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作者：Lily
导读：全球约有3.5亿人患有慢性病毒性肝炎感染，5000万人患有肝硬化；对于这些人群，罹患肝癌的风险将大大增加。目前，针对高风险人群的筛查方式包括：采用带或不带甲胎蛋白 (AFP) 的腹部超声成像，其筛查灵敏度从47%-84%不等，特异性在67%-90%之间。当前急需开发灵敏、高效的非侵入性肝细胞癌 (HCC) 筛查方法。近日，美国约翰霍普金斯大学研究团队开发出一种基于血液的全基因组cfDNA片段化特征检测方法，为HCC检测提供了一种高性能、具有成本效益的新选择。
肝癌的发病率和死亡率在癌症中位居前列，全世界每年新增病例超过90万，死亡病例超80万。在所有肝癌病例中，肝细胞癌 (HCC)占约90%，病人的生存率在很大程度上取决于诊断时的疾病分期：当肿瘤处于定植期（localized），五年生存率为34%，占患者总数的44%；侵袭期（regional）五年生存率为12%，占患者总数的27%；转移期（distant）患者的五年生存率为3%，占患者总数18%。因此，对肝细胞癌 (HCC)高危人群进行有效、高灵敏度的筛查显得尤为重要。
近年来，细胞游离DNA (cfDNA)生物标记物为癌症的检测提供了另一种可能。近日，美国约翰霍普金斯大学研究团队开发出一种基于血液的全基因组cfDNA片段化特征检测方法，为HCC检测提供了一种高性能、具有成本效益的新选择。相关研究成果以题为“Detecting liver cancer using cell-free DNA fragmentomes”的研究论文发表于国际权威学术期刊《癌症发现》（Cancer Discovery，IF:38.27）。
https://aacrjournals.org/cancerdiscovery/article/doi/10.1158/2159-8290.CD-22-0659/711014/Detecting-liver-cancer-using-cell-free-DNA
cfDNA基因组分析
01
研究者对501名个体的血浆样本进行了检测——75名来源于HCC患者；426名来源于非癌症患者。在非癌症的队列中，133人患有会增加HCC风险的疾病（包括各种原因引起的肝硬化或无肝硬化的病毒性肝炎）。研究团队利用0.5-5ml血浆生成基因组文库，并对cfDNA片段进行低覆盖率全基因组测序。与此同时，研究者还检测了223名来自香港患者的全基因组序列数据，用以作为验证队列——包括可切除的早期HCC（(n=90）、HBV (n=66)、乙肝相关肝硬化（n=35）和无肝病的健康个体（n=32）。
由染色质结构决定的全基因组cfDNA片段谱
02
研究人员对cfDNA片段谱进行了评估，在473个非重叠的5MB区域中生成了整个基因组的片段谱，每个区域包含约80,000个片段；并使用DELFI方法跨越大约2.4GB的基因组。结果表明，在无癌个体中，cfDNA片段谱并无显著差异；在HCC患者中，cfDNA片段谱存在较大差异。与HCC患者相比，肝硬化患者的特征更接近于未患肝硬化的非癌症个体。病毒性肝炎患者的片段谱与无肝病的非癌症个体几乎相同。研究还发现，健康个体的cfDNA片段化模式与淋巴母细胞高度相关；来自HCC患者的cfDNA片段组代表了外周血细胞和肝癌细胞染色质区室的cfDNA图谱的混合。
全基因组片段谱反映了潜在的染色质结构
DELFI模型验证
03
通过及机器学习方法，研究人员探索了“cfDNA片段组的变化是否可以区分HCC患者和非癌症患者”问题，并构建了DELFI模型。结果显示，在平均风险人群中，DELFI模型对HCC检测的敏感性为88%，特异性为98%；在高危人群中，DELFI模型对HCC检测的敏感性为85%，特异性为80%。
研究者检查了DELFI评分与高危人群中HCC发生和分期之间的关系。133名非癌症个体的DELFI分数较低，病毒性肝炎或肝硬化患者的DELFI分数中位数分别为0.078或0.080。相比之下，75名HCC患者在所有阶段的DELFI中位数得分显著更高（图4A）。用于识别HCC患者的DELFI方法的特征（ROC）曲线显示，在高风险个体中，曲线下面积（AUC）为0.90（图4B）。早期HCC的表现仍然稳健，晚期HCC个体几乎完全被检测到（AUC>0.97）（图4C）。在亚洲人验证队列中，DELFI模型可将AUC为0.97的HCC患者与高危个体区分开来（图 4D），表明cfDNA片段化的基本特征在该队列中相似，并且DELFI是检测HCC的可靠方法，有望在HCC高危人群中推广。
研究意义
04
cfDNA片段化组分析方法“DELFI”是第一个在单独的高风险人群中独立验证的全基因组片段化分析，在检测HCC方面具有稳定和强大的性能。在本研究中，DELFI评分模型的训练队列来自欧美，而验证队列来自香港，存在种族上的差异，并且两个队列所使用的全基因组测序方法也有所不同。然而，训练队列中所得DELFI评分模型在验证队列中依然表现优异，这有力地证明了模型的稳健性。
研究所揭示的cfDNA片段组与染色质的开放/关闭状态和转录因子的活跃度的生物学基础，进一步丰富了人们对于cfDNA本质属性的认识，大大拓展了液体活检的信息载量，为实时动态监测肿瘤的功能状态提供了新的方式和思路。
参考资料：
https://aacrjournals.org/cancerdiscovery/article/doi/10.1158/2159-8290.CD-22-0659/711014/Detecting-liver-cancer-using-cell-free-DNA
注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。
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