液態活檢破譯密碼

辰宇　編譯

　　一滴血里包含著很多信息，對科學家來說，關鍵是檢測什麼?各種信息又意味著什麼?

　　事實上在癌症早期，腫瘤細胞的遺傳信息也會釋放進入血液循環中，從而泄露它們存在的蹤跡。

　　「液態活檢」可以幫助醫生讀懂這些線索，儘早阻止癌症的發展。

　　凱西·利姆懷孕11周，從血液樣本中發現多個DNA片段異常。進一步分析表明，DNA突變並非來自胎兒，而是來自她自身的白細胞———兩年半前被她戰勝的濾泡性淋巴瘤的癌細胞，已悄然捲土重來。

　　在眾多癌症患者中，利姆算是幸運的。通常癌症在擴散和轉移之後才會被發現，癌細胞強大的進化能力，以及抵禦最佳治療方法的能力，使得癌症成為人人談虎色變的可怕「殺手」。要想根除癌細胞，就要反覆對腫瘤進行切片分析，這種侵入性治療方式對病人身體有很大的傷害，而且風險很大。

　　那麼我們如何才能持續關注癌細胞變化，隨時檢測是不是有癌細胞暗中生長起來，從而找出最好的方法來治癒癌症呢？　如今新的研究發現，關於癌細胞發展動向的答案可能就寫在我們的血液里。如果在血液中檢測到腫瘤細胞釋放到血液循環中的一小點DNA片斷，醫生就能早期發現癌症的存在。

　　約翰霍普金斯大學路德維希癌症基因治療中心主任伯特·沃格爾斯坦表示，「癌症治療的最佳時機是在癌細胞數量很少的時候，這時它們很少有機會產生抗藥性。」

　　微弱的癌細胞基因信號

　　所有的細胞，包括癌細胞，死亡時都會將它們的DNA釋放進入血液中，而癌症患者血液中這種自由漂浮的DNA比健康人更多。

　　沃格爾斯坦的實驗室是致力於研究通過血液檢測早期發現癌症並追蹤癌細胞動向的實驗室之一。為了提高這種「液體活檢」在臨床應用中的可靠性，他們需要找出並破解腫瘤細胞留在血液中的微弱的基因信號。

　　在癌症的早期階段，癌細胞掉落下來的這種DNA碎片很小，難以覺察，但隨著腫瘤的生長，這種DNA片斷也變得越來越大。

　　這種DNA片斷被稱為循環腫瘤基因，簡稱為ctDNA，是一種特徵性的腫瘤生物標記。通過ctDNA檢測，可在血液樣本中跟蹤檢測到腫瘤的活動蹤跡。

　　上世紀90年代後期，丹尼斯·羅(如今在香港中文大學)　就開始研究早期發現癌症的ctDNA檢測法。當時他的研究重點是非侵入式的胎兒異常檢測，最終研究出了通過母親血清檢測胎兒DNA異常的方法。在此之後的10年里，他又開發了通過血檢發現唐氏綜合征的方法，同時他還將目光瞄準了癌症的早期檢測。

　　腫瘤DNA要比胎兒DNA少得多，但隨著基因測序技術的進步，科學家發現並解讀腫瘤DNA的能力也在提高。最簡單的方法是搜尋從切片檢查中已經獲知的基因突變類型。

　　2007年，沃格爾斯坦的研究團隊利用這種方法，對18名大腸癌患者體內的腫瘤細胞進行監測。單鏈DNA片斷會粘附在相應的核苷酸序列片斷上。只要獲得了血液樣本中所有DNA片斷的多份拷貝，利用一種叫做PCR的分子生物學技術放大特定的DNA片段，然後利用覆有目標突變DNA序列拷貝的磁性小珠，吸附樣本中的突變DNA，由此計算出它們在血液中的濃度。

　　患者的腫瘤細胞經手術切除後，血液檢測仍可以檢測到ctDNA。大多數手術後患者，雖然體內癌細胞數量已大幅減少，但癌細胞不久又會捲土重來，但也有一小部分血檢中沒有檢測到腫瘤DNA的患者，癌症沒有複發。顯然，通過血液檢測癌細胞活動狀態的這種「液體活檢」法，可以成為一種行之有效的癌症檢測和監測手段。

　　從那時開始，沃格爾斯坦發現，幾乎所有類型癌細胞的DNA片斷都會進入血液中。2014年，他的團隊宣布，在一組640名各類癌症患者中，其中75%患者的血液中都檢測到了ctDNA，包括晚期胰腺癌、卵巢癌、結腸直腸癌和乳腺癌。另外，腦癌、腎癌和前列腺癌進入血液中的癌細胞片斷似乎少一些，不過仍可在一半晚期患者的血液中檢測到。

　　關於癌細胞的一個極具諷刺的嚴峻事實是：癌細胞會通過不斷進化躲避各種治療手段，用的抗癌藥物越好，就越會激起癌細胞更強的抗藥性。美國麻省總醫院癌症中心主任丹尼爾·哈伯介紹說：「有些治療癌症的靶向藥物十分有效，是因為它們是根據癌細胞的重要生物學變化篩選出來的。其原理就是跟蹤監測血液中癌細胞的動向。」

　　倫敦癌症研究所的德莉拉·坦德菲爾德和她的同事進行的正是這方面的研究。他們每個月定期從晚期前列腺癌患者身上提取血樣，目的是觀察已知基因序列的變化，以預測患者對前列腺癌治療藥物阿比特龍的反應。這種預測方法比傳統臨床預測方法，如CT掃描，可提前4個月發現預測癌細胞的抗藥性，醫生就可以採取另外的治療方案，而不再給病人服用阿比特龍，因為它對患者可能是有害無益的。

　　腫瘤標記物非常罕見

　　「液態活檢」的前景十分誘人，但要投入實際應用卻不是一個容易達成的目標。最重要的是開發出一種能夠對無癥狀患者做出早期診斷的測試方法。

　　鑒於目前幾乎半數癌症都是在晚期才被診斷髮現這一現實，一種能夠通過血檢早期診斷出癌症的方法，顯然可以挽救數百萬人的生命。

　　但問題是，究竟要在血樣里檢測什麼？　如果已經有了癌組織的樣本，相對就比較容易，只要在血液樣本中尋找相關的基因突變就可以了。但是如果沒有可以對照的樣本，就不得不對所有類型的突變進行檢測篩查。更令人頭痛的是，癌症初發階段血液里的ctDNA極為稀少。哈伯說：「血液里含有太多東西，相比之下，來自癌細胞的DNA片斷就顯得很不起眼了。」

　　還有一種辦法是對血液中所有的循環DNA進行測序，然後檢查染色體各部分比例是否有異常。任何異常複製、刪除或重新排列，都代表了癌症的特點和標誌。

　　2012年，沃格爾斯坦的團隊對來自晚期乳腺癌、結腸直腸癌患者以及10名健康者的血液樣本進行了DNA測序，研究對比其結構上的不同。研究發現，所有癌症患者的DNA結構都出現了異常，而健康者的DNA結構都很正常。

　　不過，目前還無法肯定這一技術是否一定能夠在早期檢測到癌症的發生，因為這時可供分析的異常DNA片斷還太少，不能確定是否能夠檢測到具有診斷意義的變化，也無法區別有害與無害的變化。

　　另外，即使這種測試能達到足夠高的靈敏度和廣泛度，檢測到癌症剛露頭時的蹤跡，也有可能因產生的假陽性而被誤導　(見「相關鏈接」：當「癌」非癌時)，除非能通過某些成像技術對結果加以確認。

　　另外，即使能檢測到某種癌症的基因信號，又如何知道癌細胞在身體的哪個部位呢？　不過，有些基因突變可提供一些線索，如KRAS基因突變通常與肺癌、結腸癌或胰腺癌相關。其他的一些基因突變，如p53基因突變，可能與所有的癌症相關。

　　「液態活檢」的具體應用

　　癌細胞從最初出現突變到發展成為轉移性腫瘤，平均需要20至30年。這是一個有著較大幹預餘地的窗口期，是一個尚未開發的醫學檢測領域。

　　好消息是，ctDNA不是血液中唯一的腫瘤衍生物，另外還有循環腫瘤細胞(CTC)，只是它比ctDNA更難檢測到，通常每一百萬個細胞中只有一個CTC，而且還有可能要等癌症發展到晚期才會進入血液循環中。

　　不過，要「逮住」它們也不是沒有辦法，例如，根據這種細胞體積較大的特點，將它們與較小的白細胞分開，或者通過可以附著在特殊細胞表面的磁性物質將CTC分揀出來。與ctDNA相比較，CTC可以揭示更多關於癌症的信息。

　　通過CTC不僅可以發現腫瘤DNA的信息，還可以發現RNA的相關信息，RNA是幫助將基因密碼轉化為蛋白質的一種化學媒介。多了這些信息，就增加了鎖定癌症發病部位的機會，提供了導致癌症基因重組的更多線索，如DNA的位置轉移。如果染色體上的一部分DNA轉移到另一個不同位置上，會導致附近的基因表達發生變化。這類信息對於前列腺癌的診斷具有重要意義，因為這種癌症的特點通常表現為DNA位置移動，而不是某種基因突變。

　　另一個可供選擇的檢測項目是血小板。受傷流血時，血液中的血小板可迅速凝血成塊，起到止血並促進傷口癒合的作用。在血液中循環時，血小板會將它們遇到的身體組織掉落的RNA碎片積聚起來，這其中也包括癌細胞的RNA片斷。通過對這些RNA的基因測序，在還無法檢測到CTC之前，就能儘早發現腫瘤細胞的存在。

　　阿姆斯特丹自由大學醫學中心的托馬斯·伍丁格和他的同事最近利用血小板RNA檢測方法區分癌症患者和健康人，準確率達到96%，確定腫瘤位置的準確率達到71%。

　　另外可供檢測的還有外來體，指的是含有DNA、RNA和蛋白質的微小分泌物團。去年，德克薩斯大學醫學中心的研究人員通過在血液樣本中尋找載有特殊蛋白質的外來體，從健康人群中篩選出了胰腺癌患者。

　　在早期發現癌症的診斷中，ctDNA雖然不是唯一的選擇項，但它仍然是一個強有力的競爭者。另外，研究人員解讀DNA片斷的技術也在提高和改進。例如，丹尼斯·羅的研究團隊開發了一種甲基檢測新技術，甲基是一種粘附在DNA上的「化學標籤」，通常會改變基因表達。研究人員可以根據這一特點跟蹤ctDNA。

　　凱西·利姆的癌症能被及時發現，是因為她將一份血樣給了羅，羅就是用這種新的技術方法檢測到了異常DNA，並一直跟蹤到凱西的免疫細胞。羅建議她儘早進行化療治療，「懷孕初期的患者通常都會選擇中止妊娠、接受化療，目前患者情況良好。」

　　羅和他的同事最近還發現，來自腫瘤細胞DNA片斷的長度明顯異常，與正常細胞的DNA片斷相比較，不是太短，就是太長。實驗顯示，光是這些太短或太長的DNA片斷，就足以區別肝癌患者和健康人，甚至在癌症剛開始出現的早期。

　　隨著這類檢測方法靈敏度的提高，將給癌症檢測手段帶來真正的變革。在沃格爾斯坦看來，即使不能完全可靠地在最早階段檢測到癌症，以血液檢查為基礎的「液態活檢」方法，仍然是一個非常有價值的開端。

　　相關鏈接

　　當「癌」非癌時

　　癌症發現越早，越容易治療。但近年來，早期的癌症篩查法越來越不被看好，因為這種方法常會將健康人誤診為癌症潛在患者。這不僅會給人們帶來許多不必要的精神壓力，同時還會導致許多本身帶有風險的不必要的治療。

　　例如PSA篩查法，是通過前列腺特異抗原水平　(PSA指標)　的升高來篩查前列腺癌的。但實際上也有例外，PSA水平高的人不一定患有前列腺癌，而PSA水平低的人有時反而會有前列腺癌。這是因為　PSA是由前列腺中所有細胞產生的，而不僅僅是癌細胞產生的。之所以前列腺癌患者的PSA水平通常會升高，是因為腫瘤的大量增殖會產生更多細胞，但普通的感染也會導致PSA水平升高。

　　如今研究人員開發的通過查找癌細胞基因「簽名」的血液檢查法，則可避免這類問題。這是因為與癌症相關的基因突變是某種癌症所特有的，尋找循環腫瘤DNA的測試方法不可能誤標記良性腫瘤，因為它們不會脫落這種類型的DNA。

　　但這並不是說，利用DNA或腫瘤細胞產生的其他碎片的方法就完美無缺了。例如在血液里可檢測到癌細胞的DNA，但由於初期階段它們實在太小，即使是最先進的鏡像技術也無法探查到它們的存在。另外，即使發現了癌細胞的存在，也有可能無法確定它的具體位置、無法確定是否會有生命威脅。

　　專家建議，檢測發現癌細胞後，可在半年後再複查一次，如果　DNA「簽名」的數量增多，就意味著身體內存在有生長中的腫瘤。

　　最初檢測到癌細胞的存在，幾乎都會讓患者驚慌失措，從而導致許多不必要的治療。「在我們的這個社會裡，只要得知身體里可能有癌細胞的存在，是一件讓人很難接受的事情。」約翰霍普金斯大學的伯特？沃格爾斯坦說。

　　癌症的血液檢測法被普遍接受之前，首先需要改變我們的一些觀念。醫生也會謹慎考慮如何利用這種測試方法。美國麻省總醫院癌症中心主任丹尼爾？哈伯介紹說：「我們如今正在進入一個新的時代，可以通過血液檢測了解以前無法獲得的一些信息。我們將面臨以前PSA檢測同樣的一些問題，如哪些人需要測試、積極的檢測意味著什麼、如何解讀檢測結果等。」

　　●在英國,　46%的癌症都是在晚期才被診斷出來。

　　●美國癌症研究院2014年的研究經費中,只有用12.8%於癌症的早期檢測和診斷。

　　●在美國,只有的15%肺癌在發生轉移前被發現。