懸浮於血液中的密碼片段

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以液態生物檢體技術找出血液中片段 DNA 所代表的意義

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液態生物檢體正蓬勃發展

採集生物檢體的傳統方法多具侵入性且可能引發副作用,故研究人員及臨床醫師無不希望提升液態生物檢體 (liquid biopsy) 檢驗技術之運用範圍與準確性,來為診斷和治療癌症提供更準確而低風險的監測。目前液態生物檢體技術主要聚焦在偵測和分析體液中的循環腫瘤細胞 (circulating tumor cells,CTCs)、循環腫瘤 DNA (circulating tumor DNA,ctDNA)、與胞外小體 (exosome) 等。而當中又以 DNA 和 RNA 片段 的檢測和分析特別受到矚目,未來也可望搭配次世代定序技術得到更即時而詳盡的結果。

血中的游離 DNA 透露出癌細胞蹤跡

Bettegowda 等人在 2014 年發表的研究成果指出,除了腦部腫瘤以外,82% 發生轉移的固態腫瘤都可在患者血液中找到相關的 ctDNA,而 75% 的卵巢癌、大腸癌、膀胱癌、胃癌、和食道癌末期患者的血液中也能找到 ctDNA (註 1)。不過這類患者早已知道罹患癌症,從液態生物檢體檢測 ctDNA 的診斷意義不大;但是在關鍵的早期癌症患者,只有 55% 可從血液偵測到 ctDNA (註 1)。當然,這可能與現有技術的限制相關,因為現在以 PCR 為主的偵測技術只能針對已知並有設計引子的腫瘤基因變異進行檢測,偵測的範圍有限且敏感性與特異性也有待加強。這也是為什麼液態生物檢體的檢測尚未在臨床上普及,但隨著次世代定序的成本快速下降而電腦處理速度飛快提升,未來的發展趨勢是直接完成液態生物檢體所有核酸序列的定序,再與已知的腫瘤細胞基因體資料庫進行比對。這樣的做法既完整又敏感,應有助於提升早期發掘、早期處置癌症的理想治療模式。

DNA 片段長度與其他非序列資訊可幫助判斷循環 DNA 來源與可能罹患的疾病

不過在次世代定序技術成本落入理想區間之前,研究人員也運用許多創新概念分析 ctDNA 在序列以外可提供的其他資訊,如 DNA 片段長度比例的變化、核小體指紋 (nucleosome fingerprint)、甲基化差異 (methylation changes)、複製數變異 (copy number aberration,CNA)、與染色體重組 (chromosomal rearrangements) 等。舉例來說,來自正常細胞的 DNA 片段長度一般較長而完整,而來自腫瘤細胞的片段較短而破碎 (註 2-4),因此從檢體中的片段長度即可研判患者是否罹癌;不過其效力尚不足以判斷患者罹患何種癌症。Snyder 等人的研究成果在這方面可提供輔佐:該研究團隊發現各細胞 DNA 纏繞成核小體 (nucleosome) 的方式略有差異,透過分析血液中 DNA 碎片的核小體指紋有助於回推其來自何種組織或腫瘤 (註 5)。而 Lo 等人的研究則顯示在非轉移性肝癌、乳癌、肺癌、鼻咽癌、平滑肌瘤、與神經內分泌腫瘤患者的血液中,懸浮 DNA 有甲基化低下 (hypomethylation) 的情形,且這種檢驗方式用於診斷非轉移性癌症患者可達到 74% 的敏感性和94%的特異性 (註 6)。或許這些創意檢測方式在未來會被次世代定序取代,但是這些技術若能在時間、價格、操作簡易性、和結果判讀方便性可持續提升,相信仍會在臨床醫療占有一席之地。

以 ctDNA 預測癌症復發

除了及早對癌症進行診斷,ctDNA 也可能運用在偵測癌症的復發與轉移。2015 年發表的研究中,Olsson 等人運用 dPCR (digital PCR) 檢測循環 DNA 的染色體重組情形,結果顯示相較於傳統方法, dPCR 在20 名原發性乳癌患者平均可提早 11 個月偵測到轉移情形 (註 7)。而在另一篇研究中,Turner 的研究團隊也利用 dPCR 搜尋擁有特殊基因突變的 ctDNA,平均可提早 8 個月偵測到乳癌復發情形 (註 8)。台灣的乳癌五年存活率約 82.6%,相較於歐美高達 93% 的五年存活率,確實有長足的進步空間。若能透過上述檢驗方式及早發現高復發 / 高轉移風險的病人,就有機會調整現行治療計畫或增加追蹤頻率,對於預後和存活率的改善應該會有所幫助。

體液中的懸浮密碼還有更多潛力等待開發

Turner 的研究團隊目前開始了一項臨床試驗,企圖以 ctDNA 資訊來判斷乳癌患者是否適用癌症免疫療法 (immuno-oncology therapy)。2015 年在 Cancer Cell 期刊發表的研究則帶來更驚人的訊息:血小板會吞入血中帶有腫瘤 RNA 的小泡,而分析這些血小板所攜帶的腫瘤 RNA 可達到 96% 的檢測準確率,更可判斷 71% 的研究對象之腫瘤來源 (註 9)。除了血液之外,尿液、鼻涕、眼淚等體液也都含有懸浮 DNA 與 RNA,或許再不久就能從這些更容易取得的液態生物檢體獲得檢測和治療癌症所需的資訊,更加提升檢驗的方便度和安全性!

參考文獻:
1. Bettegowda C et al. Sci Transl Med 2014; 6:224ra24.
2. Gao YJ et al. Clin Chem Lab Med 2010; 48:1651-6.
3. Mouliere F et al. PLoS One 2011; 6:e23418.
4. Jiang P et al. Proc Natl Acad Sci U S A 2015; 112:E1317-25.
5. Snyder MW et al. Cell 2016; 164:57-68.
6. Chan KC et al. Proc Natl Acad Sci U S A 2013; 110:18761-8.
7. Olsson E et al. EMBO Mol Med 2015; 7:1034-47.
8. Garcia-Murillas I et al. Sci Transl Med 2015; 7:302ra133.
9. Best MG et al. Cancer Cell 2015; 28:666-76.

本文授權轉載自:
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