编辑：Memime
肺癌是最危害人类生命健康的恶性肿瘤之一，患者发现得越早，生存几率越高。对肺癌高危人群用进行CT扫描筛查，可以降低肺癌的死亡率。但辐射暴露、高假阳性率和成本使得放射筛查被使用的比例一直很低。因此，医学研究人员一直在研究开发可以在早期检测出肺癌的血液检测，一旦可以应用于对早期患者的筛查，参加筛查的患者总数将大大提升。然而，研究人员也面临着技术上的阻碍：作为标志物的肿瘤相关DNA(circulatingtumorDNA,ctDNA)在早期肺癌患者的血液中含量很低，无法精确地检测。
年3月25日，来自斯坦福大学的研究团队成功开发并验证了一种基于机器学习的肺癌筛查方法:“血浆中的肺癌可能性”（Lung-CLiP）。该技术利用深度测序（CAPP-Seq）改进了对癌症的个性化分析，实现了类似于ctDNA检测的性能，可以有效地筛选出早期肺癌患者，且预后意义很强。相关研究结果题为“Integratinggenomicfeaturesfornon-invasiveearlylungcancerdetection”发表在Nature期刊上。
首先，研究人员对85例Ⅰ-Ⅲ期非小细胞肺癌患者的肿瘤组织、血浆中cfDNA和白细胞DNA进行了基因分型，并对个在非小细胞肺癌中反复突变的基因进行了靶向深度测序（图1a）。随着监测到的肿瘤突变数量的增加，检测灵敏度比以前的方法有着明显提高。在定制肿瘤信息策略下，分别在42%、67%和88%的一期、二期和三期疾病患者中检测到ctDNA（图1b）。研究人员发现，匹配肿瘤样本中突变的cfDNA分子片段比野生型分子短（图1d），并在bp以下和-bp的范围内富集（图1e)。研究人员还测试了治疗前ctDNA水平与临床结果的关系，发现ctDNA水平较高的患者更不易复发（图2）。
图1aCAPP-seq工作流程
图1b患者肿瘤相关ctDNA检测率
图1d比较匹配肿瘤样本和野生型分子中的突变cfDNA分子的尺寸分布
图1e突变株与野生型cfDNA分子的相对富集度
图2I-III期患者（n=85）的ctDNA水平分层的无复发性分析
由于克隆性造血细胞是cfDNA的主要来源，因此有必要区分克隆性造血和肿瘤性突变。研究人员首先检查了非小细胞肺癌早期患者和非癌症对照组的匹配白细胞（wbc）中cfDNA的变异，将匹配的白细胞DNA和cfDNA测序到同等深度，发现94.8%的WBC+cfDNA突变是个体受试者独有的（图3a），而非小细胞肺癌患者和对照组中的大多数cfDNA变异都归因于克隆性造血（图3b）。研究人员也发现，WBC+突变的数量与年龄显著相关（图3f）。此外，克隆性造血突变发生在比肿瘤性突变更长的cfDNA片段上，且没有观察到与吸烟有关的突变特征（图3i），这些分子信息都可以用来区分肿瘤性突变和克隆性造血突变。
图3克隆性造血是cfDNA变异的主要来源，其分子特征区分来源于克隆性造血和肿瘤的cfDNA变异
总之，研究人员提出了一种非侵入性的肺癌早期筛查方法“Lung-CLiP”，包括血浆cfDNA和匹配白细胞DNA的定向测序，并将单核苷酸变异（SNVs）和全基因组拷贝数分析与机器学习模型相结合。Lung-CliP的性能也得到了前瞻性验证，避免了模型因过度拟合而导致过度乐观的风险。尽管当前该检测方法不如CT扫描灵敏，但假阳率较低，将两者结合的双层筛查策略可以显著地增加每年挽救的生命数量。研究者认为，Lung-CLiP的灵敏度可以根据临床应用目标调整到所需的特异性，并且可以进一步开发以适用于多种癌症类型，如以粪便为基础的检测来增加对结肠直肠癌的筛查率，临床应用的潜力很大。
参考资料：
1.Chabon,J.J.,Hamilton,E.G.,Kurtz,D.M.etal.Integratinggenomicfeaturesfornon-invasiveearlylungcancerdetection.Nature,–().
