腫瘤研究領域ctDNA應用盤點

前言：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）是游離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、核小體占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、耐藥檢測、復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甲基化簇鑑定癌症樣本

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）可表征腫瘤

2腫瘤分型與組織來源鑑定

01

檢測對象

核小體占位，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進行深度測序發現游離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

2ctDNA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

1ctDNA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

圖8 ctDNA序列動態變化與患者預後

2 ctDNA的TP53、PIK3CA突變可表征患者預後效果

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.

關於安諾優達

安諾優達總部位於北京，是中國領先的基因企業、亞洲一流的基因組中心、先後獲得國家發改委首批基因檢測技術應用示範中心、國家高新技術企業、北京生物醫藥產業跨越發展工程（G20工程）企業、中國最具投資價值企業、2016中國最具科技引領力企業等資質榮譽，並擁有博士後科研工作站。

公司專注於基因組學技術在人類醫學健康和生命科學研究兩大領域的產業化應用，目前涵蓋測序儀設備、生育生殖、遺傳病、腫瘤、基因體檢、醫學研究、科研服務、基因大數據等多個業務方向。

並先後與美國 Illumina公司和阿里雲達成戰略合作，是國內領先的以基因技術為核心的Bio-IT企業。