簡介

　　在2000多年前的羅馬和希臘，當一個人患上癌癥，醫(yī)生會檢查他們的體液，包括血液。彼時檢查的重點是看看體液是否過量或不足。當時，醫(yī)學是非常個性化的，據說每位患者都有其獨特的體液組成。今天的醫(yī)學研究，特別是癌癥研究，似乎又回到了這些起點。至少，Hector Alvarez博士這樣的科學家是這樣認為的。Alvarez博士是負責MD Anderson癌癥中心胰腺癌研究中心液體活檢平臺的內科醫(yī)學家。他正在探索侵入性較小的創(chuàng)新方法來診斷和監(jiān)控胰腺癌。

　　據世界癌癥研究基金會統(tǒng)計，胰腺癌在全球最常見癌癥中位列第12位， 2012年全世界診斷出30多萬個新增病例 1。在過去幾十年，只有少數幾種癌癥的生存率沒有得到改善，胰腺癌便是其中之一 2。死亡率持續(xù)居高不下，可能是因為無法在最早期的階段有效檢測到疾病的緣故 2。

　　Alvarez博士正在開發(fā)用于液體活檢的實驗室方案、設備和軟件，以便從血液或其他體液中找到早期的生物標志物。利用新一代測序(NGS)和HiSeq 2500系統(tǒng)，他和他的團隊正在對胰腺癌患者的血液樣本進行深度分析，以分辨出與疾病及其進展相關的不易察覺的腫瘤事件。他的重點是找到有助于胰腺癌診斷的生物標志物。

　　血液中的信息

　　一直以來，大多數癌癥是在組織活檢后才得以確診的。首先，醫(yī)生從可疑的病變或腫塊上切下一小塊組織。然后，病理學家更加仔細地觀察組織中的細胞，以確定它們是否癌變。若有問題的器官在腹部，比如胰腺，那么這樣的操作就需要圖像引導的細針穿刺活檢，其風險在于錯過腫瘤中其他部位的重要組織異常 3。

　　“胰腺腫瘤的位置很難到達，因此很難取樣組織，”Alvarez博士說?！斑@意味著我們往往無法獲得重要信息來幫助治療和改善生存率。當腫瘤到達可以取樣的位置，且由活檢證實了癌癥時，大約只有20%的患者適合手術。通常來說已經太晚了，腫瘤發(fā)展得太大，患者已經不適合手術了?！?p>　　這使得許多臨床醫(yī)生呼喚液體活檢 —— 其中一管血就可以提供所有必要的臨床信息，讓醫(yī)生做出可靠的診斷和確定靶向干預措施。液體活檢依賴于在血液或其他體液中循環(huán)的腫瘤的遺傳信息。

　　“當腫瘤細胞死亡時，其細胞和周圍組織將DNA內含物釋放到循環(huán)系統(tǒng)中，”Alvarez博士說?！斑@種DNA的遺傳改變也許能幫助醫(yī)生了解腫瘤內發(fā)生的情況，或者它是否從原發(fā)性腫瘤部位轉移或擴散到身體的其他部位?！?p>　　2016年6月，一項覆蓋15,000多名癌癥受試者的大規(guī)模研究成果在2016年美國臨床腫瘤學會(ASCO)年會上展示。它發(fā)現Guardant360 —— 一種可檢測70種不同突變的液體活檢 4 —— 是準確的，也許能可靠替代傳統(tǒng)的活檢方法。

　　Alvarez博士對此結果并不感到驚訝，但他認為需要更多的研究，才能創(chuàng)建一個醫(yī)生可信賴的真正臨床級別的檢測?！霸贛D Anderson癌癥中心，我們致力于開發(fā)一個對醫(yī)生具有綜合意義的平臺，”Alvarez博士說。“我們正在開發(fā)一種周轉時間較短的臨床級別檢測，。我們的工作表明，通過胞外囊泡釋放的遺傳物質有望提供這類信息。” 5

　　NGS，可行的情報和外泌體

　　三年前，科學家還處于證明液體活檢可行的早期研究階段。今天，Alvarez博士強調，“我們所做的不僅僅是基礎研究。我們正嘗試尋找正確的檢測方案，它們不僅能帶來準確、與臨床相關的結果，還能支持醫(yī)生決定需要什么樣的治療?！?p>

　　Hector Alvarez博士是一名醫(yī)學家，他領導了德克薩斯州休斯頓MD Anderson癌癥中心下胰腺癌研究中心的液體活檢平臺。

　　他相信，這些信息可以從特殊的胞外囊泡釋放的DNA中獲得，這些囊泡被稱為外泌體(exosomes)，而來自其他細胞區(qū)室的遺傳信息可能也有助于了解腫瘤的發(fā)展和轉移。“目前有50多種胞外囊泡，最為人熟知的是凋亡小體。此外還有較小的微囊泡和更小的外泌體，”他解釋說，“我們是第一批證明外泌體中存在足量的雙鏈DNA的團隊，可以通過高分辨率的腫瘤圖譜分析來鑒定它們。” 5

　　他和同事研究了2名胰腺癌受試者和1名壺腹部癌受試者的脫落外泌體 5。他們利用HiSeq 2500系統(tǒng)來開展exoDNA和exoRNA的全基因組、全外顯子組和轉錄組測序。他們發(fā)現，腫瘤DNA在脫落的外泌體中穩(wěn)定存在，表明基于外泌體的液體活檢很可能具有臨床診斷以及治療監(jiān)控的潛力。雖然Alvarez博士最早證明了基于外泌體的液體活檢是可行和有效，他表示可能還有更重要的遺傳信息需要發(fā)現。

　　“我們是第一批證明外泌體中存在足量雙鏈DNA，并可以通過高分辨率腫瘤圖譜分析來鑒定它們的團隊?！?p>　　“所有的胞外囊泡也許都很重要，”Alvarez博士說?！暗谝?，我們認為不同的囊泡是異質性的，可能在疾病進展的過程中發(fā)生改變。它們有不同的生物標志物，來自不同的區(qū)室，這些可能反映了不同的生物學狀態(tài)。第二，不僅僅是腫瘤細胞能產生顆粒或胞外囊泡。囊泡DNA的變化可能反映了身體其他部位的情況，也許癌癥剛開始發(fā)生，腫瘤還很小，在常規(guī)成像中還不明顯。

　　在未來，他相信這些結果可以輔助診斷那些不適合常規(guī)手術活檢的癌癥患者。Alvarez博士補充說：“對這些患者而言，非侵入性診斷程序的任何進步都是一種好消息?！?p>　　他在MD Anderson的液體活檢團隊也同樣關注查找游離DNA中的標志物，特別當其涉及到治療反應時。游離DNA中的不同變異和突變可能提供遺傳數據，說明特定的干預或治療是否有效。

　　“我們利用HiSeq 2500系統(tǒng)來開展全基因組、全外顯子組和RNA-Seq研究，以鑒定可能存在的各種生物標志物?！?p>　　“當細胞死亡，核DNA變得片段化，并分解成小片段的雙鏈DNA，釋放到循環(huán)系統(tǒng)中，”Alvarez博士說，“這些小片段的DNA也許包含了預示臨床反應的改變。在癌癥晚期，往往有更高濃度的游離DNA。這可以讓我們更全面地了解癌癥在做什么?！?p>　　NGS技術的創(chuàng)新

　　Alvarez博士的測序經歷要追溯到他在約翰霍普金斯大學研究膽囊癌時。“當時我正在做我的博士論文，有人向我介紹了一種稱為基因表達連續(xù)分析(SAGE)的新技術。這是癌癥基因剖析計劃(CGAP)所用的技術。它本質上是一種RNA測序技術?！?p>　　事實上，SAGE的數據采集就是NGS的前身。不過，與任何早期的平臺一樣，它并不是一帆風順的?！拔覀冃枰止嫿ɑ蚪M文庫，”Alvarez博士說。“當時沒有任何的文庫制備試劑盒，因此構建一個測序運行所需的巨大文庫需要很長時間。盡管有困難，但這是遺傳學力量的偉大開端。”

　　“我們很高興選擇了HiSeq 2500系統(tǒng)。它提供了高質量的數據，對于這種類型的工作來說，數據質量是十分重要的?！?p>　　在Alvarez博士和他的團隊為他們的研究選擇NGS系統(tǒng)時，數據質量是關鍵的考量。 “我們研究了幾個競爭系統(tǒng)，并決定我們要使用數據質量最佳的那個系統(tǒng)，”Alvarez博士表示，“我們很高興選擇了HiSeq 2500系統(tǒng)。它提供了高質量的數據，對于這種類型的工作來說，數據質量是十分重要的。我們用它來查看和追蹤各種生物標志物?！?p>　　除了簡單易用，Alvarez博士認為使用NGS和HiSeq 2500系統(tǒng)以及最新的NextSeq 500系統(tǒng)的好處還在于，這兩個系統(tǒng)都采用一種集成的基因組學方法來研究細胞外的生物標志物。

　　“我們利用HiSeq和NextSeq系統(tǒng)來開展全基因組、全外顯子組和RNA-Seq研究，以鑒定可能存在的各種生物標志物，”Alvarez博士說?！耙豁椧后w活檢檢測若要有價值，它需要能檢測多種生物標志物。如果我們能夠鑒定那些來自胞外囊泡、循環(huán)腫瘤細胞和游離DNA的生物標志物，那么我們就能了解這種疾病在整個身體中的總體情況?！?p>　　從Alvarez博士的角度考慮，既然癌癥研究人員了解到腫瘤本身是異質性的，那么同時研究DNA和RNA信息就更為重要。

　　“來自各個不同區(qū)室的所有高分辨率信息可能指示一種更好的方式來確定具體在一個特定胰腺癌病例中真正發(fā)生了什么?！?p>　　“即使你可以通過髓芯活檢或細針穿刺活檢來有效地采集組織，但你的樣本可能無法代表整個腫瘤，”Alvarez博士說，“我們相信，在液體活檢背景下開展的NGS讓我們能夠全面了解整個腫瘤內發(fā)生了什么。這真是太厲害了。來自各個不同區(qū)室的所有高分辨率信息可以更好地確定在特定的胰腺癌病例中到底發(fā)生了什么?！?p>　　邁向未來

　　Alvarez博士的目標仍然是開發(fā)一個全面的臨床級別的液體活檢平臺。他相信，這將為每位患者制定個性化治療計劃發(fā)揮關鍵作用，特別是針對那些難以診斷或難以治療的癌癥，如胰腺癌。

　　“我們認為，擁有一個個性化的遺傳改變集合是很重要的，”Alvarez博士表示，“在治療開始時可確定特定的基因圖譜，然后隨著時間的推移，醫(yī)生可以追蹤圖譜的變化，從而幫助他們了解疾病的進程?！?p>　　他和他的團隊正在跟蹤100多名胰腺癌受試者，比較exoDNA和游離DNA以衡量不同療法的效果。他們希望很快能公布這些結果。他也很興奮，因為NGS提供的不同的鑒定標志物有望為腫瘤耐藥機制提供一些信息，并為將來設計新的免疫療法提供一些線索。

　　“未來，液體活檢有望在精準醫(yī)療上發(fā)揮廣泛的作用，包括在疾病預防、早期檢測和疾病管理中體現價值，”Alvarez博士說。“舉個例子，免疫治療也許能從液體活檢中受益良多。通過核酸如DNA和RNA的同時分離，我們可以鑒定并追蹤新抗原 —— 在這種前景廣闊的治療策略中，這正是個性化的分子靶點。我們正在開發(fā)腫瘤來源的外泌體富集過程，以提高我們液體活檢中的腫瘤信號。如果沒有液體活檢和NGS，對實體瘤中遺傳改變的連續(xù)監(jiān)控是無法實現的。”

　　盡管他對液體活檢的未來保持樂觀，但Alvarez博士也告誡說，目前仍有許多工作要做。他和他的團隊將繼續(xù)跟蹤受試者，并測定游離DNA、外泌體DNA及其他生物標志物中的遺傳變化如何改變。他期望這些生物標志物能夠揭示關于胰腺癌性質的秘密，以及他和他的團隊如何將這些秘密轉化成對抗疾病的工具。

　　“胰腺癌很復雜，因為它不是經典的實體瘤，如肺癌、結腸癌或乳腺癌那樣在治療上更具可行性，”Alvarez博士補充說，“我們的研究也需要發(fā)展演變，這樣我們才能了解如何干預和影響結果。我們必須收集足夠的數據，來證明液體活檢在臨床上是可靠的、并與醫(yī)療保健相關。這需要一些時間，但我們終將實現。”

　　參考文獻

　　1. Pancreatic cancer statistics. World Cancer Research Fund International, www.wcrf.org/int/cancer-facts-figures/data-specific-cancers/pancreaticcancer-statistics. Assessed July 13, 2016.

　　2. Pancreatic Cancer Facts. Hirshberg Foundation for Pancreatic Cancer Research. www.pancreatic.org/site/c.htJYJ8MPIwE/b.5050503/k.40C9/Pancreatic_Cancer_Facts.htm. Assessed July 13, 2016

　　3. Hébert-Magee S. Is there a role for endoscopic ultrasound-guided fineneedle biopsy in pancreatic cancer? Endoscopy. 2015; 47(04): 291—292.

　　4. McGinley L. Liquid Biopsy study offers hope for a blood test to find cancer. The Washington Post. June 4, 2016.

　　5. San Lucas FA, Allenson K, Bernard V, et al. Minimally invasive genomic and transcriptomic profiling of visceral cancers by next-generation sequencing of circulating exosomes. Ann Oncol.. 2016; 27(4): 635—641.