剖析三大最热门液体活检技术：ctDNA、CTC与外泌体“之谜”！

作者：班木芙兰

2020年12月16日，据联合国网站消息，世界卫生组织下属的国际癌症研究机构(IARC)15日发布最新数据显示，据估计，2020年全球新增癌症病例约1930万、死亡人数约1000万，女性乳腺癌超越肺癌，成为诊断数量最多的癌症。

图丨全球权威癌症研究中心-纪念斯隆凯特琳癌症中心

在致死率方面，癌症研究机构表示，肺癌在2020年所导至的死亡人数最多，占因癌症去世总人数的18%，其次依次为结肠直肠癌(9.4%)、肝癌(8.3%)、胃癌(7.7%)和女性乳腺癌(6.9%)。

残酷的自然法则演绎出壮美的生命谱曲。得益于现代医学技术的进步、分子遗传学的更新迭代与结构生物学的生生不息，医生与科研人员解构生命的终极奥秘，人们得以窥视并修复自身疾病，液体活检技术的出现与应用，给人类带来点亮了一盏“生命之光”。

液体活检技术“角斗场”大幕已拉开！

帮助临床医生实现有效检测、诊断和管理癌症患者的微创技术是医疗健康行业的从业者们长久以来梦寐以求的。在过去几年里，以二代测序 （NGS）和数字PCR （dPCR）为代表的高灵敏度分子检测技术终于让研究人员和临床医生们梦想成真。如今，他们能够在外周体液（如血液）中检测到癌细胞的基因组物质，例如循环肿瘤DNA, 即ctDNA、癌细胞RNA的外泌体和循环肿瘤细胞 （CTC）。

肿瘤细胞的生长离不开血液循环的营养输送。在身体出现具体症状之前， 甚至是在影像检验出微小的病灶之前，血液中就会存在肿瘤细胞、DNA或外泌体，通过PCR、高通量测序等手段检测血液中的ctDNA、CTC等与肿瘤直接相关的标志物含量，就可发现影像无法识别出的早期肿瘤，及早发现肿瘤并进行干预，可降低肿瘤发病率和死亡率。

图丨液体活检技术概述（来源：小桔灯网产业研究院）

Liquid biopsy的诊断方法，可以捕获到进入血液的其它细胞或DNA，从而替代了疾病的诊断，例如肿瘤。这种诊断方法是一个很大的进步，可以为更多的病人实现个体化治疗，它采用非介入性地方式，可重复性地抽取肿瘤样本，医生们从而可以建立基因表达谱，靶向突变用药，快速判断治疗是否有效，及随肿瘤的发展而调节治疗方案。

ctDNA-血浆游离循环肿瘤

ctDNA -血浆游离循环肿瘤（Cell-free Circulating Tumor DNA ，ctDNA)，是由肿瘤细胞释放到血浆中的单链或者双链DNA，携带有与原发肿瘤组织相一致的分子遗传学改变，它直接源于肿瘤或循环肿瘤细胞（CTC)，描述了从原发肿瘤脱落并进入血流或淋巴系统的完整的活肿瘤细胞。

图丨ctDNA运作原理 （来源：网络）

值得注意的是ctDNA不应该与cfDNA相混淆，cfDNA描述了在血液中自由循环的DNA，但不一定起源于肿瘤。目前，学界并未发现ctDNA释放的确切机制和释放速率。但根据DNA细胞内和细胞外作用的核分子属性来说，ctDNA与细胞死亡标志的临床状况相关联，因此死亡和垂死的细胞被认为是ctDNA的起源。

ctDNA最具前景的价值在于癌症早筛，即通过微创的方式获得样本并反映出肿瘤组织中基因的突变。

由于ctDNA的含量较少，有研究通过检测cfDNA中的特定突变来反映ctDNA的突变，评估了51例小细胞肺癌（small cell lung cancer, SCLC）病例和123例非癌症对照血浆中提取的cfDNA中TP53突变的存在。在49%的SCLC患者的cfDNA中检测到TP53突变，11.4%的非癌症对照中检测到了突变，并且在35.7%早期SCLC患者cfDNA中检测到了TP53突变。

这些重要研究结果表明ctDNA对癌症早期诊断的潜力是一个非常值得关注的领域。不过，目前前景大好的ctDNA技术仍存在一些较难克服的问题，包括肿瘤负荷较小时，ctDNA如何提高其灵敏性，如何将分析前质量控制标准化等。

图丨国内液体活检市场主要玩家（来源：小桔灯网产业研究院）

CTC-循环肿瘤细胞

CTC:指人体循环系统中存在的肿瘤细胞，源于原发肿瘤或转移肿瘤，获得脱离基底膜的能力并入侵通过组织基质进入血管的肿瘤细胞。CTC细胞具有极大的危害性，它是恶性肿瘤出现复发和远处转移的重要原因；是导至肿瘤患者死亡的重要原因。

图丨CTC原理

1968年，澳大利亚籍医生Ashworth首次提出CTCs的概念——原发灶或转移灶脱落进入外周血的肿瘤细胞，因这些肿瘤细胞可能经历了上皮间质转化，具有更强的流动性和侵袭性，更易粘附于血管壁进而穿透，最终产生远处转移。CTCs因其的完成性，可以提供关于肿瘤形态或蛋白表达的信息

在肿瘤复发或转移的过程中，CTCs由于某种原因脱离肿瘤原发灶，进入循环系统到达新组织，并在一定条件下发展为转移灶，CTCs是肿瘤患者独立预后因子、靶向治疗的标志物和靶点。另有研究表明，CTCs在肿瘤发生早期甚至是之前就已经存在，是肿瘤发生的根源，表明CTCs在肿瘤早期诊断也具有重要临床价值。

CTC可通过检测血液中CTC的数量进行癌症早筛；通过分离培养CTC，进行测序和药理学试验，制定个体化治疗方案；可实时监测血液中CTC的含量判断肿瘤是否复发（癌症患者进行化疗、靶向治疗后进行CTC 检测，若CTC 数量减少，提示治疗方式可能有效）；复发后可对肿瘤的耐药性进行分析，调整治疗方案。

最后，总结一下ctDNA与CTC技术存在的差异：首先二者相通的点在于，CTC和ctDNA检测都是通过检测外周血中的肿瘤细胞/ctDNA含量来判断患癌的可能性大小，对依靠传统影像学诊断和肿瘤标志物检测的癌症检测领域有着非常重要的影响。

其次，在临床应用上ctDNA与CTC技术存在着较大的区别，ctDNA的灵敏度要优于CTC，ctDNA的半衰期仅仅为2个小时左右，可以清晰反馈当前肿瘤信息，在癌症监控方面有极其巨大的潜力，而CTC在血液中的含量较低，尤其是癌前和早癌阶段，并且一些血液中的稀有细胞也有可能被误检为CTC。

以目前的医学技术来看，即使检测出有非常大患癌的可能，CTC技术很难辨别确诊的某种癌症，而ctDNA最大的限制在于其在中晚期癌症中含量较高，早期时含量则较低（通常早期肿瘤患者携带的与肿瘤相关的突变在60个左右，而每个人有约31.6亿个DNA碱基对可供突变，要能准确的找出这些突变，堪比大海捞针）ctDNA在伴随诊断/个体化用药指导方面应用居多。

CTC和ctDNA技术相比，各自都有着一些优势和局限，并不能直接判定孰优孰劣。总体而言，在辅助诊断、术后监控等方面，ctDNA灵敏度较高，而单纯的癌症早筛CTC的精确度则要高于ctDNA.

外泌体

外泌体是活细胞分泌的纳米级囊泡，由生物膜包裹来自母细胞的蛋白、核酸、代谢物等组分，不仅携带母细胞及局部微环境的信息，还能直接或间接调控接受细胞的功能和表型，所以蕴藏信息也极为丰富。从应用角度来讲，外泌体主要有三大方向，分别是治疗、诊断和用药载体，目前研究最多的是诊断领域，可以成为多种疾病的早期诊断标志物。

外泌体与肿瘤有着密不可分的关系, 外泌体参与了肿瘤发生、发展的很多过程, 包括肿瘤转移及血管新生、抗肿瘤免疫、肿瘤免疫逃逸等。肿瘤细胞分泌的外泌体中携带的miRNA、mRNA、长链非编码 RNA（long non-coding RNA, lncRNA）及DNA等核酸分子是最受关注的一类可作为肿瘤诊断生物标志物的分子。

这些分子反映了分泌细胞的生理状态和功能状态, 甚至还会包含细胞病态相关的分子信息, 尤其是肿瘤细胞来源的外泌体含有的miRNA具有异质性, 这就使得外泌体源性miRNA有可能成为肿瘤诊断的新指标。

液体活检技术未来将面临重大机遇

液体活检为医疗诊断行业提供了一个潜力巨大和极具活力的发展机会，潜在的市场容量和临床效用都令人兴奋。制药公司、生命科学公司、诊断公司和其他相关管理者需要仔细思索液体活检对肿瘤市场可能产生的重大影响以及该如何把握机会在这一新兴市场取得成功！

参考文献：

1：美国国家图书馆：液体活检在肺癌早期诊断中的研究进展

2：The Lancet Oncology：Circulating tumour DNA analysis to direct therapy in advanced breast cancer (plasmaMATCH): a multicentre, multicohort, phase 2a, platform trial

3：“有趣的胖子万一挑一”公众号：肿瘤早检为什么选了甲基化？这事要从斧头帮说起.....