癌细胞在血液中留下了很多蛛丝马迹 液态活检破译密码

    一滴血里包含着很多信息，对科学家来说，关键是检测什么?各种信息又意味着什么?

    事实上在癌症早期，肿瘤细胞的遗传信息也会释放进入血液循环中，从而泄露它们存在的踪迹。

    “液态活检”可以帮助医生读懂这些线索，尽早阻止癌症的发展。

    凯西·利姆怀孕11周，从血液样本中发现多个DNA片段异常。进一步分析表明，DNA突变并非来自胎儿，而是来自她自身的白细胞———两年半前被她战胜的滤泡性淋巴瘤的癌细胞，已悄然卷土重来。

    在众多癌症患者中，利姆算是幸运的。通常癌症在扩散和转移之后才会被发现，癌细胞强大的进化能力，以及抵御最佳治疗方法的能力，使得癌症成为人人谈虎色变的可怕“杀手”。要想根除癌细胞，就要反复对肿瘤进行切片分析，这种侵入性治疗方式对病人身体有很大的伤害，而且风险很大。

    那么我们如何才能持续关注癌细胞变化，随时检测是不是有癌细胞暗中生长起来，从而找出最好的方法来治愈癌症呢？　如今新的研究发现，关于癌细胞发展动向的答案可能就写在我们的血液里。如果在血液中检测到肿瘤细胞释放到血液循环中的一小点DNA片断，医生就能早期发现癌症的存在。

    约翰霍普金斯大学路德维希癌症基因治疗中心主任伯特·沃格尔斯坦表示，“癌症治疗的最佳时机是在癌细胞数量很少的时候，这时它们很少有机会产生抗药性。”

    微弱的癌细胞基因信号

    所有的细胞，包括癌细胞，死亡时都会将它们的DNA释放进入血液中，而癌症患者血液中这种自由漂浮的DNA比健康人更多。

    沃格尔斯坦的实验室是致力于研究通过血液检测早期发现癌症并追踪癌细胞动向的实验室之一。为了提高这种“液体活检”在临床应用中的可靠性，他们需要找出并破解肿瘤细胞留在血液中的微弱的基因信号。

    在癌症的早期阶段，癌细胞掉落下来的这种DNA碎片很小，难以觉察，但随着肿瘤的生长，这种DNA片断也变得越来越大。

    这种DNA片断被称为循环肿瘤基因，简称为ctDNA，是一种特征性的肿瘤生物标记。通过ctDNA检测，可在血液样本中跟踪检测到肿瘤的活动踪迹。

    上世纪90年代后期，丹尼斯·罗(如今在香港中文大学)　就开始研究早期发现癌症的ctDNA检测法。当时他的研究重点是非侵入式的胎儿异常检测，最终研究出了通过母亲血清检测胎儿DNA异常的方法。在此之后的10年里，他又开发了通过血检发现唐氏综合征的方法，同时他还将目光瞄准了癌症的早期检测。

    肿瘤DNA要比胎儿DNA少得多，但随着基因测序技术的进步，科学家发现并解读肿瘤DNA的能力也在提高。最简单的方法是搜寻从切片检查中已经获知的基因突变类型。

    2007年，沃格尔斯坦的研究团队利用这种方法，对18名大肠癌患者体内的肿瘤细胞进行监测。单链DNA片断会粘附在相应的核苷酸序列片断上。只要获得了血液样本中所有DNA片断的多份拷贝，利用一种叫做PCR的分子生物学技术放大特定的DNA片段，然后利用覆有目标突变DNA序列拷贝的磁性小珠，吸附样本中的突变DNA，由此计算出它们在血液中的浓度。

    患者的肿瘤细胞经手术切除后，血液检测仍可以检测到ctDNA。大多数手术后患者，虽然体内癌细胞数量已大幅减少，但癌细胞不久又会卷土重来，但也有一小部分血检中没有检测到肿瘤DNA的患者，癌症没有复发。显然，通过血液检测癌细胞活动状态的这种“液体活检”法，可以成为一种行之有效的癌症检测和监测手段。

    从那时开始，沃格尔斯坦发现，几乎所有类型癌细胞的DNA片断都会进入血液中。2014年，他的团队宣布，在一组640名各类癌症患者中，其中75%患者的血液中都检测到了ctDNA，包括晚期胰腺癌、卵巢癌、结肠直肠癌和乳腺癌。另外，脑癌、肾癌和前列腺癌进入血液中的癌细胞片断似乎少一些，不过仍可在一半晚期患者的血液中检测到。

    关于癌细胞的一个极具讽刺的严峻事实是：癌细胞会通过不断进化躲避各种治疗手段，用的抗癌药物越好，就越会激起癌细胞更强的抗药性。美国麻省总医院癌症中心主任丹尼尔·哈伯介绍说：“有些治疗癌症的靶向药物十分有效，是因为它们是根据癌细胞的重要生物学变化筛选出来的。其原理就是跟踪监测血液中癌细胞的动向。”

    伦敦癌症研究所的德莉拉·坦德菲尔德和她的同事进行的正是这方面的研究。他们每个月定期从晚期前列腺癌患者身上提取血样，目的是观察已知基因序列的变化，以预测患者对前列腺癌治疗药物阿比特龙的反应。这种预测方法比传统临床预测方法，如CT扫描，可提前4个月发现预测癌细胞的抗药性，医生就可以采取另外的治疗方案，而不再给病人服用阿比特龙，因为它对患者可能是有害无益的。

    肿瘤标记物非常罕见

    “液态活检”的前景十分诱人，但要投入实际应用却不是一个容易达成的目标。最重要的是开发出一种能够对无症状患者做出早期诊断的测试方法。

    鉴于目前几乎半数癌症都是在晚期才被诊断发现这一现实，一种能够通过血检早期诊断出癌症的方法，显然可以挽救数百万人的生命。

    但问题是，究竟要在血样里检测什么？　如果已经有了癌组织的样本，相对就比较容易，只要在血液样本中寻找相关的基因突变就可以了。但是如果没有可以对照的样本，就不得不对所有类型的突变进行检测筛查。更令人头痛的是，癌症初发阶段血液里的ctDNA极为稀少。哈伯说：“血液里含有太多东西，相比之下，来自癌细胞的DNA片断就显得很不起眼了。”

    还有一种办法是对血液中所有的循环DNA进行测序，然后检查染色体各部分比例是否有异常。任何异常复制、删除或重新排列，都代表了癌症的特点和标志。

    2012年，沃格尔斯坦的团队对来自晚期乳腺癌、结肠直肠癌患者以及10名健康者的血液样本进行了DNA测序，研究对比其结构上的不同。研究发现，所有癌症患者的DNA结构都出现了异常，而健康者的DNA结构都很正常。

    不过，目前还无法肯定这一技术是否一定能够在早期检测到癌症的发生，因为这时可供分析的异常DNA片断还太少，不能确定是否能够检测到具有诊断意义的变化，也无法区别有害与无害的变化。

    另外，即使这种测试能达到足够高的灵敏度和广泛度，检测到癌症刚露头时的踪迹，也有可能因产生的假阳性而被误导　(见“相关链接”：当“癌”非癌时)，除非能通过某些成像技术对结果加以确认。

    另外，即使能检测到某种癌症的基因信号，又如何知道癌细胞在身体的哪个部位呢？　不过，有些基因突变可提供一些线索，如KRAS基因突变通常与肺癌、结肠癌或胰腺癌相关。其他的一些基因突变，如p53基因突变，可能与所有的癌症相关。

    “液态活检”的具体应用

    癌细胞从最初出现突变到发展成为转移性肿瘤，平均需要20至30年。这是一个有着较大干预余地的窗口期，是一个尚未开发的医学检测领域。

    好消息是，ctDNA不是血液中唯一的肿瘤衍生物，另外还有循环肿瘤细胞(CTC)，只是它比ctDNA更难检测到，通常每一百万个细胞中只有一个CTC，而且还有可能要等癌症发展到晚期才会进入血液循环中。

    不过，要“逮住”它们也不是没有办法，例如，根据这种细胞体积较大的特点，将它们与较小的白细胞分开，或者通过可以附着在特殊细胞表面的磁性物质将CTC分拣出来。与ctDNA相比较，CTC可以揭示更多关于癌症的信息。

    通过CTC不仅可以发现肿瘤DNA的信息，还可以发现RNA的相关信息，RNA是帮助将基因密码转化为蛋白质的一种化学媒介。多了这些信息，就增加了锁定癌症发病部位的机会，提供了导至癌症基因重组的更多线索，如DNA的位置转移。如果染色体上的一部分DNA转移到另一个不同位置上，会导至附近的基因表达发生变化。这类信息对于前列腺癌的诊断具有重要意义，因为这种癌症的特点通常表现为DNA位置移动，而不是某种基因突变。

    另一个可供选择的检测项目是血小板。受伤流血时，血液中的血小板可迅速凝血成块，起到止血并促进伤口愈合的作用。在血液中循环时，血小板会将它们遇到的身体组织掉落的RNA碎片积聚起来，这其中也包括癌细胞的RNA片断。通过对这些RNA的基因测序，在还无法检测到CTC之前，就能尽早发现肿瘤细胞的存在。

    阿姆斯特丹自由大学医学中心的托马斯·伍丁格和他的同事最近利用血小板RNA检测方法区分癌症患者和健康人，准确率达到96%，确定肿瘤位置的准确率达到71%。

    另外可供检测的还有外来体，指的是含有DNA、RNA和蛋白质的微小分泌物团。去年，德克萨斯大学医学中心的研究人员通过在血液样本中寻找载有特殊蛋白质的外来体，从健康人群中筛选出了胰腺癌患者。

    在早期发现癌症的诊断中，ctDNA虽然不是唯一的选择项，但它仍然是一个强有力的竞争者。另外，研究人员解读DNA片断的技术也在提高和改进。例如，丹尼斯·罗的研究团队开发了一种甲基检测新技术，甲基是一种粘附在DNA上的“化学标签”，通常会改变基因表达。研究人员可以根据这一特点跟踪ctDNA。

    凯西·利姆的癌症能被及时发现，是因为她将一份血样给了罗，罗就是用这种新的技术方法检测到了异常DNA，并一直跟踪到凯西的免疫细胞。罗建议她尽早进行化疗治疗，“怀孕初期的患者通常都会选择中止妊娠、接受化疗，目前患者情况良好。”

    罗和他的同事最近还发现，来自肿瘤细胞DNA片断的长度明显异常，与正常细胞的DNA片断相比较，不是太短，就是太长。实验显示，光是这些太短或太长的DNA片断，就足以区别肝癌患者和健康人，甚至在癌症刚开始出现的早期。

    随着这类检测方法灵敏度的提高，将给癌症检测手段带来真正的变革。在沃格尔斯坦看来，即使不能完全可靠地在最早阶段检测到癌症，以血液检查为基础的“液态活检”方法，仍然是一个非常有价值的开端。

    相关链接

    当“癌”非癌时

    癌症发现越早，越容易治疗。但近年来，早期的癌症筛查法越来越不被看好，因为这种方法常会将健康人误诊为癌症潜在患者。这不仅会给人们带来许多不必要的精神压力，同时还会导至许多本身带有风险的不必要的治疗。

    例如PSA筛查法，是通过前列腺特异抗原水平　(PSA指标)　的升高来筛查前列腺癌的。但实际上也有例外，PSA水平高的人不一定患有前列腺癌，而PSA水平低的人有时反而会有前列腺癌。这是因为　PSA是由前列腺中所有细胞产生的，而不仅仅是癌细胞产生的。之所以前列腺癌患者的PSA水平通常会升高，是因为肿瘤的大量增殖会产生更多细胞，但普通的感染也会导至PSA水平升高。

    如今研究人员开发的通过查找癌细胞基因“签名”的血液检查法，则可避免这类问题。这是因为与癌症相关的基因突变是某种癌症所特有的，寻找循环肿瘤DNA的测试方法不可能误标记良性肿瘤，因为它们不会脱落这种类型的DNA。

    但这并不是说，利用DNA或肿瘤细胞产生的其他碎片的方法就完美无缺了。例如在血液里可检测到癌细胞的DNA，但由于初期阶段它们实在太小，即使是最先进的镜像技术也无法探查到它们的存在。另外，即使发现了癌细胞的存在，也有可能无法确定它的具体位置、无法确定是否会有生命威胁。

    专家建议，检测发现癌细胞后，可在半年后再复查一次，如果　DNA“签名”的数量增多，就意味着身体内存在有生长中的肿瘤。

    最初检测到癌细胞的存在，几乎都会让患者惊慌失措，从而导至许多不必要的治疗。“在我们的这个社会里，只要得知身体里可能有癌细胞的存在，是一件让人很难接受的事情。”约翰霍普金斯大学的伯特？沃格尔斯坦说。

    癌症的血液检测法被普遍接受之前，首先需要改变我们的一些观念。医生也会谨慎考虑如何利用这种测试方法。美国麻省总医院癌症中心主任丹尼尔？哈伯介绍说：“我们如今正在进入一个新的时代，可以通过血液检测了解以前无法获得的一些信息。我们将面临以前PSA检测同样的一些问题，如哪些人需要测试、积极的检测意味着什么、如何解读检测结果等。”

    ●在英国,　46%的癌症都是在晚期才被诊断出来。

    ●美国癌症研究院2014年的研究经费中,只有用12.8%于癌症的早期检测和诊断。

    ●在美国,只有的15%肺癌在发生转移前被发现。