lu X, Shih AH, et al. A Highly Sensitive and Robust Method for Genome-wide 5hmC Profiling of Rare Cell Populations. Molecular cell 2016;63:711-9.

Li W, Zhang X, Lu X, et al. 5-Hydroxymethylcytosine signatures in circulating cell-free DNA as diagnostic biomarkers for human cancers. Cell research 2017;27:1243-57.

Song CX, Szulwach KE, Fu Y, et al. Selective chemical labeling reveals the genome-wide distribution of 5-hydroxymethylcytosine. Nature biotechnology 2011;29:68-72.

编辑: 吴军

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