血液中除了红细胞和白细胞以外，还含有许多其他分子，这些分子能为研究者提供关于癌症的重要信息。
Minetta C. Liu表示：“这么多年以来，我们一直知道血液中存在肿瘤相关物质。我们只是缺乏具有足够灵敏度的技术来检测它们。”
Liu是明尼苏达州罗切斯特梅奥医学中心的一名肿瘤研究人员，也是推动液体活检作为了解癌症生物学工具的众多研究者之一。分析体液中的生物标志物是一种微创、易重复的方法，可用于检测基因组、表观基因组、转录组和蛋白质组中与癌症相关的变化。事实证明，通过血液和尿液可获得大量信息，这为疾病研究和监测开辟了新的途径。
近年来，研究者已经大大提高了液体活检检测多种癌症生物标志物的能力。有朝一日，对这些生物标志物的检测将不仅仅只是简单地识别肿瘤的存在。它们还可以帮助确定癌症的发生部位、发病阶段、进展和对治疗的响应，这将彻底改变癌症的诊断和治疗方式。
非同寻常的主张往往需要非同寻常的证据加以佐证。那么，液体活检的研究者关注的焦点是哪些呢？
现阶段获批的液体活检较简单。血样可用于检测的特定蛋白质，如前列腺特异性抗原（PSA）和癌胚抗原（CEA），这些蛋白质是明确的癌症标志物。然而，现有的检测会优先考虑灵敏度，即检测这些蛋白质的能力。因此，这些蛋白的检测假阳性率较高，这有可能导致过度诊断和过度治疗，从而对治疗效果产生负面影响。
新一代测序（NGS）技术正好可以弥补这些不足，研究人员以此不断获取大量的组学数据，使得肿瘤的个体化医疗有望实现。NGS技术的发展显著提升了液体活检的准确度和检测限，以及单次检测的生物标志物数量。Liu表示：“通过组学技术来发现血液中的生物标志物，将进一步扩大液体活检技术在研究和临床中的应用范围。”
生物标志物主要包括：快速生长或晚期肿瘤脱落的循环肿瘤细胞（CTC）、细胞外囊泡或外泌体以及循环游离核酸（cfDNA和cfRNA）。目前，针对各种肿瘤标志物所代表信息的评估工作正在积极推进中。
Liu表示，“这不仅仅是目标分子检测，而是获取肿瘤的相关信息，最终指导治疗决策”。
现在有观点认为，与组织活检相比，从血样中可以获得更多肿瘤相关信息。组织活检可以提供肿瘤特定部位在特定时间的特征，而液体活检可以通过提供不同肿瘤细胞亚群间遗传和表观遗传改变的综合结果，从而获得肿瘤异质性的相关信息。
加州大学洛杉矶分校（UCLA）David Geffen医学院病理学和检验医学部的癌症筛查专家Jasmine Zhou表示，“通过检测cfDNA可分析克隆和亚克隆突变，进而获得患者癌症的全面信息”。
此外，研究人员可以重复采集患者血样，从而跟踪肿瘤的发展和变化。Liu表示，“对癌症进程的连续评估，将为复发、耐药和转移的潜在生物学机制带来新的见解。”
在液体活检的所有研究中，大部分的焦点都聚集在循环cfDNA的检测上。多数cfDNA会从死亡的血细胞中脱落，但在癌症患者中还可以检测到循环肿瘤DNA（ctDNA）。如果肿瘤较小且无转移，则ctDNA含量通常极低，在cfDNA的十万分之一以下。
在圣路易斯华盛顿大学从事肺癌研究的Aadel Chaudhuri认为，在早期癌症中检测ctDNA犹如“大海捞针”。
即使ctDNA检测的特异性很高，但因为含量很少，因此灵敏度依然很低。为了解决这个问题，Chaudhuri和其他研究者使用了CAPP-Seq(CAncer Personalized Profiling by deep Sequencing）方法。这种超高灵敏度的NGS方法能够识别并量化患者cfDNA中的复发性癌症突变（根据公开可用的测序数据确定）。Chaudhuri及其同事表示，这种方法可以准确地预测肺癌复发1。
Chaudhuri称：“我们可以在血浆中检测到极低水平的肿瘤变异，这些变异指示在治疗后存在残留肿瘤。随着检测方法的改进，液体活检最终可能成为检测癌症复发的标准方法。”
Chaudhuri也在致力于改进对尿样中ctDNA的检测方法2,3。他解释道：“尿液是一种比血液更易获得的分析物。在膀胱癌患者的尿液中可发现高水平的肿瘤源性DNA，在一些非泌尿生殖系统癌症（如结直肠癌）患者中也可检测到肿瘤源性DNA，但水平明显更低。”
密切观察ctDNA中的肿瘤特异性突变，可能有助于揭示驱动癌细胞增殖和对治疗产生耐药性的分子机制。
随着工具和方法的改进，研究人员现在正在寻找cfDNA基因突变以外的新型生物标志物，每种生物标志物都有自己独有的用途。其中主要包括表观遗传改变。Zhou表示：“表观遗传标志物反映了个体对不同环境因素的暴露情况，因此可以反映个体发生癌症的实时风险。”
值得一提的是，cfDNA甲基化分析似乎有望成为早期癌症检测的一种方法4。该方法通过DNA甲基化的变化可以区分癌组织和健康组织DNA。重要的是，由于DNA甲基化具有组织特异性，因此通过甲基化分析就能确定癌症信号的来源。
Grail公司最近推出了一种检测方法，该方法采用了NGS和机器学习算法检测cfDNA甲基化特征，从而进行多癌种筛查检测。Grail进行的检测和其他正在开发的多癌症早期检测不会取代标准的筛查程序，但它们可以帮助许多患有筛查范围之外癌症的患者进行早期检测。例如，肝癌或胰腺癌的早期检测可能会彻底改变患者的生活质量。
Liu的团队与Grail合作开发并验证了这项多癌种筛查检测，她表示对该领域的飞速发展感到高兴，同时还敦促研究者要时刻保持谨慎。虽然这些检测已进入临床阶段，但相应的工作流程和使用指导原则仍在建立中。
另一类备受关注的生物标志物是cfRNA。相比于cfDNA，转录基因的分析能更准确地反映癌细胞内的活性，并且还可以揭示相关通路。Grail的研究人员最近对癌症患者和正常人的cfRNA特征进行分析。在循环游离基因组图谱研究（NCT02889978）中，他们对46例乳腺癌患者、30例肺癌患者和89例健康受试者的血浆进行了全转录组测序。他们发现有20多种转录本仅存在于癌症患者血浆中。其中一半的癌症cfRNA具有组织特异性，有些还具有某些癌症亚型特异性5。
这些发现凸显了cfRNA作为癌症生物标志物的潜力。Chaudhuri表示：“相关数据仍在持续挖掘中。但cfRNA可分离并分析的事实表明，其在无创监测疾病状态和耐药性方面有着巨大潜力。”
当然，血液中还含有许多除游离核苷酸以外的潜在信号分子。人们对研究CTC和肿瘤源性外泌体（内含蛋白质、RNA和microRNA调控基因）产生了极大的研究兴趣。其中，CTC可以揭示肿瘤细胞的形态和代谢，而外泌体可以提供癌细胞和肿瘤微环境之间的互作信息。
CTC的含量很少；即使是存在肿瘤转移的情况下，患者血液中的CTC通常也少于10个/mL，且很难提取。然而，正如Liu的团队展示的，CTC的单细胞分析可以指导开发有助于癌症治疗选择和疾病监测的检测方法。此外，CTC也可用于建立异种移植小鼠模型，Chaudhuri表示“CTC小鼠模型将为患者癌症对哪些药物有反应或有耐药性提供线索。”
外泌体分析可以作为补充，并提供癌症状态的重要信息。外泌体内的特异性microRNA与肿瘤进展和抗癌治疗应答的生物学过程相关6。进一步了解这些microRNA的功能，将提高我们对肿瘤微环境调控以及生长初期免疫逃逸机制的认识。
为了获得癌症患者的高分辨率系统数据，研究人员正在研究多模式方法，并整合分别从cfDNA、cfRNA、CTC和外泌体获得的信息。Liu表示：“我不认为这是一个通用的方案。检测血液中癌症信号的方法有很多，每种方法都有自己独有的用途，具体采用哪种方法取决于疾病类型和状态。”
Chaudhuri表示，他的团队以多组学策略同时分析液体活检的多种组分（如cfDNA和cfRNA）。Zhou的实验室正在开发一个计算平台，该平台可整合cfDNA的多种特征，包括cfDNA甲基化、cfDNA片段大小和拷贝数7。Zhou表示，尽管方法不同，但其目的是一致的，都是利用生物体液中的所有可用信息来优化对癌症的理解和治疗：“通过整合血液中多个已验证的癌症信号，我们将获得更准确的疾病信息。”
本文转自Nature Portfolio：https://www.nature.com/articles/d42473-021-00324-y
参考文献
1. Chaudhuri, A.A., et al. Cancer Discov. 7(12):1394-1403 (2017).
2.Pellini, B., et al. JCO Precis Oncol. 12;5:PO.20.00276 (2021).
3.Chauhan, P.S., et al. PLOS Med 18(8): e1003732 (2021).
4. Liu, M.C., et al. Ann Oncol.31(6):745-759 (2020).
5. Larson, M.H., et al. Nat Commun 12, 2357 (2021).
6.Peng, Y. & Croce, C. Sig Transduct Target Ther 1, 15004 (2016).
7. Stackpole, M., et al. Cancer Res 81 (13_Suppl) AACR Abstract nr 24 (2021).
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