更好地監(jiān)測血液中的癌癥 DNA,Broad 研究所的新技術有望替代手術活檢

 眾所周知，對于癌癥病人來說，手術活檢是一種很困難、痛苦并且昂貴的方法，尤其是當腫瘤出現(xiàn)在不容易接觸到的位置的時候。而血液活檢（blood biopsy）將克服許多這樣的問題。
體內(nèi)的細胞，包括腫瘤細胞，一旦死亡，就會定期將 DNA 片段排出到血液中。通過血液活檢，臨床醫(yī)生從血液中提取出這種“無細胞”DNA，然后檢測并綜合分析來源自癌細胞的 DNA 片段。通過追蹤這些從血液樣本中得到的數(shù)據(jù)，醫(yī)生可以監(jiān)控癌癥是否復發(fā)，病人對治療的反應，以及其它臨床上重要的特征。
來自麻省理工學院 Broad Institute、哈佛大學、麻省理工學院的 Koch 癌癥綜合研究學院、Dana-Farber 癌癥研究所和麻省總醫(yī)院的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種精確的、可擴展的方法，這種方法可以監(jiān)測血液樣本中的癌癥 DNA。這種從病人血液樣本中檢測和分析癌癥 DNA 的方法有希望替代手術活檢。這可以讓醫(yī)生可以實時追蹤疾病和治療的進展，并幫助研究人員了解腫瘤是如何抵抗治療的。
Nature Communications 報道說，此研究小組發(fā)現(xiàn)，近 90% 的腫瘤的遺傳特性可以使用血液樣本來做全外顯子組（whole-exome）測序。該方法可以有效地應用于 49% 的晚期癌癥患者，這個數(shù)字很可能隨著測序變得便宜而增大。這種侵入性較低的腫瘤采樣方法提供了對癌癥基因組測序的可能性，并且有一系列潛在的應用。
“我們終希望可以使用血液活檢來地找到并且可以描述腫瘤的小殘余，”Viktor Adalsteinsson 解釋道。他是該論文的共同作者，也是 Broad 研究所的組長、整個血液活檢小組的，“而且，隨著腫瘤往更階段發(fā)展（發(fā)展抵抗性或轉(zhuǎn)移性），我們可能會獲得決定哪一種療法更適合病人的關鍵時間點?！?

血液活檢的研究和發(fā)展在學術屆和產(chǎn)業(yè)界很受歡迎，但是隨著全外顯子組測序的發(fā)展，由 Adalsteinsson 和同事 Gavin Ha、Sam Freeman、Matthew Meyerson、j . Christopher Love 和 Gad Getz 領導的團隊正在以一個新的、創(chuàng)新的方向來研究這個領域。
目前，從 DNA 片段中提取出一個完整的外顯子（exome）需要血液樣本中有至少 10% 的腫瘤 DNA。但是血液中的腫瘤 DNA 的比例因人而異。由于這種差異，在嘗試全外顯子組測序之前，該團隊首先需要一種無偏方法來檢測和測量癌癥 DNA 水平。
另一個問題是，在整個領域中，許多血液活檢方法通過篩選已知癌癥相關的基因的突變來檢測腫瘤的 DNA，但這種靶向性的測序在癌癥沒有這些特定的基因突變的情況下會錯過此疾病。
該論文另一個作者 Ha 是一名來自 Broad 研究所和 Dana-Farber 癌癥研究所的博士后。他領導開發(fā)了一種名為 ichorCNA 的工具。該工具可以分析在癌癥基因組中普遍存在的 DNA 片段突變模式，以此發(fā)現(xiàn)有已知或者未知突變的癌癥。Ha 專注于檢測比起健康細胞，在腫瘤細胞中有異常數(shù)量的 DNA 片段。
該研究小組對 Dana-Farber 癌癥研究所的 520 例有轉(zhuǎn)移性乳腺癌或前列腺癌的患者的 1439 例血液樣本用 ichorCNA 進行了測試并且做了改進。
使用這種方法，研究人員發(fā)現(xiàn)，在 33%到 49%的轉(zhuǎn)移性乳腺癌和前列腺癌患者中，無論是進行一個還是多個血樣檢查，腫瘤 DNA 在血液中占大于 10%。這足以證明無細胞 DNA 的全外顯子組測序的可行性。
然后，為了確定這種無細胞腫瘤 DNA 的測序是否能像組織活檢一樣對癌癥遺傳學有同樣的準確性，該研究小組比較了 41 名患者的從無細胞 DNA 全外顯子基因組測序以及從腫瘤手術活檢中獲得的數(shù)據(jù)。他們發(fā)現(xiàn)，從血液全外顯子測序和從組織活檢獲得的基因數(shù)據(jù)在許多遺傳特征上都有明顯的匹配，比如說克隆體細胞突變（88% 匹配）和拷貝數(shù)改變（80% 匹配）。
這些結(jié)果證明了從血液樣本做無細胞 DNA 全外顯子測序的可能性，這可以作為許多有轉(zhuǎn)移性腫瘤的患者的活檢的潛在替代物。
“研究表明，我們從血液中獲得癌癥全外顯子組的信息跟腫瘤活檢的結(jié)果一致。而這個方法可以在更多的有轉(zhuǎn)移性癌癥的病人中實施?！盇dalsteinsson 說道。在加入 Broad 研究所之前，他曾是 Love 的實驗室的一名博士后?！斑@表明，我們可以對有轉(zhuǎn)移性癌癥的患者進行血液活檢，以此大規(guī)模描述疾病基因組的特征?！?
“它讓我們看到了許多我們以前不能做的研究的可行性，”Getz 補充道。他是麻省總醫(yī)院癌癥中心和病理學系的病理學和生物信息學副教授，同時也是 Broad 癌癥基因組計算分析小組的成員和主任?！斑@項技術將使我們能夠追蹤癌癥的動態(tài)，了解藥物耐藥性的演變，或轉(zhuǎn)移狀態(tài)的發(fā)展，而這些是這是通過手術活檢無法實現(xiàn)的?！?
這項新的研究改進了血液活檢的分析步驟，并允許其在擴大規(guī)模下進行。研究人員正在積極地將他們的工作應用到成千上萬的轉(zhuǎn)移性癌癥患者身上，而那些患者本身可能并不會去做腫瘤活檢。
“通過這項研究，我們現(xiàn)在有了一個框架。這個框架可以精確地測量和質(zhì)量控制血漿中的腫瘤 DNA，使血液活檢的基因組分析具有很高的技術準確性，”Meyerson 說道。他是 Broad 成員以及 Dana-Farber 癌癥研究所、哈佛醫(yī)學院的病理學教授。
在這個團隊成功的背后，ichorCNA 和隨后的無細胞 DNA 全外顯子測序已被納入與 Broad 研究所基因組平臺合作項目之一，以使從血液樣本中得到的轉(zhuǎn)移性和耐藥腫瘤的數(shù)據(jù)得到綜合分析。這一方法也被納入到 Broad“直接到患者”（direct-to-patient）的項目中。該項目包括從轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者中收集唾液和組織樣本，以及新加入的血液樣本，來做 DNA 測序，以此進一步研究治療方法。同樣，在血管肉瘤（Angiosarcoma）項目和即將開始的轉(zhuǎn)移性前列腺癌項目中，相關人員也在努力把血液活檢列入研究方法之一。
“我們很興奮可以使用血液活檢了解轉(zhuǎn)移性乳腺癌，它的耐藥性，和其腫瘤進化，并且可以實時追蹤轉(zhuǎn)移狀態(tài)。這對患者，尤其是對可能沒有可用的轉(zhuǎn)移性活檢組織的患者很有幫助?！盢ikhil Wagle 說道。他是 Broad 研究所成員，也是 Dana-Farber 癌癥研究所精密醫(yī)學中心以及轉(zhuǎn)移性乳腺癌項目的?！案鶕?jù)血液活檢小組的新成果，很明顯，這項技術已經(jīng)可以納入轉(zhuǎn)移性乳腺癌項目中。”
這種進行大規(guī)模血液活檢的方法可以讓研究人員和臨床醫(yī)生很容易地得到癌癥基因組。這對醫(yī)生監(jiān)測治療反應、觀察復發(fā)等等有深遠的影響。經(jīng)常性地和非侵入性地監(jiān)測癌癥及其治療的能力可以改變臨床試驗，提高臨床醫(yī)生對轉(zhuǎn)移性癌癥的理解，并有可能增加運用高質(zhì)量的精確醫(yī)學方法的可行性。
“使用無細胞 DNA 來追蹤癌癥并不是一個新想法，但我們正在開發(fā)一些可以了解如何更好地為這些類型的分析提供合適的材料的工具，并且我們正在以一種可以全面研究基因組的方式進行實驗，”Love 說?！盀榱舜_保這項技術每年對成千上萬的病人和樣本都具有高性價比和可批量化，我們已經(jīng)建立了質(zhì)量指標?！?
這項研究由 Gerstner Family Foundation，Janssen Pharmaceuticals,Inc . 和 National Cancer Institute 的 Koch 研究所幫助基金資助。