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。相关研究结果发表在发表在最近的《PNAS》杂志。

　　

生物通报道：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。

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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。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Plasma DNA tissue mapping by genome-wide methylation sequencing for noninvasive prenatal, cancer, and transplantation assessments
Abstract: Plasma consists of DNA released from multiple tissues within the body. Using genome-wide bisulfite sequencing of plasma DNA and deconvolution of the sequencing data with reference to methylation profiles of different tissues, we developed a general approach for studying the major tissue contributors to the circulating DNA pool. We tested this method in pregnant women, patients with hepatocellular carcinoma, and subjects following bone marrow and liver transplantation. In most subjects, white blood cells were the predominant contributors to the circulating DNA pool. The placental contributions in the plasma of pregnant women correlated with the proportional contributions as revealed by fetal-specific genetic markers. The graft-derived contributions to the plasma in the transplant recipients correlated with those determined using donor-specific genetic markers. Patients with hepatocellular carcinoma showed elevated plasma DNA contributions from the liver, which correlated with measurements made using tumor-associated copy number aberrations. In hepatocellular carcinoma patients and in pregnant women exhibiting copy number aberrations in plasma, comparison of methylation deconvolution results using genomic regions with different copy number status pinpointed the tissue type responsible for the aberrations. In a pregnant woman diagnosed as having follicular lymphoma during pregnancy, methylation deconvolution indicated a grossly elevated contribution from B cells into the plasma DNA pool and localized B cells as the origin of the copy number aberrations observed in plasma. This method may serve as a powerful tool for assessing a wide range of physiological and pathological conditions based on the identification of perturbed proportional contributions of different tissues into plasma.