利用DNA甲基化检测实现胃癌早期无创诊断

北京大学生物医学前沿创新中心（BIOpIC）、北京未来基因诊断高精尖创新中心（ICG）汤富酬/文路团队与北京大学第三医院普外科付卫团队合作，利用团队之前开发的甲基化CpG短串联扩增与测序技术（MCTA-Seq），通过对患者血浆游离DNA中异常高甲基化CpG岛进行基因组规模的高灵敏度测序分析，实现胃癌早期无创诊断，及胃癌、结直肠癌和肝癌无创早期鉴别诊断。研究成果于11月15日以题为Genome-scale methylation analysis of circulating cell-free DNA in gastric cancer patients发表在Clinical Chemistry杂志。

胃癌是一种常见的消化道恶性肿瘤，发病率和死亡率高，早期筛查可显著减少胃癌的发病率和死亡率。近年来，“液态活检”技术迅速发展，血浆循环游离DNA（cfDNA） 作为一种极具前景的人类疾病无创检测手段开始逐渐应用于临床。在之前的研究中，课题组基于人类基因组中CpG短串联序列的分布特征，研发出一种能够以基因组规模高灵敏地分析cfDNA异常高甲基化CpG岛的新技术MCTA-Seq，并将该技术用于肝细胞癌无创诊断（2015，Cell Research），合作团队又将该技术应用于结直肠癌早期无创诊断（2019，Clinical Chemistry）。在本项研究中，研究团队将该技术进一步应用于胃癌早期无创诊断。

图1. MCTA-Seq检测胃癌的灵敏度与特异度

图2. 153个甲基化标记物检测胃癌热图

本项研究共对89例胃癌患者血浆样本、82例对照血浆和56份胃癌与癌旁组织进行了MCTA-Seq高通量测序分析，运用单碱基分辨率全甲基化分子算法，鉴定了包括DOCK10，CABIN1 和KCNQ5 在内的胃癌DNA甲基化血浆标志物。联合153 个甲基化标志物，MCTA-seq在外周血中检测胃癌的灵敏度分别为I期44%（10/23）、II期59%（10/17）、III /IV期78%（38/49），特异性为92%（75/82）（图1,2）。研究还发现，高甲基化（CpG island methylator phenotype, CIMp）胃癌和相对低甲基化（NON-CIMp）型胃癌在血液cfDNA中都能被有效的检测到（图3）。

图3. CIMp与NON-CIMp胃癌均能被有效无创检测

此外，本研究将胃癌数据与课题组之前发表的结直肠癌、肝癌数据进行综合分析，鉴定出了200 个结直肠癌和胃癌之间差异性CGCGCGG-CpG标志物，128 个结直肠癌和肝癌之间差异性甲基化CGCGCGG-CpG 标志物，213个胃癌和肝癌之间差异性甲基化CGCGCGG-CpG 标志物（图4）。根据这些标志物，本研究建立了鉴别三个癌种的分类器。以高特异性（100%，82/82）检测模式，该分类器区分期胃癌、结直肠癌、肝癌的灵敏度为56% (49/87)、 78% (109/140) 和 85% (22/26)，准确度分别为94%（46/49）、80%（87/109）和68%（15/22）（图5）。

图4. 甲基化标记物区分胃癌、结直肠癌与肝癌

图5.MCTA-Seq在血液中区分胃癌、结直肠癌与肝癌

本项研究为胃癌和其他消化道癌症的血液无创检测及分型提供了基础，进一步证实MCTA-Seq用于无创肿瘤早筛的广阔前景。

北京大学生物医学前沿创新中心、北京未来基因诊断高精尖创新中心任杰博士、博士研究生陆平、廖雨涵，北京大学第三医院普外科周鑫博士为该论文的并列第一作者。北京大学生命科学学院、生物医学前沿创新中心、北京未来基因诊断高精尖创新中心汤富酬教授，文路副研究员与北京大学第三医院普外科付卫教授为该论文的共同通讯作者。该研究项目得到了国家自然科学基金和北京未来基因诊断高精尖创新中心的支持。

论文链接：

https://academic.oup.com/clinchem/advance-article/doi/10.1093/clinchem/hvab204/6428080?login="true