循环游离核酸的主要特点和临床应用

2021-07-01 11:20:07 admin



组织基因分型是公认的癌症诊断金标准, 然而,这是一种对机体具有高侵袭性的方法,不适用于只有少量肿瘤组织、不适宜手术癌症患者的临床诊断或治疗方案的随访。


液体活检是一种基于对体液中生物标志物进行检测的新型检测方法。美国国家癌症研究所 (National Cancer Institute,NCI)将其定义为“在血液、其他体液或组织中发现的一种生物分子,它是正常或异常身体状态或疾病的标志”。


一个有用的生物标志物必须是稳定的(便于取存)且易于检测。理论上,所有体液都是液体活检生物标志物的合适来源。最常用的是血液,但尿液、脑脊液、唾液、牛奶、精浆、眼泪等也可以使用。液体活检的应用比组织活检有几个优点:取样程序更容易、更便宜、可重复性好。


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游离核酸包括多种类型的DNA和RNA分子,这些分子通常都是细胞凋亡、坏死或者活性分泌时形成片段释放到血液当中。游离核酸在体液当中稳定存在,通常可以用PCR和测序的方法进行检测。越来越多的证据表明,游离核酸是癌症、心血管、神经疾病和糖尿病诊断、治疗评估和预后领域潜力巨大的生物标志物。


01

cfDNA(游离DNA)

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在体液中,cfDNA以三种不同的形式存在:游离、附着蛋白或胞外囊泡,主要来源于细胞核内和线粒体,还有部分是细菌来源的DNA。


cfDNA在临床无创诊断中具有很高的应用价值。


在产前基因检测(non-invasive prenatal testing,NIPT)检测常染色体和性染色体的染色体三体中,cfDNA被广泛应用。


肿瘤患者体内由于大量的cfDNA来源于肿瘤细胞,因此检测cfDNA的来源有助于对疾病发展的判断。正常细胞和肿瘤细胞DNA的断裂方式不一样,检测cfDNA断裂属性可以反映体内肿瘤细胞状态。


cfDNA甲基化分析也被证明是一种非常准确的方法来诊断癌症。肿瘤相关cfDNA序列分析也可用于突变鉴定,例如TP53、KRAS、BRAF、HER2等。


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cfRNA(游离RNA)

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肿瘤患者外周循环中检测到的RNA大多数都是游离非编码RNA(cell-free non-coding RNAs,cf-ncRNAs),它们通常与蛋白质结合或被保护在分泌囊泡中,免受RNA酶的降解,具有相对较高的稳定性。


一些研究表明,疾病患者和健康个体之间cf-ncRNAs的表达不同,提示具有诊断价值。其他报道发现cfRNA也参与细胞间的通讯,并有充当激素作用,可能影响肿瘤微环境,有助于肿瘤的生长和侵袭。

游离核酸由于片段小、浓度低,对其进行检测和定量仍然具有挑战性,限制了它们在医学中的应用。

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随着技术的进步,基于cfDNA的突变分析方法集中于两种主要方法:


(1)基于PCR的方法,针对DNA中的特定突变,这需要前期对DNA突变进行探索性研究和临床验证;


(2)外显子/基因组测序(WES,WGS),可检测DNA中所有突变。


目前也存在多种检测cf-ncRNAs的方法。RNA-Seq利用二代测序(NGS)对cfRNA进行高通量分析,既适用于检测RNA的表达,又适用于发现新的RNA,是最敏感的miRNA、incRNA和circRNA鉴定和定量技术。但是这项技术耗时长、分析成本高,并且需要专业知识解读。微阵列核酸检测和分析也可以用于cfRNA的检测,可以对miRNAs和incRNAs进行快速、高通量的检测和定量。


目前,cfDNA和cfRNA在癌症筛查诊断、疗效评估、复发转移监测、耐药性检测方面都有相应的应用。但只有少数基于游离核酸的液体活检检测被批准用于临床。 其原因如下:


(一)RNA释放到外周循环中的具体机制的尚未清楚;


(二)检测肿瘤来源的低浓度的DNA信息容易被来自正常细胞超过自身1000倍浓度的DNA所掩盖;


(三)研究理论和肿瘤临床之间的差距。



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