循环DNA也能诊断糖尿病和脑损伤

检验之星

循环DNA分析已经成为胎儿基因诊断的工具，也被作为癌症诊断的重要手段，目前有学者开始用这种血液分子特征进行更多疾病诊断的策略。在人的整个生命过程中，细胞随时发生死亡，死亡的细胞发生破裂，染色体内DNA断裂成大量片段扩散入血液，随着血液在全身循环。即使十分健康，每个人身体内总有大量细胞死亡。当疾病和组织损伤发生时，特定器官组织细胞发生更多损伤，这种特定的循环DNA增加，分析这类分子有希望能作为诊断特定组织损伤的方法，一些研究小组正在进行这方面的努力。

耶路撒冷希伯来大学发育生物学家Yuval Dor认为，这种方法被认为是非侵入性细胞死亡分析方法，这是一个非常令人着迷的研究领域，因为潜在的应用前景十分诱人。Dor的小组本周报道了利用这种方法探测死亡细胞来源，这些细胞可以是胰腺癌，可以是一型糖尿病的胰岛素分泌细胞，也可以是多发性硬化的死亡少突胶质细胞和脑损伤的神经组织细胞。另外两个小组也报道了在癌症方面的初步结果。

NIH研究主任Alain Thierry认为这种方法仍然需要进一步研究，循环DNA分析技术需要进行大规模筛选，需要挑战传统生化检验诊断，如血液中激素、代谢物等非遗传分子的分析方法。Thierry强调，来自循环DNA的序列信息确实有其特定价值。

一些分析循环DNA的技术已经在一些领域投入应用， 2011年医生用孕妇循环血DNA作为胎儿唐氏综合征筛查方法，后来肿瘤学家用患者循环血DNA分析癌细胞基因突变，选择靶向治疗药物和癌症早期诊断。

因为全身所有组织的基因组没有差别，因此循环血DNA分析技术难以确定这些DNA的组织来源，对于一些存在特定组织细胞坏死的疾病，循环血DNA分析似乎难以应用。因为表观遗传学和特定组织细胞存在密切关系，一种可能的解决方案是利用表观遗传学标记如DNA甲基化进行组织来源的追溯标准。DNA甲基化是控制基因表达的重要模式，每种细胞如肌肉、神经元或血液细胞，尽管基因组完全一样，但都具有特异性DNA甲基化模式。2015年10月，香港中文大学Dennis Lo小组在PNAS率先报道了对循环血中DNA甲基化信息的分析结果。他们小组发现，肝癌患者血液中来自死亡肝细胞的DNA增加，但是他们的技术需要进行全基因组甲基化序列分析，每个样本费用高达1000美元。本周PNAS论文中，耶路撒冷希伯来大学DNA甲基化专家Ruth Shemer和哈达萨医学中心内分泌学家Benjamin Glaser合作提供了一种更简单更便宜的分析技术。该小组对多种组织的DNA甲基化模式指纹标记进行了分类，他们报道了分析循环DNA用于诊断一型糖尿病，因为这种方法能确定出来自死亡β细胞的循环DNA，11名患者全部都能检测出这种特定DNA。对接受胰岛细胞移植的患者，也能在循环中分析出死亡的β细胞，说明患者发生了免疫排斥。

耶鲁大学免疫学家Kevan Herold说这种技术对于提前诊断一型糖尿病十分有价值，这些患者已经发生了β细胞死亡，但仍然处于代偿阶段，还没有糖尿病的典型表现，给一型糖尿病早期干预提供了希望。

循环血DNA也能用于其他疾病，Dor等的研究发现，对19名多发性硬化患者的分析发现，14名患者的血液中存在少突胶质细胞DNA，这种疾病的特征是脱髓鞘病变，少突胶质细胞发生死亡。这种方法也能确定脑外伤患者血液中存在死亡脑细胞的DNA，心肌梗塞患者血液中存在心肌细胞DNA。42名胰腺癌患者中有一半患者血液中存在胰腺细胞DNA，通过癌细胞突变分析能对胰腺癌和胰腺炎进行区分。

甲基化不是唯一的组织特征标记模式，华盛顿大学一个小组2016年1月曾经在《细胞》发表一种方法，可以用核小体特征确定DNA的组织细胞来源。对5名癌症患者的血液DNA核小体作为指纹进行分析，确定了其中3名患者癌细胞的组织来源。

科学家现在计划对这些技术进行更大规模的验证，多伦多大学临床生化学家Eleftherios Diamandis预测，在癌症诊断方面开始会遇到一些障碍。因为一些患者循环血中很少甚至缺乏这种DNA。不过用孕妇血液分析胎儿DNA筛选唐氏综合征开始也曾经被质疑，但是现在已经被广泛接受。

来源：科学网孙学军博客