癌症早篩新方向！5hmC高通量檢測技術亮相AACR

引言：

美國當地時間2019年3月31日，第110屆美國癌症研究協會（AACR）年會在亞特蘭大盛大開幕。作為世界上規模最大、歷史最悠久的癌症研究會議之一，AACR每年都會吸引來自全球各地的專業人士出席，為眾多位於腫瘤領域前沿的科研成果及領先技術提供了展示及交流的平台。腫瘤液體活檢作為本次大會關注的熱點之一，展示了大量最新研究成果，吸引了大量的關注與報導。其中，5hmC高通量檢測技術繼以往在消化道癌症的多個報導後，再次在腫瘤早期診斷中拓展了胰腺癌應用前景，此次會議上報導的5hmC可作為胰腺癌診斷標誌物引起了多方的關注和討論。

最新研究：遊離核酸5hmC作為胰腺癌診斷新標誌物

胰腺導管腺癌（PDAC）是胰腺中最常見的惡性腫瘤，約佔胰腺癌病例的85％，然而PDAC的臨床現狀令人沮喪：僅約25％的患者可以存活一年，約6％的患者在診斷後存活5年。面對如此嚴峻的臨床結果，傳統的腫瘤標誌物檢測（CA19-9）在鑒定胰腺癌患者方面的準確率卻差強人意。

左起：陸星宇博士 上海易畢恩基因科技有限公司CEO，張瑋教授 美國西北大學費因伯格醫學院教授

5hmC高通量檢測技術診斷胰腺癌成果一經展示就引起了現場專家和參會人員的極大興趣

在本次大會上，來自美國西北大學費因伯格醫學院張瑋教授及來自芝加哥大學HHMI研究員的何川教授聯合北京協和醫院、復旦大學附屬中山醫院，為我們帶來了5hmC高通量檢測技術在PDAC診斷中的最新進展，數據驚艷表明5hmC檢測能大大提高PDAC的診斷準確率。

該研究共納入新發PDAC患者153人，非癌性胰腺疾病患者82人和健康人群335人。

研究人員從受試者身上採集3-5ml新鮮血漿作為臨床標本，應用高度敏感的5hmC-Seal技術，對遊離DNA（Cell-freeDNA，cfDNA）中的5hmC進行基因組圖譜的繪製，經過對5hmC-Seal數據進行標準化和分析總結，開發了用於區分PDAC和健康個體的診斷標誌物的評分體系。

數據分析結果表明cfDNA中的5hmC-Seal譜反映了基因組中5hmC不同的分布格局，5hmC在順式調控元件（如增強子）中高表達，這與此前報導的5hmC的調控功能一致。研究者進而對194個樣本的多變數進行邏輯回歸分析，使用彈性網正則化選擇的33個基因，開發加權診斷評分（wd-評分）。從一個訓練集AUC = 95.7％; 95％CI，93.0-98.4％）和兩個獨立的驗證集（AUC = 92.0％; 95％CI，84.9-99.1％; AUC = 89.5 ％; 95％CI，84.5-94.6％）中準確區分PDAC患者和健康個體，該效果顯著優於胰腺癌常規生物標誌物（例如，CA19-9）。該診斷模型不僅可檢測早期患者（例如在訓練集中，I / II期：AUC= 95.1％; 95％CI，91.5-98.7％），也可區分PDAC與非癌性胰腺疾病（例如訓練集AUC = 86.1％; 95％CI，77.9-94.3％）。

由該診斷模型能夠準確區分PDAC患者和健康個體，也可區分PADC與非癌性胰腺疾病的患者，為臨床上PDAC的鑒別診斷提供可能。

5hmC高通量檢測技術彌補了既往液體檢測手段的準確率短板，以敏感性高、特異性強的絕對優勢，為非侵入性檢查手段的研發奠定了基礎，也為臨床高風險人群及健康人群的腫瘤早診、早篩提供了一項準確性和實用性兼備的新選擇。

以下我們簡單回顧一下5hmC在癌症診斷應用的發展：

5hmC高通量檢測技術的誕生

表觀遺傳變化作為腫瘤發生的早期事件之一，包括異常的DNA甲基化及組蛋白修飾等。

DNA甲基化是目前被研究得最為透徹的表觀遺傳修飾機制之一，它廣泛存在於哺乳動物基因組中，且不同組織中基因組甲基化水準及模式具有特異性。而5hmC為DNA去甲基化調控過程中重要的DNA修飾，研究表明基因體5hmC的水準與mRNA的表達水準具有強烈的關聯。

圖解：DNA甲基化是一動態調控的過程，DNA甲基轉移酶（DNA methyltransferase, DNMT）可將未修飾的胞嘧啶核苷酸（C）轉化為5-mC，隨後通過TET蛋白進一步氧化，產生5-羥甲基胞嘧啶（5hmC），5-甲醯基胞嘧啶（5fC）和5-羧基胞嘧啶（5caC）。

DNA甲基化檢測技術在高通量基因測序時代迎來了百花齊放的發展，由於二代測序儀本身無法區分DNA上的各類修飾，重亞硫酸鹽處理成為了主要工具之一。然而亞硫酸鹽處理的過程會對絕大多數的DNA分子造成破壞，圍繞這個缺點，各類技術被相繼發明。其中，美國芝加哥大學教授HHMI研究員何川教授所帶領的團隊，另闢蹊徑，從化學生物學標記方法出發，發展了高靈敏度，高穩定性的5hmC-Seal技術。

利用這一技術，研究人員便可以在有限的臨床樣本條件下，對cfDNA中的5hmC信號進行檢測，在腫瘤的早期診斷、篩查中進行應用。

5hmC檢測的臨床應用

隨著此項技術在臨床轉化應用中的不斷深入，其在腫瘤診斷中的作用也不斷獲得驗證及認可。

2017年至2018年，《Cell Research》雜誌連續發表多篇驗證5hmC高通量檢測的應用報導，在腸癌、胃癌、肺癌、肝癌、胰腺癌、食管癌等多種腫瘤中實現了概念驗證，展示了液體檢測在腫瘤早診、早篩上的潛在臨床使用價值。

依託於液體活檢的檢測形式，也讓5hmC高通量檢測技術與現有的檢查手段相比，更能夠提高患者的依從性、臨床便利性和性價比，為高危人群及健康人群疾病早診、早篩提供了實用性更強的一項選擇。相信集眾多優勢於一身的5hmC高通量檢測技術將會有更為廣闊的臨床應用前景，也將使更多腫瘤患者臨床獲益，其未來極具發展潛力，讓我們拭目以待。

參考文獻：

Han D, Lu X, Shih AH, et al. A Highly Sensitive and Robust Method for Genome-wide 5hmC Profiling of Rare Cell Populations. Molecular cell 2016;63:711-9.

Li W, Zhang X, Lu X, et al. 5-Hydroxymethylcytosine signatures in circulating cell-free DNA as diagnostic biomarkers for human cancers. Cell research 2017;27:1243-57.

Song CX, Szulwach KE, Fu Y, et al. Selective chemical labeling reveals the genome-wide distribution of 5-hydroxymethylcytosine. Nature biotechnology 2011;29:68-72.