肺癌，是全世界死亡人數(shù)最多的癌癥，據(jù)世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究署（IARC）發(fā)布的2020年全球最新癌癥負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)，2020年全世界約有180萬(wàn)人死于癌癥，占據(jù)癌癥死亡總數(shù)的18%。

近年來(lái)，肺癌發(fā)病率逐年增加，而且許多患者診斷時(shí)已是晚期，進(jìn)一步導(dǎo)致了生存率降低。盡管使用胸部低劑量計(jì)算機(jī)斷層掃描（LDCT）進(jìn)行肺癌篩查可降低高危人群的死亡率，但 LDCT 有輻射，而且假陽(yáng)性率也很高。

因此，迫切需要開發(fā)新的方法對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)個(gè)體和普通人群進(jìn)行癌癥篩查。用于肺癌早期檢測(cè)的生物標(biāo)志物（蛋白質(zhì)、抗體、基因表達(dá)譜、miRNA等）開發(fā)在篩查以及在胸部成像上區(qū)分癌癥和非癌性肺結(jié)節(jié)方面具有廣泛的臨床應(yīng)用，但目前還沒有被批準(zhǔn)用于臨床。

液體活檢分析已經(jīng)確定了外周血 cfDNA 片段中與癌癥相關(guān)的特征，并為癌癥的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)提供了新的途徑。循環(huán)腫瘤 DNA（ctDNA）中的突變或甲基化可以在早期肺癌患者中直接檢測(cè)到，但也可能會(huì)遺漏許多癌癥患者，并且可能還需要對(duì)白細(xì)胞進(jìn)行測(cè)序以消除克隆造血引起的變化。

2021年8月20日，翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院等單位的研究人員在 Nature Communications 期刊發(fā)表了題為：Detection and characterization of lung cancer using cell-free DNA fragmentomes 的研究文章。

在一項(xiàng)對(duì) 365 名有肺癌風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)體的前瞻性研究中，研究人員使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型通過(guò) cfDNA 片段的全基因組分析來(lái)檢測(cè)腫瘤衍生的 cfDNA，檢測(cè)到了 94% 的跨分期和亞型的癌癥患者，特異性為 80% 。此外，該方法能夠以高準(zhǔn)確度區(qū)分小細(xì)胞肺癌患者和非小細(xì)胞肺癌患者，為肺癌的非侵入性檢測(cè)提供了一種簡(jiǎn)便的途徑。

研究團(tuán)隊(duì)先前開發(fā)了一種以全基因組技術(shù)來(lái)分析 cfDNA 片段化圖譜的方法--DELFI（用于早期攔截片段的 DNA 評(píng)估）。DELFI提供了 cfDNA“片段組”的視圖，具有識(shí)別循環(huán)中大量腫瘤衍生變化的潛力。

首先，研究團(tuán)隊(duì)檢查了來(lái)自哥本哈根某醫(yī)院（LUCAS 隊(duì)列）的 365 個(gè)人的血液樣本。該隊(duì)列包括患有惡性和良性肺結(jié)節(jié)的患者以及非癌癥個(gè)體。他們使用 DELFI 方法檢查了473個(gè)具有高可映射性的非重疊區(qū)域，每個(gè)區(qū)域包含約 80,000 個(gè)片段，并跨越大約 2.4 GB基因組的。

由此產(chǎn)生的片段化圖譜在非癌癥個(gè)體中非常一致，包括那些具有非惡性肺結(jié)節(jié)的個(gè)體。相比之下，癌癥患者表現(xiàn)出廣泛的全基因組變異。接下來(lái)，他們進(jìn)行了主成分分析 (PCA) 以識(shí)別片段化特征的線性組合。然后，他們將此降維步驟合并到機(jī)器學(xué)習(xí)模型中，為每個(gè)人生成一個(gè)分?jǐn)?shù)（DELFI 分?jǐn)?shù)）。

接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)檢查了 DELFI 分?jǐn)?shù)與癌癥分期和組織學(xué)之間的關(guān)系。雖然非癌癥個(gè)體的 DELFI 評(píng)分較低，但癌癥患者的 DELFI 評(píng)分中位數(shù)明顯較高。識(shí)別癌癥患者敏感性和特異性的曲線下面積（AUC）為 0.90。I 期癌癥更難識(shí)別，但 II、III 和 IV 期癌癥具有相似的高性能。

對(duì)該組中被認(rèn)為具有肺癌高風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)體子集的分析顯示總體 AUC 為 0.94。對(duì)肺癌不同組織學(xué)亞型的分析表明，小細(xì)胞肺癌（SCLC）和鱗狀細(xì)胞肺癌（SCC）比肺腺癌更容易檢測(cè)到?？傮w而言，這些分析表明 DELFI 方法可推廣到不同的肺癌隊(duì)列，包括不同的階段和組織學(xué)亞型。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)評(píng)估了全基因組片段化圖譜是否可用于非侵入性地區(qū)分這些癌癥類型。他們利用來(lái)自TCGA 的RNA-seq 數(shù)據(jù)鑒定了ASCL1作為差異表達(dá)最高的基因。他們使用 ASCL1 結(jié)合區(qū)域中的片段信息創(chuàng)建了一個(gè)分類器，可用于準(zhǔn)確檢測(cè) 11 個(gè) SCLC 中的 10 個(gè)（靈敏度為 91%）與 158 個(gè)非癌癥個(gè)體（特異性 > 99%）。此外，將SCLC 患者與其他無(wú) SCLC 的 DELFI 陽(yáng)性病例相比，具有較高的準(zhǔn)確性（100% 敏感性，95% 特異性）。這些發(fā)現(xiàn)表明片段化圖譜可以反映細(xì)胞類型特異性的全基因組轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，并為區(qū)分具有不同組織學(xué)亞型的肺癌提供了一種非侵入性方法。

最后，研究團(tuán)隊(duì)檢查了 DELFI 方法或DELFI/LDCT 聯(lián)合方法的性能。對(duì) LUCAS 隊(duì)列中單獨(dú) LDCT 的性能分析顯示出高靈敏度和低特異性。在使用 DELFI 評(píng)分對(duì)患者進(jìn)行預(yù)篩選，并且僅通過(guò) LDCT 進(jìn)一步評(píng)估陽(yáng)性患者的模型中，觀察到的 DELFI/LDCT 聯(lián)合方法的敏感性為 90% ，特異性增加至 80%。在對(duì)100,000 名高風(fēng)險(xiǎn)個(gè)體的診斷中，聯(lián)合方法不僅顯著提高了肺癌的檢出率，而且還提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。這些分析表明，使用高靈敏度的基于血液的早期檢測(cè)測(cè)試作為 LDCT 檢測(cè)肺癌的預(yù)篩選具有顯著的全人群益處。

總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)工作介紹了一種改進(jìn)的 DELFI 方法，用于檢測(cè)肺癌的全基因組片段化分析。該方法可用于預(yù)篩選肺癌的高危人群，以增加肺癌檢測(cè)的可及性，并減少不必要的后續(xù)成像程序和侵入性活檢。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-24994-w

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