“為什么不能早一點(diǎn)發(fā)現(xiàn)癌癥？”這是很多晚期癌癥患者收到醫(yī)院的最后通牒時(shí)內(nèi)心的吶喊。得益于早篩技術(shù)的進(jìn)步以及健康教育等因素，2019年1月8日，美國癌癥協(xié)會(huì)發(fā)布的美國2019年腫瘤統(tǒng)計(jì)報(bào)告（Cancer Statistics，2019）中，1991-2016這25年來腫瘤死亡率持續(xù)下降，特別是肺癌、乳腺癌、前列腺癌與結(jié)直腸癌四種常見高致死性腫瘤。?來自加州大學(xué)圣地亞哥分校的兩位研究者Poore和Knight認(rèn)為，患者血液中出現(xiàn)的微生物DNA可作為癌癥早期的標(biāo)志物。他們開發(fā)了一種新基于液體活檢的癌癥早篩方法，可以通過簡單地分析血液中存在的微生物DNA（細(xì)菌和病毒）的類型，來識(shí)別癌癥患者，以及哪種癌癥。該研究于2020年3月11日發(fā)表在《Nature》雜志上。

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一、16%的癌癥患者歸因于微生物感染！?目前臨床上的癌癥早篩產(chǎn)品主要通過鑒定人類基因水平的變異來實(shí)現(xiàn)的。但我們體內(nèi)的微生物基因數(shù)量遠(yuǎn)大于人類基因的數(shù)量，微生物對(duì)于癌癥的發(fā)生起著重要的作用?！读~刀》上的兩篇論文研究了有關(guān)感染引起的癌癥患病率的最佳數(shù)據(jù)，并提出了驚人的數(shù)字：16%和15.4%！?2008年IARC(the International Agency for Research on Cancer)統(tǒng)計(jì)全球有16.1％的癌癥病例是由傳染病引起的，即1270萬新發(fā)癌癥病例中有200萬例是傳染源引起的。比如：EB病毒（Epstein-Barr virus）可引起淋巴瘤或單核細(xì)胞增多癥，胃癌可能由HP(幽門螺桿菌)引起，肝癌可能是由HBV和HCV(乙型和丙型肝炎)引起的。HPV（人乳頭瘤病毒）引起子宮頸癌。其中，乙型和丙型肝炎，HPV和HP在這些病例中占了大部分，總計(jì)約190萬人。?更近一篇的IARC數(shù)據(jù)揭示2012年的1400萬新癌癥病例中，有220萬例（15.4%）可歸因于致癌性感染。全世界最重要的傳染原是HP（77萬例），人乳頭瘤病毒（64萬例），乙型肝炎病毒（42萬例），丙型肝炎病毒（17萬例）和EB病毒（12萬例）。Kaposi肉瘤（KS）是撒哈拉以南非洲地區(qū)第二大癌癥負(fù)擔(dān)病因。KS是一種具有局部侵襲性的內(nèi)皮細(xì)胞腫瘤，典型病變表現(xiàn)為皮膚多發(fā)性斑點(diǎn)狀、斑塊狀或結(jié)節(jié)狀病損，也可累及黏膜、淋巴結(jié)和內(nèi)臟器官。此病和人類第8型皰疹病毒（HHV-8）感染有關(guān)。?因?yàn)閾?jù)目前所知，HIV僅與其他致癌傳染原結(jié)合才可增加癌癥風(fēng)險(xiǎn)；因此，研究者選擇將HIV陽性人群中的癌癥歸因于共同感染。估計(jì)在2015年聯(lián)合抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法時(shí)代，美國HIV陽性人群中40％的癌癥是由感染引起的。?這些由感染引發(fā)的癌癥病例分布根據(jù)國家和發(fā)展?fàn)顩r的差別，從美國，加拿大，澳大利亞，新西蘭以及西歐和北歐的某些國家的不足5％，到撒哈拉以南非洲的某些國家的50％以上。? ?

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盡管微生物檢測在臨床診斷已經(jīng)經(jīng)歷很長的應(yīng)用和研究階段。臨床檢驗(yàn)也有相對(duì)成熟的一套方法體系。除了涂片鏡檢，將待檢樣品取材、制片后在顯微鏡下觀察、分析和判斷樣品中微生物種類外，還有生化，免疫，PCR，宏基因組測序，蛋白質(zhì)譜等方法。其中生化法通過檢測微生物表達(dá)的特異性的酶，從而鑒定微生物種類。免疫學(xué)檢測是利用抗原和抗體在體外特異結(jié)合后出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，對(duì)樣品中的抗原或抗體進(jìn)行定性、定量、定位的檢測。90年代分子診斷技術(shù)的興起大大提高了病原體檢測的靈敏度和特異性，并縮短了檢測周期，PCR擴(kuò)增后是擴(kuò)增富集已知病原體基因片段之后再測序。但該方法對(duì)于未知病源的感染無能為力。?微生物檢測目前大部分應(yīng)用于呼吸道感染性疾病和神經(jīng)系統(tǒng)感染性疾病的診斷，在癌癥診斷方面的研究還屬于新興領(lǐng)域。?二、微生物基因組+機(jī)器學(xué)習(xí)，另一種“液體活檢”?Poore和Knigh從TCGA數(shù)據(jù)庫中搜索了4,831個(gè)WGS研究和13,285個(gè)RNA-seq研究，涉及10,481例癌癥患者的18,116個(gè)樣本，以找微生物DNA reads。研究人員利用這些成千上萬的癌癥樣本中的微生物DNA特征，訓(xùn)練并測試了數(shù)百個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并將某些微生物DNA特征與特定癌癥聯(lián)系起來。?? ? ? ?

結(jié)果顯示，研究發(fā)現(xiàn)的微生物DNA特征在大多數(shù)主要癌癥類型之內(nèi)和之間是獨(dú)特的。經(jīng)過訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型在區(qū)分癌癥類型以及癌癥與正常組織方面表現(xiàn)良好，可將某一類型癌癥與其他所有32種癌癥類型區(qū)分開，并能識(shí)別15種癌癥類型患者與健康個(gè)體。機(jī)器模型可以正確地識(shí)別出肺癌患者，敏感性為86％；識(shí)別無肺部疾病患者，特異性為100％。這些模型還以81％的敏感性正確區(qū)分前列腺癌患者和肺癌患者。??

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擔(dān)任圣地亞哥精準(zhǔn)免疫治療中心的副主任帕特爾認(rèn)為，雖然液體活檢和腫瘤早篩取得了驚人的進(jìn)步，但是當(dāng)前的液體活檢尚未能將正常的遺傳變異與致癌的早期變異區(qū)分開來。由于二代測序技術(shù)局限的影響，某些低頻變異不能檢測出，這會(huì)延誤癌癥早期患者的診治。很難在腫瘤脫落的罕見細(xì)胞中找到一個(gè)非常罕見的人類基因突變，這就是為什么在低疾病負(fù)荷的情況下，當(dāng)前的液體活檢通常會(huì)返回假陰性結(jié)果的原因。?三、液體活檢市場現(xiàn)狀?知名分子診斷公司Foundation Medicine、Guardant Health、Grail以及國內(nèi)的鹍遠(yuǎn)基因、基準(zhǔn)醫(yī)療、艾德生物等均在開發(fā)“液體活檢”產(chǎn)品，即通過檢測血液中的來自腫瘤組織脫落的游離循環(huán)DNA(ctDNA)或腫瘤細(xì)胞(CTC)，快速診斷特定癌癥。液體活檢也可以用于監(jiān)視癌癥是否復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移。由于只需要取5到10毫升血液，風(fēng)險(xiǎn)極小，取樣成本低，在臨床上受到了許多青睞。?2016年7月，美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)了羅氏子公司Foundation Medicine研發(fā)的cobas EGFR突變檢測v2試劑盒，這是FDA批準(zhǔn)的首個(gè)基于血液的癌癥藥物特羅凱（erlotinib）伴隨診斷試劑，可以檢測非小細(xì)胞肺癌患者中的表皮生長因子受體（EGFR）基因突變。此類突變約占非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）的10-20％。?2019年4月，F(xiàn)oundation Medicine于9月份在美國推出了其液體活檢組織FoundationOne Liquid，與Guardant Health的Guardant360一起加入了癌癥早篩的市場。但是，這些針對(duì)多項(xiàng)癌種的血液檢測均未獲得FDA的批準(zhǔn)，以實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的檢測方法銷售。羅氏認(rèn)為FoundationOne Liquid可能是第一個(gè)被批準(zhǔn)的液體活檢，包括多個(gè)伴隨診斷和基因組生物標(biāo)志物，例如腫瘤突變負(fù)擔(dān)。?

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2016年1月，GRAIL在基因測序巨頭Illumina等公司的聯(lián)合支持下成立，致力于開發(fā)基于血液的癌癥早期檢測方法。自成立之日起，該公司經(jīng)過A、B、C三輪融資，數(shù)額已超過13億美元。2016年底，該公司啟動(dòng)了循環(huán)游離基因組圖譜研究（Circulating Cell-free Genome Atlas，CCGA）項(xiàng)目。2020年初，GRAIL宣布啟動(dòng)其首個(gè)基于泛癌種早期檢測的干預(yù)性臨床試驗(yàn)——PATHFINDER研究。據(jù)悉，PATHFINDER是一項(xiàng)前瞻性、多中心的臨床研究，以幫助指導(dǎo)50多種癌癥的后續(xù)診斷檢查。該研究計(jì)劃招募約6200名患者，并至少觀察一年時(shí)間。?? ? ? ?

結(jié)語?

研究人員也指出，血液微生物檢測發(fā)展成為FDA許可的癌癥診斷檢測方法，還有很長的路要走。現(xiàn)在需要更大、更多樣化的患者群體來驗(yàn)證和完善其機(jī)器學(xué)習(xí)算法模型。同時(shí)，為了加快這一商業(yè)化進(jìn)程和臨床應(yīng)用，Knight和Poore已經(jīng)申請了專利，并與合著者Sandrine Miller-Montgomery共同創(chuàng)立了一家名為Micronoma的公司。血液中微生物的信息不依賴人體DNA的罕見變化，并且能夠區(qū)分微生物來自哪個(gè)部位。有望幫助臨床解決液體活檢中假陰性較多的困境和難題！