血液中的宝藏：甲基化图谱分析

检验之星

血液是唯一与所有器官都有接触的组织，携带着有关机体的大量宝贵信息。在理论上，检测血液携带的 DNA、RNA、囊泡和细胞残骸可以帮助人们诊断和监控各种疾病。产前基因筛查是血液检测的一个重要应用，不过其他循环生物学指标正在受到越来越多地关注，比如甲基化、RNA、微囊泡和胞外体。为了帮助大家更好的分析甲基化、分离囊泡、提取RNA、存储样本和分析数据，The Scientist杂志最近与多位专家学者探讨了检测不同血液生物学指标的策略，贡献出了相应的注意事项和实验技巧。

甲基化图谱分析

表观遗传学修饰可以在不改变DNA序列的情况下调控基因的活性，对于人类发育、人类疾病和环境影响有深远的意义，是近年来生命科学领域的一大研究热点。DNA甲基化是最常见的一种表观遗传学修饰，广泛参与了细胞对基因表达的控制，在细胞生长、细胞分化、细胞增殖和疾病状态中起到了关键性的作用。

研究者：香港中文大学的卢煜明（Dennis Yuk-ming Lo）教授

卢煜明教授是分子生物学临床应用专家，尤其致力于研究人体内血液的DNA和RNA。现为香港中文大学李嘉诚健康科学研究所所长、李嘉诚医学讲座教授兼化学病理学讲座教授。他屡获国际殊荣，包括2005年国家自然科学奖、2006年国际临床化学和实验室医学联合会—分子诊断学杰出贡献奖、2006年美国国家临床生物化学学院（NACB）杰出科学家奖、2006年裘槎基金会优秀医学科研者奖、2007年美国临床化学协会（AACC）SigiZiering奖、2012年AACC-NACB临床化学杰出贡献奖、2009年富布赖特香港杰出学者奖，以及2014年费萨尔国王国际医学奖。卢教授亦于2011年被选为英国皇家学会院士，在2013年被选为美国国家科学院外籍院士。2015年获美国临床化学协会（AACC）颁授年度Wallace H. Coulter讲学奖，是全世界首位获奖的华人学者。（更多详细信息参见：专访卢煜明：寻找科学宝藏，不可一叶障目）

研究项目：根据血液中的甲基化DNA分析机体器官的状态

背景：卢教授是无创产前诊断的奠基人，率先提出了在孕妇血液中检测胎儿DNA的理论。“血液DNA本质上是来源于不同器官的DNA混合物，我希望能够通过血液检测来判断机体不同部位的异常，”卢教授介绍道。

工作进展：为了解决多种组织在血液中的DNA贡献，卢教授的研究团队从十四种不同组织（包括肝脏，血细胞，胎盘等等）的甲基化组中挖掘出5,820个带有足够组织信息的甲基化生物标记。然后他们利用二次规划法分析多维的方程组，求出关于各个组织在血液中贡献的最优解。这就是生物信息学重迭解析处理（bioinformatics deconvolution process）方法。

研究人员发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上的研究显示，较低的测序覆盖度也能分辨与移植器官和肝癌有关的甲基化模式。这种方法能够给出可靠的信息，鉴定异常循环DNA的器官来源。举例来说，研究人员在血液中检测到了癌细胞基因组的拷贝数变异，并且根据相应的甲基化模式找到了这些变异的来源——肝脏肿瘤。（更多详细信息参见：中国学者PNAS：利用DNA图谱诊断癌症）

注意事项：研究血液甲基化组会面对许多未知因素，比如甲基化模式在个体间的变化，甲基化DNA片段在血液循环中的稳定性。卢教授团队检测的甲基化标记中大约15%在志愿者之间有显著差异。由于测序过程的重亚硫酸盐转化会破坏一些DNA并且产生偏好，单分子测序等更灵敏的方法对血液甲基化研究将更有帮助，卢教授指出。

前景展望：卢教授表示，分析血液中的组织特异性甲基化模式还会有更多的用途，比如追踪移植排斥或者鉴定循环肿瘤DNA的来源。“当你不知道哪个器官出现异常的时候，这是一个很好的突破口。”

实际上，卢教授已经领导团队在美国国家科学院院刊PNAS杂志上发表了这方面的研究成果。他们通过分析血液中的甲基化DNA，检测到了癌症患者的肝肿瘤和淋巴瘤，以及孕妇胎盘中的遗传异常。这项工作在分子诊断与基于器官的传统医疗之间搭起了一道桥梁。

来源：生物通