《科學》重磅:基因突變不合適作為癌癥早篩標志物

眾所周知,基于液體活檢技術進行癌癥早篩,猶如在大海里撈針,又如同在浩瀚的宇宙中探索微弱的外星信號,能夠在尚未出現癥狀的患者中發現癌細胞,找出癌細胞的組織起源,采取預防措施,未癌先防。這種便捷的癌癥早篩方法在醫學、社會和經濟等方面的巨大價值,不言而喻。

目前,液體活檢中的“液體”以血液為主,也包括糞便、尿液、唾液以及其他體液樣品。根據檢測物的不同,液體活檢技術包括了CTC技術、cfDNA/ctDNA技術、外泌體技術、循環RNA技術等。其中,cfDNA/ctDNA技術又分為檢測基因變異和甲基化兩條路線

但今年6月初,美國哈佛-麻省理工博德研究所的Gad Getz教授團隊在國際著名雜志《科學》上發布了一項研究結果,顯示檢測基因突變的液體活檢在癌癥早篩領域的應用會有非常大的局限。

《科學》重磅:基因突變不合適作為癌癥早篩標志物
《科學》重磅:基因突變不合適作為癌癥早篩標志物

《科學》雜志官網截圖

這項在癌癥早篩領域激起水花的研究到底有什么驚人的結論呢?

Gad Getz教授團隊首次對人體不同組織中正常細胞的突變進行了全面綜合的分析,結果發現,正常組織也是不正常的,體細胞變異克隆是新常態!多達95%的個體至少有一處組織存在體細胞突變,而且高達33%的個體攜帶有癌癥相關突變

與以往通過DNA測序進行人體組織突變檢測不同,Gad Getz教授團隊開發了一種名為RNA-MuTect的RNA分析技術,對GTEx數據庫中29種不同健康組織的6700例樣本進行分析。

GTEx數據庫來自于GTEx(Genotype-Tissue Expression)項目,是數百名健康個體的30多種正常組織產生的數據集合,樣本捐獻者均死于癌癥以外的其它原因。這些數據包括了組織的RNA測序(RNA-seq)數據以及相同個體的血液樣本中提取的DNA全基因組和全外顯子組測序數據,為探索所有存在的基因和組織提供了機會。

研究人員用RNA-MuTect技術對來自488個個體、29個組織與血液DNA相匹配的6707個RNA-seq樣本進行了分析,結果從37%(2519個樣本)中檢測到了8870個體細胞突變,涵蓋了95%的個體(467/488)。

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人體不同部位的體細胞突變負荷

該研究發現,與其它被檢測的組織相比,皮膚、肺和食道具有較高的突變負荷。既往研究表明,這些組織中癌癥發病率與環境因素有關,如紫外線(UV)輻射、空氣污染、吸煙和飲食習慣等。

對同一組織的不同區域進行觀察,研究人員發現陽光暴露的皮膚比未暴露的皮膚具有更多的突變;同樣,食管鱗狀細胞癌來源于食道粘膜,而不是來自胃食管連接處或食管肌層。

有趣的是,男性和女性之間突變數量差異顯著的唯一組織是乳房。GTEx數據庫顯示,這是由于來自男性的乳房組織樣本主要由脂肪細胞組成,而女性乳房組織除了脂肪細胞,還包括了上皮細胞。

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29個組織中的28個RNA序列檢測到的突變數量

那血液中能否檢測到體細胞突變呢?

研究人員在83個健康個體的血液中檢測出了87個DNA突變,而且同一個體的不同實體組織均存在確實的變異。

研究指出,影響正常組織累積突變數量的因素包括了年齡、DNA累積損傷以及組織形成宏觀克隆的傾向。CpG>T突變是一種老化特征,在45歲之后,CpG>T突變的總數顯著增加,這種關聯在細胞增殖水平靠前的10種組織中表現特別明顯,但在細胞增殖水平靠后的10種組織中沒有這種關聯。

除此之外,皮膚和食道的細胞突變與年齡也有關。不管皮膚是否暴露在陽光下,皮膚細胞的突變數量都會隨著年齡的增長而增加,只是暴露在陽光中的皮膚突變得更多。

體細胞突變是否會致癌呢?

研究人員進一步檢測了體細胞突變是否有致癌基因。結果發現,3%的樣本和33%的個體攜帶了致癌基因,而且在皮膚、食道、脂肪、腎上腺和子宮等組織中有更多的致癌基因,在體細胞中最常見的致癌基因是TP53NOTCH1

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正常組織中的常見致癌基因

這項研究告訴我們,在我們不知道的情況下,我們許多人的體內已經有了癌癥的“種子”。

是不是就因此恐慌呢?

研究人員也給出了答案。癌癥的發生發展是由多基因改變、多因素參與以及多步驟演變的綜合結果,癌癥相關突變的體細胞克隆絕大多數并不會發展成為癌癥,只有其中的一小部分“癌前變化”細胞會最終發展成為癌癥,如何才能區分這兩類含有癌癥相關突變的細胞也是未來研究的重點之一。

從這個研究中,我們可以發現,體細胞的基因突變在很多正常人的一輩子中都會發生。在血液中檢測到DNA低頻突變,不用擔心,這并不意味著得了癌癥,只是意味著患癌風險的累積,因此,單純由低頻突變來判斷癌癥的發生是不準確的

與此同時,國內外很多獨立研究小組的工作都表明,在癌癥發生發展的進程中,致癌/抑癌基因的DNA調控區域的變化,即DNA甲基化水平的高低,發揮了極其關鍵的致病導向。因此cfDNA/ctDNA的甲基化檢測是比基因突變更好的癌癥早期篩查的標志物,靈敏度和特異性也更好

參考資料:

[1]Mader S, Pantel K. Liquid Biopsy: Current Status and Future Perspectives[J]. Oncol Res Treat,2017,40(7-8):404-408.

[2]Yizhak K, Aguet F, Kim J, et al. RNA sequence analysis reveals macroscopic somatic clonal expansion across normal tissues[J]. Science, 2019, 364(6444): eaaw0726.

[3]Tomasetti C. Mutated clones are the new normal[J]. Science, 2019, 364(6444): 938-939.

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