循环肿瘤DNA片段长度

检验之星

背景

循环肿瘤DNA能够用于非侵入性诊断，监控肿瘤复发，评价治疗效果。健康细胞释放的cfDNA影响对于ctDNA的检测。本研究旨在比较ctDNA和cfDNA片段长度的不同。

方法

首先将人类多形性胶质母细胞瘤种植到裸鼠大脑中，检测人类DNA片段长度和小鼠DNA片段长度。其次为了验证血脑屏障是否有影响，又将肝癌细胞种植到小鼠中，为了验证异种移植模型对实验结果的影响，用黑色素瘤患者和健康人群对照。研究分析人类肺癌ctDNA特点，同时通过数字PCR验证如何提高肺癌突变检出率。

结果

多形性胶质母细胞瘤相关的ctDNA的特点

将人类多形性胶质母细胞瘤（GBM）细胞系（GBM4，GBM8）种植到裸鼠的大脑中。检测产生的病变，可以看到GBM4形成的病灶比较小，不会损坏血脑屏障，GMB8产生的病灶抑制性大，从能损坏血脑屏障的大病灶到小病灶都有。

检测血液中ctDNA长度，可以看到GBM4的ctDNA长度小于小鼠的cfDNA长度。检测GBM8人类ctDNA长度，人类ctDNA长度范围在134bp和144pb之间，小鼠的cfDNA长度在167bp（图1）。同时可以观察到人类ctDNA片断长度呈现一个10bp的周期性（图2）。

图1 鼠游离DNA片段长度分布(绿线)；人ctDNA片段长度(蓝线)

图2所有被检测的ctDNA展示了相同的周期性

肝癌细胞ctDNA特点

为了排除血脑屏障影响，研究肝癌细胞ctDNA的片段长度发现，肝癌细胞ctDNA的片段长度比小鼠ctDNA长度短和GBM中ctDNA的规律一致，同时也发现存在相同长度周期。说明ctDNA片段更短，存在长度周期是所有肿瘤都具有的特点不仅仅局限在GBM细胞中。

人类黑色素瘤ctDNA和cfDNA特点

从黑色素瘤患者中获得cfDNA，从健康人群中获得cfDNA作为对照组。研究结果发现黑色素瘤患者的cfDNA的片段长度比健康对照人群cfDNA片段短，分别为145bp 和165bp（图3）。BRAF V600E 在短DNA片段中出现的频率更高，BRAF V600E 在110-140bp长度的DNA片段中更常见，野生型BRAF基因更易在160-180bpDNA片段中检测到。

图3 黑色素瘤患者的cfDNA片段比健康人群的短

人类肺癌ctDNA和cfDNA特点

从15例肺癌患者获得cfDNA，从9例健康人中获得cfDNA作为对照组。经过光密度检测发现人类肺癌ctDNA片段吸收峰小于cfDNA，说明肺癌DNA片段更短，同时片段长度所对应的吸收峰有部分重叠。

在人类肺癌突变检测中通过选择cfDNA片段长度富集突变

收集片段较短的DNA片段能够起到从大量的健康细胞中释放出的背景DNA片段富集ctDNA 作用，因此提高了检测的敏感性。通过分别检测4例肺癌患者的短DNA片段和较长DNA片段检测EGFR T790M突变丰度可知短片段DNA检测到T790M的突变丰度比长片段DNA检测到的突变丰度高（图4）。所以研究认为ctDNA的片段长度比健康组的cfDNA片段短，选择更短的DNA片段做检测能够提高突变的检测频率。

图4 选择更短的cfDNA片段检测能够富集突变

文章来源：

Underhill H R, Kitzman J O, Hellwig S, et al. Fragment Length of Circulating Tumor DNA. PLoS Genet, 2016, 12(7): e1006162.

来源：靶向分子诊断