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液體活檢助力癌癥早期診斷:無“痛”查癌可靠嗎?


被稱為“生命健康第一殺手”的癌癥令人聞之色變,但如果能早點(diǎn)找出這個(gè)“殺手”,它便難以“行兇”。列入國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的“惡性腫瘤篩查早診的液體活檢技術(shù)研發(fā)及評價(jià)研究”項(xiàng)目日前在京啟動,助力多癌種早篩關(guān)鍵技術(shù)突破。

“早篩早診是降低惡性腫瘤死亡的最有效途徑?!表?xiàng)目負(fù)責(zé)人、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院內(nèi)科主任王潔教授說,高通量液體活檢是實(shí)現(xiàn)癌癥早篩早診的突破口,但目前這項(xiàng)技術(shù)的研究面臨檢驗(yàn)靈敏度不足、缺乏液體活檢的高特異性的分子靶點(diǎn)等瓶頸。
該項(xiàng)目為國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“重大慢性非傳染性疾病防控研究”重點(diǎn)專項(xiàng)支持項(xiàng)目,目標(biāo)是重點(diǎn)突破惡性腫瘤篩查及早診早治液體活檢關(guān)鍵技術(shù),構(gòu)建高靈敏度、高特異性、高效經(jīng)濟(jì)的惡性腫瘤液體活檢早診技術(shù)體系,開發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的篩查/早期診斷試劑盒,并針對肺癌和消化系統(tǒng)癌癥在大規(guī)模多中心前瞻性隊(duì)列中驗(yàn)證其有效性。
中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院結(jié)直腸外科副主任劉騫認(rèn)為,通過抽取外周血檢測腫瘤細(xì)胞釋放到血液中的游離DNA,可以提高早期癌癥和癌前病變的檢出率。“隨著技術(shù)不斷完善和發(fā)展,這種方法完全有可能達(dá)到和侵入性檢查相近的靈敏度和特異性,同時(shí)做到操作簡便、無創(chuàng)、流程標(biāo)準(zhǔn)化。”
“我國惡性腫瘤患者到醫(yī)院就診往往偏晚?!敝袊茖W(xué)院院士、國家癌癥中心主任赫捷在項(xiàng)目啟動儀式上說,癌癥篩查和早診早治的研究應(yīng)該更加深入、普及和實(shí)用,使患者獲益。

每年,無數(shù)人的生命被癌癥奪走。如果能在癌癥早期階段就做出準(zhǔn)確的診斷,將幫助患者贏得更多的治療時(shí)間,“液體活檢”技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。液體活檢即通過檢查各種體液,來檢測癌癥和監(jiān)測疾病進(jìn)展。

來自紀(jì)念斯隆·凱特琳癌癥中心和威爾·康奈爾醫(yī)學(xué)研究所的研究團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》發(fā)文稱,由腫瘤和免疫細(xì)胞釋放的細(xì)胞外囊泡和顆粒(EVP),攜帶可靠的生物標(biāo)志物,可用于早期診斷多種癌癥,并確定癌癥的類型。

無獨(dú)有偶,《柳葉刀—胃腸病學(xué)和肝病學(xué)》也報(bào)到了一項(xiàng)在研血液檢測技術(shù)NIS4,這種無創(chuàng)診斷方法可用于識別合并代謝風(fēng)險(xiǎn)因素的高危非酒精性脂肪性肝炎(NASH),有助于減少低?;颊卟槐匾母闻K活檢。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,不久的將來,液體活檢有望讓更多癌癥患者免受“活檢”的痛苦,把癌癥扼殺在萌芽之中。不過,就目前來看,液體活檢徹底替代組織活檢,仍需時(shí)日。

發(fā)現(xiàn)全新生物標(biāo)志物

“癌癥的形成是個(gè)長期的過程,在細(xì)胞剛剛發(fā)生癌變但卻還沒有形成癌灶之前,就會在體液中產(chǎn)生一些游離的‘破壞分子’?!蹦暇┐髮W(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授朱海亮告訴《中國科學(xué)報(bào)》,液體活檢通過非侵入性取樣,如血液、唾液、尿液等,利用高通量測序技術(shù)、過濾、捕獲或富集體內(nèi)腫瘤細(xì)胞的基因組信息,從而找出癌癥的蛛絲馬跡。
目前,液體活檢的四種主要腫瘤來源的生物標(biāo)志物分別是循環(huán)腫瘤細(xì)胞(CTCs)、循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA)、外泌體和循環(huán)RNA。威爾·康奈爾醫(yī)學(xué)研究所教授David Lyden團(tuán)隊(duì)則另辟蹊徑,不是分析DNA片段,而是側(cè)重于檢查EVP中包含的各種蛋白質(zhì)。
EVP是細(xì)胞分泌的小顆粒,大小只有納米級別。它們像快遞包裹一樣,外層有膜,里面可以裝RNA、DNA、蛋白質(zhì)、代謝產(chǎn)物和脂質(zhì)等活性分子。這些小包裹可以介導(dǎo)細(xì)胞間信號傳導(dǎo),調(diào)節(jié)基質(zhì)組織,甚至調(diào)節(jié)炎癥和免疫反應(yīng),還可以穿越血腦屏障,并以高度的特異性被“吞”入細(xì)胞。
“一小管血液中就含有數(shù)十億EVP,這意味著,癌癥患者有大量的癌癥相關(guān)EVP可供臨床醫(yī)生用來診斷?!盌avid Lyden表示,腫瘤在生長、轉(zhuǎn)移的過程中都會釋放EVP,并以這種方式通知身體的其他部位做好迎接癌細(xì)胞的準(zhǔn)備。因此,理論上通過檢查不同EVP的內(nèi)容物,可以推斷出癌癥的信息。
同樣,生物制藥公司GENFIT研發(fā)的NIS4技術(shù),則篩選出4個(gè)獨(dú)立且能形成最佳整體診斷性能的生物標(biāo)志物——miR-34a -5p,與脂肪變性/炎癥/肝細(xì)胞氣球樣變有關(guān);alpha-2巨球蛋白,肝纖維化標(biāo)志物;YKL-40,肝纖維化標(biāo)志物;糖化血紅蛋白(HbA1c),代謝/胰島素抵抗標(biāo)志物。
研究人員稱,NIS4技術(shù)在這4個(gè)標(biāo)志物綜合分析的基礎(chǔ)上,無需再結(jié)合年齡、性別、體重指數(shù)(BMI)或轉(zhuǎn)氨酶濃度這些指標(biāo)進(jìn)行評估,就可以識別合并代謝風(fēng)險(xiǎn)因素的高危NASH患者。
在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí),廈門市第五醫(yī)院檢驗(yàn)科主任張軍能評價(jià)道,NIS4涵蓋的四個(gè)指標(biāo)可檢測肝細(xì)胞的變性、炎癥、氣球樣變、肝纖維化程度等非酒精性脂肪肝病變的重要病癥,同時(shí)又能指示胰島素抵抗這個(gè)NASH發(fā)病的核心元素。因此,NIS4的四個(gè)指標(biāo)既能提示核心發(fā)病因素的存在,又能指明疾病重要病癥的存在,對NASH具有很好的診斷意義。

目前還不能替代“活檢”

與傳統(tǒng)的穿刺組織活檢相比,液體活檢具有諸多不可比擬的優(yōu)勢。

朱海亮指出,第一是精準(zhǔn),該技術(shù)可以直接獲得腫瘤基因組信息,同時(shí)用于指導(dǎo)后續(xù)靶向治療;第二是全面連續(xù),避免腫瘤異質(zhì)性帶來的取樣局限;第三是無創(chuàng)方便、重復(fù)性好,不僅降低了活檢導(dǎo)至的不良反應(yīng),還可以多次取材;第四是多種基因聯(lián)合篩查可以提高特異度和敏感度;第五是實(shí)時(shí)判斷療效,能夠隨腫瘤的發(fā)展態(tài)勢及時(shí)調(diào)整治療方案。

不過,這并不意味著,液體活檢就能夠完全取代組織活檢。張軍能以NIS4技術(shù)診斷NASH為例稱,從NASH的識別來說,靈敏度至關(guān)重要,而從研究的驗(yàn)證結(jié)果可知,NIS4技術(shù)對NASH的實(shí)際高危者,靈敏度只有50.7%。對于高危人群,這個(gè)靈敏度嚴(yán)重不能滿足臨床要求;對實(shí)際非高危者其靈敏度為81.5%,即使有提高,但此種情況下仍然還不足于替代活檢。

除此之外,從NASH的診斷要點(diǎn)而言,其診斷需評估肝脂肪變、肝細(xì)胞損傷、炎癥壞死和纖維化程度、肝脂肪變、氣球樣變等病癥的必要條件,而這些條件評估是目前NIS4所不能實(shí)現(xiàn)的。

張軍能表示,組織活檢雖然具有創(chuàng)傷和并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn),存在因取樣誤差導(dǎo)至診斷結(jié)果的偏差,以及病理檢測者的經(jīng)驗(yàn)差異導(dǎo)至結(jié)果不同等缺點(diǎn),但是活檢至今仍是診斷NASH的金標(biāo)準(zhǔn),也是唯一金標(biāo)準(zhǔn),可準(zhǔn)確評估肝脂肪變、肝細(xì)胞損傷、炎癥壞死和纖維化程度、肝脂肪變、氣球樣變等診斷NASH的必備條件。

江蘇省腫瘤醫(yī)院臨床腫瘤實(shí)驗(yàn)中心主任吳建中也曾表示,目前,在腫瘤的篩查方面血液檢查主要是檢測血液中的腫瘤標(biāo)志物。采用此類方法做癌癥早診,要考慮特異性和靈敏度,而且檢測結(jié)果只能作為輔助診斷的指標(biāo),疾病的判斷還需經(jīng)過一系列相對應(yīng)的輔助檢查,最終確診是依靠病理診斷。

此外,液體活檢還面臨著其他挑戰(zhàn),如DNA片段太小、半衰期短、來自正常DNA污染的風(fēng)險(xiǎn),以及隨著治療效果顯現(xiàn),腫瘤DNA比例會大幅度下降等等。多位專家表示,臨床中液體活檢還沒有形成金標(biāo)準(zhǔn),因此還不能完全代替組織活檢。

“做一次防癌體檢的費(fèi)用和癌癥基因檢測的費(fèi)用差不多,不如做一次真正的防癌體檢。”吳建中呼吁,癌癥要早診早治,這樣治愈的可能性才會更大。

現(xiàn)階段,液體活檢關(guān)聯(lián)的市場增長非常快。全球液體活檢市場從2018年的12.44億美元增長到2025年的約120.62億美元,2019年至2025年間的復(fù)合年增長率達(dá)38.3%【1】。這一市場包括CTC、ctDNA和外泌體應(yīng)用的硬件(包括系統(tǒng)和設(shè)備)和試劑盒銷售,以及服務(wù)收入。目前,液體活檢分析物還是主要集中在 ctDNA 和 CTC 的捕獲和分析上。整個(gè)市場的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展也很迅速,目前已有多項(xiàng)液體活檢產(chǎn)品獲準(zhǔn)進(jìn)入臨床,更有許多轉(zhuǎn)化研究在蓬勃開展。盡管液體活檢技術(shù)的臨床應(yīng)用仍然面臨著諸多挑戰(zhàn),標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量管理體系還有待完善,但是液體活檢作為應(yīng)用前景廣闊的檢測新技術(shù),將成為臨床迫切需求并值得信賴的診斷工具,特別是在已上升到了國家戰(zhàn)略高度的癌癥早診領(lǐng)域的應(yīng)用。癌癥的早期診斷目的是為了減少在晚期被診斷出的患者的比例,在盡可能早的階段提供護(hù)理來改善癌癥結(jié)果(圖1)。

圖1 各癌種中早期診斷和晚期診斷的5年生存率比較


早在2016年,在The Lancet Oncology雜志在發(fā)表了一篇述評《癌癥液體活檢:癌癥檢測的未來?》【2】,在這篇述評中對GRAIL公司的一項(xiàng)計(jì)劃——“通過血液篩查及早發(fā)現(xiàn)無癥狀個(gè)體的癌癥”(the early detection of cancer in asymptomatic individuals through a blood screen)進(jìn)行了討論。GRAIL公司的這個(gè)計(jì)劃旨在創(chuàng)建一種通用的血液檢測方法,從而可以對無癥狀個(gè)體進(jìn)行多種類型的癌癥篩查。文中提到了ctDNA應(yīng)用于腫瘤領(lǐng)域的一些難題需要去克服:


(1) 首先,目前還沒有通用型的用于篩查任何疾病階段或癌癥類型的ctDNA產(chǎn)品,是因?yàn)闄z測低濃度的ctDNA很難,突破這一局限性需要通過更靈敏的技術(shù)來克服,但敏感度的提高會導(dǎo)至來自胚系的噪聲增加,這反過來又會使技術(shù)人員很難區(qū)分腫瘤相關(guān)的DNA突變和非腫瘤相關(guān)的DNA突變,從而導(dǎo)至檢測結(jié)果假陽性的風(fēng)險(xiǎn)增加。


(2) 第二,ctDNA檢測到底會檢測到什么,這項(xiàng)檢測可以區(qū)分什么?例如,并不是所有的癌癥都與早期基因突變有關(guān),而且許多癌癥都有可能在任何疾病階段、以不可預(yù)測的方式出現(xiàn)的多個(gè)基因突變,除非發(fā)現(xiàn)一種新的、尚未發(fā)現(xiàn)的泛癌標(biāo)志物,否則通用型的ctDNA檢測的設(shè)計(jì)會比較復(fù)雜。


(3) 第三,并不是所有的腫瘤都以同樣的方式將ctDNA釋放到血液中。相反,研究表明,ctDNA濃度不僅與腫瘤負(fù)荷直接相關(guān),而且與克服血腦屏障或粘液組織等障礙進(jìn)入血液的難易性有關(guān)。


(4) 第四,任何新的診斷檢測都必須經(jīng)過臨床驗(yàn)證,這是監(jiān)管批準(zhǔn)的必要步驟,因此,ctDNA檢測在腫瘤領(lǐng)域的應(yīng)用需要有更多的臨床驗(yàn)證。


(5) 第五,臨床醫(yī)生等如何處理泛癌檢測結(jié)果的有關(guān)信息也是一個(gè)問題,因?yàn)樵缙跈z測是為了降低與癌癥相關(guān)的死亡率,然而,在無癥狀的未經(jīng)選擇的人群中進(jìn)行篩查的價(jià)值仍然存在爭議,過度治療仍是一個(gè)令人擔(dān)憂的問題,過度治療可能會嚴(yán)重惡化生活質(zhì)量,帶來與初心相反的后果。

從爆發(fā)的臨床研究我們不難看出,液體活檢應(yīng)用于癌癥早篩早診離我們越來越近,結(jié)合液體活檢方法與當(dāng)前的篩查手段,可能會大大改善腫瘤的診斷。隨著技術(shù)的發(fā)展,價(jià)格將會成為液體活檢在腫瘤早篩早診領(lǐng)域考量的重要杠桿。從這次COVID-19疫情中,我們獲得的一個(gè)明顯教訓(xùn)是,即使在高收入國家,大規(guī)模檢測也可以迅速加劇衛(wèi)生系統(tǒng)中現(xiàn)有的資金不足??紤]到全球范圍內(nèi)癌癥數(shù)量的快速增長,類似問題的考慮對癌癥也尤為重要。對于政府、保險(xiǎn)公司,甚至是檢測服務(wù)公司來說,必須要清晰了解通過早期發(fā)現(xiàn)和治療癌癥而獲得的長期資金節(jié)省的理由,以及相應(yīng)的液體活檢檢測能否具有適用于大規(guī)模人群的成本效益。相信技術(shù)研發(fā)的發(fā)展,對所有人都進(jìn)行癌癥液體活檢會成為可能。


參考文獻(xiàn)


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【2】Liquid Cancer Biopsy: The Future of Cancer Detection?Lancet Oncol. 2016 Feb;17(2):123. < DOI: 10.1016/S1470-2045(16)00016-4.>


【3】Cancer Detection: The Quest for a Single Liquid Biopsy for All.Lancet Oncol. 2020 Jun;21(6):733.<DOI: 10.1016/S1470-2045(20)30033-4.>


【4】M.C. Liu, G.R. Oxnard ,E.A. Klein, et al.Sensitive and specific multi-cancer detection and localization using methylation signatures in cell-free DNA.Annals of Oncology.VOLUME 31, ISSUE 6, P745-759, JUNE 01, 2020 <DOI:https://doi.org/10.1016/j.annonc.2020.02.011>


【5】Anne Marie Lennon , Adam H Buchanan , Isaac Kinde, et al. Feasibility of blood testing combined with PET-CT to screen for cancer and guide intervention.Science. 2020 Apr 28;eabb9601.<DOI: 10.1126/science.abb9601. Online ahead of print.>


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