在4月8日举行的2022美国癌症研究协会（AACR）年会上，臻和科技与中国医学科学院肿瘤医院专家团队合作的最新研究成果入选大会壁报，展示了基于血浆WMS多维度分析进行癌症早筛早诊的液体活检技术THEMIS平台（THorough Epigenetic Marker Integration Solution)：《Multimodal Analysis of Plasma Cell-Free DNA Methylome for Sensitive Multi-Cancer Detection》（Poster 5150）。
尽早寻找癌变“信号”迫在眉睫
癌症是我国的重大公共卫生问题，世界卫生组织国际癌症研究所（IARC）公布的“全球肿瘤流行病统计数据（GLOBOCAN）”显示，2020年中国新发癌症病例457万例，死亡病例300万例。得益于控烟、治疗和筛查手段的进步，肺癌和乳腺癌的死亡率出现了显著的下降，但对于一些没有有效筛查手段的癌种（胰腺癌，肝癌等），死亡率仍然在升高。因此，提高癌症生存率最有效的方法是预防和早诊早治。
早期检测的目的是在尽早的时间点发现癌症或癌前病变，并尽早进行干预，可以提高生存率或减少发病率。但早期癌症患者血液中的ctDNA含量低，如何在海量的正常游离DNA（cfDNA）中灵敏准确的识别微弱的肿瘤特征信号是领域内一直在攻坚的技术难题。
目前被广泛应用于肿瘤检测的ctDNA生物标志物包括甲基化、片段化特征、拷贝数变异等。传统的甲基化建库技术利用重亚硫酸盐进行胞嘧啶的转化，该反应严重损伤DNA分子，从而降低文库产量且不能用于片段特征的分析。臻和科技创新性地探索了利用酶转化法进行cfDNA文库构建，其温和的酶转反应可最大程度的保护DNA分子的完整性，从而实现利用一份文库同时进行甲基化、片段特征、拷贝数变异等多维度的分析，结合独特的生物标志物提取及整合算法，极大的提高了癌症检测的灵敏度和准确性，尤其是对早期的肿瘤患者，有望“抢得先机”。
在臻和科技与中国医学科学院肿瘤医院专家团队合作的研究中，证明了THEMIS平台的高精准度。
图1. THEMIS平台的实验和生信流程
该研究首先利用512例平行血浆样本对WMS和“金标准”全基因组测序（WGS）平台进行技术比较，发现血浆的拷贝数变异（相关系数：0.988）和片段化特征（相关系数：0.961）在两个平台高度一致，证明WMS平台可适用于拷贝数和片段组学等维度的分析。
WMS各单维度模型在独立测试集中对所有癌症样本的综合检测AUC达到0.863（拷贝数变异）至0.931（甲基化）。通过对各单维度进行整合，THEMIS模型的AUC进一步提升至0.963。从训练集到测试集，各单维度及THEMIS模型均展现出良好的泛化性。（图2）
图2. WMS平台各维度特征综合检测ROC曲线
THEMIS模型在测试集中对各单癌种的检测AUC达到0.893（非小细胞肺癌）至0.996（乳腺癌），且从训练集到测试集均展现出良好的泛化性。（图3）
THEMIS模型的检测灵敏度与患者临床分期相关，对测试集中的早期（I-II期）患者实现了71%的检测灵敏度和98%的特异性。（图4）
该研究首次展示了在同一WMS技术平台下同时分析多种癌症生物标志物的可行性，包括甲基化、片段化、拷贝数变异、转录因子印迹，并证明了对多维度数据进行整合分析要优于单一维度的检测性能。THEMIS平台仅需要采集10mL全血进行低深度WMS测序便可实现对多个癌种的高检测灵敏度和特异性。这一研究成果提供了一种新的基于液体活检进行多癌种早筛早诊的技术路线，预示着巨大的应用潜力。
图3. THEMIS模型对各癌种的检测ROC曲线
图4. THEMIS模型在各癌种各分期的检测灵敏度（98%特异性）
技术突破一小步，健康中国一大步
在开发早期癌症筛查手段方面，使用血液检测进行早期癌症筛查一直是研究人员追逐的梦想。
臻和科技打造的THEMIS平台，独创性地将甲基化与片段组学相结合，实现同时对多个常见癌种的检测，最大程度避免了单癌种逐个检测积累的假阳性。与传统的肿瘤筛查方法相比，液体活检的方法无辐射，无侵入性，安全便捷、性能优秀，有助于提高受检者的依从性，可用于大规模肿瘤高危人群的机会性筛查。
对于THEMIS平台的试验数据，双方研究团队都非常激动且备受鼓舞，期待THEMIS平台可以在后续研究中积累更多积极结果，助力早日实现《健康中国2030》规划纲要中提出的肿瘤防控战略目标。
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