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液体活检开启癌症早期诊断大门
来源:     作者:      2016-10-08 16:55       
摘要:肺部活检是一个侵入性的痛苦过程,对一位80岁的老太太来说尤其如此。但是通过穿刺性检查,肿瘤学家Geoffrey Oxnard给患者开出了一种相对应的靶向药物。经过治疗,患者的肿瘤似乎消失了。

提取自血液样本的肿瘤DNA能够用于了解癌症,避免手术活检穿刺。

图片来源:Cultura RM/Alamy Stock Photo

肺部活检是一个侵入性的痛苦过程,对一位80岁的老太太来说尤其如此。但是通过穿刺性检查,肿瘤学家Geoffrey Oxnard给患者开出了一种相对应的靶向药物。经过治疗,患者的肿瘤似乎消失了。

然而,一段时间后,这位80岁的老人又带着病痛再次来到Oxnard的诊所。医疗诊断表明,癌症又回来了,而如果要了解癌症的耐药性,就需要再做一次肺部穿刺。

但这一次,在美国马萨诸塞州波士顿达纳法博癌症中心工作的Oxnard给患者提供了一个新选择:“我们检查一下您的血液吧。”他仅仅采集了一些血液样本,进行了“血液活检”。在不到一天的时间里,他就发现了产生微量突变的肿瘤DNA,正是这种突变导致肿瘤产生耐药性。幸运的是,有一种靶向治疗这种突变的药物正在进行临床研究。Oxnard设法让病人参加了这项研究,使她的病情再次得到缓解。

科学家发现,部分肿瘤细胞甚至是整个细胞会脱离原始肿瘤细胞,进入血液,由此血液活检应运而生。通过这种方法,能够采集血液样本分析肿瘤DNA的基因特征,从而避免固体肿瘤穿刺活检方法。

现在,基因组测序技术的快速发展已经让这种方法可以被应用到临床。其中主要有三个探索方向:分析循环的肿瘤DNA、在血液中检测整个肿瘤细胞以及捕捉肿瘤释放的胞外体小囊泡。科学家已经发现,血小板或许能够提供癌症线索。

科学家知道,血小板在出血后具有凝血作用,但却不知道它们还具有超凡的“大食量”。所以当Tom Würdinger在荷兰阿姆斯特丹自由大学医学中心成立实验室之后,他非常吃惊地观测到血小板会吞噬含有肿瘤RNA的小分子。如果血小板能够吸收肿瘤的转录物,它们就可能提供一种珍贵的诊断技术,Würdinger想到。

而且,血液活检还更加快捷、方便,并能将患者的痛苦降到最低。此外,它们还能让临床医生密切监测肿瘤如何对治疗过程产生应答,从而预测癌症复发几率。长远来看,医生甚至还能在个人发现症状之前,利用血液活检在患病初期发现潜伏的肿瘤细胞。

自由漂移的DNA

DNA碎片经常会流入血液。这种基因“废弃物”在健康人体内也普遍存在,而且可能来自于身体的任何部位。中国香港中文大学化学病理学家卢煜明意识到,如果孕妇的血小板会释放胎儿的DNA,那么肿瘤可能也会流出DNA。卢煜明由此率先开启了无创DNA检测的先河,通过非侵入性方法,对未出生婴儿的染色体异常进行产前检测,现在这种方法已经广泛使用。在此过程中,这种检测方法也产生了未曾料到的信息,一些准妈妈被检测出患有癌症。

随后,更加精准的下一代测序方法的到来,则让通过血液检测自由流动的肿瘤DNA变得可行,因为这种测序技术能够区别肿瘤基因组序列和常规DNA序列的差异。此外,数字聚合酶链反应(dPCR)也让研究人员能够诊断或量化具体的肿瘤DNA大小,即便其在血液中的整体含量仅有0.1%。

“这些是非常敏感的实验。”纽约大学兰贡医学中心皮肤科医生David Polsk说,“这是因为它们在实验室中的作用如此之大,临床医生为它们感到激动。”

当前,尽管一些血液检测正在悄然进入市场,但血液活检仍主要局限于基础研究以及临床研究的背景中。加州圣迭戈医疗诊断公司Pathway Genomics因为直接向消费者推广其血液检测方法,而在2015年9月遭到美国食药监局(FDA)的严厉批评。该监管机构称,其推出的价值699美元的癌症截击诊断检测方法,针对的是存在较高癌症风险,但却仍然健康的人群,而这种技术尚未得到批准向消费者开放,而且在临床上尚未获得足够证据。该公司则回应称,这是由医生参与的临床试验,并未采用直接向消费者推广的模式。

现在,卢煜明正在完成一项有2万人参与的鼻咽癌检测项目,这是中国南方地区一种常见的头部和颈部癌症。在2013年的一项研究中,卢煜明的团队对1300个健康人进行了检测,发现其中3人处于早期癌症阶段。卢煜明很快将报告其研究成果。“我们能够在癌症发病早期发现其行迹,这是一个了不起的进展。”他说。因为95%的患者在这一发病阶段接受治疗后都能存活下来。他补充说,现在检测出的病人已经得到了尽快的治疗,他们现在生活得很健康。

发现复发萌芽

跟踪患者的循环DNA还改变了早期诊断癌症转移的可能性,这种病情往往需要反复侵入性穿刺活检。过去几年,科学家一直在研究循环DNA,以此发现女性经过治疗后假定已无癌症的病例的潜在复发迹象。“这是早期诊断癌症转移或复发所迈出的重要一步。”密歇根大学卫生系肿瘤专家Muneesh Tewari说。

在2015年的一项研究中,对20名乳腺癌患者的血检揭示了癌症复发的迹象,这比常规临床检测手段诊断时间提前了3年。相关的生物标记是循环DNA中的染色体重组。这些重组似乎会在癌症发展早期出现,科学家可以利用它们设计进行dPCR测试的引物。

“我们认为,循环肿瘤DNA应该是一种分辨乳腺癌复发的良好生物标记,而这在此前并未得到展示。当我们观察到这一现象时感到非常激动。”瑞典兰德大学带领这项研究的专家Lao Saal说。“如果能够提前3年发现癌症转移或复发,人们会觉得这样可能会在临床治疗上带来完全不同的结果。”

另一项有55名乳腺癌患者参与的研究提前8个月发现了复发症状,该研究也利用dPCR对突变进行了检测。“有20%的女性乳腺癌患者最终会因此死亡。”发表该成果的英国伦敦癌症研究中心的Nicholas Turner说,“我们迫切需要对当前的诊断方式难以发挥作用的20%的女性进行更多了解。”

血液检测在临床治疗方面正在找到自己的立足点,当前对预定义基因变化进行搜索可能给患者的生命带来哪些影响尚不清楚,Tewari说。肿瘤耐药可能来自于今天的检测手段尚未能覆盖的变异,因为需要探索下一代测序方式,监测所有可行的癌症变异,Turner说。

分离的细胞

事实上,自由飘移肿瘤DNA发现的时间并不长,科学家在1869年首次报告称在血液中发现肿瘤细胞。文献中记录了40多种设备可用于分离肿瘤细胞。长期以来,科学家一直在探索这个概念,即血液中的肿瘤数量可能用于评估患者癌症的攻击性。

然而,临床试验结果却令人沮丧。例如,2014年,美国国家癌症研究所西南肿瘤研究团队发表的一项研究指出,通过捕获和计量乳腺癌复发者血液中的肿瘤细胞,很可能找到一些人可能存在的更加具有攻击性的癌症分支。然而,尽管对这些女性进行了另一轮的化学疗法,却没能改善她们的结果。从这项研究中,人们总结认为,将计量肿瘤细胞作为预测方法没有使用价值,斯坦福大学临床肿瘤学家Stefanie Jeffrey说。但她补充说,这一结论过于仓促,很可能是其余的治疗没有发挥作用。然而,美国临床肿瘤学会却并不建议通过计量肿瘤细胞帮助指导治疗。

与单纯计量细胞不同,一种更好的方法是测量肿瘤细胞的DNA或是RNA,从而提供了解导致患者癌症基因变异的更多信息。因为分离技术的发展,研究人员可以从患者那里得到更多活细胞,这足以让他们培养这些细胞或将其移植到小鼠体内,研究其功能特征。

第三种血液活检方式指向胞外体。它们是由所有活细胞留下的小囊泡,其中包括与肿瘤母细胞相似的囊泡,它们含有DNA、RNA和蛋白质。当前,这些胞外体很大程度上仍未得到了解,但是基于胞外体的癌症测试已经实现了商业化。

每种检测方式都开启了了解生物学及疾病过程的不同窗口,Tewari说。现在,更加精细的技术仍待进一步发展,但是临床医生对于今天血液活检能够发挥的作用仍然非常兴奋。“它们在帮助患者获得正确的疗法方面发挥着强大的作用。”Oxnard说。(冯丽妃)