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《自然》子刊:癌症患者血液中大部分突变不是来自于癌细胞!MSKCC团队发现,癌症患者血液中一半以上的突变来自于白细胞丨科学大发现

首页 » 《转》译 2019-11-27 奇点网 赞(7)
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导读
这个研究一方面证明了cfDNA检测相较于组织活检的优点,另一方面也警示相关研究人员,在检测cfDNA的同时,一定要检测白细胞的DNA,最好是超高深度测序。


纪念斯隆·凯特琳癌症中心(MSKCC)和GRAIL联合研究团队,今天带来一项重要研究成果。

这项由MSKCC实验病理学主任Jorge Reis-Filho和临床医学科学家Pedram Razavi共同领导的研究,对124例癌症患者的cfDNA、肿瘤组织样本和白细胞DNA,以及47名无癌志愿者的cfDNA和白细胞DNA,进行了超高深度测序(60000×)

他们发现,肿瘤患者血液cfDNA中携带的大部分基因突变,可能不是来自于癌细胞,而是血液中白细胞

具体说来,在癌症患者的cfDNA中,克隆性造血带来的变异可能占53.2%而在健康的志愿者体cfDNA中,这一数字能达到81.6%。这意味着,克隆造血带来的突变比科学家原来认为的要常见的多。

看到这个结果,我们差点儿从椅子上掉下去。”Reis-Filho说[1]。

这也给液体活检相关的研究提出了挑战,在给患者开展液体活检时,白细胞DNA应该是必检项目,甚至需要开展超高深度的测序

Pedram Razavi、David N. Brown和华人科学家Bob T. Li是共同第一作者。研究论文发表在顶级期刊《自然·医学》上[2]。

从左到右:Pedram Razavi,Jorge Reis-Filho,Bob Li(图源:MSKCC)

我们都知道,随着人体各种细胞的死亡破裂,细胞的DNA会释放到血液中,这些DNA就构成循环游离DNA(cfDNA)。同理,肿瘤细胞也会死亡,并往血液中释放游离DNA,这就是我们所熟悉的循环肿瘤DNA(ctDNA)[3,4]。很显然,ctDNA只是cfDNA中带有基因变异的那一小部分[5-7]。

ctDNA的发现,让科学家对癌症的液体活检技术寄予厚望。

虽然科学家想到了很多方法研究ctDNA[8-10],但是仍难摆脱多种混杂因素的影响[11]。

其中影响比较大的一个是克隆性造血

克隆性造血是那些有基因突变的造血干细胞,通过多系造血分化,形成携带同样突变的终末分化成熟血细胞[12]。虽然其中一些突变会导致后代血细胞具备适应性优势,出现不成比例的扩增[13],但是这种克隆性扩增并不是恶性的。

克隆性造血会随着年龄的增长而增加,之前有研究表明31%的老年人都会出现克隆性造血[14]。而且,导致克隆性造血的基因突变,也可以通过cfDNA检测到[15]。

Reis-Filho等认为,克隆性造血肯定会影响肿瘤学家对cfDNA测序结果的解释,尤其是很大一部分cfDNA片段源自造血细胞[16]。

图片来自pixabay.com

尽管大量的研究表明,通过cfDNA检测到的基因突变,与通过肿瘤组织检测到的基因突变有很好的一致性[10]。不过,还是有科学家在cfDNA中发现了很多肿瘤组织中不存在的基因突变[6]。当然啦,这部分突变有可能是因为组织活检取样的不全面带来的,也有可能是克隆性造血导致的。

关于这个问题,Reis-Filho等认为需要好好研究一番。

在2015年9月到2016年8月之间,研究人员一共招募了124名晚期未经治疗或者进行性转移的癌症患者,其中乳腺癌(MBC)患者39名,非小细胞肺癌(NSCLC)患者41名,前列腺癌(CRPC)患者44名。另外还招募了50名没有癌症的志愿者,作为对照样本,不过最终只有47名无癌志愿者的样本有评估价值。

研究人员从癌症患者身上获取了肿瘤组织样本、cfDNA和白细胞DNA,从无癌志愿者身上获取了cfDNA和白细胞DNA样本。

获取样本之后,他们基于已经获得FDA批准的MSK-IMPACT平台,给每个样本独立开展了深度高达60000×的测序(这个测序深度,成本该有多高……)


实验流程图

从总体上看,基于肿瘤组织的活检发现了740个突变,基于cfDNA的检测包含其中的530(71.6%)。具体到各个癌种的话,比例也是类似的,乳腺癌72%,非小细胞肺癌和前列腺癌是71%。

而且,在cfDNA发现的基因突变中,有一些突变虽然在肿瘤组织检测中出现,但是频率极低,还有一些在肿瘤组织和白细胞中均没有出现过(研究人员把它们叫做VUSOs)

在确定了他们这个高深度测序方法的准确性和敏感性之后。研究人员推测,那些在肿瘤组织和白细胞中均没有出现过突变,可能反应了肿瘤的进化和异质性。而携带这部分变异的肿瘤组织,可能没有被活检采集到。

通过以上数据,我们不难发现,cfDNA检测和基于组织的活检还是存在一定的差异的。


cfDNA检测的主要基因突变分析

紧接着,研究人员又开展了一项探索性分析:是否可以通过cfDNA评估TMB、肿瘤突变特征和MSI。

分析发现,肿瘤组织活检发现了6个高TMB的样本,其中4例样本也被cfDNA判定为有高TMB。不过,cfDNA还判定另外6个样本为高TMB样本,但是肿瘤组织检测结果不支持cfDNA的结果

在cfDNA确定的10个高TMB样本中,有75%的突变是在肿瘤组织中出现频率低,以及在肿瘤组织和白细胞中均没有出现过的。据此,研究人员进一步推测,这可能确实是肿瘤的空间异质性导致的,它们只在一些部位出现超突变,而这个部位恰恰没有被组织活检取到样。随后的基因分析也从侧面佐证了上述结果。

总结以上数据,研究人员认为,cfDNA测序可以准确检测整个肿瘤基因组中很大一部分的突变,或许可以反映患者肿瘤的TMB、肿瘤突变特征和MSI。而且,cfDNA可以检测到肿瘤组织活检发现不了的亚克隆突变


TMB分布图

随后,研究人员又分析了cfDNA检测到的突变生物学来源。在无癌的志愿者样本中,cfDNA检测到的突变(364),有81.6%(297)出现在了白细胞DNA中;而在癌症患者群体中,cfDNA检测到的1727个突变,有53.2%(918)出现在了白细胞DNA中

并且通过一系列的分析,研究人员认为,通过cfDNA进行超高深度测序发现的基因突变,不太可能是技术本身带来的假阳性。而且,之前研究中开展的的白细胞DNA低深度测序[14,17-20],可能大大低估了克隆性造血的普遍程度

总之,在Reis-Filho团队看来,他们提出的这种超高深度cfDNA测序分析,确定克隆性造血突变是cfDNA中非肿瘤突变的最可能来源。而且这个比例相当惊人,至少在这个研究中,93.6%的无癌志愿者的白细胞携带一个克隆性造血突变,而这一比例在癌症患者群体中竟高达99.1%


实验设计过程图

最后,论文作者在文章的讨论部分指出了一个有趣的现象。他们认为,当前大多数临床的cfDNA检测,都没有同时检测白细胞的DNA。结合着这个研究成果来看,这种不同时检测白细胞DNA的做法,肯定是不合适的。

不过,我今天特地了解了几个国内头部肿瘤测序公司的情况,基本都在检测cfDNA的同时,检测了白细胞的DNA,只是测序深度远低于MSKCC这个研究。

无论如何,这个研究一方面证明了cfDNA检测相较于组织活检的优点,另一方面也警示相关研究人员,在检测cfDNA的同时,一定要检测白细胞的DNA,最好是超高深度测序。

来源:奇点网


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