一文讀懂循環(huán)DNA

什么是cfDNA？

液體活檢在臨床上的發(fā)展使這些過程在以微創(chuàng)的方式尋找疾病生物標(biāo)志物方面變得非常寶貴。雖然可以從體液中分離出各種各樣的生物分子，但當(dāng)涉及到檢測血液中的臨床相關(guān)生物標(biāo)志物時，自由漂浮的核酸特別有用。在本文中，我們將定義什么是循環(huán)游離DNA，以及如何在臨床上分析這些生物標(biāo)志物。

什么是cfDNA？

循環(huán)游離DNA（cfDNA）是由細(xì)胞釋放到血液中的降解的DNA分子。這些片段的長度在50到300個堿基對之間，通常在健康人的血液中以低濃度存在。然而，隨著癌癥和其他健康狀況的發(fā)展，血液中cfDNA的水平普遍升高。為診斷和篩查目的從人類血液中分離出的各種類型的cfDNA包括循環(huán)腫瘤DNA、線粒體DNA和胎兒DNA。

大部分的cfDNA研究是建立在源于癌細(xì)胞的DNA上的。循環(huán)腫瘤DNA（ctDNA）是用于檢測或監(jiān)測癌癥隨時間發(fā)展的核生物標(biāo)志物。這些癌癥生物標(biāo)志物是由腫瘤或循環(huán)中的癌細(xì)胞在發(fā)生凋亡或壞死時釋放的。隨著腫瘤的生長和成熟，循環(huán)中碎片化的ctDNA的濃度增加。

無細(xì)胞線粒體DNA（cf mtDNA）是另一種類型的cfDNA，由受損或受壓細(xì)胞釋放。這些來自壓力的碎片在整個身體的循環(huán)可以激活我們免疫系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)。雖然cf mtDNA沒有像ctDNA那樣容易被研究，但據(jù)了解，與健康人相比，癌癥患者血液中的循環(huán)mtDNA有可測量的差異。這一發(fā)現(xiàn)顯示了cf mtDNA對于精確液體活檢的潛在價值。

無細(xì)胞胎兒DNA（cffDNA）是懷孕期間可在母體血液中發(fā)現(xiàn)的胎兒DNA的循環(huán)片段。cffDNA片段最早可在妊娠7周后檢測到，它因胎盤細(xì)胞死亡而被釋放到母體血液循環(huán)中。cffDNA片段占母體血液中cfDNA的13%，這使臨床醫(yī)生有能力以非侵入性的方式進(jìn)行產(chǎn)前遺傳病篩查。

為什么cfDNA很重要？

液體活檢在腫瘤學(xué)和產(chǎn)前醫(yī)學(xué)方面的進(jìn)展表明，cfDNA作為21世紀(jì)的一個有價值的目標(biāo)非常重要。當(dāng)涉及到癌癥時，具有腫瘤特異性變化的cfDNA的發(fā)現(xiàn)為研究人員和臨床醫(yī)生打開了大門，可以無創(chuàng)地篩查癌癥患者的血液中的ctDNA。

液體活檢為手術(shù)活檢提供了一個有吸引力的替代方案，因為腫瘤來源的cfDNA可以在一段時間內(nèi)反復(fù)收集，這使臨床醫(yī)生能夠監(jiān)測病人的癌癥進(jìn)展情況。這一發(fā)現(xiàn)的意義在今天繼續(xù)影響著診斷或預(yù)后期間的臨床觀察的解決[1]。

雖然癌癥研究負(fù)責(zé)推動了cfDNA研究的技術(shù)進(jìn)步，但cffDNA的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步確立了cfDNA作為基本診斷標(biāo)志物的重要性。隨著下一代測序技術(shù)的發(fā)展，cffDNA檢測技術(shù)提高了我們對胎兒DNA遺傳異常的篩查能力[2]。

什么是cfDNA檢測？

cfDNA的檢測包括收集和處理來自患者體液的循環(huán)DNA。由于cfDNA通常來自于死亡或受損的細(xì)胞，因此對cfDNA測試方法進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到其感興趣的目標(biāo)，同時盡量減少cfDNA污染的影響是非常重要的。

為了從樣本中純化cfDNA，可以通過靜脈穿刺手動采集血液，或者使用為高通量應(yīng)用設(shè)計的自動采樣系統(tǒng)[3]。序列特異性檢測方法，如定量PCR，是研究人員對感興趣的單一序列的cfDNA進(jìn)行量化的方法之一。如果需要更深入的分析來檢測一部分cfDNA中的突變，可以使用下一代測序技術(shù)來檢測DNA序列的這種變化。

細(xì)胞DNA的應(yīng)用

無創(chuàng)產(chǎn)前檢測（NIPT）是一種相對較新的cfDNA檢測類型，對有興趣進(jìn)行產(chǎn)前篩查和診斷的準(zhǔn)媽媽來說沒有風(fēng)險。NIPT是一種血液測試，旨在分析來自母體血液的胎兒DNA是否存在染色體異常，如唐氏綜合癥或18-三體綜合癥。

NIPT也可以用來篩查發(fā)育中的胎兒的性別。盡管NIPT通常以概率的形式報告染色體異常的可能性，但與羊膜穿刺術(shù)相比，它是一種篩查遺傳病的便捷方法。

除了這些在產(chǎn)前護(hù)理中的應(yīng)用，腫瘤學(xué)家還可以利用cfDNA來指導(dǎo)治療或監(jiān)測相對早期發(fā)現(xiàn)的腫瘤項目。例如，病人血液中的cfDNA濃度可以隨著時間的推移進(jìn)行測量，以評估腫瘤的生長或消退對針對腫瘤的靶向治療的反應(yīng)。這種方法也同樣適用于中風(fēng)、敗血癥或心肌梗塞的患者[4]。

cfDNA檢測的另一個有用的應(yīng)用是對實體器官移植的監(jiān)測。來自捐贈者器官的cfDNA水平可以在移植病人的血液中測量，以監(jiān)測器官排斥或接受的可能性。

參考文獻(xiàn)

[1] Dasari A, Morris VK, Allegra CJ, et al. ctDNA applications and integration in colorectal cancer: an NCI Colon and Rectal-Anal Task Forces whitepaper. Nat Rev Clin Oncol. 2020;17（12）:757-770. doi: 10.1038/s41571-020-0392-0

[2] P?s O, Budi? J, Szemes T. Recent trends in prenatal genetic screening and testing. F1000Res. 2019;8. doi: 10.12688/f1000research.16837.1

[3] Barták BK, Kalmár A, Galamb O, et al. Blood collection and cell-free DNA isolation methods influence the sensitivity of liquid biopsy analysis for colorectal cancer detection. Pathol Oncol Res. 2019;25（3）:915-923. doi: 10.1007/s12253-018-0382-z

[4] Ranucci R. Cell-Free DNA: Applications in different diseases. Methods Mol Biol. 2019;1909:3-12. doi: 10.1007/978-1-4939-8973-7_1

文章來源于診斷科學(xué)，作者認(rèn)真的劉博