循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA)(中)

2021
02/26

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该研究组还比较了不同种癌症中检出ctDNA突变的比例。

循环肿瘤DNAcirculating tumor DNA)(中)


癌症是基因病——在几十年前,有些科学家就已经认识到了这一点:1986年,来自意大利的诺贝尔奖得主 Renato Dulbecco 在谈到为什么一定要测定整个人类基因组序列的时候说:这是打赢对癌症战争的唯一途径。在2011年与世长辞之前,改变世界的乔帮主 Steve Jobs 一直在接受美国一家基于基因组测序的癌症个性化诊治公司的治疗。谈到这项技术,他说:我要么是第一个能够摆脱癌症的人,要么会是最后一个因为癌症而过世的人。

他们是对的,但是可能超前了一点:癌症基因组远比我们想象的复杂,我们获得了这个凶神恶煞的一部分密码,但是如何解密却是一个巨大的工程。幸运的是我们走对了路,癌细胞的基因组里面确实发生了巨大的变化。

上世纪80年代,人们在肿瘤组织中发现了TP53的突变,这是在所有癌症中最普遍存在的一个基因突变:有45% 以上的癌症基因组里TP53都发生了突变。TP53实际上是一个抑癌基因,它就像是一个分子开关,严格控制着细胞的生长增殖,那些由于TP53突变而失去控制的癌细胞因此就获得了无限增殖的能力;还有一些基因叫原癌基因,比方说KRAS是一种激酶,某种突变形式会让它获得持续的激活,从而使癌细胞失控。像TP53KRAS这样的肿瘤相关基因目前总发现了几百个,几乎每个癌症病人的癌组织中都会发现这些基因中的某几个发生了突变。不要以为科学家们只是好奇,发现这些突变是有非常重大的临床指导意义的,EGFR在非小细胞肺癌中突变率并不高(10-35%),但是科学家由此开发出专门针对EGFR突变的靶向药物,已经造福了无数的携带该突变的癌症病人。


在上篇中我们讲到,癌细胞会将自己的DNA释放到血液中,随着癌细胞DNA一并释放到血液中的,是它们所携带的各类突变——而这些突变,就是我们识别癌症的密码。大体来说,这些密码包括点突变(SNV),短的插入缺失(InDel),拷贝数变异(CNV),结构变异(SV)等等。我们知道,血浆中的cfDNA,只有一小部分(平均5-10%)是来自于癌细胞,这就相当于把密码信息稀释了十倍甚至几十倍,那么我们还能识别这些密码吗?

科学家给出的答案是肯定的:在几乎所有种类的癌症中,都检测到了ctDNA所带有的标志性突变,并且肿瘤越晚期,病情越严重,肿瘤的恶性程度越高,ctDNA特有突变的频率就越高。一项针对15种癌症进行的ctDNA测序研究显示,分别有47%55%69%82%I-IV期癌症病人中能检测到高于一定频率的ctDNA突变;而另一项使用更高灵敏度测序技术的研究则表示,对于II期以上的病人,均能100%检测到突变。



不同分期癌症的ctDNA检出情况

该研究组还比较了不同种癌症中检出ctDNA突变的比例,结果发现不同的癌症有较大的差异,卵巢癌,结直肠癌等几乎能百分之百检测到ctDNA,而脑肿瘤的检出率不到10%——这或许和不同组织的特性,如血脑屏障有关。


肿瘤是有异质性的,同一个肿瘤的不同部位基因组是有差异的,同一个病人的原发癌和转移癌基因组也是有差异的——但是它们将ctDNA释放进的是同一个血液循环系统——这也就意味着,ctDNA比单独一块肿瘤组织有更好的代表性。一个研究小组分析了一个有多处肿瘤的病人,证实ctDNA确实来自于所有的肿瘤组织,甚至有的还有可能来自于影像学观察不到的微小癌肿。


在科研界,对ctDNA的解密工作正在紧锣密鼓热火朝天的进行着,科学家们尝试了各种各样的手段,发明了各种各样的新技术,以期能最大化的将ctDNA带给我们的信息利用起来。

EGFR是一个很有名的基因。EGFR基因编码的蛋白叫做表皮生长因子受体,可以看做一个分子开关,这个受体就待在细胞膜上面,等待着来自外部的表皮生长因子来啪的一下把它打开,这样它就能激活细胞内部的与细胞生长增殖相关的代谢通路。正常细胞的EGFR可以有条不紊的完成这项工作,但是如EGFR损坏后导致下游通路不受控制,那么这样的细胞就会无限制的生长与增殖,变成可怕的癌细胞。科学家据此开发了针对性的靶向药物,如易瑞沙(吉非替尼)和特罗凯(厄洛替尼),都是专门针对有EGFR突变的肺癌病人所开发的药。但是,并不是所有的癌细胞都会有这个突变,在非小细胞肺癌病人中,大概只有10-35%的病人携带这个突变,因而这一类靶向药物只对这10-35%的病人有效。用药前,需要检测EGFR的几个位点。本人正好也曾做这项 EGFR IVD检测。

赛可瑞(克唑替尼)也是一种靶向药,但是它针对的是另一种基因突变:ALK融合。这种突变大概在3-5%的非小细胞肺癌中存在。

2009年,我们在非小细胞肺癌中鉴定出了一半以上的致癌突变,它们分属于9个不同的亚型,但还有将近一半的非小细胞肺癌在基因组水平属于未知。


非小细胞肺癌中常见驱动突变及其比例

癌症的复杂远超出一般人的想象。人类的基因约有两万多个,和癌症有关的基因有多少个呢?答案是:目前还不清楚。对于神奇的ctDNA。可以用哪些技术从ctDNA中获得哪些信息呢?下图列出了目前常用的一些ctDNA检测技术,以及它们能检测得到的密码信息。qPCR和基于qPCR所发展起来的一系列技术,可以检测ctDNA的浓度,关键的突变(如EGFR19号和21号外显子),微卫星不稳定性和甲基化位点等;高效液相色谱质谱分型也可以获得一定的信息。这些都属于针对特定位点的低通量检测方法,一般仅仅针对某一个基因的某几个位点进行检测,但是要想获得癌症基因组的全貌,是远远不够的。


常见的ctDNA检测技术及检测内容

二代测序(NGS)可以说是最近几年基因组领域甚至是生物领域最炙手可热的技术了,它将基因组学研究带入了大数据时代,一天内就可以生成的上T的数据量让传统的生物学研究者们望洋兴叹,也让一部分科学家充满了野心。NIPT(唐氏筛查)的创始人卢煜明教授20152月新发表的文章就野心勃勃的采用了全基因组测序技术来研究肝癌血浆中的ctDNA,这意味着他不仅仅一次性得到了全部的2万多个基因信息,还包括染色体上全部的基因间区(基因间区占整个基因组的98%以上),这样就可以从全基因组水平观察ctDNA的情况。

也有科学家认为全基因组测序太浪费,他们将与癌症密切相关的那一部分基因挑出来进行测序——即我们常说的目标区域测序,然后专注的分析这些基因上面的变化。2014年发表在Clinical Cancer Research上面的一篇文章,就专门选取了EGFRBRAFHER2KRASPIK3CA5个高频突变基因来研究不抽烟的非小细胞肺癌患者血浆ctDNA中的突变情况。

科学家们的见解在细节上有所差异,但是无论怎样来看,覆盖全面的,高深度的高通量测序技术,在ctDNA检测方面无疑更有优势,也更有前景。与其费事的一个基因一个基因的去检测,倒不如将相关的基因一网打尽。

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关键词:
ctDNA,循环肿瘤,癌细胞,科学家,癌症,技术

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