关于ctDNA和肿瘤君的那些事儿
来源: | 作者:007 | 发布时间: 101天前 | 203 次浏览 | 分享到:
抗癌的最优选择——“治未病”。“上医治未病”最早源自于《皇帝内经》所说:“上工治未病,不治已病,此之谓也”。“治未病”即采取相应的措施,防止疾病的发生发展。

抗癌的最优选择——“治未病”

“上医治未病”最早源自于《皇帝内经》所说:“上工治未病,不治已病,此之谓也”。“治未病”即采取相应的措施,防止疾病的发生发展。

其在中医中的主要思想是:未病先防和既病防变。而对于肿瘤来说,未病早预防,未病先诊断,一直以来也都是生命科学所期望的目标。古往今来,人们总是谈癌色变,特别是近年来,肿瘤越来越成为困扰全世界的疾病问题。

根据《Lancet》杂志公布的2016全球疾病负担研究显示,全球每年因恶性肿瘤死亡人数为8927.4万人,成为仅次于心脑血管疾病的第二大死因,恶性肿瘤已成为危害人类健康的重要杀手。

而根据近日发布的《中国恶性肿瘤学科发展报告》显示:全国每天约1万人确诊肿瘤, 每分钟约7人确诊患癌,从0岁到85岁,一个人患癌风险高达36%。与早期肿瘤相比,晚期肿瘤由于不能手术切除、缺乏有效的治疗方案,平均5年生存率仅为26%,而早期肿瘤患者的5年生存率可达91%。

因此对于肿瘤,就目前的治疗技术而言,“早发现”更能为患者赢得宝贵的时间和窗口期,有效的提高治愈率。预防一直都比治疗更加事半功倍,早诊断、早治疗一直以来都是抗击肿瘤的最优选择。


“我愿用微笑为你赶走这个世界的阴霾”——早期肿瘤筛查利器ctDNA   

“出来吧,肿瘤君”

现代先进的影像学让发现肿瘤不再困难,但这仅仅局限于5mm以上的肿瘤,即CT所发现的是已经存在的肿瘤,并且要实现早期诊断往往需要具备丰富的CT影像分析技术和经验,这又进一步增加了诊断成本。

能不能在肿瘤的萌芽时期就侦察到它们的发展动向呢?这时候ctDNA就登场了。ctDNA可以实现肿瘤的超早期检测,如果说前几年热映的《滚蛋吧,肿瘤君》中女主能用乐观的精神赶走肿瘤带来的阴霾,那么ctDNA就能在肿瘤早期发现肿瘤君的存在隐患。

你好,我是ctDNA!

大家好!我是ctDNA(Circulating Tumor DNA)即循环的肿瘤相关DNA,人们可以从血液中找到我。血液是流动在人的血管和心脏中的一种红色不透明的粘稠液体,主要成分为血浆、血细胞、遗传物质(染色体和基因)。ctDNA是 cfDNA(cell free DNA,就是在血浆中发现的游离的DNA片段)中的来自肿瘤释放的DNA片段。

血液构成示意图

关于DNA人们并不陌生,那什么是ctDNA呢?

早在1948年,研究人员就发现我们细胞内的DNA并不是都呆在我们的细胞核内,这些DNA也会游离到血液中来,这些在血液中的DNA就被我们称之为cfDNA (cell-free DNA,cfDNA ),而ctDNA(循环肿瘤DNA),是由肿瘤细胞释放入血,是一种在人外周血等体液中存在的携带肿瘤特异性突变的DNA片段,是循环游离DNA(cfDNA)的一部分。

主要来源于凋亡的或者坏死的肿瘤细胞释放入血以及肿瘤细胞通过外泌体的方式分泌出来的,是液体活检中主要的肿瘤生物标志物之一

通过一定的方法来捕获血液中的ctDNA并结合测序技术和定量PCR技术进行分析即可发现肿瘤发生发展相关的突变DNA,进而诊断肿瘤发生的风险或者肿瘤发展阶段和种类。

在结合表观遗传如基因甲基化、cfDNA片段化模式等信息将进一步增强cfDNA检测对肿瘤诊断的全面性和功能性。

血液循环系统中cfDNA种类和来源以及包括基因甲基化、SNP、突变、完整性、病毒DNA等信息  

ctDNA筛查肿瘤靠谱吗?

几乎每个人的血液中都含有游离的DNA片段,它们可能来源于细胞的凋亡、坏死,也可能是通过主动释放的方式(剧烈运动)进入血液,其片段范围100 bp ~10 kb 。

但cfDNA含量很低,大部分是1-100ng/ml 血浆; 而ctDNA仅占cfDNA的0.1%~5%,其主要片段范围在166bp左右。这么低的含量怎么做检测? 

虽然ctDNA的含量是极其微量的,但吉涛生物采用当前最新的生物测序技术和生物信息学的分析,可以用一管血检测到血中的cfDNA所反映的基因突变信息并提供早期有效的预警作用。

主要流程包括:收集血样、实验室离心抽提cfDNA、建库富集ctDNA、二代测序或者基于高灵敏度荧光PCR的检测。

基于ctDNA的肿瘤诊断流程线

当然,ctDNA也不是万能的,虽然已经有科学家研究证明肿瘤患者外周血中的cfDNA总量要高于健康人,但仅凭这一点也不能武断地说ctDNA就是标志物。不过ctDNA含量的增多却能够给我们敲响警钟,为肿瘤筛查的初筛阶段给出重要的提示。

ctDNA在肿瘤中的应用

一般而言,ctDNA含量在肿瘤晚期或转移性肿瘤中较高,而在早期或非转移性肿瘤中含量较低。因此,原发癌检出率较低,转移癌、复发癌检出率较高,肿瘤分期越高,检出率也越高。

除了辅助早期诊断、高危人群体检筛查外,ctDNA还可以应用于在实时监测临床效果等方面。

总而言之,ctDNA就像是肿瘤细胞留在血液中的指纹,让我们有可能仅仅凭借一管血就可以追查肿瘤的真凶,分析它的各项特征,从而为消灭这个凶手提供不可或缺的信息。

在几乎所有种类的肿瘤中,都检测到了ctDNA所带有的标志性突变,并且肿瘤越晚期,病情越严重,肿瘤的恶性程度越高,ctDNA特有突变的频率就越高。

细数ctDNA还有哪些特殊功能?

ctDNA检测无创、无损,可以多次获取,并且可以实时监测,从而提供比组织样品检测更多的信息。

当然ctDNA不仅仅可以用于肿瘤的超早期检测和预防,同时在肿瘤发生发展的全过程中都可以发挥出自己的作用。

例如,肿瘤一旦复发或者产生耐药,二次活检未必能成功,患者的依从性不一定好,既使患者的依从性好,能够进行活检,也不一定能够检测到合格的肿瘤细胞学和组织学样本。这时候就要靠ctDNA大显身手,因此液体检测很有可能成为未来检测方法的主流。

液态活检的多样化检测包括脑脊液、唾液、胸腔外浸液和尿液

另外,ctDNA还可以有效评估疗效及预测复发,指导临床个性化诊疗。

ctDNA用于肿瘤疗效评估和预后监测的优势也在很多临床实验中得到了证实。在肿瘤疗效评估时,ctDNA基线水平较低和ctDNA水平持续应答者可获更好预后,诱导前后肿瘤异质性(以MATH计)升高预示较差临床结局。

吉涛生物基于ctDNA的早期肿瘤诊断产品可覆盖共50个原癌基因和抑癌基因的2800个常见突变位点,包括的癌种主要有:鼻咽癌,胆管癌,小细胞肺癌,肝癌,骨肉瘤,黑素瘤,喉癌,急性髓性,白血病,甲状腺癌,大肠癌,非小细胞肺癌,食管鳞癌,膀胱癌,软组织瘤,肾癌,肾上腺瘤,食管腺癌,胃癌,胰腺癌,纵膈肿瘤,霍奇金淋巴瘤,非霍奇金淋巴瘤,肠胃间质瘤,尿道癌,胆囊癌,骨髓增生异常综合征,前列腺癌,头颈癌。

你问我答:关于ctDNA的那些事儿

Q1.是否所有的肿瘤都会产生ctDNA,且能够在外周血中被检测到?

因为ctDNA主要是死亡的肿瘤细胞破裂后所释放出来的、片段化的基因组DNA。理论上,所有的肿瘤都会产生ctDNA。但是,ctDNA的检出率是高度依赖于肿瘤发展阶段、肿瘤类型和检测手段这三个重要因素。

肿瘤发展阶段上,ctDNA含量通常在晚期或转移性肿瘤中较高 ,而在早期或局限性肿瘤中含量较低。肿瘤类型上,有研究表明ctDNA在原发性脑肿瘤(如胶质瘤),肾癌 ,前列腺癌和甲状腺癌中含量较低(晚期肿瘤中检出率<50% )。在检测手段上,吉涛生物ctDNA高灵敏检测方法对于Stage I的检出率为67%,在StageII-IV的检出率为95%。

Q2.ctDNA能够检测到哪些遗传变异情况?

ctDNA中能够检测到的遗传变异信息非常丰富,从简单的点突变和indel到复杂的结构变异(structural variation),甚至染色体拷贝数变异都能够检测到。在表观遗传层面,ctDNA中可以检测到基因启动子区的甲基化。在细胞器遗传物质层面,ctDNA中可检测线粒体DNA(mtDNA)的变异情况。

Q3.基于cfDNA的液态活检(对于肿瘤来说既是ctDNA),是否只应用于肿瘤?

尽管ctDNA在肿瘤诊疗中的应用是当下cfDNA最广泛,研究最深入的分支。但是,cfDNA作为液态活检,不只是局限于肿瘤学。例如,有研究报道对于接受器官移植手术的病人,可以通过监测术后外周血中具有捐献者基因特征,片段化的cfDNA含量变化,来评估移植器官的排斥情况。

另一个重要的应用就是无创DNA产前检测,又称为无创产前DNA检测、无创胎儿染色体非整倍体检测等。根据国际权威学术组织美国妇产科医师学院委员会,无创产前DNA检测(Non-invasive Prenatal Testing)是应用最广泛的技术名称。无创DNA产前检测技术仅需采取孕妇静脉血,利用新一代DNA测序技术对母体外周血浆中的游离DNA片段(包含胎儿游离DNA)进行测序,并将测序结果进行生物信息分析,可以从中得到胎儿的遗传信息,从而检测胎儿是否患三大染色体疾病。