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作者：Lily
導讀：全球約有3.5億人患有慢性病毒性肝炎感染，5000萬人患有肝硬化；對於這些人群，罹患肝癌的風險將大大增加。目前，針對高風險人群的篩查方式包括：採用帶或不帶甲胎蛋白 (AFP) 的腹部超聲成像，其篩查靈敏度從47%-84%不等，特異性在67%-90%之間。當前急需開發靈敏、高效的非侵入性肝細胞癌 (HCC) 篩查方法。近日，美國約翰霍普金斯大學研究團隊開發出一種基於血液的全基因組cfDNA片段化特徵檢測方法，為HCC檢測提供了一種高性能、具有成本效益的新選擇。
肝癌的發病率和死亡率在癌症中位居前列，全世界每年新增病例超過90萬，死亡病例超80萬。在所有肝癌病例中，肝細胞癌 (HCC)占約90%，病人的生存率在很大程度上取決於診斷時的疾病分期：當腫瘤處於定植期（localized），五年生存率為34%，占患者總數的44%；侵襲期（regional）五年生存率為12%，占患者總數的27%；轉移期（distant）患者的五年生存率為3%，占患者總數18%。因此，對肝細胞癌 (HCC)高危人群進行有效、高靈敏度的篩查顯得尤為重要。
近年來，細胞遊離DNA (cfDNA)生物標記物為癌症的檢測提供了另一種可能。近日，美國約翰霍普金斯大學研究團隊開發出一種基於血液的全基因組cfDNA片段化特徵檢測方法，為HCC檢測提供了一種高性能、具有成本效益的新選擇。相關研究成果以題為「Detecting liver cancer using cell-free DNA fragmentomes」的研究論文發表於國際權威學術期刊《癌症發現》（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基因組分析
01
研究者對501名個體的血漿樣本進行了檢測——75名來源於HCC患者；426名來源於非癌症患者。在非癌症的隊列中，133人患有會增加HCC風險的疾病（包括各種原因引起的肝硬化或無肝硬化的病毒性肝炎）。研究團隊利用0.5-5ml血漿生成基因組文庫，並對cfDNA片段進行低覆蓋率全基因組測序。與此同時，研究者還檢測了223名來自香港患者的全基因組序列數據，用以作為驗證隊列——包括可切除的早期HCC（(n=90）、HBV (n=66)、乙肝相關肝硬化（n=35）和無肝病的健康個體（n=32）。
由染色質結構決定的全基因組cfDNA片段譜
02
研究人員對cfDNA片段譜進行了評估，在473個非重疊的5MB區域中生成了整個基因組的片段譜，每個區域包含約80,000個片段；並使用DELFI方法跨越大約2.4GB的基因組。結果表明，在無癌個體中，cfDNA片段譜並無顯著差異；在HCC患者中，cfDNA片段譜存在較大差異。與HCC患者相比，肝硬化患者的特徵更接近於未患肝硬化的非癌症個體。病毒性肝炎患者的片段譜與無肝病的非癌症個體幾乎相同。研究還發現，健康個體的cfDNA片段化模式與淋巴母細胞高度相關；來自HCC患者的cfDNA片段組代表了外周血細胞和肝癌細胞染色質區室的cfDNA圖譜的混合。
全基因組片段譜反映了潛在的染色質結構
DELFI模型驗證
03
通過及機器學習方法，研究人員探索了「cfDNA片段組的變化是否可以區分HCC患者和非癌症患者」問題，並構建了DELFI模型。結果顯示，在平均風險人群中，DELFI模型對HCC檢測的敏感性為88%，特異性為98%；在高危人群中，DELFI模型對HCC檢測的敏感性為85%，特異性為80%。
研究者檢查了DELFI評分與高危人群中HCC發生和分期之間的關係。133名非癌症個體的DELFI分數較低，病毒性肝炎或肝硬化患者的DELFI分數中位數分別為0.078或0.080。相比之下，75名HCC患者在所有階段的DELFI中位數得分顯著更高（圖4A）。用於識別HCC患者的DELFI方法的特徵（ROC）曲線顯示，在高風險個體中，曲線下面積（AUC）為0.90（圖4B）。早期HCC的表現仍然穩健，晚期HCC個體幾乎完全被檢測到（AUC>0.97）（圖4C）。在亞洲人驗證隊列中，DELFI模型可將AUC為0.97的HCC患者與高危個體區分開來（圖 4D），表明cfDNA片段化的基本特徵在該隊列中相似，並且DELFI是檢測HCC的可靠方法，有望在HCC高危人群中推廣。
研究意義
04
cfDNA片段化組分析方法「DELFI」是第一個在單獨的高風險人群中獨立驗證的全基因組片段化分析，在檢測HCC方面具有穩定和強大的性能。在本研究中，DELFI評分模型的訓練隊列來自歐美，而驗證隊列來自香港，存在種族上的差異，並且兩個隊列所使用的全基因組測序方法也有所不同。然而，訓練隊列中所得DELFI評分模型在驗證隊列中依然表現優異，這有力地證明了模型的穩健性。
研究所揭示的cfDNA片段組與染色質的開放/關閉狀態和轉錄因子的活躍度的生物學基礎，進一步豐富了人們對於cfDNA本質屬性的認識，大大拓展了液體活檢的信息載量，為實時動態監測腫瘤的功能狀態提供了新的方式和思路。
參考資料：
https://aacrjournals.org/cancerdiscovery/article/doi/10.1158/2159-8290.CD-22-0659/711014/Detecting-liver-cancer-using-cell-free-DNA
註：本文旨在介紹醫學研究進展，不能作為治療方案參考。如需獲得健康指導，請至正規醫院就診。
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