中国首个前瞻性多癌种液体活检多组学概念验证性研究初步研究结果

2022年9月11日，燃石医学在2022年欧洲肿瘤内科学会年会（ESMO）发布了与上海复旦大学附属中山医院樊嘉院士、高强教授团队合作的中国首个前瞻性、多癌种液体活检多组学概念验证性研究“PROMISE” ( the Pan-canceR early detectiOn by Multi-omIcS biomarkErs study ）的初步研究结果。

PROMISE研究旨在评估包括外周血细胞游离DNA（cell-free DNA，cfDNA）甲基化、循环肿瘤DNA（circulating tumor DNA，ctDNA）突变和蛋白质肿瘤标志物在内的多组学，在检测中国高发或高致死性的9个癌种（肝癌、肺癌、胰腺癌、卵巢癌、结直肠癌、食管癌、胃癌、胆道癌和头颈鳞癌）中的表现，这些癌种占中国癌症总发病率的64%，占总死亡率的78%[1]。

这是燃石医学继2022年美国癌症研究学会（AACR）年会和2022年美国临床肿瘤学会（ASCO）年会发表6癌种早检临床研究THUNDER的性能数据后，9癌种早检前瞻性数据的首次面世，再一次证明ELSA-seq技术在多癌种早期检测中具有优异的性能和广阔的应用前景。

研究方法

PROMISE研究是一项多中心病例对照研究，各独立中心前瞻性收集来自癌症病例和非癌症对照受试者的血液样本。本次公布的数据是PROMISE研究训练阶段和验证阶段的临床性能数据，年龄匹配的癌症病例和非癌症对照样本被随机分为训练集（n=981，癌症：n=511；非癌症：n=470）和验证集（n=492，癌症：n=257，非癌症：n=235），在训练集中开发了多癌种血液检测（multi-cancer detection blood test，MCDBT）模型，并在测试集中进行了验证。

cfDNA甲基化：燃石医学多癌种早检技术ELSA-seq (1,000 x)，覆盖约490,000个和九种癌症及器官相关的CpG位点；

ctDNA突变：燃石医学168基因panel（燃石朗清®，35,000 x，匹配外周血白细胞测序：10,000 x）；

蛋白质肿瘤标志物：由16个肿瘤蛋白标志物组成。

研究结果

01、Panel验证

如下图所示，利用9癌种相关特异性甲基化定制panel进行癌症和非癌症组织的癌症信号检测，该panel可以显著区分来自于9个器官（肝、肺、胰腺、卵巢、结直肠、食管、胃、胆道、头颈）的癌症信号（t-SNE方法可视化，下图A）；同时，panel可以鉴别出来自于特异性器官的癌症信号和非癌信号（t-SNE方法可视化，下图B）。

02、多组学模型敏感性、特异性和组织溯源准确性性能表现优异

PROMISE研究发现，由cfDNA甲基化、ctDNA突变和蛋白质组成的多组学模型有着令人惊喜的性能表现。如下图A所示：

在训练集中，多组学模型的综合特异性为97.9%（96.1%-99.0%）、敏感性为81.7%（78.1%-84.9%），组织溯源准确性达到86.6%（83.0%-90.0%）；

在验证集中，多组学模型的综合特异性为98.3%（96.6%-99.4%）、敏感性为83.7%（79.0%-88.0%），组织溯源准确性达到81.9%（76.0%-87.0%）。

上图B显示了PROMISE研究训练集和验证集中，按癌症种类和各癌种分期的多组学模型敏感性性能表现

近年来，液体活检技术发展迅速，为癌症筛查带来了新的“解题思路”。其中，针对ctDNA突变的检测方法所能覆盖的位点有限，且无法实现组织溯源，往往需要通过超高的测序深度来提高检测的敏感性，但这也带来了假阳性、检测成本过高等问题，同时还需考虑克隆性造血带来的影响。

cfDNA甲基化可以捕获来自早期癌症血浆中的信号，当把cfDNA甲基化检测、ctDNA突变和血清蛋白质肿瘤标志物这三个维度的组学结合时，从表1可以看出，cfDNA甲基化为研究贡献了较高的敏感性，而在此基础上，模型的整体特异性仍然具有较高水平。

表 1. 验证集中 cfDNA 甲基化、ctDNA 突变、蛋白质和多组学模型的性能

在同时有三个组学的数据集（n=158）中， cfDNA甲基化为多组学模型贡献了所有敏感性中的82.9%（131/158），联合蛋白质肿瘤标志物和ctDNA突变维度能够贡献7%（11/158）的额外检出（集中在胰腺癌、胃癌和卵巢癌）。该研究首次展现了，甲基化维度和在其基础上联合其他组学对多癌种早检模型敏感性的分别贡献，为未来的多组学联合策略提供了研究的数据依据。

03、优越的组织溯源能力

在cfDNA甲基化技术ELSA-seq的加持下，多组学模型显示出了优越的组织溯源能力：如下图所示，在验证集中81.9%的癌症样本被准确定位（176/215）。其中对胃癌、结直肠癌和卵巢癌的定位能力依次升高（84%，95%，100%）。

结语

PROMISE研究的初步结果显示，基于多组学的癌症早检模型在九大癌种中表现出卓越的特异性、敏感性和组织溯源准确性；多组学模型在特异性较高的情况下仍可保持较高的整体敏感性。PROMISE 研究仍在顺利往前推进，我们期待模型纳入更多样本分析和进一步的优化，为多癌种早检提供更多的数据支持。

在多癌种早检技术从科学研究到临床应用这一漫长严谨的验证之路上，燃石医学将持续在技术开发与大型临床验证上发力。目前，公司先后启动了中国首个超万人、前瞻性多癌种早检临床试验项目PREDICT、首个基于液体活检多组学的前瞻性多癌种早检万人研究PRESCIENT，以及首个针对无症状人群的前瞻干预性万人研究PREVENT，以期推动中国多癌种早检产品的临床验证和开发，从而把更多的癌症拦截在早期，改善癌症患者生存率，减轻社会经济负担。