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Stephen Quake团队Nature子刊发文:基于5hmC的液体活检技术有望实现胰腺癌早期检测

近日,斯坦福大学Stephen Quake教授参与创立的液体活检公司Bluestar Genomics发表了一项新的研究成果,表明其基于5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)的液体活检分析可追踪与基因调控相关的表观遗传学修饰,有望实现胰腺导管腺癌(PDAC)的早期检测。据悉,Bluestar计划利用该技术在CLIA认证实验室中推出一种早期、泛癌种、基于DNA甲基化的LDT检测方法。

Stephen Quake教授

近年来,Quake教授一直关注研究新型液体活检标志物——cfDNA的5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)。其研究团队开发的5hmC检测工作流程可从癌症患的者血液样本中提取cfDNA,通过将生物素标签附着到碱基上来修饰胞嘧啶上的羟甲基。随后,利用链霉亲和素涂层磁珠(streptavidin-coated magnetic beads)扩增生物素化的DNA片段。该磁珠可以进行“下拉”分析,将具有5hmC的DNA分子与没有生物标记的DNA分子分离。通过对目标片段进行测序和生物信息学分析,最终获得表观遗传标记。研究发现,该检测方法可以识别cfDNA中5hmC积累的区域或峰值,并建立癌症检测的生物标志物,例如直接提供胰脏中癌症相关的基因变化。这项研究成果已在2018年发表。点击查看此前报道

事实上,在该成果发表之前的2017年,Quake教授就与人合作创立了液体活检公司Bluestar公司,并担任公司科学顾问,进行cfDNA中5hmC检测相关的开发研究工作。据介绍,自2018年首次发布概念验证研究以来,该5hmC液体活检方法目前已实现了全流程自动化,并显著改善了其中多个步骤的化学反应。此外,该公司还优化了其中的生物信息学部分,以开发一种算法,以将其纳入商业检测中。目前,该5hmC分析需要三天时间产生诊断结果。

文章发表在Nature Communications

近日,该公司团队在Nature Communications发表了一项最新研究,Quake教授及其同事从41例胰腺导管腺癌(PDAC)患者和38例非癌症对照个体中收集并分离了血浆样本。然后,研究团队利用上述5hmC液体活检方法对血液样本的cfDNA进行了5 hmC富集和测序。

对测序数据应用回归模型之后,研究团队在样本中发现了数千个羟甲基化基因,并且与健康对照相比,PDAC中5hmC峰有显著性差异。通过比较分析,研究确定了37个在划分PDAC患者和健康对照中“最有价值”的基因,发现仅利用这些基因的5hmC情况就能将PDAC与非癌个体区分开来。最终,研究团队利用这37个基因建立了一个基于cfDNA 5hmC检测的胰腺癌预测模型。

在训练集中,研究发现该预测模型的临床敏感性为98%,特异性为63%,曲线下面积(AUC)为0.92。随后,研究人员将该预测模型应用于两个验证队列,包括来自30名PDAC患者和215名对照组的样本。结果显示,5hmC检测在两个队列之间的AUC范围为0.92至0.94。表明cfDNA中检测到的羟甲基化改变可以反映已知的不同癌症的发展,如早期PDAC。

目前,研究团队已经对更多胰腺癌患者进行了5hmC检测,并计划于明年初发表相关研究成果。结果显示该方法的特异性为98%,灵敏度为75%。研究团队表示:“事实上,我们可以通过了解这些基因变化,发现可用于识别胰腺癌cfDNA的特异性生物标志物,从而在无症状个体中进行疾病检测。这是我们实现该检测方法商业化的目的。”

此外,在非蛋白编码区域的数千种基因改变中使用该检测方法进行分析,也可能发现重要的生物标记物。羟甲基变化不仅可以用于追踪基因,还能追踪包括基因调控和转录的组合生物学特征。

此外,该团队还开始探索将5hmC检测技术应用于其他癌症的诊断。在1月份发表在Medrxiv预印本的文章中(尚未经过同行评审),研究评估了是否可以使用5hmC分析来检测乳腺癌、肺癌、胰腺癌和前列腺癌的生物标记物。据报道,通过对48名乳腺癌患者、55名肺癌患者、32名前列腺癌患者、53名PDAC癌症患者和180名非癌症患者进行分析,研究发现基于甲基化的检测对不同癌症的AUC分别为0.89、0.84、0.95和0.83。

文章发表在Medrxiv

Bluestar最终的目标是开发一种针对未知肿瘤分期的泛癌诊断分析方法,完成不同癌症类型的个体检测,并作为一种筛查工具。除了PDAC之外,Bluestar公司目前还在确定该方法可用于哪些癌症类型,并正在与美国FDA进行讨论,以确定申请510(k)许可所需的验证数据。

虽然已有多个公司和研究机构都在开发或提供基于甲基化的液体活检检测方法,以在早期阶段检测多种癌症。研究团队认为,Bluestar的DNA甲基化分析方法与竞争对手有明显的区分,因为它可以检测癌症生物学和基因组中的动态脱甲基化区域,并相信基于5hmC的方法可以为不同的癌症亚型建立非常具体的生物标记。此外,与其他基于全基因组测序分析的方法相比,该方法更便宜。

参考资料:
1.Bluestar Genomics Eyes Pan-Cancer Early Detection With Epigenetic Assay Technology
https://www.genomeweb.com/cancer/bluestar-genomics-eyes-pan-cancer-early-detection-epigenetic-assay-technology#.X6KgxDOBr2d
2.Guler, G.D., Ning, Y., Ku, C. et al. Detection of early stage pancreatic cancer using 5-hydroxymethylcytosine signatures in circulating cell free DNA. Nat Commun 11, 5270 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-18965-w
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本文由 测序中国 作者:陈初夏 发表,转载请注明来源!

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