循环肿瘤DNA（ctDNA）携带着与癌症相关的分子特征，包括体细胞突变、癌症相关病毒序列、拷贝数异常和DNA差异甲基化等。通过检测ctDNA的癌症分子特征有助于了解癌症的发生和发展。因此，ctDNA在基于液体活检的癌症早期研究中有着重要应用前景。

目前，大多癌症早筛研究都集中于检测癌症患者中具有广泛代表意义的生物标志物。但癌症是一类高度异质的疾病，不同癌症会有不同的特异性基因突变。此外，在癌症的早期阶段，血浆中ctDNA的含量微乎其微，基于某一突变的体细胞突变量甚至更低。

为了克服以上问题，增强ctDNA检测癌症的灵敏度，香港中文大学卢煜明教授研究团队日前对基于血浆ctDNA的检测技术进行了改进，开发了一种可检测血浆中癌症相关体细胞突变总量的方法，并研究了ctDNA上是否存在其他类型的分子特征。卢煜明教授研究团队报告了肝癌、肝移植和肝炎患者群组的血浆样本分析结果，并发现可通过追踪cfDNA偏好末端坐标来寻找血液ctDNA的癌症信号。相关研究结果于2018年10月29日发表在PNAS期刊。

近年来，人们发现血浆DNA断裂并不是一个随机的过程。例如，在孕妇的血浆中，某些具有特异末端的cfDNA主要来自胎儿，而其他cfDNA分子则主要含有来自母体的末端结构。基于此，研究团队将注意力转向寻找除癌症基因突变之外的其他癌症信号来源，并假设组织或肿瘤相关的cfDNA偏好末端特征也存在。在卢煜明教授的带领下，研究团队开始通过不同的方法从cfDNA片段中收集与癌症相关的信号。

图1. 鉴定cfDNA末端特征的原理示意图

研究团队利用一组肝移植病例的血浆样本，鉴定了出近10,000个与肝脏相关的偏好末端坐标位点，首次证明了在某些基因组坐标下，来自肝脏的cfDNA分子比非肝来源分子更倾向于出现偏好末端。同时，研究团队还分析了一组肝癌患者的基因测序数据，并将其与慢性乙肝患者的样本测序数据进行了比较，发现了数以百万计的血浆DNA癌症偏好末端坐标位点，其中，在HCC和慢性HBV感染患者中鉴定了980万和1380万个偏好末端坐标位点。

图2. 肿瘤相关和非肿瘤相关的cfDNA偏好末端坐标。（A）根据肝细胞癌患者和慢性乙肝病毒携带者血浆中DNA片段末端的比较，确定cfDNA偏好末端坐标的数目。（B）肿瘤与非肿瘤相关cfDNA偏好末端坐标与肿瘤DNA组分比值的相关性分析

分析还发现，这些具有癌症特异性末端坐标的cfDNA分子丰度也与患者的肿瘤DNA组成密切相关，即使在那些仅进行浅层测序的样本也是如此。这表明，体细胞突变和肿瘤相关偏好末端丰度可作为ctDNA的一个可识别特征。而与基于基因突变的检测方法相比，片段末端检测或许能够提供一种更廉价的癌症信号寻找方法。

卢煜明教授表示，此前为检测循环体细胞突变而开发的许多方法可能也适用于检测肿瘤相关cfDNA末端坐标。因此，将体细胞突变检测和肿瘤相关DNA末端坐标进行结合，具有可以大大提高液体活检灵敏度的潜力，评估这些末端坐标在早期癌症无创检测的价值也是非常值得关注的。

此外，研究团队在论文中还描述了他们开发的用于检测血浆癌症相关体细胞突变总量（包括驱动因素和被动因素）的动态滤波算法。研究团队还使用了其他信息学和校正工具来区分来自胚系突变或其他非肿瘤DNA突变来源的癌症相关信息。由于每个血浆DNA样本被测序到>100X人类单倍体基因组覆盖范围，因此在覆盖相关位点的多个序列reads之间应该存在真实的体细胞突变。该算法根据每个假定体细胞突变碱基位置的测序深度，应用不同的读取阈值。只有在超过该位点阈值的多个reads取中，才会被保留作为一个候选变体。

研究结果表明，该算法可以显著提高ctDNA中体细胞突变特异性的鉴定效率，阳性预测值（PPV）从8.8%提高到85％。该算法在相邻的正常肝组织（96种变体）、脐带血浆（133种变体）和慢性HBV感染患者的血浆（222种变体）中仅鉴定了少数的假阳性变体。

随着液体活检成果越来越多地转向应用于无症状人群的早期肿瘤检测，全世界科学家们正在研究各种方法，试图挖掘出更强大、更具特异性的肿瘤信号。该研究发现，具有特异末端cfDNA的定量评估与血浆中肿瘤衍生的或肝脏衍生的血浆DNA量相关，整个基因组中有数百万个与肿瘤相关的cfDNA末端坐标，通过分析cfDNA末端坐标，可以帮助我们鉴定相关cfDNA的起源组织，识别病理学或癌症的器官。通过液体活检技术检测肿瘤相关的cfDNA末端来捕获癌症信号，或许可以成为一种经济有效的新型癌症检测手段。

参考资料：

1.Preferred end coordinates and somatic variants as signatures of circulating tumor DNA associated with hepatocellular carcinoma

2.DNA Fragment End Analysis Could Improve Liquid Biopsy