包括癌症基因組圖譜（TCGA）和MSK-IMPACT臨床測序隊列（MSKCC）在內的多個國際聯盟已經對多種腫瘤類型進行了全面的基因組分析。這些努力極大地增強了我們對癌症基因組的理解，並為世界範圍內的癌症研究提供了開放獲取的資源。然而，根據2018年全球癌症統計數據，這些聯盟主要關注白種人群患者的情況，缺乏來自亞洲患者的數據，而亞洲患者分別佔總癌症發病率和死亡率的50%和70%。儘管中國是世界上人口最多的國家，但中國患者仍然缺乏全面的基因組資源。因此，明確中國患者的泛癌基因圖譜有助於改善治療方案和生存率。
基於血漿游離DNA（cfDNA）分析為腫瘤基因組提供了另一條途徑，克服了腫瘤內異質性的問題。腫瘤來源的cfDNA可在多種癌症類型中檢測到。然而，與基於組織的基因組圖譜相比，從cfDNA中獲得的基因組信息所獲得的廣泛見解帶來了額外的複雜性。循環腫瘤DNA (ctDNA) 和組織測序之間的一致性和差異已在一定程度上得到評估，但可能會被時間和空間的異質性所混淆。此外，ctDNA的可檢測性受到腫瘤大小和技術平臺的限制。考慮到這些因素，ctDNA和組織測序在提供有關癌症基因組的關鍵信息方面是相輔相成的。
儘管近年來發表了許多與ctDNA相關的研究，但對不同癌症類型的ctDNA的大規模分析仍然缺乏。為了填補這一空白並了解中國特有的癌症基因組，來自北京大學腫瘤醫院和中國人民解放軍總醫院的研究團隊，基於華大基因MGISeq-2000測序平臺，採用了一種靶向深度測序方法，最佳地研究血漿cfDNA中腫瘤來源的基因組改變，即使是低等位基因部分(AFs)。為了消除克隆性造血 (CH) 相關變異的幹擾，研究人員還對白細胞 (WBC) DNA進行了平行測序，並與cfDNA進行比較，以識別腫瘤特異性基因組改變。此外，研究人員使用ctDNA來量化腫瘤內異質性和克隆性，並探討泛癌患者靶向治療的敏感標誌物的前景。本研究的結果為進一步探索和應用CTDNA提供了基礎，並確定了需要額外的戰略和技術改進的局限性。最新研究結果已於近日以Pan-cancer circulating tumor DNA detection in over 10,000 Chinese patients為題發表在了Nature Communications上。
研究人員分析了11525名患者的13333份血液樣本。從血漿和匹配的白細胞中分離的DNA進行雜交捕獲和靶向深度測序，以檢測體細胞單核苷酸變異（SNV）、小片段插入和缺失（INDEL）、拷貝數變異和染色體重排。研究隊列包括41種主要的腫瘤類型。超過一半的樣本來自轉移期患者（臨床IV期， 54.8%），11.4%來自局部或區域分期（I-III期），33.8%缺乏詳細的分期信息。所有血漿樣本均測序至深度覆蓋（中位數4429×；範圍1000–30368×），以確保檢測基因組改變的高靈敏度。白細胞的中位數測序深度為423×（範圍369-7279×）。
研究人員通過cfDNA追蹤WBC中的CH變異，發現1861年血漿樣本中有2754個突變(14.0%)。與CH相關的15個典型基因包括DNMT3A，TP53，TET2和PPM1D等最常出現的基因。在超過20％的黑色素瘤，膀胱癌，子宮癌和前列腺癌的血漿樣本中以及在
在消除CH變異體後，研究人員在9801份血漿樣本中檢測到51133個非同義突變、1945個拷貝數變異和442個重排。ctDNA檢測的總靈敏度為73.5%。ctDNA的檢測能力在不同的癌症類型中有所不同，SCLC為91.1%，前列腺癌為87.9%，子宮癌為77.6%，HCC為77.1%和UGI癌為76.9%，顯示與其他癌症類型相比具有更高的敏感性。甲狀腺癌為41.8%，腎癌為56.4%，其ctDNA檢出率較低。大多數IV期樣本 (79.7%) 有可檢測到的改變，而較小比例的I-III期樣本 (57.9%) 有可檢測到的改變。因此，研究人員探討了ctDNA在不同臨床階段對不同癌症類型的檢測能力。研究人員發現，ctDNA檢測在I-III期疾病中的敏感性>60%，分別為:SCLC (87.5%)、HCC (68.0%)、NSCLC (63.4%) 和宮頸癌 (60.9%)。在IV期疾病中，除腎癌 (63.2%) 和黑色素瘤 (68.2%) 外，> 70％的樣本中檢測到ctDNA。
血液腫瘤突變負荷 (bTMB)被作為一種有前景的免疫治療預測生物標誌物。除了SCLC表現出較高的bTMB（與子宮癌相比），子宮癌、膀胱癌、結直腸癌和宮頸癌的bTMB也高於其他癌症類型。甲狀腺癌和膠質瘤的bTMB最低。該隊列中的bTMB排名與MSKCC2中的相似，但存在一些差異。例如黑色素瘤和膠質瘤在MSKCC中顯示出較高的組織TMB排名，但在該研究隊列中bTMB排名較低，表明ctDNA脫落可能影響循環腫瘤負荷的確定。基於75%的bTMB百分比，高和低bTMB的臨界值設置為8.7突變/Mb。超過一半的SCLC樣本被認為是高bTMB (57.0%)。此外，非小細胞肺癌 (33.3%)、膀胱癌 (31.1%)、大腸癌 (29.2%)、宮頸癌(25.8%)也表現出較高的bTMB樣本比例，提示不同癌症類型應分別確定bTMB的臨界值。此外，bTMB與ctDNA AF正相關，當研究人員根據ctDNA AF將樣品分為不同組時，觀察到bTMB呈階梯狀增加。這些結果表明，經AF校正的bTMB可能是更好的治療標記。
由於AF和bTMB的大範圍暗示著基因組的異質性，研究人員使用突變等位基因腫瘤異質性(MATH)算法量化了腫瘤的異質性。MSKCC中大多數癌症類型的數學值明顯高於相應類型。這表明ctDNA在反映腫瘤異質性方面比單區域活檢具有潛在的優勢，可能是因為單區活檢傾向於忽略低AF引起的一些亞克隆改變。總之，這些結果突出了不同癌症類型之間以及與組織測序數據相比獨特的ctDNA特徵。
之前的一項研究提供了關於不同癌症類型的假定驅動基因的信息。為了評估基於ctDNA的液體活檢和組織活檢之間的基因組一致性，研究人員對假定的驅動基因的頻率進行了相關分析，顯示出很強的線性關係（R2 = 0.87，p 50％倍變化的蛋白才被鑑定為差異基因，以避免由於樣本量而產生差異。TP53突變在HCC血漿樣本中比MSKCC更常見(53.1%對28.6%)，且與黃麴黴毒素暴露和B肝病毒感染密切相關的R249S在血漿ctDNA中富集。EGFR突變在NSCLC血漿樣本中比MSKCC更常見 (44.8% vs 25.2%)，熱點的分布也存在一些差異。例如，在血漿樣本中，外顯子19缺失 (e19del) 和T790M的頻率更高，而介導對第三代表皮生長因子受體 (EGFR) 抑制劑抵抗的C797S僅在血漿樣本中存在。NSCLC血漿樣本中KRAS突變頻率低於MSKCC (6.8% vs 27.2%) 。值得注意的是，在前列腺癌血漿樣本中觀察到高頻率的AR突變。詳細的突變位點分布顯示，W742C和T878A在血漿樣本中最常見，而L702H和H875Y在MSKCC中最常見。所有這些突變位點都位於配體結合域，並與雄激素剝奪治療的耐藥性有關。這些發現強調了ctDNA在揭示耐藥機制方面的優勢，並強調了血漿和組織活檢之間的相似和差異。造成這些差異的一個可能原因是種族差異。也就是說，本研究中觀察到的明顯的突變患病率可能暗示了中國患者癌症的致病驅動特徵。
以ctDNA為基礎的液體活組織檢查最有意義的應用之一是尋找藥物敏感標記物，並為繼續進行靶向治療的患者確定耐藥機制。因此，研究人員使用其大型隊列系統評估ctDNA分析揭示的治療可操作性。研究人員分析了8032個基因組改變的血漿樣本，並排除了組織學未知的肺癌和未知的原發癌樣本。根據OncoKB資料庫建立的標準和其他證據報告，研究人員在3306個樣本（41.2%）中檢測到4665個潛在藥物敏感靶點，其中2299個樣本（28.6%）含有1級靶點，100個樣本（1.2%）含有最高的2A級靶點，221個樣本（2.8%）含有最高的2B級靶點，226人（2.8%）擁有最高級別的3A目標，459人（5.7%）擁有最高級別的3B目標。半數以上的NSCLC（55.8%）、GIST（54.5%）和乳腺癌（52.7%）樣本顯示有治療標誌物。在NSCLC、乳腺癌、UGI癌、GIST、卵巢癌、膀胱癌、黑色素瘤和結直腸癌中觀察到1級標記物。值得注意的是，僅在腦膠質瘤樣本中沒有可操作的基因變異，這意味著基因組特異性，並強調了中樞神經系統腫瘤的治療潛力較差。
總結來說，循環腫瘤DNA（ctDNA）提供了一種非侵入性的方法來闡明患者的基因組圖譜和可操作的信息。研究人員設計了一個以ctDNA為基礎的超過10000泛癌中國患者的研究。使用血漿細胞和白細胞之間的平行測序，14%的血漿細胞游離DNA樣本含有克隆造血(CH)變異，其可檢測性隨年齡增加。剔除CH變異後，ctDNA在73.5%的血漿樣本中檢出，其中小細胞肺癌(91.1%)和前列腺癌(87.9%)檢出率最高。ctDNA圖譜顯示的推測驅動基因的情況與基於組織的資料庫中的情況相似（R2 = 0.87，p