液体活检:收集肿瘤特异的指纹

【字体: 时间:2015年11月03日 来源:生物通

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  如果医生想深入了解肿瘤,他们的选择很有限。他们可以扫描相关区域、采集组织活检,或监控血液的标志物,如PSA或CA 125。不过,这些都不太理想:成像的分辨率不高,活检是侵入性的,而良好的标志物是少之又少。最理想的情况是,研究人员能通过简单的血液检测来实现组织活检的敏感性和特异性。

如果医生想深入了解肿瘤,他们的选择很有限。他们可以扫描相关区域、采集组织活检,或监控血液的标志物,如PSA或CA 125。不过,这些都不太理想:成像的分辨率不高,活检是侵入性的,而良好的标志物是少之又少。

最理想的情况是,研究人员能通过简单的血液检测来实现组织活检的敏感性和特异性。如今,液体活检的出现,让这一切成为可能。

液体活检

据斯坦福大学医学院的助理教授Max Diehn介绍,就传统的癌症标志物而言,普遍的问题是特异性。“对于之前探索的大多数生物标志物,正常细胞也会产生,因此并不是肿瘤细胞所独有的。这意味着,它们往往不是很特异。”液体活检则通过搜索血液及其他体液中更加特异的肿瘤指纹,来克服这方面的缺陷。

这些指纹有两种形式。循环肿瘤细胞(CTC)是从肿瘤上脱落的活细胞,可能代表了转移的种子;循环肿瘤DNA(ctDNA)则是来自死细胞的遗传物质,通常以DNA短片段的形式存在。Diehn实验室最近介绍了一种检测非小细胞肺癌患者血液中的ctDNA的方法,这些片段的平均长度为170 bp 1。

当然,正常细胞也存在于血液中,而且每天都有正常细胞死亡。因此,无论研究人员是寻找CTC还是ctDNA,他们都必须慧眼识珠。对于CTC,这通常是借助细胞表型来实现的,如利用Janssen Diagnostics的CELLSEARCH分析,它根据上皮细胞标志物的表达来选择细胞。

对于ctDNA,研究人员必须根据它们的序列来挑出片段,这是个艰巨的任务,因为没突变的DNA不能提供信息。因此,这项技术适用于突变已知的情况。例如,Diehn开始鉴定NSCLC患者中常常突变的基因组区域,生成CAPP-Seq selector文库。这个寡核苷酸集合代表了139个基因的521个外显子和13个内含子。研究小组利用它来收集血浆中的互补DNA片段,并以高覆盖度测序。

根据2014年约翰霍普金斯大学医学院的研究,ctDNA可在各类肿瘤患者的血浆或血清中发现,不过随着肿瘤位置和分期的不同,分析的敏感性也有差异。“75%的晚期胰腺癌、卵巢癌、大肠癌、膀胱癌、胃癌、乳腺癌等癌症患者中可检测到ctDNA,不过对于原发性脑癌、肾癌、前列腺癌或甲状腺癌,检测率不到50%,”作者写道2。

约翰霍普金斯大学的肿瘤学教授Nickolas Papadopoulos表示,研究人员可以通过靠近源头来实现更高的敏感性,比如,在检查泌尿生殖系统肿瘤时检测尿液,或在检查头颈部癌症时检测唾液。实际上,研究小组最近发现通过脑脊液检查,使得中枢神经系统的肿瘤检测有所改善3。

如同许多ctDNA研究一样,霍普金斯的团队也使用靶向测序来检测ctDNA。在这种情况下,一种称为Safe-SeqS的条形码策略可准确报告样本中的ctDNA分子数量。研究人员也可以利用数字PCR来定量具体的变化,不过有的作者指出,“数字PCR分析提供了高的准确性和灵敏度,但需要个性化分析的设计,这是限速步骤”4。


有利有弊

研究人员检测癌症患者的血液及其他体液中的ctDNA,使其成为一种有潜力的生物标志物。然而,据Papadopoulos介绍,ctDNA不仅仅是指标,似乎还与“肿瘤负荷”有关,其水平随疾病严重程度而升高。此外,一些早期的癌症也能检测到ctDNA,表明不仅可使用ctDNA来监控现有的癌症,还能作为筛查工具。

美国国家癌症研究所淋巴治疗科的科长Wyndham Wilson表示,ctDNA还能用于预测肿瘤的复发。在一项弥漫性大B细胞淋巴瘤的研究中5,ctDNA能够在CT扫描前几个月就发现肿瘤复发。因此,医生能够更早治疗患者,改善他们的长期预后。

然而,ctDNA作为筛查工具,也面临一些潜在的问题。目前还不清楚ctDNA在不同的癌症类型、分期和患者中的普遍程度。即使检测到ctDNA,也不清楚是体内哪里产生的,或者即使检测到的突变与肿瘤存在一定关联,也需要后续检测。

相比之下,CTC分析能提供基因组完整的活细胞。因此,研究人员可分离出这些细胞,在显微镜下观察它们,并研究每个细胞的基因组和蛋白表达。Aviva Biosciences公司的研发副总裁Antonio Guia认为,这带来了比ctDNA分析更广谱的方法,因此你不必看特定基因的特定片段。

最近,哈佛大学的Daniel Haber及其同事就开展了一些研究,利用单细胞RNA-Seq来鉴定单个前列腺癌CTC的信号差异,并将这些差异与治疗反应相关联6。研究小组利用一种称为CTC-iChip的微流体设备来分离CTC,它根据CD45或CD66的表达将CTC与其他血细胞分离。

不过,对于液体活检而言,问题并不在于选择CTC还是ctDNA。Janssen Diagnostics的首席医疗官Jorge Villacian认为,两种标志物能提供互补的信息,作为临床工具都有市场。这家公司专注于CTC诊断。

“肿瘤医生以及监管部门对液体活检的概念了解得越多,对每个人都是双赢的 – 对患者、对医生以及对制度本身,因为这将使得发病率更低、并发症更少,并改变早期治疗,对患者有利。”

(作者:Jeffrey M. Perkel / 生物通编译)

参考文献

[1] Newman, AM, et al., “An ultrasensitive method for quantitating circulating tumor DNA with broad patient coverage,” Nat Med, 20:548-54, 2014. [PMID: 24705333]

[2] Bettegowda, C, et al., “Detection of circulating tumor DNA in early- and late-stage human malignancies,” Sci Transl Med, 6:224ra24, 2014. [PCMID: PMC4017867]

[3] Wang, Y, et al., “Detection of tumor-derived DNA in cerebrospinal fluid of patients with primary tumors of the brain and spinal cord,” Proc Natl Acad Sci, 112:9704-9, 2015. [PMID: 26195750]

[4] Dawson, S-J, et al., “Analysis of circulating tumor DNA to monitor metastatic breast cancer,” New Engl J Med, 368:1199-1209, 2013. [PMID: 23484797]

[5] Roschewski, M, et al., “Circulating tumour DNA and CT monitoring in patients with untreated diffuse large B-cell lymphoma: A correlative biomarker study," Lancet Oncology, 16:541-9, 2015. [PMID: 25842160]

[6] Miyamoto, DT, et al., “RNA-Seq of single prostate CTCs implicates noncanonical Wnt signaling in antiandrogen resistance,” Science, 349:1351-6, 2015. [PMID: 26383955]

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