尿液液体活检技术助力泌尿系统肿瘤精准医学

泌尿系统肿瘤在国内的发病率和死亡率逐渐增加，最常见的主要是尿路上皮肿瘤、肾细胞癌、前列腺癌。液体活检技术是一种能够即时获得肿瘤细胞信息的非侵入性诊断方法，在肿瘤的筛查和早期诊断中有明显优势。

与其他系统肿瘤相比，因为肾小球分泌的尿液冲洗了整个泌尿道，所以泌尿系统肿瘤很有可能在尿液中找到蛛丝马迹。尿液中主要包含尿沉渣中的脱落细胞和上清中的游离DNA（cfDNA）。近期，美国食品药品监督管理局（FDA）授予基准医疗基于尿液DNA甲基化检测的膀胱癌早检产品UriFind“突破性医疗器械”认定。这是目前中国首个获得此项认定的膀胱癌液体活检产品。这不仅意味着该产品在膀胱癌早检中的技术领先性得到了国际权威机构认可，也印证了液体活检在泌尿系统肿瘤早检的临床意义和社会价值。

北京基因组所（国家生物信息中心）慈维敏研究组建立了标准化的尿液样本采集处理和全基因组建库和分析流程，基于尿液游离DNA（cfDNA）和脱落细胞的拷贝数变异、DNA甲基化、cfDNA片段化分布等多组学特征，优化了机器学习算法，开发构建了三套泌尿系统肿瘤诊断和溯源的液体活检策略（UCdetector,GUseek,GUIDER），三套方案均基于尿液，但各有侧重。

基于尿液cfDNA多组学特征的液体活检策略Ucdetector

在组学标记物筛选上，结合研究组前期成果和公共数据，发现中西方人群高频突变基因（SNPs）图谱差异巨大，不适合采用全基因组策略筛选适合中国患者人群的SNPs诊断标记物。而基因组不稳定性是肿瘤的核心特征之一。研究组前期研究发现，拷贝数变异（CNA）图谱在不同患者人群中都更稳定。

因此，研究组采用尿液cfDNA为检测物，CNA变异图谱为检测指标，进行泌尿系统肿瘤诊断和溯源。通过收集例非癌患者（包括健康人群和非肿瘤泌尿系统疾病）以及例泌尿系统肿瘤患者的cfDNA样本，建立了标准化的样本采集处理和全基因组建库和分析流程，采用CNA作为分类指标，优化了特征选择及机器学习的算法，构建出尿路上皮癌的诊断和动态监测的分类器UCdetector（ClinicalChemistry）。

UCdetector目前只采用平均1-5X数据，同时，不需要进行原发肿瘤组织的检测，诊断敏感度和特异度分别为86.5%和94.7%。但泌尿肿瘤之间的溯源效果有待提高（总体准确率70%左右），需整合有分类效能的表观遗传变异标记物提高溯源效能。

集成机器学习算法GUIDER

近年来，有研究显示血浆cfDNA的片段化分布是反映细胞核小体定位的表观遗传信息，具备肿瘤诊断和溯源效能。基于以上cfDNA的队列数据，研究人员发现肿瘤患者尿液cfDNA呈现独特的片段化分布特点：相对于健康人群来说，肿瘤患者长片段cfDNA更高（-bp），而短片段cfDNA更少（-bp）。整合CNA和片段化信息，研究人员开发了基于5个基础算法的集成机器学习算法GUIDER，其诊断和溯源的整体准确率达到了90%。GUIDER的效能医院收集的独立验证集上得到验证（ClinicalChemistry）。

基于尿液脱落细胞多组学特征的液体活检策略GUseek

利用88例健康人群以及例泌尿系统肿瘤患者的尿液脱落细胞样本，进行了全基因组DNA甲基化建库，采用了DNA甲基化“条形码”（MHB:连锁的DNA甲基化区域）和CNA作为分类指标，优化了特征选择及机器学习的算法，构建出泌尿系统肿瘤诊断和溯源的标记物组合GUseek（EuropeanUrology）。

从混杂数据中提取肿瘤特异的信息一直是液体活检领域的一大难点。研究人员采用低层数WGBS数据，不仅可以得到CNA信息，提高了检测特异度，而且以DNA甲基化连锁区域为检测指标，提高了微量ctDNA的检测灵敏度。

GUseek采用平均5X数据，在尿路上皮癌诊断准确率达到95%左右，泌尿系统肿瘤溯源的总体准确率也达到了90%。

杂志主编JamesCatto教授高度评价了该项研究成果，认为整合机器学习和多组学有助于帮助临床专家对患者进行风险分层、诊断及治疗。

以上研究也为国内外同行提供了宝贵的数据资源。建立迄今为止基于中国人群泌尿系统肿瘤尿液游离DNA和脱落细胞的最大规模组学数据，为进一步探索新的标记物与新算法提供了数据基础。同时，在液体活检技术方面申请了两项专利，已经完成无形资产所有权价值估值，正在推进技术转化工作，将有助于针对高危人群进行分子筛查，降低患者分期，减少患者和社会经济负担。

基于尿液多组学特征的泌尿系统肿瘤诊断和溯源策略

慈维敏团队长期致力于建立针对微量和高难度临床样本的高效表观测序和分析技术，聚焦在泌尿系统肿瘤的多组学研究，探索基因组/表观基因组驱动肿瘤细胞演化的图谱和规律，解析驱动肿瘤异质性和演化的核心驱动变异，为泌尿系统肿瘤的精准诊疗提供理论基础。近5年来，主持多项国家自然科学基金重大项目、面上项目等，并获得了年度自然科学基金优秀青年项目支持以及年度王宽诚率先人才计划“卢嘉锡国际团队项目”——表观遗传学前沿研究团队。以通讯作者或第一作者身份在Cell、CancerCell、CellResearch、CancerDiscovery、EuropeanUrology等国际著名学术杂志发表文章数篇。已授权或申请中国发明专利4项。近两年慈维敏团队采用尿液液体活检技术进行泌尿系统肿瘤诊断和溯源，也取得了多项原创性发现并促进了临床转化研究。预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇