腫瘤研究領域ctDNA應用盤點
這是個「談癌色變」的年代，在我們與癌細胞對抗戰爭的偵查階段中，有「老偵查兵」和「新偵查兵」共同作戰，「老兵」即常規組織活檢，Ta經驗豐富，但不能區分腫瘤異質性，準確率低，患者需承擔較大風險。
近幾年，癌症檢測「新偵察兵」—液體活檢的表現更加突出。作為體外診斷的一個分支，液體活檢可以通過非侵入性取樣降低檢測危害，而且高效準確，性價比高。
圖1 液體活檢檢測對象
目前，液體活檢的檢測對象有循環腫瘤細胞（CTCs），循環腫瘤DNA（ctDNA），循環RNA（circulating RNA）和外泌體。其中，ctDNA因研究前景廣闊受到越來越多的關注。
ctDNA（circulating tumor DNA）是遊離DNA（cell-free DNA，cfDNA）中的一類，帶有特徵性標記，可通過高通量測序技術實現對它的定性、定量和追蹤。目前已發現的ctDNA特徵性標記包括位點突變、核小體佔有率及甲基化修飾差異，可根據這些指標的差異進行腫瘤的早期診斷、動態監測腫瘤的發生髮展及療效、耐葯檢測、複發風險評估和預後預測等。
下面，我們通過文獻為大家介紹一下ctDNA的檢測應用領域，揭開ctDNA在腫瘤研究中的神秘面紗~
1
腫瘤早期診斷
01
檢測對象
ctDNA位點突變，ctDNA甲基化
02
檢測技術
目標序列捕獲測序，數字PCR，全基因組甲基化測序，簡化基因組甲基化測序
03
案例分析
1
通過檢測ctDNA突變可檢出NSCLC
對58名早期非小細胞肺癌患者的腫瘤組織DNA及相應ctDNA進行測序分析，檢測到135個突變，其中ctDNA突變為76個。對其中15個基因的tDNA和ctDNA突變情況進行比對，結果基本一致[1]。
圖2 ctDNA位點突變與腫瘤的關係
2
利用ctDNA甲基化簇鑒定癌症樣本
對65例癌症患者及對照組ctDNA進行全基因組甲基化測序，比對後發現147888個甲基化簇（MHB）。肺癌患者樣本中，有明顯的tissue-specific MHB信號，可以據此區分癌症及正常樣本[2]。
圖3 ctDNA甲基化單倍型（MHB）可表徵腫瘤
2
腫瘤分型與組織來源鑒定
01
檢測對象
核小體佔位，ctDNA位點突變
02
檢測技術
ChIP-seq，目標序列捕獲測序
03
案例分析
1
ctDNA核小體包含率差異與組織起源
文章通過對cfDNA進行深度測序發現遊離DNA核小體包含率（nucleosome occupancies）與細胞中核體結構、基因結構與表達密切相關，可通過核小體包含率的差異揭示細胞類型的起源[3]。
圖4 cfDNA核小體分布與組織起源有關
2
ctDNA突變差異可用於腫瘤分型
對76名腫瘤活檢分類為生殖B細胞樣或非生殖B細胞樣的患者進行分子亞型分析，然後使用基於ctDNA突變的檢測方法進行同樣的分型，結果的一致性為80%[4]。
圖5 ctDNA突變可用於腫瘤分型
3
動態監測腫瘤發展與惡性程度
01
檢測對象
ctDNA甲基化
02
檢測技術
全基因組甲基化測序
03
案例分析
1
ctDNA甲基化水平判定腫瘤惡性程度
分析B細胞6個生長階段及慢性淋巴細胞性白血病患者（CLL）血樣的甲基化數據，根據ctDNA甲基化水平可將CLL的惡性程度進行區分（惡性程度LP＞IP＞HP），並且三種惡性程度的B細胞樣本均可與結果不同生長階段的正常B細胞甲基化水平對應[5]。
圖6 ctDNA甲基化水平與腫瘤惡性程度相關
4
腫瘤預後評估
01
檢測對象
ctDNA甲基化，ctDNA位點突變
02
檢測技術
全基因組甲基化測序，簡化基因組甲基化測序，目標序列捕獲測序
03
案例分析
1
肝癌ctDNA樣本中篩選出8個預後標誌物
分析肝癌及對照組血液樣本的DNA甲基化數據，對1933例樣本進行靶向測序驗證，篩選出8個預後相關標誌物[6]。
圖7 篩選ctDNA甲基化差異位點作為預後預測靶位點
2
ctDNA的TP53、PIK3CA突變可表徵患者預後效果
利用全基因組測序，對30例攜帶TP53、PIK3CA基因突變的患者治療過程中的 ctDNA水平進行全程監控，發現ctDNA序列的動態變化與患者手術預後效果一致[7]。
圖8 ctDNA序列動態變化與患者預後
目前，液體活檢這個新型「偵察兵」在腫瘤檢測中的作用正被越來越多的學者重視，關於ctDNA的研究也在如火如荼的進行。希望不久的未來，我們可以通過這種方式檢測癌症，對抗癌症！
參
考
文
獻
[1] Chen Ke-Zhong, Lou Feng, Yang Fan et al. Circulating Tumor DNA detection in early-stage non-small cell lung cancer patients by targeted sequencing[J].SciRep, 2016, 6: 31985.
[2]Guo S, Diep D, Plongthongkum N, et al. Identification of methylation haplotype blocks aids in deconvolution of heterogeneous tissue samples and tumor tissue-of-origin mapping from plasma DNA[J].Nature Genetics, 2017, 49(4):635.
[3]Snyder M W, Kircher M, Hill A J, et al. Cell-free DNA comprises an in vivo nucleosome footprint that informs its tissues-of-origin[J].Cell, 2016, 164(1-2):57.
[4]Scherer F, Kurtz D M, Newman A M, et al. Distinct biological subtypes and patterns of genome evolution in lymphoma revealed by circulating tumor DNA[J].Science Translational Medicine, 2016, 8(364):364ra155.
[5]Oakes C C, Seifert M, Assenov Y, et al. DNA methylation dynamics during B cell maturation underlie a continuum of disease phenotypes in chronic lymphocytic leukemia[J].Nature Genetics, 2016(3).
[6]Xu R H, Wei W, Krawczyk M, et al. Circulating tumour DNA methylation markers for diagnosis and prognosis of hepatocellular carcinoma[J].Nature Materials, 2017, 16(11):1155-1161.
[7]Dawson Sarah-Jane,Tsui Dana W Y, Murtaza Muhammed, et al. Analysis of circulating tumor DNA to monitor metastatic breast cancer[J] .N. Engl. J. Med., 2013, 368(13):1199-209.
來源：
安諾基因
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