科研进展:ctDNA甲基化标志物助力肝癌早筛

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DNA甲基化

DNA甲基化是一种将甲基添加到DNA分子中的过程,是DNA的修饰途径之一,大量研究表明,DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变,从而控制基因表达。另外DNA甲基化可以引起基因的失活,是发育调控的必要手段,与基因组印记、X染色体失活、转座因子抑制、细胞衰老和癌变等过程都有关系。

a.在细胞核内,DNA被紧密包裹在组蛋白八聚体中,形成染色质。表观遗传修饰可以发生在组蛋白尾或直接作用在DNA

b.甲基转移酶(DNMT)的催化下,DNA的CG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基

C.两种类型的甲基转移酶(DNMT):De novo DNMTs和maintenance DNMTs

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甲基化与肿瘤

① 肿瘤细胞的特征:

癌基因低甲基化——被激活
抑癌基因高甲基化——被沉默

② 肿瘤DNA甲基化改变的表现:

总体的甲基化水平降低
启动子区CpG岛的甲基化水平升高

*哺乳动物典型的DNA甲基化景观

*Tip:将高甲基化的CpG作为肿瘤的标记!

液体活检中ctDNA及其甲基化检测备受关注,但是其临床应用仍在研究阶段。最近中美合作的科研团队在《Nature Materials》在线发表了一项研究成果,使我们看到了ctDNA甲基化标志物的应用前景。这项成果的重点研究对象是原发性肝癌(HCC),在我国属于常见恶性肿瘤。

Workflow:一组1098名HCC患者和835例常规对照组的cfDNA样本,通过分析485,000个CpG标志物,筛选出差异性最显著的位点。构建了以下两种模型:1.诊断性预测模型,该模型具有较高的诊断特异性和敏感性(P < 0.001);2.预测预后和存活率的预后预测模型(P < 0.001)。

通过大量的统计学分析和计算,最后分别筛选出10个位点建立诊断模型、8个位点建立生存预后模型。

目前,基于血液的HCC筛查方法非常少,肝癌血清标志物AFP检测是唯一可用的方法,但是很多肝硬化肝癌病人的血清AFP水平处于正常水平,并且AFP检测本身也存在敏感度低的问题。利用该团队筛选所得的检测位点进行的一个临床队列研究(监测组:715 例HCC ctDNA与560例健康人群cfDNA;验证组:383例HCC ctDNA与275例健康人群cfDNA)表明ctDNA甲基化标记在HCC诊断、监测和预后方面的效用以及诊断敏感性和特异性都显著高于AFP,是更好的血液HCC筛查手段。

*监测组(左)诊断敏感性和特异性分别达到了85.7%和94.3%,验证组(右)诊断敏感性和特异性分别达到了83.3%和90.5%

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诊断模型

*cd-score=combined diagnosis score

上图显示,该诊断模型的评分与肝癌患者的TNM分期、体内有无肿瘤残留、对治疗的反应以及有无复发的关联都有统计学意义,并且该模型还能准确的区分肝癌患者、慢性肝炎(HBV/HCV)患者和脂肪肝患者,显示出该诊断在肝癌早期诊断中的巨大价值。

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生存预后模型

*cp-score=combined prognosis score

上图显示,对1049例生存资料完整的肝癌患者进行的生存预后模型评分发现,低风险组患者的预后显著优于高风险组患者,说明利用该模型可以准确预测肝癌患者的预后,基于此可以为患者制定更为个体化的治疗方案。

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结语

目前临床缺乏有效的癌症早期筛查手段,现有的检测存在敏感性低以及适用性受限等各种各样的问题,ctDNA甲基化检测模型很好的解决了这一问题。相比传统检测方法,它的准确性更高,适用范围更广,相比测序分析它的成本更低效益更高,适合常规检测应用。

同时ctDNA甲基化标志物在其他的常见实体肿瘤,如肺癌、结直肠癌、乳腺癌等的筛查、诊断、疗效监测及预后预测等过程中均有希望发挥作用,但仍需要更多随访时间更长的临床实验进行验证。

 参考资料

[1]. Day J J, Sweatt J D. DNA methylation and memory formation.[J]. Nature Neuroscience, 2010, 13(11):1319.

[2]. Rui-hua Xu,Wei Wei,Michal Krawczyk,et al. Circulating tumour DNA methylation markers for diagnosis and prognosis of hepatocellular carcinoma[J].Nature Materials,2017.

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