鮑莉

游離DNA，帶來了便利

人體內(nèi)的血液循環(huán)系統(tǒng)就像是城市的道路系統(tǒng)，貫通全身、無所不達，因而流經(jīng)全身的血液中攜帶著來自身體各處的信息。

1997年，香港中文大學的盧煜明（Dennis YM Lo）教授發(fā)現(xiàn)在孕婦懷孕期間有一部分胎兒的DNA從胎盤進入母體血液中，通過對孕婦血液中游離的DNA進行測序及定量分析，可以診斷出胎兒是否患有唐氏綜合征。自此開啟了無創(chuàng)產(chǎn)前檢測（NIPT）診斷胎兒遺傳病的新時代。目前，NIPT在全國已累計檢測了上千萬名孕婦。這一技術(shù)可以避免疼痛、緊張和流產(chǎn)的風險，為減少胎兒遺傳病的發(fā)生做出了重要貢獻。

類似于NIPT，在今年暴發(fā)的新型冠狀病毒肺炎疫情中，疑似患者確診所用的技術(shù)，也是通過檢測痰液或血液中病毒的RNA，來判斷疑似患者是否被病毒感染。

通過血液中DNA等遺傳物質(zhì)診斷疾病的原理，還有其他的妙用嗎？多年來，醫(yī)生通常采用x線、胃腸鏡、CT機或核磁共振等方法進行癌癥診斷。然而，昂貴的儀器、繁瑣的操作和影像科醫(yī)生數(shù)量有限，限制了這些技術(shù)在腫瘤篩查中的應(yīng)用。為做影像學檢查，患者常常需要等候很長時間;胃腸鏡檢查又令人痛苦不堪。因此，科學家一直在試圖尋找無創(chuàng)無痛，對患者更方便，對醫(yī)生更快捷，并可準確判斷被檢者是否患有癌癥的檢查方法。

早在1989年，科學家就發(fā)現(xiàn)血液中有部分游離的DNA片段來源于腫瘤細胞。利用血液、尿液、唾液等體液中的DNA、RNA或者蛋白質(zhì)等遺傳物質(zhì)來診斷癌癥，便是最近流行的一項新技術(shù)，叫做“腫瘤液體活檢”。利用這項新技術(shù)，醫(yī)生也許有一天能在你出現(xiàn)任何癥狀之前，只用你的“一管血”就能確診或排除癌癥。

多層次、更廣泛的應(yīng)用

除了利用血液中腫瘤DNA來發(fā)現(xiàn)和診斷早期癌癥，這項技術(shù)還可用于癌癥患者從確診到治療后復查的整個過程。

1.幫助醫(yī)生制定治療方案

癌癥的新一代治療方法（靶向治療和免疫治療）針對患者發(fā)生的特定基因變異發(fā)揮作用。液體活檢通過檢測血液里的基因變異，可以告訴醫(yī)生使用哪種治療藥物。例如在國內(nèi)，大概有50%的肺腺癌患者具有表皮生長因子受體（EGFR）突變，這類患者中如果服用EGFR抑制劑類藥物（如易瑞沙、特羅凱），會有超過70%獲得部分或完全緩解，療效遠高于化療藥物。而如果沒有EGFR變異，則EGFR抑制劑類藥物對該患者基本無效。

此外，液體活檢通過檢測血液中的DNA、RNA等遺傳物質(zhì)，可以獲得癌組織的基因圖譜等重要信息。通過計算和分析，臨床醫(yī)生能夠評估并區(qū)分具有更大侵襲性或較小侵襲性的腫瘤患者，建立患者預后的預測指標，從而進一步指導治療方案的設(shè)計。

2.監(jiān)測腫瘤是否復發(fā)或轉(zhuǎn)移

液體活檢另一個重要的臨床應(yīng)用是在治療之后盡早發(fā)現(xiàn)患者復發(fā)或轉(zhuǎn)移。治療后醫(yī)生通常通過放射成像監(jiān)測患者是否有疾病殘留或者復發(fā)的跡象。這些方法成本高昂，通常需要造影劑（使患者暴露在輻射劑量下），因此無法用于頻繁監(jiān)測。更關(guān)鍵的是，這些成像技術(shù)對檢測復發(fā)和微小轉(zhuǎn)移病灶的靈敏度有限。

而利用液體活檢技術(shù)監(jiān)測患者血液中的腫瘤DNA水平則可以不受上述條件的限制。通常治療結(jié)束后，由于腫瘤組織消亡或被切除，血液中的腫瘤DNA消失。然而科學家發(fā)現(xiàn)，在癌癥復發(fā)或轉(zhuǎn)移前若干個月，血液中的腫瘤DNA會再次出現(xiàn)。相比CT等影像學方法，液體活檢具有更高的靈敏度，可早于影像學方法2個～15個月發(fā)現(xiàn)腫瘤復發(fā)或轉(zhuǎn)移。

盡早發(fā)現(xiàn)癌癥復發(fā)或轉(zhuǎn)移，為將病灶消滅在萌芽階段爭取了時間，可提醒患者和醫(yī)生盡早進行治療。

3.實時監(jiān)控治療的效果

在治療過程中，通過實時監(jiān)控患者血液中的腫瘤DNA水平，可以判斷目前所用的治療方案是否有效。有效的治療一般會促使患者血液中的腫瘤DNA水平下降;而如果患者血液中的腫瘤DNA水平不變甚至上升，則提示醫(yī)生，目前的治療方法可能需要調(diào)整。

4.判斷患者發(fā)生耐藥的原因

對于大多數(shù)接受靶向藥物治療的患者來說，常常在治療一段時間后開始出現(xiàn)耐藥，病情再次發(fā)生進展。研究表明，通過檢測血液中與腫瘤相關(guān)的基因變異，可提前10個月發(fā)現(xiàn)對放射治療產(chǎn)生耐藥性的癌細胞群。對特定靶向治療藥物產(chǎn)生耐藥的患者，醫(yī)生可以通過液體活檢來檢測導致癌細胞耐藥的基因變異。

初期對液體活檢的研究主要集中在肺癌、乳腺癌和前列腺癌上，不過未來這項技術(shù)有望應(yīng)用于所有類型的癌癥。目前，其臨床應(yīng)用已經(jīng)廣泛涉及肺癌、肝癌、胃癌、結(jié)直腸癌、乳腺癌、食管癌等的靶向治療和免疫治療的用藥指導、療效評估。特別是在非小細胞肺癌、結(jié)直腸癌等癌種檢測中表現(xiàn)尤為突出。但在預后評估、復發(fā)監(jiān)測、療效預測和耐藥性變異檢測方面尚未普及;在癌癥早期診斷方面，技術(shù)尚未完全成熟，還有一定局限性。

液體活檢在其他疾病中的臨床應(yīng)用也在不斷拓展。

例如，基因微缺失可能導致胎兒的一些先天性疾病，如貓叫綜合征;單堿基突變可造成單基因疾病如囊性纖維化、地中海貧血等。其他有前途的臨床應(yīng)用包括胎兒性別鑒定、親子鑒定、移植器官排異監(jiān)測、1型糖尿病檢測，以及微生物感染的診斷和監(jiān)測（如新型冠狀病毒的血液核酸檢測）等。

在癌癥診斷中的優(yōu)勢

相對于傳統(tǒng)的腫瘤診斷方法，液體活檢有如下優(yōu)勢：

1.提供基因變異的全景地圖

腫瘤的新一代治療方案，包括個性化靶向治療或免疫治療往往需要獲取腫瘤的基因圖譜，而基因圖譜一般是在外科或常規(guī)活檢標本中獲得的。一個將針頭插入腫瘤提取的樣本，并不能反映出患者腫瘤病灶的所有區(qū)域的基因變異。基于常規(guī)活檢來決定治療過程，很可能會低估腫瘤基因組的復雜性，導致制定錯誤的治療方案。

這方面，液體活檢更有優(yōu)勢。血液系統(tǒng)就像吸塵器一樣，把所有病灶區(qū)域的DNA片段聚集在一起。因而液體活檢的優(yōu)勢在于，腫瘤的各個部分和所有轉(zhuǎn)移灶釋放的遺傳信息都有可能被采樣。在大多數(shù)情況下，血液中腫瘤DNA的分析可全面檢測所有癌癥轉(zhuǎn)移灶中的變異，從而可提供一份更完整的全身癌灶的分子圖譜，以及系統(tǒng)跟蹤基因組進化。

2.無創(chuàng)

一些腫瘤患者不適合進行常規(guī)組織活檢，例如血液腫瘤患者、接受抗血管生成治療的患者等。而且活檢操作本身可能會增加癌細胞“播散”到其他部位的風險。對于年邁體弱的病人，常規(guī)組織活檢也有很高的風險，比如在活檢過程中可能誤傷器官或大血管。此外，相對于PET-CT等影像學方法，液體活檢可避免患者暴露于輻射。

5.方便

只需要5毫升血液，且操作比組織活檢更快。由于風險極小且成本很低，連續(xù)多次檢查完全不成問題。

4.靈敏度高

液體活檢的最大優(yōu)勢在于，利用檢測血液中的游離DNA，較早地發(fā)現(xiàn)健康人可能在身體某個部位發(fā)生的癌變，或者發(fā)現(xiàn)腫瘤患者目前的治療方案已經(jīng)失效，或者發(fā)現(xiàn)其腫瘤已經(jīng)復發(fā)。

腫瘤液體活檢的局限性

說了這么多優(yōu)點，該說說液體活檢的缺點了。它的主要問題之一是缺乏技術(shù)標準化，不同平臺的檢測結(jié)果往往存在差異。這種缺乏一致性的現(xiàn)象，出現(xiàn)在從取材到量化的每一步。

首先，體液中的CTC、ctDNA和ctRNA數(shù)量不足，尤其是對于腫瘤較小或分期較早的患者，液體活檢不一定能捕捉到腫瘤來源的信號，這可能是假陰性結(jié)論的主要原因。

其次，液體活檢在不同癌種中的表現(xiàn)也不盡相同，例如與結(jié)腸癌等腫瘤相比，膠質(zhì)母細胞瘤釋放出的ctDNA更少。液體活檢的成功率主要依賴于腫瘤類型、大小和分期。

再次，體液中絕大部分物質(zhì)（包括DNA、RNA和囊泡等）并非癌源性，而是來源于以血細胞為主的正常體細胞，并對體液中的腫瘤信號形成一定干擾。這容易導致液體活檢假陽性。

最后，實驗室技術(shù)不成熟，導致檢測結(jié)果容易出現(xiàn)誤差。

“如何降噪”是捕獲血液中微弱癌癥信號的挑戰(zhàn)之一?，F(xiàn)有技術(shù)在檢測晚期癌癥方面較為成熟，如何達到癌癥早篩所需的高靈敏度和高特異性要求，也是液體活檢所要攻克的主要難題。

腫瘤液體活檢在臨床上的廣泛應(yīng)用有三個主要的局限性：檢測成本高，高質(zhì)量樣本難以獲取，以及進行數(shù)據(jù)分析的專業(yè)生物信息學家缺乏。此外，數(shù)據(jù)的管理和解讀也帶來了不小的挑戰(zhàn)。

在技術(shù)和成本問題未徹底解決之前，組織活檢和病理學診斷仍是腫瘤篩查的“金標準”。

最有價值的液體活檢，除了可以在沒有癥狀的人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)癌癥跡象，還能夠準確定位腫瘤在體內(nèi)的位置，以及提示應(yīng)該如何進行治療。一些研究人員正在使用人工智能提高液體活檢的準確性，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析以識別和明確某個基因變異是否真的在特定癌癥患者中起作用。

腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移之前如果被發(fā)現(xiàn)并進行手術(shù)切除，癌癥的死亡率有望降低至10%以下。這依賴于先進的診斷技術(shù)。我們期待，液體活檢未來在這方面大有作為。