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【Science子刊】高美基因孙德强团队重大应用发现:CSF-cfDNA甲基化标记物可用于儿童脑癌的早期诊断、复发预警和预后评估

首页 » 研究 » 肿瘤 2020-10-19 高美基因 赞(13)
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导读
近日,高美基因首席科学家孙德强教授领导的研究团队联合美国贝勒医学院等单位的一项最新研究通过对肿瘤组织和CSF-cfDNA的甲基化测序鉴定出了一批可用于MB分型诊断、治疗反应监测、复发早期预警和预后评估的可靠CpGs标记。


  该研究为开发基于CSF-cfDNA表观遗传标记的高效MB检测产品奠定了突破性的基础,从而有望改善MB患者的临床管理并提高患者生存率。该研究成果以“Reliable tumor detection by whole-genome methylation sequencing of cell-free DNA in cerebrospinal fluid of pediatric medulloblastoma”为题发表在国际知名学术期刊Science Advances上。本研究在国际上首次通过高通量测序技术测量了脑脊液的微量cfDNA的单碱基分辨率的全基因组甲基化和羟基甲基化,并且开发了新型的实验和计算程序,用于分析从脑癌患者脑脊液中的cfDNA捕获的肿瘤的表观遗传特征,为脑肿瘤诊断和预后的新型生物标志物的鉴定提供了全新的方法。类似的策略可以扩展到典型的针对血液的液体活检,以确定极早期/早期癌症的器官起源。

  髓母细胞瘤(medulloblastoma, MB)是最常见的儿童脑肿瘤,约占所有儿童脑瘤的25%,被称为儿童的“致命杀手”。髓母细胞瘤的恶性程度很高,很容易沿着脑脊液扩散、转移。髓母细胞瘤包含4种分子亚型,而不同亚型的恶性程度及预后有较大差异,需要对各亚型实施针对性的治疗方案才能有效提高患者生存率。不仅如此,该肿瘤的复发率很高。有数据显示其2年内的复发率高达75%1。复发患儿的生存期通常不足一年,3年生存率低至18%2。而在复发早期进行预警并及时介入治疗,将大大提高患者生存率。因此,对该病进行及时准确的分型诊断、治疗反应监测和复发早期预警是有效指导临床管理从而提高患者生存率的关键
  传统的脑瘤检查方法,包括影像学(CT、MRI等)和脑脊液(Cerebro-Spinal Fluid, CSF)细胞学检查都具有一定的滞后性,从而影响了对肿瘤进展及治疗反应的实时监测和及时干预。近年来,从肿瘤细胞释放的cfDNA被证实可作为肿瘤特异性的生物标志物。利用cfDNA可大大领先于传统的检测手段侦测到肿瘤的存在及变化。由于血脑屏障的存在,脑脊液是比血浆更好的获取cfDNA的来源。目前大多数脑脊液cfDNA分析都是针对突变的检测。然而与成人脑瘤相比,儿童脑瘤的突变频率要低得多,因此通过分析cfDNA的突变来检测该病会十分困难。相比之下,在儿童脑瘤中经常观察到的表观遗传改变更有希望成为该类疾病诊断和预测方面的理想标记。
  在该研究中,通过WGBS和anti-CMS免疫沉淀测序,并借助随机引物建库以及研究团队新开发的LiBis技术,可以从低至200 L的脑脊液中获得高质量的CSF-cfDNA甲基化和羟甲基化图谱。来自同一患者肿瘤组织和MB-CSF样本之间的表观遗传模式显示出较高的Pearson相关系数,表明可以使用CSF-cfDNA来忠实代表原位肿瘤的表观遗传特征
  通过分析MB脑脊液与正常小脑,以及MB肿瘤组织与正常小脑之间共享的差异性甲基化区域(DMRs),研究人员识别出了6598个CpGs标记。这些CpGs中的DNA甲基化水平不仅可以区分MB肿瘤和正常样本,还可以区分MB肿瘤的亚型,使得初次诊断时利用CSF-cfDNA确定MB亚型成为可能,从而有效指导临床治疗


同一MB患者在不同的状态下的CSF细胞学检查结果及其cfDNA CpGs标记甲基化水平的动态变化


  研究人员发现,在不同的疾病状态下(诊断时、治疗中和复发时) MB-CSF中的 CpGs标记位点会出现DNA甲基化的动态变化。同一患者不同时间点采集的CSF样本中CpGs的DNA甲基化状态反映了治疗期间的肿瘤状态,甚至在细胞学检查结果为阴性的样本中也能反映出复发情况(未发表数据显示也比影像学证据早3个月),提示该方法具有高灵敏度和高特异性,有望用来实时监测治疗反应并进行复发早期预警


2  使用CSF-cfDNA中的CpGs标记区分高风险组和低风险组MB患者并预测生存率。


  最后,这些CpGs位点的DNA甲基化和羟甲基化状态可以清楚地将患者分为低风险组和高风险组,因此可以作为潜在的预后标记来预测MB患者的临床结果

  这项研究证明了脑脊液cfDNA中的DNA甲基化和羟甲基化标记可以作为有价值的表观遗传标记来指导MB患者的临床管理,为脑瘤cfDNA相关检测产品的开发奠定了突破性的理论和技术基础

  高美基因作为中国癌症早期检测的新锐领军企业,聚焦癌症表观遗传学和生物信息学,以其独有的癌症表观遗传领域的研究优势,正在聚力攻克癌症早期检测问题,并在国内率先提出分子遗传技术应用于癌症患者全病程管理(早期筛查、辅助诊断、用药指导、预后评估、复发监测)的商业模式。目前高美基因研究团队在癌症早检研发管线上的癌种已经覆盖了肝癌、肺癌、食管癌、卵巢癌、肾癌等;针对儿童脑癌,研究团队计划将来使用更大的MB样本量来进一步完善研究结果,从而加速推动技术转化,预计明年将可以推出LDT的产品,让更多的儿童脑癌患者获益。


参考资料:
1. Medulloblastoma. <https://rarediseases.info.nih.gov/diseases/7005/medulloblastoma>
2. Koschmann C, Bloom K, Upadhyaya S, Geyer JR, Leary SE. Survival After Relapse of Medulloblastoma. J Pediatr Hematol Oncol. 2016;38(4):269-273.
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