液体活检，“一管血”测肿瘤

鲍莉

游离DNA，带来了便利

人体内的血液循环系统就像是城市的道路系统，贯通全身、无所不达，因而流经全身的血液中携带着来自身体各处的信息。

1997年，香港中文大学的卢煜明（Dennis YM Lo）教授发现在孕妇怀孕期间有一部分胎儿的DNA从胎盘进入母体血液中，通过对孕妇血液中游离的DNA进行测序及定量分析，可以诊断出胎儿是否患有唐氏综合征。自此开启了无创产前检测（NIPT）诊断胎儿遗传病的新时代。目前，NIPT在全国已累计检测了上千万名孕妇。这一技术可以避免疼痛、紧张和流产的风险，为减少胎儿遗传病的发生做出了重要贡献。

类似于NIPT，在今年暴发的新型冠状病毒肺炎疫情中，疑似患者确诊所用的技术，也是通过检测痰液或血液中病毒的RNA，来判断疑似患者是否被病毒感染。

通过血液中DNA等遗传物质诊断疾病的原理，还有其他的妙用吗？多年来，医生通常采用x线、胃肠镜、CT机或核磁共振等方法进行癌症诊断。然而，昂贵的仪器、繁琐的操作和影像科医生数量有限，限制了这些技术在肿瘤筛查中的应用。为做影像学检查，患者常常需要等候很长时间;胃肠镜检查又令人痛苦不堪。因此，科学家一直在试图寻找无创无痛，对患者更方便，对医生更快捷，并可准确判断被检者是否患有癌症的检查方法。

早在1989年，科学家就发现血液中有部分游离的DNA片段来源于肿瘤细胞。利用血液、尿液、唾液等体液中的DNA、RNA或者蛋白质等遗传物质来诊断癌症，便是最近流行的一项新技术，叫做“肿瘤液体活检”。利用这项新技术，医生也许有一天能在你出现任何症状之前，只用你的“一管血”就能确诊或排除癌症。

多层次、更广泛的应用

除了利用血液中肿瘤DNA来发现和诊断早期癌症，这项技术还可用于癌症患者从确诊到治疗后复查的整个过程。

1.帮助医生制定治疗方案

癌症的新一代治疗方法（靶向治疗和免疫治疗）针对患者发生的特定基因变异发挥作用。液体活检通过检测血液里的基因变异，可以告诉医生使用哪种治疗药物。例如在国内，大概有50%的肺腺癌患者具有表皮生长因子受体（EGFR）突变，这类患者中如果服用EGFR抑制剂类药物（如易瑞沙、特罗凯），会有超过70%获得部分或完全缓解，疗效远高于化疗药物。而如果没有EGFR变异，则EGFR抑制剂类药物对该患者基本无效。

此外，液体活检通过检测血液中的DNA、RNA等遗传物质，可以获得癌组织的基因图谱等重要信息。通过计算和分析，临床医生能够评估并区分具有更大侵袭性或较小侵袭性的肿瘤患者，建立患者预后的预测指标，从而进一步指导治疗方案的设计。

2.监测肿瘤是否复发或转移

液体活检另一个重要的临床应用是在治疗之后尽早发现患者复发或转移。治疗后医生通常通过放射成像监测患者是否有疾病残留或者复发的迹象。这些方法成本高昂，通常需要造影剂（使患者暴露在辐射剂量下），因此无法用于频繁监测。更关键的是，这些成像技术对检测复发和微小转移病灶的灵敏度有限。

而利用液体活检技术监测患者血液中的肿瘤DNA水平则可以不受上述条件的限制。通常治疗结束后，由于肿瘤组织消亡或被切除，血液中的肿瘤DNA消失。然而科学家发现，在癌症复发或转移前若干个月，血液中的肿瘤DNA会再次出现。相比CT等影像学方法，液体活检具有更高的灵敏度，可早于影像学方法2个～15个月发现肿瘤复发或转移。

尽早发现癌症复发或转移，为将病灶消灭在萌芽阶段争取了时间，可提醒患者和医生尽早进行治疗。

3.实时监控治疗的效果

在治疗过程中，通过实时监控患者血液中的肿瘤DNA水平，可以判断目前所用的治疗方案是否有效。有效的治疗一般会促使患者血液中的肿瘤DNA水平下降;而如果患者血液中的肿瘤DNA水平不变甚至上升，则提示医生，目前的治疗方法可能需要调整。

4.判断患者发生耐药的原因

对于大多数接受靶向药物治疗的患者来说，常常在治疗一段时间后开始出现耐药，病情再次发生进展。研究表明，通过检测血液中与肿瘤相关的基因变异，可提前10个月发现对放射治疗产生耐药性的癌细胞群。对特定靶向治疗药物产生耐药的患者，医生可以通过液體活检来检测导致癌细胞耐药的基因变异。

初期对液体活检的研究主要集中在肺癌、乳腺癌和前列腺癌上，不过未来这项技术有望应用于所有类型的癌症。目前，其临床应用已经广泛涉及肺癌、肝癌、胃癌、结直肠癌、乳腺癌、食管癌等的靶向治疗和免疫治疗的用药指导、疗效评估。特别是在非小细胞肺癌、结直肠癌等癌种检测中表现尤为突出。但在预后评估、复发监测、疗效预测和耐药性变异检测方面尚未普及;在癌症早期诊断方面，技术尚未完全成熟，还有一定局限性。

液体活检在其他疾病中的临床应用也在不断拓展。

例如，基因微缺失可能导致胎儿的一些先天性疾病，如猫叫综合征;单碱基突变可造成单基因疾病如囊性纤维化、地中海贫血等。其他有前途的临床应用包括胎儿性别鉴定、亲子鉴定、移植器官排异监测、1型糖尿病检测，以及微生物感染的诊断和监测（如新型冠状病毒的血液核酸检测）等。

在癌症诊断中的优势

相对于传统的肿瘤诊断方法，液体活检有如下优势：

1.提供基因变异的全景地图

肿瘤的新一代治疗方案，包括个性化靶向治疗或免疫治疗往往需要获取肿瘤的基因图谱，而基因图谱一般是在外科或常规活检标本中获得的。一个将针头插入肿瘤提取的样本，并不能反映出患者肿瘤病灶的所有区域的基因变异。基于常规活检来决定治疗过程，很可能会低估肿瘤基因组的复杂性，导致制定错误的治疗方案。

这方面，液体活检更有优势。血液系统就像吸尘器一样，把所有病灶区域的DNA片段聚集在一起。因而液体活检的优势在于，肿瘤的各个部分和所有转移灶释放的遗传信息都有可能被采样。在大多数情况下，血液中肿瘤DNA的分析可全面检测所有癌症转移灶中的变异，从而可提供一份更完整的全身癌灶的分子图谱，以及系统跟踪基因组进化。

2.无创

一些肿瘤患者不适合进行常规组织活检，例如血液肿瘤患者、接受抗血管生成治疗的患者等。而且活检操作本身可能会增加癌细胞“播散”到其他部位的风险。对于年迈体弱的病人，常规组织活检也有很高的风险，比如在活检过程中可能误伤器官或大血管。此外，相对于PET-CT等影像学方法，液体活检可避免患者暴露于辐射。

5.方便

只需要5毫升血液，且操作比组织活检更快。由于风险极小且成本很低，连续多次检查完全不成问题。

4.灵敏度高

液体活检的最大优势在于，利用检测血液中的游离DNA，较早地发现健康人可能在身体某个部位发生的癌变，或者发现肿瘤患者目前的治疗方案已经失效，或者发现其肿瘤已经复发。

肿瘤液体活检的局限性

说了这么多优点，该说说液体活检的缺点了。它的主要问题之一是缺乏技术标准化，不同平台的检测结果往往存在差异。这种缺乏一致性的现象，出现在从取材到量化的每一步。

首先，体液中的CTC、ctDNA和ctRNA数量不足，尤其是对于肿瘤较小或分期较早的患者，液体活检不一定能捕捉到肿瘤来源的信号，这可能是假阴性结论的主要原因。

其次，液体活检在不同癌种中的表现也不尽相同，例如与结肠癌等肿瘤相比，胶质母细胞瘤释放出的ctDNA更少。液体活检的成功率主要依赖于肿瘤类型、大小和分期。

再次，体液中绝大部分物质（包括DNA、RNA和囊泡等）并非癌源性，而是来源于以血细胞为主的正常体细胞，并对体液中的肿瘤信号形成一定干扰。这容易导致液体活检假阳性。

最后，实验室技术不成熟，导致检测结果容易出现误差。

“如何降噪”是捕获血液中微弱癌症信号的挑战之一。现有技术在检测晚期癌症方面较为成熟，如何达到癌症早筛所需的高灵敏度和高特异性要求，也是液体活检所要攻克的主要难题。

肿瘤液体活检在临床上的广泛应用有三个主要的局限性：检测成本高，高质量样本难以获取，以及进行数据分析的专业生物信息学家缺乏。此外，数据的管理和解读也带来了不小的挑战。

在技術和成本问题未彻底解决之前，组织活检和病理学诊断仍是肿瘤筛查的“金标准”。

最有价值的液体活检，除了可以在没有症状的人体内发现癌症迹象，还能够准确定位肿瘤在体内的位置，以及提示应该如何进行治疗。一些研究人员正在使用人工智能提高液体活检的准确性，结合大数据分析以识别和明确某个基因变异是否真的在特定癌症患者中起作用。

肿瘤发生转移之前如果被发现并进行手术切除，癌症的死亡率有望降低至10%以下。这依赖于先进的诊断技术。我们期待，液体活检未来在这方面大有作为。