液体活检开启癌症早期诊断大门

从血液样本中提取的肿瘤DNA可用于了解癌症和避免手术活检。

资料来源:culturarim/alamystockphoto

肺活检是一个侵入性且痛苦的过程，尤其是对一位80岁的女性而言。然而，通过穿刺检查，肿瘤学家杰弗里·奥克斯纳德给病人开了一种相应的靶向药物。经过治疗，病人的肿瘤似乎已经消失了。

然而，过了一段时间，这位80岁的老人又带着疾病来到了奥克斯纳德的诊所。医学诊断表明癌症又回来了，如果我们想了解癌症的耐药性，我们需要再做一次肺部穿刺。

但是这一次，在美国马萨诸塞州波士顿的达纳法博癌症中心工作的奥克斯纳德给了病人一个新的选择:“让我们检查一下你的血液。”他只取了一些血样，做了“血液活组织检查”。在不到一天的时间里，他发现了产生微小突变的肿瘤DNA，这导致了肿瘤的耐药性。幸运的是，一种治疗这种突变的药物目前正在进行临床研究。奥克斯纳德设法让病人参加了这项研究，她的病情再次得到了缓解。

科学家发现，一些肿瘤细胞甚至整个细胞会从原来的肿瘤细胞中分离出来并进入血液，因此血液活检应运而生。通过这种方法，可以采集血样来分析肿瘤DNA的基因特征，从而避免了实体肿瘤穿刺活检的方法。

现在，基因组测序技术的快速发展使得这种方法能够在临床上得到应用。有三个主要的探索方向:循环肿瘤DNA的分析、血液中整个肿瘤细胞的检测和捕获肿瘤释放的细胞外小泡。科学家发现血小板可能为癌症提供线索。

科学家知道血小板在出血后有凝血功能，但他们不知道他们也有非凡的“大胃口”。因此，当汤姆·温丁格在荷兰阿姆斯特丹*大学医学中心建立实验室时，他非常惊讶地发现血小板吞噬了含有肿瘤核糖核酸的小分子。如果血小板能够吸收肿瘤转录物，它们可能会提供一种有价值的诊断技术。

此外，血液活检更快、更方便，并能最大限度地减少患者的痛苦。此外，它们还使临床医生能够密切监测肿瘤对治疗过程的反应，从而预测癌症的复发率。从长远来看，医生甚至可以在个人发现症状之前，在疾病的早期阶段使用血液活检来发现潜在的肿瘤细胞。

*漂移的DNA

DNA片段经常流入血液。这种基因“浪费”在健康人群中也很常见，可能来自身体的任何部位。中国香港中文大学的化学病理学家卢煜明意识到，如果孕妇的血小板释放胎儿DNA，肿瘤也可能会脱落DNA。因此，卢煜明是第一个发起非侵入性DNA测试的国家。它通过目前广泛使用的非侵入性方法对未出生婴儿的染色体异常进行产前检测。在这个过程中，这种检测方法也产生了意想不到的信息，一些孕妇被检测出患有癌症。

随后，更精确的下一代测序方法的到来使得通过血液检测*流动的肿瘤DNA成为可能，因为这种测序技术可以区分肿瘤基因组序列和常规DNA序列之间的差异。此外，数字聚合酶链式反应(dPCR)还使研究人员能够诊断或量化特定的肿瘤DNA大小，即使其在血液中的总含量仅为0.1%。

"这些是非常敏感的实验。"纽约大学朗贡医学中心的皮肤科医生大卫·波尔斯克说:“这是因为它们在实验室中扮演着如此重要的角色，以至于临床医生对它们感到兴奋。”

目前，虽然一些血液检测正悄然进入市场，但血液活检仍主要局限于基础研究和临床研究背景。2015年9月，加州圣地亚哥医疗诊断公司路径基因组公司因直接向消费者推广其血液检测方法而受到美国食品和药物管理局(FDA)的严厉批评。监管机构表示，其699美元的癌症拦截诊断测试方法针对的是癌症风险高但仍健康的人群。这项技术尚未被批准向消费者开放，也没有在临床实践中获得足够的证据。该公司回应称，这是一项涉及医生的临床试验，没有采用直接向消费者推广的模式。

目前，卢煜明正在完成一项涉及20，000人的鼻咽癌检测，这是中国南方常见的头颈癌。在2013年的一项研究中，卢煜明的团队测试了1300名健康人，发现其中3人处于癌症早期。卢煜明将很快报告其研究结果。"我们可以在癌症早期发现它的踪迹，这是一个显著的发展."他说。因为95%的病人在这个阶段接受治疗后可以存活。他补充说，被发现的病人已经得到了尽快的治疗，他们现在生活在良好的健康状态中。

发现复发芽

追踪患者的循环DNA也改变了癌症转移的早期诊断的可能性，这通常需要重复的侵入性活检。在过去的几年里，科学家们一直在研究循环的脱氧核糖核酸，寻找女性在治疗后被认为没有癌症的情况下可能复发的迹象。"这是癌症转移或复发早期诊断的重要一步."密歇根大学卫生部肿瘤学家Muneesh Tewari说。

在2015年的一项研究中，20名乳腺癌患者的血液检测显示了癌症复发的迹象，这比常规临床检测方法的诊断时间早了3年。相关的生物标记是循环DNA中的染色体重组。这些重组似乎发生在癌症发展的早期，科学家可以用它们来设计检测dPCR的引物。

“我们认为循环肿瘤DNA应该是鉴别乳腺癌复发的一个好的生物标记，这在以前没有被证实过。当我们观察到这种现象时，我们感到非常兴奋。”领导瑞典兰德大学研究的专家劳萨尔说。“如果癌症的转移或复发能在3年前被发现，人们会认为它可能会给临床治疗带来完全不同的结果。”

另一项涉及55名乳腺癌患者的研究发现，复发症状提前8个月出现。该研究还使用dPCR检测突变。" 20%的女性乳腺癌患者最终会死亡。"英国伦敦癌症研究中心的尼古拉斯·特纳(Nicholas Turner)公布了这一结果，他说，“我们迫切需要更多地了解目前诊断方法无效的20%的女性。”

特瓦里说，血液检测在临床治疗中找到了立足点，目前尚不清楚对预先确定的基因变化的研究可能对患者的生活产生什么影响。特纳说，肿瘤耐药性可能来自今天的检测方法无法涵盖的突变，因为需要探索下一代测序方法来监测所有可行的癌症突变。

分离的细胞

事实上，*漂浮肿瘤DNA的发现是在不久前。科学家首次报道在血液中发现肿瘤细胞是在1869年。文献中记载了40多种可用于分离肿瘤细胞的设备。长期以来，科学家们一直在探索这样一个概念，即血液中肿瘤的数量可以用来评估患者癌症的侵袭性。

然而，临床试验的结果令人沮丧。例如，2014年，美国国家癌症研究所西南癌症研究小组发表的一项研究指出，通过捕获和测量乳腺癌复发患者血液中的肿瘤细胞，有可能发现一些人可能拥有的更具攻击性的癌症分支。然而，尽管对这些妇女进行了另一轮化疗，他们还是没能改善结果。斯坦福大学临床肿瘤学家斯蒂芬妮·杰弗里说，从这项研究中，人们得出结论，测量肿瘤细胞作为一种预测方法是没有用的。然而，她补充说，这一结论过于仓促，可能其余的治疗无效。然而，美国临床肿瘤学会并不推荐测量肿瘤细胞来帮助指导治疗。

与简单测量细胞不同，更好的方法是测量肿瘤细胞的脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)，从而提供更多有关导致患者癌症的基因变异的信息。由于分离技术的发展，研究人员可以从病人身上获得更多的活细胞，这足以让他们培养这些细胞或将它们移植到小鼠体内以研究它们的功能特性。

第三种血液活检方法指向细胞外体。它们是所有活细胞留下的小泡，包括类似于肿瘤母细胞的小泡，含有脱氧核糖核酸、核糖核酸和蛋白质。目前，这些外来体在很大程度上仍然是未知的，但是基于外来体的癌症检测已经商业化。

特瓦里说，每种检测方法都为理解生物学和疾病过程打开了不同的窗口。目前，更复杂的技术仍需进一步发展，但临床医生仍对血液活检在今天所能发挥的作用感到非常兴奋。"他们在帮助病人获得正确治疗方面发挥了强大的作用。"奥克斯纳德说。(李冯公主)

《中国科学日报》(第三版国际版，2016年4月25日)

阅读更多

《自然》杂志的相关报道