2017年第一季度液体活检文献盘点

长长的路

一、循环肿瘤细胞（Circulating tumor cells，CTCs）


1、PNAS：利用循环肿瘤细胞提高对肝癌的诊断和监测
来自麻省总医院癌症中心的研究人员将自主开发的CTC-iChip技术与基于RNA的数字PCR技术结合在一起，可提高对肝细胞癌（HCC）病人血液中CTCs的检测。该方法能够在组成血液的几百亿个细胞中检测到单个CTC，为HCC病人提供高特异性的癌症检测，也为HCC的早期检测以及治疗后的监测带来了新的希望。
研究人员首先在HCC细胞中发现10个特异性表达的RNA转录本，这些转录本在血液其他成分中并不存在。利用自主开发的CTC-iChip，研究人员在6组人群中检测了他们的血液样本：① 新诊断的HCC病人；② 接受治疗仍存在疾病的病人；③手术治疗后得到治愈的HCC病人；④ 因为其他慢性肝病可能发展为HCC的病人；⑤患其它类型癌症的病人，包括肝转移的病人；⑥ 健康志愿者。分析结果表明HCC病人血液样本中HCC相关RNA转录本表达水平更高，未接受治疗的HCC病人中有超过一半表现为CTC指数阳性结果，而健康对照、患其他肝病和接受治疗的HCC病人其阳性结果比例分别为8%，3%和28%，接受治疗得到治愈的病人其阳性结果比例与健康对照接近。为了确定CTCs指数是否可以改善AFP筛选结果的不足，研究人员利用这两种方法对15名新诊断病人的血液样本进行了分析，结果表明CTCs指数，AFP以及两种方法结合可以对67%的病人进行阳性诊断，只有三分之一的病人没有被诊断出来。
来源：M Kalinich, I Bhan, et al. AnRNA-based signature enables high specificity detection of circulating tumorcells in hepatocellular carcinoma. PNAS, 2017.

2、PNAS:上海交大施奇惠研究组等建立稀有肿瘤细胞鉴定新方法
上海交通大学系统生物医学研究院施奇惠教授研究组、上海市胸科医院陆舜主任与加州大学洛杉矶分校医学院魏巍教授研究组合作研究了一种在胸水、血液等液体样本中检测具有高代谢活性的稀有肿瘤细胞的高通量检测新方法，并为临床提供了一种快速鉴定恶性胸水的新方法。
肿瘤细胞具有不同于正常细胞的能量代谢途径，即使在氧气存在的情况下，肿瘤细胞仍主要以糖酵解的方式进行能量代谢，其摄取的葡萄糖大大高于正常细胞，这一效应被称为Warburg效应。该研究采用荧光标记的葡萄糖类似物在体外对大量细胞的葡萄糖摄取能力进行高通量检测。其基本假设是在胸水样本中高葡萄糖摄取且不表达白细胞共同抗原（CD45）的细胞有较大可能是肿瘤细胞，具有这类细胞的胸水可被鉴定为恶性胸水。为了验证这些细胞是否的确为肿瘤细胞，使用显微操作设备将这些疑似肿瘤细胞一一取出进行单细胞测序。实验结果表明，对于肺腺癌患者的胸水样本，超过60%的疑似肿瘤细胞均检测到了与原位肿瘤细胞一致的驱动基因突变（EGFR、KRAS等）。同时，在部分传统细胞学检查阴性或无法确诊的样本中，该方法能够有效找到肿瘤细胞并通过测序加以确认。
来源：Yin Tang，Zhuo Wang，Ziming Li, et al. High-throughputscreening of rare metabolically active tumor cells in pleural effusion andperipheral blood of lung cancer patients. PNAS, 2017.

3、Nat Med：CTC成功预测化疗耐药性
近期，在《Nature Medicine》杂志上，英国曼彻斯特大学的科学家发表了一项期待已久的研究成果：采用CTCs单细胞测序的方法成功预测了肺癌的化疗有效性。在小细胞肺癌中，对化疗药物敏感的患者比对化疗药物耐受的患者治疗效果更好。但由于肿瘤活检和细胞学上的困难，其耐药性研究一直难以突破。通过CTCs，我们能发现这种化疗耐受／敏感型与基因拷贝数异常相关。因此这一发现具有极其重要的临床意义。
正常细胞每个基因应该有2个拷贝，而肿瘤细胞某些基因会出现数目异常。该研究先是从13名小细胞肺癌患者中分离出的88个CTCs上检测到基因拷贝数畸变（CNA），并基于CTCs中的CNA产生一个分类器。而后科学家在18名患者上测试这一分类器，针对这18名患者的112个CTC细胞，和6个患者CTCs来源的衍生肿瘤外植体（CDX）进行测试后，发现分类器的准确度达到83.3%。同时，科学家还发现，这些依照化疗耐药性不同分类的患者，无进展生存期（PFS）中观察到显着差异。因此通过基于CTC的测序方法，可以做到肿瘤患者化疗耐药性的预测性。
来源：Carter L,Rothwell DG,Mesquita B,et al. Molecular analysis of circulating tumor cells identifies distinctcopy-number profiles in patients with chemosensitive and chemorefractorysmall-cell lung cancer.NatureMedicine, 2017.

4、Nature Methods：便携、低成本的单细胞RNA测序新手段
每个细胞的基因表达谱随其功能而异。从血液或组织样本中的许多单个细胞中提取RNA可以根据基因表达模式区分细胞。这使科学家有机会确定细胞功能，包括它们在疾病中的作用或对治疗的反应。
MIT的研究人员已经开发出一种便携式技术，可以在快速制备多种细胞RNA的同时进行测序。新的技术被称为Seq-Well，可以让科学家在组织样本中更容易识别不同类型的细胞，帮助他们研究免疫细胞如何对抗感染和癌细胞对治疗的反应以及其它的应用。类似以前的单细胞RNA测序技术，Seq-well过程能够很好捕获和分析序列约每个细胞10至15%的RNA转录。在这篇文章中，研究者使用Seq-Well对被称为巨噬细胞的免疫细胞进行分析，这些巨噬细胞来源于感染了肺结核的样本。这个新方法让他们能够识别不同的现有巨噬细胞群体的对感染的反应。研究小组还联手与Dana Farber /哈佛癌症中心的临床研究者，将此技术应用于新的组合疗法治疗癌症。
来源：Todd M Gierahn, Marc H Wadsworth II,et. Seq-Well: portable, low-costRNA sequencing of single cells at high throughput. Nature Methods, 2017.

二、循环肿瘤DNA（ctDNA）

1、重磅研究！世界首创高通量甲基化无创检测新技术，可用于癌症早筛及溯源
美国加州大学圣地亚哥分校张鹍教授在《Nature Genetics》上发布高通量甲基化无创检测新技术，未来可以用于癌症无创早筛与溯源。
基于癌症患者体内的ctDNA，可进行癌症的早期检测，但这些方法却不能追溯到肿瘤发生的位置。为了攻克这一问题，张鹍教授的团队开发出了一种新型液态活检技术，该技术不仅可以在癌症早期进行检测，而且能够实现组织定位。当癌症在身体中形成时，它与正常细胞竞争营养和空间，并导至正常细胞的死亡。而当正常细胞死亡时，它们将其DNA释放到血液中，因此研究者们可以通过这些DNA识别受影响的组织。由于身体中的每个组织都有其独特的甲基化形式，所以可以根据该特性来对组织进行定位。在该新方法中，组织的定位是通过筛查CpG甲基化单倍型标签实现的。
在研发过程中，首先研究人员搭建了10个不同组织（肝脏、小肠、结肠、肺、脑、肾、胰腺、脾、胃和血液）全部CpG甲基化模式的数据库。他们还分析了来自UCSD Moores癌症中心的癌症患者的肿瘤样品和血液样品，并搭建了一个癌症特异性基因标记物的数据库。接下来，研究者们筛查了癌症患者和健康人的血液样本，寻找癌症标记物和组织特异性CpG甲基化模式的双重信号。该检测的工作方式类似于双重身份验证过程——在统计截点之上寻找到两种信号，则表明是一个阳性结果。
来源：Shicheng Guo, Dinh Diep, etal. Identification of methylation haplotype blocks aids in deconvolution ofheterogeneous tissue samples and tumor tissue-of-origin mapping from plasmaDNA. Nature Genetics, 2017.

三、外泌体（Exsome）

1、ACS Nano：突破！科学家利用来自尿液的生物标志物进行早期癌症筛查
来自韩国蔚山国家科学技术研究所的研究人员通过研究开发出了一种新技术，该技术能够有效在尿液或血液中有效鉴别出促进癌症发生的物质，相关研究刊登于国际杂志ACS Nano 上。文章中，研究人员开发出了一种集成的离心微流体平台（Exodisc），这种设备能够对尿液中的胞外膜泡 (extracellular vesicles，EVs) 进行分离。
胞外膜泡是一种细胞衍生的纳米囊泡结构，其尺寸仅有 40-1000 纳米，存在于几乎所有类型的体液中。研究人员开发的新型平台 Exodisc 由两个独立的过滤单元组成（尺寸分别为 20 纳米和 600 纳米），其能够同时对两个不同的样本进行处理，通过对这种盘状芯片进行旋转，尿液样本就能够通过两个集成的纳米过滤器被转移，从而富集尺寸在 20-600 纳米范围之内的尿液胞外膜泡结构。该平台中纳米多孔过滤器中孔的大小能够被任意设置，从而就能够实现从病原菌或不必要的蛋白质中对纳米尺寸的囊泡结构进行有效分离。
这项研究中，研究小组通过Exodisc分离来自膀胱癌患者尿液中的胞外膜泡，对临床样本进行了检测。利用分离自膀胱癌患者机体中的胞外膜泡进行 ELISA 反应就能够发现 CD9 和CD81 高水平的表达，这也就表明，这种方法或许能够被用于临床研究中，来帮助检测尿液中基于胞外膜泡的生物标志物，从而用于对癌症进行诊断。
来源：Hyun-Kyung Woo, VijayaSunkara, et al. Exodisc for Rapid, Size-Selective, and Efficient Isolation andAnalysis of Nanoscale Extracellular Vesicles from Biological Samples. ACS Nano,2017.

2、Nature：血液中的“哨兵”，可诊断早期胰腺癌
近期，来自于美国生物设计Virginia G. Piper 中心个性化诊断的研究员Tony Hu带领团队开发了一个巧妙的方法，能够实现胰腺癌早期诊断。他们的技术关键是“灵敏检测胞外囊泡（EVs）”。EVs是指从细胞膜脱落或者由细胞分泌的囊泡状小体。Tony Hu教授团队检测的囊泡，是由肿瘤细胞分泌的。这类囊泡表面表达有一种特殊的蛋白质——EphA2，是胰腺癌的特殊标记物。他们设计出一种与EphA2蛋白结合的特定纳米探针，从而精准鉴定出血液等体液中存在的由胰腺癌细胞分泌的囊泡。相关研究成果在线发表在《Nature Biomedical Engineering》期刊。
Tony Hu团队开发的基于纳米探针的快速检测技术，首先需要采集少量血液样本（约1微升），稀释并加至传感器芯片，芯片表面覆盖有与囊泡膜蛋白结合的抗体。随后，与抗体结合的胞外囊泡会与抗体包被的纳米探针混合，这两种纳米探针会再一次与另外两种囊泡膜蛋白结合，其中一种就是胰腺癌特有的EphA2蛋白。只有胰腺癌细胞分泌的胞外囊泡会同时与两种纳米探针结合。最后，当两种探针在囊泡表面亲密接触后，会引发一种耦合效应，从而发射出黄色的光信号。
研究团队经过一系列试验，确定该技术能够检测早期胰腺癌，且能够从胰腺癌患者、胰腺炎患者以及健康人血液中精准筛选到癌症标志物。虽然目前的研究依然需要光学显微镜检测样本，但是研究人员计划开发出一款完全自动化的系统，能够以低成本、高通量的优势完成临床诊断。
来源：Kai Liang, Fei Liu, et al. Nanoplasmonicquantification of tumour-derived extracellular vesicles in plasma microsamplesfor diagnosis and treatment monitoring. Nature Biomedical Engineering, 2017.

来源：微流控液体活检   参考资料：生物谷