基於5hmC的液體活檢技術或有望實現胰腺癌早期檢測

2020-11-12 測序中國

近日，史丹福大學Stephen Quake教授參與創立的液體活檢公司Bluestar Genomics發表了一項新的研究成果，表明其基於5-羥甲基胞嘧啶（5hmC）的液體活檢分析可追蹤與基因調控相關的表觀遺傳學修飾，有望實現胰腺導管腺癌（PDAC）的早期檢測。據悉，Bluestar計劃利用該技術在CLIA認證實驗室中推出一種早期、泛癌種、基於DNA甲基化的LDT檢測方法。

Stephen Quake教授

近年來，Quake教授一直關注研究新型液體活檢標誌物——cfDNA的5-羥甲基胞嘧啶（5hmC）。其研究團隊開發的5hmC檢測工作流程可從癌症患的者血液樣本中提取cfDNA，通過將生物素標籤附著到鹼基上來修飾胞嘧啶上的羥甲基。隨後，利用鏈黴親和素塗層磁珠（streptavidin-coated magnetic beads）擴增生物素化的DNA片段。該磁珠可以進行「下拉」分析，將具有5hmC的DNA分子與沒有生物標記的DNA分子分離。通過對目標片段進行測序和生物信息學分析，最終獲得表觀遺傳標記。研究發現，該檢測方法可以識別cfDNA中5hmC積累的區域或峰值，並建立癌症檢測的生物標誌物，例如直接提供胰臟中癌症相關的基因變化。這項研究成果已在2018年發表。點擊查看此前報導

事實上，在該成果發表之前的2017年，Quake教授就與人合作創立了液體活檢公司Bluestar公司，並擔任公司科學顧問，進行cfDNA中5hmC檢測相關的開發研究工作。據介紹，自2018年首次發布概念驗證研究以來，該5hmC液體活檢方法目前已實現了全流程自動化，並顯著改善了其中多個步驟的化學反應。此外，該公司還優化了其中的生物信息學部分，以開發一種算法，以將其納入商業檢測中。目前，該5hmC分析需要三天時間產生診斷結果。

文章發表在Nature Communications上

近日，該公司團隊在Nature Communications發表了一項最新研究，Quake教授及其同事從41例胰腺導管腺癌（PDAC）患者和38例非癌症對照個體中收集並分離了血漿樣本。然後，研究團隊利用上述5hmC液體活檢方法對血液樣本的cfDNA進行了5 hmC富集和測序。

對測序數據應用回歸模型之後，研究團隊在樣本中發現了數千個羥甲基化基因，並且與健康對照相比，PDAC中5hmC峰有顯著性差異。通過比較分析，研究確定了37個在劃分PDAC患者和健康對照中「最有價值」的基因，發現僅利用這些基因的5hmC情況就能將PDAC與非癌個體區分開來。最終，研究團隊利用這37個基因建立了一個基於cfDNA 5hmC檢測的胰腺癌預測模型。

在訓練集中，研究發現該預測模型的臨床敏感性為98％，特異性為63％，曲線下面積（AUC）為0.92。隨後，研究人員將該預測模型應用於兩個驗證隊列，包括來自30名PDAC患者和215名對照組的樣本。結果顯示，5hmC檢測在兩個隊列之間的AUC範圍為0.92至0.94。表明cfDNA中檢測到的羥甲基化改變可以反映已知的不同癌症的發展，如早期PDAC。

目前，研究團隊已經對更多胰腺癌患者進行了5hmC檢測，並計劃於明年初發表相關研究成果。結果顯示該方法的特異性為98%，靈敏度為75%。研究團隊表示：「事實上，我們可以通過了解這些基因變化，發現可用於識別胰腺癌cfDNA的特異性生物標誌物，從而在無症狀個體中進行疾病檢測。這是我們實現該檢測方法商業化的目的。」

此外，在非蛋白編碼區域的數千種基因改變中使用該檢測方法進行分析，也可能發現重要的生物標記物。羥甲基變化不僅可以用於追蹤基因，還能追蹤包括基因調控和轉錄的組合生物學特徵。

此外，該團隊還開始探索將5hmC檢測技術應用於其他癌症的診斷。在1月份發表在Medrxiv預印本的文章中（尚未經過同行評審），研究評估了是否可以使用5hmC分析來檢測乳腺癌、肺癌、胰腺癌和前列腺癌的生物標記物。據報導，通過對48名乳腺癌患者、55名肺癌患者、32名前列腺癌患者、53名PDAC癌症患者和180名非癌症患者進行分析，研究發現基於甲基化的檢測對不同癌症的AUC分別為0.89、0.84、0.95和0.83。

文章發表在Medrxiv上

Bluestar最終的目標是開發一種針對未知腫瘤分期的泛癌診斷分析方法，完成不同癌症類型的個體檢測，並作為一種篩查工具。除了PDAC之外，Bluestar公司目前還在確定該方法可用於哪些癌症類型，並正在與美國FDA進行討論，以確定申請510（k）許可所需的驗證數據。

雖然已有多個公司和研究機構都在開發或提供基於甲基化的液體活檢檢測方法，以在早期階段檢測多種癌症。研究團隊認為，Bluestar的DNA甲基化分析方法與競爭對手有明顯的區分，因為它可以檢測癌症生物學和基因組中的動態脫甲基化區域，並相信基於5hmC的方法可以為不同的癌症亞型建立非常具體的生物標記。此外，與其他基於全基因組測序分析的方法相比，該方法更便宜。

參考資料：

1.Bluestar Genomics Eyes Pan-Cancer Early Detection With Epigenetic Assay Technology

https://www.genomeweb.com/cancer/bluestar-genomics-eyes-pan-cancer-early-detection-epigenetic-assay-technology#.X6KgxDOBr2d

2.Guler, G.D., Ning, Y., Ku, C. et al. Detection of early stage pancreatic cancer using 5-hydroxymethylcytosine signatures in circulating cell free DNA. Nat Commun 11, 5270 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-18965-w

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