我科學家PNAS:測序診斷癌癥的強大工具
日期:2015-10-16 09:26:02
最近,來自香港中文大學的研究人員,通過分析血漿DNA中的甲基化序列,能夠檢測到癌癥患者的肝腫瘤和淋巴瘤,以及孕婦胎盤中的遺傳異常。他們使用已知的組織甲基化圖譜,能夠識別循環DNA的組織起源,從而使其成為一種強大的工具,用于篩選、癌癥檢測和治療監測。這項研究是由幾個機構的研究人員合作,由香港中文大學李嘉誠健康科學研究所所長盧煜明院士指導完成,發表在最近的《PNAS》雜志。
表觀遺傳學表明,DNA往往有附著于胞嘧啶5碳的甲基原子團。某些組織和組織內某些類型的細胞,在其DNA中有一個明顯的甲基化模式,從而使科學家們能夠對身體的不同組織,創建一個甲基化模式的數據庫。目前,科學家們已經能夠從血漿中尋找來自一種單一組織類型的DNA,如胎盤或肝臟組織,該研究小組利用全基因組重亞硫酸鹽測序,來研究血漿DNA的甲基化模式,并將其與甲基化數據庫進行對比,以辨別血漿DNA的組成百分比或組織圖。這提供了血漿的“鳥瞰圖”,從而指出了循環DNA的起源。
為了檢測他們的技術,研究人員確定了5820個甲基化標記,然后通過反褶積算法運行,根據組織或細胞類型的甲基化模式識別它們。然后他們用血沉棕黃層DNA各種組分的DNA、胎盤DNA和肝臟DNA,測試了他們的算法。
一旦程序經過了測試,就要檢測這種程序是否可以準確地識別成分的變化。第一次試驗是在十五個孕婦中進行的,她們分別在第一、第二和第三妊娠期。與非妊娠期婦女相比,她們的血漿中應該有更多的DNA。研究人員發現,白細胞是血漿DNA的最大貢獻者,這一點只在骨髓移植中被觀察到,但在其他情況下沒有得到證實。其次,他們也發現,12.1%到41%的基因是來自于胎盤。在對照組中,胎盤DNA的比例明顯更少。研究人員利用父系遺傳的胎兒SNP等位基因,對百分比進行了驗證。
第二個實驗涉及到接受移植的人。移植物抗宿主病的發展,是異體移植的常見問題。研究人員在移植患者的血漿中發現了供體的DNA。研究人員對四名肝移植受者和三名骨髓移植受者的血漿DNA,進行了分析,并與肝癌患者中的供體SNP等位基因、骨髓患者中的白細胞進行了比較。他們能夠檢測到供體DNA,并發現甲基化模式分析結果,和SNP等位基因或白細胞研究結果之間,有一種很強的相關性。
然后,該研究小組確定了“他們的技術是否能夠在二十九例肝癌(HCC)患者中檢測到癌細胞”。與沒有癌癥的受試者相比,血漿中應該有較高比例的癌組織DNA。他們的算法表明,在肝癌受試者中,肝臟對血漿的中位貢獻率為24%,在對照組中為10.7%。為了檢查他們的方法,他們還將這些結果,與使用先前報道的一種方法所得到的腫瘤DNA濃度,進行了對比。
鑒于這些實驗結果,作者隨后檢測了這種方法是否可以根據血漿DNA中存在的拷貝數變異,來識別組織的起源。如果產生了額外的拷貝,那么與沒有拷貝數變異的基因組區域相比,該組織中應該有更高比例的的DNA。同樣的推理也可以用于拷貝數缺失。
他們發現,當研究21三體胎兒孕婦的血漿時,胎盤組織中21號染色體上的甲基化標記比其他染色體中的標記數更高。其他組織(肝臟、中性粒細胞和淋巴細胞)沒有顯示出拷貝數的增加。
然后,他們研究了HCC受試者血漿DNA中的擴增或缺失。并將其與沒有擴增或缺失的血漿DNA進行了對比。他們能夠確定,其中七名HCC受試者表現出拷貝數變異,這些部分包含更多來自肝臟的DNA。
在這項研究中,研究人員發現了一名37歲的孕婦,她的淋巴瘤已經復發。她在2011年被確診,并接受了化療。化療后,在隨后的檢查中,沒有更多的可檢測到的淋巴瘤。然后,在2014年3月妊娠十一周時,無創性產前檢查收集的血液樣本顯示,母親的血漿有一定的異常。淋巴結活檢證實為淋巴瘤復發。血漿DNA與淋巴結活檢的比較,顯示出相似的拷貝數變異。然而,化療十周后,血漿DNA沒有顯示出拷貝數變異。此外,他們發現,拷貝數變異的起源是來自于B淋巴細胞,而不是淋巴細胞。
根據更多的研究顯示,這項技術可能是一種極好的無創方法,用以評估患者健康的幾個因素。事實上,作者指出,這項工作已經在分子診斷和傳統的器官為基礎的醫療實踐之間,搭起了一道橋梁。最后這項研究表明,能夠識別血漿中DNA的起源,很有益處,因為該試驗旨在確定胎兒的染色體異常,但異常實際上是起源于母親。淋巴結活檢證實了她癌癥的復發。
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