发布时间:2019-02-01 11:12 原文链接: DNA甲基化:诊断癌症的强大工具

  最近,来自香港中文大学的研究人员,通过分析血浆DNA中的甲基化序列,能够检测到癌症患者的肝肿瘤和淋巴瘤,以及孕妇胎盘中的遗传异常。他们使用已知的组织甲基化图谱,能够识别循环DNA的组织起源,从而使其成为一种强大的工具,用于筛选、癌症检测和治疗监测。这项研究是由几个机构的研究人员合作,由香港中文大学李嘉诚健康科学研究所所长卢煜明院士指导完成,发表在最近的《PNAS》杂志。

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  表观遗传学表明,DNA往往有附着于胞嘧啶5碳的甲基原子团。某些组织和组织内某些类型的细胞,在其DNA中有一个明显的甲基化模式,从而使科学家们能够对身体的不同组织,创建一个甲基化模式的数据库。目前,科学家们已经能够从血浆中寻找来自一种单一组织类型的DNA,如胎盘或肝脏组织,该研究小组利用全基因组重亚硫酸盐测序,来研究血浆DNA的甲基化模式,并将其与甲基化数据库进行对比,以辨别血浆DNA的组成百分比或组织图。这提供了血浆的“鸟瞰图”,从而指出了循环DNA的起源。

  为了检测他们的技术,研究人员确定了5820个甲基化标记,然后通过反褶积算法运行,根据组织或细胞类型的甲基化模式识别它们。然后他们用血沉棕黄层DNA各种组分的DNA、胎盘DNA和肝脏DNA,测试了他们的算法。

  一旦程序经过了测试,就要检测这种程序是否可以准确地识别成分的变化。第一次试验是在十五个孕妇中进行的,她们分别在第一、第二和第三妊娠期。与非妊娠期妇女相比,她们的血浆中应该有更多的DNA。研究人员发现,白细胞是血浆DNA的最大贡献者,这一点只在骨髓移植中被观察到,但在其他情况下没有得到证实。其次,他们也发现,12.1%到41%的基因是来自于胎盘。在对照组中,胎盘DNA的比例明显更少。研究人员利用父系遗传的胎儿SNP等位基因,对百分比进行了验证。

  第二个实验涉及到接受移植的人。移植物抗宿主病的发展,是异体移植的常见问题。研究人员在移植患者的血浆中发现了供体的DNA。研究人员对四名肝移植受者和三名骨髓移植受者的血浆DNA,进行了分析,并与肝癌患者中的供体SNP等位基因、骨髓患者中的白细胞进行了比较。他们能够检测到供体DNA,并发现甲基化模式分析结果,和SNP等位基因或白细胞研究结果之间,有一种很强的相关性。

  然后,该研究小组确定了“他们的技术是否能够在二十九例肝癌(HCC)患者中检测到癌细胞”。与没有癌症的受试者相比,血浆中应该有较高比例的癌组织DNA。他们的算法表明,在肝癌受试者中,肝脏对血浆的中位贡献率为24%,在对照组中为10.7%。为了检查他们的方法,他们还将这些结果,与使用先前报道的一种方法所得到的肿瘤DNA浓度,进行了对比。

  鉴于这些实验结果,作者随后检测了这种方法是否可以根据血浆DNA中存在的拷贝数变异,来识别组织的起源。如果产生了额外的拷贝,那么与没有拷贝数变异的基因组区域相比,该组织中应该有更高比例的的DNA。同样的推理也可以用于拷贝数缺失。

  他们发现,当研究21三体胎儿孕妇的血浆时,胎盘组织中21号染色体上的甲基化标记比其他染色体中的标记数更高。其他组织(肝脏、中性粒细胞和淋巴细胞)没有显示出拷贝数的增加。

  然后,他们研究了HCC受试者血浆DNA中的扩增或缺失。并将其与没有扩增或缺失的血浆DNA进行了对比。他们能够确定,其中七名HCC受试者表现出拷贝数变异,这些部分包含更多来自肝脏的DNA。

  在这项研究中,研究人员发现了一名37岁的孕妇,她的淋巴瘤已经复发。她在2011年被确诊,并接受了化疗。化疗后,在随后的检查中,没有更多的可检测到的淋巴瘤。然后,在2014年3月妊娠十一周时,无创性产前检查收集的血液样本显示,母亲的血浆有一定的异常。淋巴结活检证实为淋巴瘤复发。血浆DNA与淋巴结活检的比较,显示出相似的拷贝数变异。然而,化疗十周后,血浆DNA没有显示出拷贝数变异。此外,他们发现,拷贝数变异的起源是来自于B淋巴细胞,而不是淋巴细胞。

  根据更多的研究显示,这项技术可能是一种极好的无创方法,用以评估患者健康的几个因素。事实上,作者指出,这项工作已经在分子诊断和传统的器官为基础的医疗实践之间,搭起了一道桥梁。最后这项研究表明,能够识别血浆中DNA的起源,很有益处,因为该试验旨在确定胎儿的染色体异常,但异常实际上是起源于母亲。淋巴结活检证实了她癌症的复发。


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