血液中散落的癌症希望：ctDNA终将涅槃

长长的路

数十年来，科研人员一直都在寻找能够很好地反映肿瘤情况的生物标志物，与蛋白质类生物标志物相比，循环DNA（ctDNA）的表现更好。ctDNA作为一种新的肿瘤标志物，将在肿瘤的诊断、治疗及预后检测等方面发挥重要作用。ctDNA在精确分子诊断上潜力巨大，虽然面临着一些问题，也在逐步证明没有过不去的坎，终会涅槃。

ctDNA知多少

早在1947年Mandel和Metais就发现了循环核酸；30年后Leon等人的研究结果表明肿瘤患者外周血清DNA水平大大高于正常人，之后研究者在肿瘤患者的血浆和血清中检测到了癌基因突变，并且与原发肿瘤相一致。

肿瘤细胞的基因组与正常细胞是不同的，会有一些肿瘤细胞特定的变异，因此我们可以通过阅读这些信息，了解肿瘤的情况。得益于测序成本的下降，和大规模平行测序技术的发展，我们不必在分子层面去分离ctDNA，而是通过测序，利用肿瘤细胞基因组的特点，从携带信息的层面去挑出属于肿瘤细胞的部分。

循环肿瘤基因（循环肿瘤DNA），即ctDNA（circulating tumor DNA），是指肿瘤细胞体细胞DNA经脱落或者当细胞凋亡后释放进入循环系统，是一种特征性的肿瘤生物标记。通过ctDNA检测，能够检出血液中的肿瘤踪迹。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%）。

ctDNA是一种无细胞状态的胞外DNA，存在于血液、滑膜液和脑脊液等体液中，其主要是由单链或双链DNA以及单链与双链DNA的混合物组成，以DNA蛋白质复合物或游离DNA两种形式存在。它是一种具备广泛应用前景、高敏感性、高特异性的肿瘤标志物，且适用于多种肿瘤。与蛋白类标记物相比，ctDNA 检测很少出现假阳性，因为 ctDNA来自肿瘤细胞基因组突变。另外，ctDNA 半衰期短，能准确反映肿瘤当前情况。

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，就可以追查癌症的真凶，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。在几乎所有种类的癌症中，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。

由于ctDNA的浓度与肿瘤的进展高度相关，因此我们可以通过ctDNA来进行肿瘤的分期、预后评估，以及动态监测。它携带的肿瘤信息也可用于用药指导，不光取样简单，还能更全面的掌握肿瘤的信息。因为肿瘤细胞的基因组不稳定，在细胞分裂的过程中，会不断产生变异，手术取得的组织样本，就好像是抽样，其结果并不代表全部的肿瘤细胞。而ctDNA可来自于任何裂解的肿瘤细胞，更能反映出肿瘤细胞整体的基因变异信息。

ctDNA：血液中散落的癌症希望

肿瘤细胞的生长离不开血液循环的营养输送，同时，肿瘤细胞坏死或者凋亡后，细胞中的DNA释放进入循环系统，游离地存在于血液当中，这就是ctDNA。虽然这些DNA是断裂的，不完整的，但它来自于肿瘤细胞，如果肿瘤细胞携带某种基因突变，这些突变也能在ctDNA中反映出来。通过检测ctDNA的基因突变，就可以揭秘体内肿瘤组织的突变信息，从而为肿瘤的精准靶向治疗和药效检测提供依据。

2015年10月底在《Nature Communications》杂志发表的一项新的研究中，科学家首次发现，流进入血液中的肿瘤DNA，可用于实时跟踪肿瘤的发展以及对治疗的响应。这明确表明，我们可以使用基于血液的DNA测试，来实时跟踪肿瘤的进展。这些研究结果可能改变我们的监测患者的方式。

科学家们逐渐发现，肿瘤有着很高的异质性，标准程序（tissue biopsy）根本不足以判断癌症的预后情况。而且活检得到的是静态信息，无法准确反映癌症的演化。在这种情况下， ctDNA就成为了科学家们的新希望，它能为人们揭示更多的癌症信息，甚至跟踪癌症的发展。

研究人员检测癌症患者的血液及其他体液中的ctDNA，使其成为一种有潜力的生物标志物。然而， ctDNA不仅仅是指标，似乎还与“肿瘤负荷”有关，其水平随疾病严重程度而升高。此外，一些早期的癌症也能检测到ctDNA，表明不仅可使用ctDNA来监控现有的癌症，还能作为筛查工具。

在今年的美国临床肿瘤学大会ASCO2016上，有一家欧美的公司，“丧心病狂”地募集了15191例病人，收集了17628份血液标本，进行ctDNA检测，此外，还对其中组织充足的398位病人的组织标本也做了基因检测。结果显示，与既往的全球肿瘤基因组测序计划公布的各大肿瘤的突变情况相比较，血液标本的基因检测，吻合率高达92%-99%，说明ctDNA检测未来在辅助肿瘤诊断、指导靶向药选择、肿瘤复发和耐药的监测领域将大有用武之地。

然而，精确测序ctDNA存在两个巨大技术障碍：首先是血浆中的ctDNA含量极低，做不了几个检测反应。其次是二代测序背景噪声很高，用常规建库测序方法肿瘤信号完全淹没在背景噪声中。全球这一领域的顶尖高手都在致力于攻克这两个难题。


ctDNA：终将涅槃

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。是一种特征性的肿瘤生物标记物，并且可以被定性、定量和追踪。但由于ctDNA含量低（<1.0%），片段短，半衰期短（<2小时），故其检测对痕量核酸检测技术提出全新的挑战。

ARMS技术是目前欧盟及中国CFDA批准用于临床的血液检测方法。作为肿瘤液体活检临床上唯一获得法规支持的检测技术，EGFR突变血液检测产品（采用ADx-ARMS法）已广泛应用于临床诊断，让越来越多的患者受益。同时，ARMS技术自身也在不断升级改造，Super-ARMS是ARMS技术的升级版，敏感度进一步提高。随着相关检测试剂盒的开发和产业化，未来有望成为普及性的临床血液检测方法。

ctDNA在精确分子诊断上潜力巨大，但也面临着一些问题。如不同人的ctDNA水平差异较大，而且ctDNA并不那么容易检测，特别是在肿瘤的早期阶段。另外，人们还需要在更大型的研究中进行验证，看ctDNA是否给出了足够准确的信息。对于ctDNA，研究人员必须根据它们的序列来挑出片段，这是个艰巨的任务，因为没突变的DNA不能提供信息，成本检测也成为ctDNA研究发展必须迈过的拦路石。纵然面对诸多困难，科学家们依旧坚持跋山涉水，终于逐步迎来ctDNA研究的涅槃。

数字PCR是PCR领域最激动人心的创新之一，这一技术的诞生让绝对定量的梦想成为现实。实验方法和数据分析上的改良，将进一步提升该技术非凡的敏感性和特异性。数字PCR的应用范围也将进一步拓展，比如单细胞分析、罕见肿瘤等位基因检测、产前诊断以及血液中游离肿瘤DNA的研究。

2016年在一项新的研究中，来自美国约翰霍普金斯大学基梅尔癌症中心和澳大利亚墨尔本大学的研究人员报道他们利用一种基因测试方法检测血液中循环流通的癌症相关DNA片段能够准确地预测小部分早期结肠癌患者癌症复发的可能性。相关研究结果发表在2016年7月6日Science Translational Medicine期刊上。这种基于DNA的测试如果在进一步的研究中得到证实的话，可能最终有助于临床医生决定哪些患者在初始诊断为二期结肠癌时需要接受附加的治疗。

在2016年的美国科学进展协会（AAAS）年会上，加利福尼亚大学牙科学院的David T.W. Wong医生、Felix教授和研究副主任Mildred Yip 教授，讨论了一种新设备的原型，名为电场诱导的释放和测量装置（EFIRM），这种装置可以检测唾液中的非小细胞肺癌（NSCLC）的ctDNA。与目前的测序技术相比，这种装置有很高的准确性，可帮助NSCLC患者的酪氨酸激酶抑制剂（TKIs）的临床治疗决策。常规评估程序的临床试验将于今年中期在中国和台湾先后开展。另外，基于NGS的CAPP-Seq法在NSCLC上展现了其强大实力，特别是具有超敏感性这种诱人特征，指明了一条可行且普适ctDNA检测道路。这都将成为NSCLC患者又一福音。

在科研界，对ctDNA的解密工作正在紧锣密鼓热火朝天的进行着，科学家们尝试了各种各样的手段，发明了各种各样的新技术，以期能最大化的将ctDNA带给我们的信息利用起来。随着分子技术的发展，诊断灵敏度越来越高，相信精准诊断的发展道路会越来越快，从而带动精准医疗的发展。

来源：精准医学网