血液檢測可根據表觀遺傳譜檢測兒童腫瘤

PeterPeneder理學碩士、AdrianStuetz博士和EleniTomazou博士開發了一種基于腫瘤表觀遺傳學的液體活檢分析。新研究，利用兒童腫瘤的表觀遺傳特征來檢測、分類和監測疾病。

科學家們分析了血液中循環的腫瘤DNA的短片段，這些“液體活檢”分析，利用了骨腫瘤獨特的表觀遺傳景觀，不依賴于任何遺傳改變，這在兒童癌癥中是罕見的。這種方法，有望改善個性化診斷，并可能改善尤文肉瘤等兒童腫瘤的未來療法。該研究，已發表在《自然通訊》上。

由圣安娜兒童癌癥研究所（St.AnnaCCRI）的科學家、與奧地利科學院分子醫學CeMM研究中心合作開展的一項研究為兒童腫瘤的“液體活檢”分析，提供了一種創新方法。這種方法，利用了腫瘤滲入血流的小DNA片段的斷裂模式，這反映了許多兒童癌癥的獨特表觀遺傳特征。

由EleniTomazou博士和St.AnnaCCRI領導的團隊，專注于尤文肉瘤，這是一種臨床需求未得到滿足的兒童和年輕人的骨腫瘤，展示了該方法在腫瘤分類和監測方面的實用性，從而可以密切監測癌癥無需高侵襲性腫瘤活檢的治療。

在腫瘤中，腫瘤細胞不斷分裂，與某些癌細胞的過程中死亡的。這些細胞，通常將它們的DNA釋放到血液中，在那里循環并可以使用基因組方法（如高通量DNA測序）進行分析。

這種“所謂的液體活檢”分析，為通常需要手術的傳統腫瘤活檢，提供了一種微創替代方法，為個性化治療帶來了巨大希望。例如，可以經常檢查腫瘤中的分子變化。

然而，迄今為止，液體活檢在兒童癌癥中的應用受到阻礙，因為許多兒童腫瘤幾乎沒有從血漿中分離出的DNA中，可檢測到的基因改變。來自垂死腫瘤細胞的無細胞DNA以小片段的形式，在血液中循環。

它們的大小，既不是隨機的，也不是僅由DNA序列決定的。相反，它反映了DNA在癌細胞內的包裝方式，并且受這些細胞的染色質（即DNA、蛋白質和RNA的復合物）結構和表觀遺傳譜的影響。

這是非常相關的，因為表觀遺傳模式有時被稱為基因組的“第二個密碼”，在人體內不同類型的細胞特征上，是不同的。

表觀遺傳機制導致基因功能的變化，不是基于DNA序列的變化，而是傳遞給子細胞。對無細胞DNA片段化模式的分析，提供了一個獨特的機會，可以了解腫瘤內部的表觀遺傳調控，而無需通過手術切除腫瘤細胞，甚至無需了解腫瘤是否存在于體內以及體內的何處。

“我們之前確定了尤文肉瘤獨特的表觀遺傳特征，推斷這些特征性的表觀遺傳特征，應該保留在血液中循環的腫瘤衍生DNA的碎片模式中。這將為我們提供急需的早期診斷、和腫瘤標志物使用液體活檢概念進行分類，”圣安娜CCRI基于表觀基因組的精準醫學小組首席研究員Tomazou博士解釋說。

機器學習可提高靈敏度，這項新研究，對分析無細胞DNA片段的各種指標，進行了基準測試，并引入了LIQUORICE算法，用于根據癌癥特異性染色質特征檢測循環腫瘤DNA。科學家們使用機器學習分類器區分癌癥患者和健康個體，以及不同類型的小兒肉瘤。

Tomazou博士說：“通過為這些機器學習算法，提供我們廣泛的血流中腫瘤衍生DNA的全基因組測序數據，分析變得高度敏感，并且在許多情況下優于傳統的遺傳分析。”當被問及潛在應用時，她解釋說：“我們的檢測效果很好，我們非常興奮。但是，在它成為常規臨床診斷的一部分之前，還需要進一步驗證。”

據科學家們稱，他們的方法可用于微創診斷，但也可作為預后標志物，監測哪些患者對治療有反應。

此外，它可以作為新輔助治療（即手術前化療）期間的預測標志物，有可能根據治療反應調整劑量。“目前，大多數患者，接受了非常高劑量的化療，而一些患者可能已經通過不太嚴重的治療治愈，這將降低他們在以后的生活中，患其他癌癥的風險。”