科學網—尋找血液中的蛛絲馬跡

我們正在黑暗中摸索。但如果有個工具能讓你看到發生了什麼，那你為什麼不這樣做？

圖片來源：Oliver Munday

2012年，Charles Swanton被迫面對一種癌症的「骯髒」把戲。當時，他與同事在英國癌症研究中心倫敦研究所測序從少量腎臟腫瘤中提取的DNA，以期找到一些不同的變異，但是單一腫瘤的遺傳多樣性的寬度讓他們十分震驚。一端的細胞就與另一端的細胞存在差別，只有1/3的突變遍及整塊腫瘤。擴散到其他部位的繼發性腫瘤又出現了不同。

這些結論證明，癌症的標準篩查過程（組織活檢）是嚴重不足的，這就像通過調查單一街道來預測一個國家的運轉狀況一樣。組織活檢可能錯失幾公分之外能夠從根本上改變一個人生存幾率的突變。儘管，組織活檢能夠提供特定突變的數據，這也許會讓腫瘤易受靶向治療的攻擊，但這些信息是靜態的，並且隨著腫瘤的演變也可能變成不準確的。

最終，Swanton研究小組公布了一種看上去難以逾越的多樣性。「誠實地說，我還是很鬱悶。如果我們進行了更高解析度的試驗，這些複雜性將更嚴重。」

不過，研究人員發現了獲得患者癌症更多視角的方法，並甚至開始追蹤它。在癌細胞破碎和死亡後，它們會釋放出包含的內容，包括循環的腫瘤DNA（ctDNA）：在血流中自由浮動的基因碎片。剝離自正常細胞的碎片會被巨噬細胞等「清潔細胞」洗掉或毀掉，但由於腫瘤過大，並且它們的細胞繁殖過快，因此清理者無法將它們完全處理掉。

通過發展和改善針對血流中腫瘤DNA的測量和測序技術，科學家正把血瓶變為「液體活檢」。隨著時間的推移，此類血液樣本將告訴臨床醫生治療是否會起作用以及腫瘤是否會進化出抗性。

一直以來都存在這樣的可能性。不同人的ctDNA水平變化很大，並難以預測，尤其是在腫瘤的初期階段。而且，到目前為止，大部分研究只針對少量或幾十位患者以及幾種類型的癌症。儘管這些結論是有前途的，但在弄清ctDNA能否真正提供精確判斷——更重要的是它能否拯救或改善患者生命之前，還需要更大型的研究。「只監控腫瘤是遠遠不夠的。」美國約翰斯·霍普金斯大學腫瘤學家Luis Diaz說，「我們面臨的挑戰是找到真正實用的方法。」

約翰斯·霍普金斯大學遺傳腫瘤學家Victor Velculescu指出，如果研究人員清楚這些障礙，液體活檢將幫助臨床醫生更好地選擇療法和調整決策。此外，相關研究將提供新的治療靶點。「這將有助於實現個體化治療。它將是遊戲規則改變者。」Velculescu說。

延遲動作

1948年，科學家第一次報告了人體血液中存在DNA循環；1977年，明確提出癌症患者血液中的DNA循環。人們又花費17年時間指出，這些DNA出現了與癌症有關的突變。

但循環DNA的首次實際使用來自另一個領域。目前就職於中國香港中文大學的化學病理學家Dennis Lo推斷，如果腫瘤湧出攜帶DNA的血液，胎兒也能如此。1997年，他成功論證了懷有男嬰的孕婦血液中會攜帶Y染色體。

這一發現使得醫生可以在孕期初期不干擾胎兒的前提下檢查胎兒性別，並能不依靠侵入性試驗篩查唐氏綜合征等發育性疾病。這也成為婦產診斷學領域的革命性成果。

「對癌症的理解十分緩慢。」英國癌症研究中心劍橋研究所基因學家Nitzan Rosenfeld說。部分原因是腫瘤DNA比胎兒DNA更難探測。它在血液中的含量非常少且極為多變。對患有晚期癌症的患者而言，腫瘤可能是血流中循環DNA的主要來源，但一般而言，ctDNA僅佔總數的1%，甚至少到0.01%。早期測序技術還無法探測到它。

但過去10年間科學家發展出了更靈敏的技術，能在片刻間探測和量化DNA數量。例如，即使ctDNA與健康細胞DNA的比例為1/10000, 一個名為BEAMing的技術也能將其檢測出來。

該技術由約翰斯·霍普金斯大學遺傳腫瘤學家Bert Vogelstein和Kenneth Kinzler所開發。2007年，他們利用該技術追蹤了18位接受治療的腸癌患者。手術後，患者ctDNA水平下降了99%，但在許多病例中，該信號沒有完全消失。首次術後訪問發現，ctDNA的患者除一人外都出現腫瘤複發。而術後無法探測到ctDNA水平的患者沒有出現複發。

更好的生物標識

循環DNA可能比蛋白質生物標識表現得更好。蛋白質被用於臨床疾病診斷，並對正在接受治療的患者進行監控。例如，前列腺特異性抗原是前列腺腫瘤的生物標識，但它卻會出現假陽性結果，因為出於其他原因，這種抗原在血液中的含量也會升高。

但ctDNA出現假陽性的幾率更低，因為它是由具有癌細胞印記的突變和其他遺傳變化定義的。儘管大多數蛋白質生物標識能在血液中存在數周，而ctDNA的半衰期不到兩個小時，因此，後者呈現的是腫瘤目前的情況。劍橋團隊與約翰斯·霍普金斯團隊分別發現，在監測乳癌和腸癌時，與蛋白質生物標識相比，ctDNA更加敏感，並且在追蹤腫瘤消失、擴散和複發時，ctDNA也更準確。

另外，這兩個小組還發現，ctDNA比循環腫瘤細胞更敏感，完整的腫瘤細胞也會在血流中移動。在實驗中，Diaz研究小組發現，當兩者都存在時，ctDNA碎片在數量上要超過循環腫瘤細胞（50：1）。

而讓科學家最為興奮的是能夠隨時觀察腫瘤發展和改變，Diaz指出：「它能幫助我們回答之前沒有人能回答的腫瘤學問題。」

例如，為何一些靶向治療最終失敗？易瑞沙和帕尼單抗是能阻斷表皮生長因子受體（EGFR）的藥物。EGFR與細胞生長和分裂有關，在一些腫瘤中會過度表達。服用這些藥物的人感覺良好，但這是暫時的。數月後，他們的腫瘤便發展出抗性，這通常依靠KRAS等其他基因的變化。

檢測抗性能讓醫生避免患者服用有毒、昂貴且沒有效用的藥物。而且，通過識別抗性背後的突變，研究人員能發現有效的替代選擇和藥物組合。「希望我們能將癌症從致命性疾病變為慢性病。」Velculescu說。

臨床注意

儘管存在希望，ctDNA在臨床上還未準備好成為主角。首先，最敏感的ctDNA探測技術依靠的是尋找對那些突變的認知。這些認知可能來自於活體檢查、測序突變、設計患者個性化分子探針、使用這些探針分析血樣。替代選擇是使用外顯子組測序。這要求之前對腫瘤沒有認知，但是以探測稀有突變片段所需要的深度來測序和分析每個樣本，則成本過高。

斯坦福大學放射腫瘤學家Maximilian Diehn正試圖將兩者的優點結合到一起。他的研究小組鑒別出小部分基因（僅0.004%），它們在肺癌中出現反覆突變。Diehn表示，由於幾乎所有的肺癌患者在這些區域都有至少1種突變，因此相關技術可能適用於每個人。該研究小組正在為其他癌症開發類似的突變面板，並將在臨床試驗中進行證實。

與所有的ctDNA活體監測技術一樣，Diehn的方法無法監測初期癌症。在一個小型研究中，它檢測出了所有II期或更晚的肺癌，但I期腫瘤只檢測出一半。這個可以理解——晚期腫瘤會釋放更多DNA，但這限制了ctDNA作為癌症篩查工具的潛力。

Diehn表示，更靈敏的技術可能會克服這一問題。但Diaz並不同意：「限制因素是生物學上的，循環中確實沒有這麼多片段。」另外，還存在其他未知因素。ctDNA是否描繪了真實的癌症景象？擴散到其他器官的腫瘤是否會釋放與原始腫瘤同樣多的ctDNA？所有的腫瘤細胞是否都釋放同樣多的ctDNA？

不過，即便ctDNA無法影響結局，科學家表示，它也是一個無價的研究工具，並且臨床醫生可以常規地對其進行收集。正如Rosenfeld所說的，知道這些信息要比不知道好。當前，他說，「我們正在黑暗中摸索。但如果有個工具能讓你看到發生了什麼，那你為什麼不這樣做？」