液体活检作为体外诊断的一个分支，是利用血液、尿液等人体体液作为样本来源检测、获取相关疾病信息的技术。与传统的组织活检相比有着副作用小、非侵入式、可重复取样等众多优势。临床医生可以通过检测血液中的ctDNA等生物标志物监测肿瘤对治疗的反应，预测肿瘤复发，还能够帮助医生在患者未出现任何症状的时候发现早期肿瘤。
今日，来自约翰霍普金斯大学（JHU）的研究人员在Science发表了最新研究进展，题为“Detection and localization of surgically resectable cancers with a multi-analyte blood test”，该研究小组开发了一种名为 CancerSEEK 的液体活检检测方法，利用该方法进行单一的血液检测，可以同时评估8种早期癌症ctDNA基因突变和蛋白水平，从而达到癌症早筛的目的。
值得注意的是，这种名为 CancerSEEK 的检测方法是一项独特的无创多分析检测，研究中该检测筛查了8种常见癌症，约占2017美国癌症死亡人数的60%，其中的5种：卵巢癌、肝癌、胃癌、胰腺癌和食道癌，此前没有任何形式的筛查程序。
研究小组对1005名非转移性、临床检测到的特定器官癌症患者进行了CancerSEEK检测，包括卵巢癌、肝癌、胃癌、胰腺癌、食道癌、结直肠癌、肺癌和乳腺癌，单次检测了血液中的16个基因和8个蛋白。同时，作为对照，研究小组还研究了850名没有癌症病史的健康者。
研究结果显示，在8种癌症类型中，CancerSEEK检测阳性中位数为70%，对卵巢癌、肝癌、胃癌、胰腺癌和食管癌等5种癌症的敏感度在69％〜98％之间，其中卵巢癌为98%，乳腺癌为33%，对癌症的特异性超过99%，812例健康对照者中仅7例检测为假阳性。
在设计CancerSEEK检测时，团队解决了几个相互矛盾的问题。首先，研究需要检查适当数量的碱基，以便检测出大量的癌症，每个被检测的碱基还需要被测序数千次，以检测出低频突变。但是，研究同时还要限制检测的碱基数量，因为检测的碱基数量越多，就越有可能识别更多的伪突变，从而降低信噪比。此外，该检测还需要价格低廉且适合于高通量，这两个方面都限制了测序的执行量。
为确定 CancerSEEK 检测中使用的 DNA 碱基最佳数量，研究人员使用了基于收益递减原理的方法找到了那些对癌症检测确实有用的DNA 标记物，并剔除了没有增益效果的 DNA 标记物，得到了一个相对较小的高选择性 DNA 标记物组合，以保证在评估8种肿瘤类型时，在每种类型中至少能检测到一个驱动基因突变。为此，研究人员设计了一个61扩增子panel，每个扩增子平均检查16个选定基因中一个基因的33个碱基对。
然后，研究小组应用了由JHU科学家开发的Safe-Sequencing系统（Safe-SeqS)，利用条形码策略区分来自真实突变体的扩增或测序错误，使研究团队能够有效利用血浆中的少量ctDNA。
除此之外，研究人员还采用分区策略将从血浆中回收的总DNA分成多个等份，并对每个重复进行独立测序，减少了每个测序孔中的DNA分子数量，但有效增加了每个测序孔中突变分子的检出比例，使样本中的突变体更容易被发现。
从单独的孔中扩增和纯化DNA后，研究人员在Illumina MiSeq或HiSeq 4000仪器上对扩增产物进行了测序。该研究作者之一、肿瘤与病理学教授Papadopoulos表示，将样本进行分割，能够降低噪音，将信噪比从2：1000提高到1：100，并可以进行独立分析，利于低频突变的检测。
先前的研究已证明，液体活检的最大灵敏度在局限性癌症中是有限的。另一项研究表明，将四种蛋白质生物标志物与一种遗传生物标志物（KRAS）结合可以提高胰腺癌的检测灵敏度。
CancerSEEK检测的第二部分就是蛋白质生物标志物，已有研究证明大多数早期肿瘤并不释放可追踪量的ctDNA，所以研究小组对血浆样本中的蛋白质生物标志物进行了初步研究，发现有8种蛋白质可在单一免疫分析平台上区分癌症患者与健康对照者，8种蛋白包括癌症抗原125、癌胚抗原癌抗原19、癌胚抗原癌抗原9、催乳激素、肝细胞生长因子、骨桥蛋白、髓过氧化物酶和金属蛋白酶组织抑制剂1。
Papadopoulos表示，选定的不同生物标记物联合用于早期检测有可能改变我们筛查癌症的方式。参与开发CancerSEEK检测的肿瘤和生物统计副教授 Cristian Tomasetti博士表示，我们的检测方法的创新之处就是将 DNA 突变以及几种蛋白质表达水平结合起来，得出最终检测结果。另一个新颖之处在于，CancerSEEK使用机器学习使检测能够在83%的患者中把肿瘤准确定位到很少的几个解剖部位。
研究中，CancerSEEK检测对最常见的分期II期患者的中位敏感性为73%，对Ⅲ期患者的敏感度为78%。然而，对于癌症的早期阶段I期，中位敏感度下降到43%。尽管早期癌症的敏感度中值偏低，但Papadopoulos相信，CancerSeek将产生长期影响，并从总体上减少癌症死亡人数。
研究人员表示，这项研究也存在局限性，例如只使用了健康个体作为对照样本。然而在真正的癌症筛查环境中，一些患者由于患有炎症或其他疾病，可能导致假阳性结果的比例高于研究中的比例。但是，研究人员仍相信CancerSeek最终能够区分癌症和其他炎症性疾病。
虽然Papadopoulos拒绝就该技术的潜在商业化发表评论。然而，据估计，CancerSeek检测的成本可能低于500美元，这低于其他单一癌症的筛查费用，如结肠镜检查。
Papadopoulos表示，约翰斯霍普金斯大学目前正与宾夕法尼亚州的Geisinger Health System合作，开启了一项后续研究，通过10000名患者对CancerSeek进行技术评估，该评估结果有可能导致更多的研究来检验CancerSeek的临床效用。
虽然目前的检测技术还不能检测出每一种癌症，并且大多数最具希望的癌症治疗方法中，很多仅能使少数癌症患者获益。如果我们要在早期癌症检测方面取得进展，我们必须以更现实的方式进行研究，因为没有任何一种方法可以检测到所有的癌症。
参考文献：
1. Johns Hopkins-Led Team Develops Blood Test to Detect Multiple Early-Stage Cancers
2. Detection and localization of surgically resectable cancers with a multi-analyte blood test
3.'Liquid biopsy' promises early detection for cancer
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