利用DNA甲基化檢測實現結直腸癌早期無創診斷

　　北京大學生命科學學院生物醫學前沿創新中心（BIOPIC）、北京未來基因診斷高精尖創新中心與北京大學第三醫院普外科合作，利用團隊之前開發的甲基化CpG短串聯擴增與測序技術（MCTA-Seq），通過對患者血漿游離DNA中異常高甲基化CpG島進行基因組規模的高靈敏度測序分析，實現結直腸癌早期無創診斷。研究成果以“Detection of Colorectal Cancer in Circulating Cell-Free DNA by Methylated CpG Tandem Amplification and Sequencing”為題在線發表于4月22日的《臨床化學》（Clinical Chemistry）。

　　結直腸癌是一種常見的消化道惡性腫瘤，死亡率高，發病率逐年上升，而早期篩查可顯著減少結直腸癌的發病率和死亡率。在之前的研究中，課題組基于人類基因組中CpG短串聯序列的分布特征，研發出一種能夠以基因組規模且高靈敏地分析血漿游離DNA異常高甲基化CpG島的新技術MCTA-Seq并將該技術用于肝細胞癌無創診斷，論文發表于2015年11月《細胞研究》（Cell Research）上。在本項研究中，合作團隊將該技術進一步應用于結直腸癌早期無創診斷。

　　本項研究共對147份結直腸癌患者血漿樣本、136份對照血漿和66份結直腸癌與癌旁組織進行了MCTA-Seq高通量測序分析。研究者運用新開發的單堿基分辨率全甲基化分子（FMM）算法，篩選到大量結直腸癌的DNA甲基化血漿標記物。這些標記物涵蓋了大部分用于結直腸癌血液檢測的已報道DNA甲基化標記物，如SEPT9、IKZF1、BCAT1、VIM、C9orf50和ITGA4等，證實MCTA-Seq用于甲基化標記物篩選的高效性。更重要的是，大量新穎的甲基化標記物被發現，包括EMBP1、KCNQ5、CHST11、APBB1IP、POU3F1和TJP2等。研究者建立了一個由80個標記物組成的結直腸癌診斷分類器，檢測下限低至0.01~0.02%，診斷早期結直腸癌的靈敏度為74%，特異度為90%（圖1,2）。進一步，研究者結合肝細胞癌數據建立了一個由128個標記物組成的結直腸癌/肝細胞癌鑒別診斷分類器，能以70%準確度區分早期結直腸癌與肝細胞癌患者（圖3）。本項研究開發了新算法，以較大規模涵蓋早期結直腸癌病例的樣本組，進一步證實MCTA-Seq用于無創腫瘤早篩的廣闊應用前景。

圖1. MCTA-Seq檢測結直腸癌的靈敏度與特異度

圖2. 80個甲基化標記物檢測結直腸癌熱圖

圖3. 128個甲基化標記物區分結直腸癌與肝細胞癌

　　北京大學生命科學學院生物醫學前沿創新中心、北京未來基因診斷高精尖創新中心博士生李靜宜、劉曉萌、任杰，北京大學第三醫院普外科周鑫博士為該論文的并列第一作者。北京大學生命科學學院生物醫學前沿創新中心、北京未來基因診斷高精尖創新中心文路副研究員與北京大學第三醫院普外科付衛教授為該論文的共同通訊作者。該研究項目得到了國家自然科學基金面上項目、北京未來基因診斷高精尖創新中心、中國科協青年托舉人才項目的基金支持。