癌細(xì)胞在破裂和死亡時(shí)，會(huì)釋放出循環(huán)腫瘤DNA（ctDNA）等內(nèi)容物，這種ctDNA是飄浮在血液中的基因組片段。細(xì)胞殘骸一般由清道夫細(xì)胞（如巨噬細(xì)胞）清除，然而腫瘤很大細(xì)胞增殖又很快，導(dǎo)致清道夫細(xì)胞應(yīng)付不過(guò)來(lái)。
對(duì)血液中的腫瘤DNA進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)序，可以幫助人們通過(guò)取血得到更全面的癌癥信息，告訴醫(yī)生治療是否已經(jīng)起作用，腫瘤有沒(méi)有演化出抗性。
當(dāng)然這一技術(shù)的應(yīng)用也面臨著一些問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，不同人的ctDNA水平差異較大，而且ctDNA并不那么容易檢測(cè)，特別是在腫瘤的早期階段。另外，人們還需要在更大型的研究中進(jìn)行驗(yàn)證，看ctDNA是否給出了足夠準(zhǔn)確的信息。
如果能夠克服上述障礙，醫(yī)生們將能根據(jù)ctDNA進(jìn)行更好的治療，隨著癌癥的演化調(diào)整治療策略，Johns Hopkins大學(xué)的Victor Velculescu說(shuō)?！斑@種技術(shù)可以幫助人們最終實(shí)現(xiàn)個(gè)性化醫(yī)療，為癌癥領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)新的變革?！?/div>
ctDNA發(fā)展簡(jiǎn)史
1948年科學(xué)家們首次發(fā)現(xiàn)人體血液中存在著循環(huán)DNA，癌癥患者的循環(huán)DNA則發(fā)現(xiàn)于1977年。在那之后又過(guò)了17年，人們才發(fā)現(xiàn)這些DNA含有癌癥的標(biāo)志性突變，說(shuō)明它們來(lái)自于腫瘤。
最開(kāi)始，循環(huán)DNA的實(shí)際應(yīng)用并不在癌癥領(lǐng)域。鑒于腫瘤DNA會(huì)流入血液，香港中文大學(xué)的盧煜明（Dennis Lo）教授推測(cè)胎兒DNA應(yīng)該也能進(jìn)入血液。1997年他向人們成功展示，孕婦血液中攜帶著男性胎兒的Y染色體。這一發(fā)現(xiàn)允許醫(yī)生們?cè)趹言谐跗谕ㄟ^(guò)無(wú)創(chuàng)方式檢測(cè)胎兒的性別，甚至篩查唐氏綜合癥等發(fā)育疾病。這是產(chǎn)前診斷領(lǐng)域的一次革命。
“癌癥研究后來(lái)才跟上進(jìn)度，”英國(guó)癌癥研究所Nitzan Rosenfeld說(shuō)。這是因?yàn)槟[瘤DNA比胎兒DNA更難檢測(cè)，而且早期的測(cè)序技術(shù)還不夠準(zhǔn)確可靠。
近十年來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步，DNA檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)足夠靈敏。舉例來(lái)說(shuō)，BEAMing擴(kuò)增法可將循環(huán)DNA連在磁珠上，然后進(jìn)行分離和計(jì)數(shù)。即使健康細(xì)胞DNA與ctDNA的比值達(dá)到10,000：1，BEAMing擴(kuò)增法也可以有效檢測(cè)出ctDNA來(lái)。
BEAMing擴(kuò)增法是JohnsHopkins大學(xué)的Bert Vogelstein和Kenneth Kinzler開(kāi)發(fā)的。2007年，他們用這一技術(shù)對(duì)18名腸癌患者的ctDNA進(jìn)行了跟蹤。手術(shù)后這些患者的ctDNA水平下降了99%，其中許多患者的ctDNA并沒(méi)有完全消失。研究顯示，手術(shù)后仍檢測(cè)得到ctDNA的患者，基本上都出現(xiàn)了癌癥復(fù)發(fā)。但手術(shù)后沒(méi)有檢測(cè)到ctDNA的患者，腸癌并沒(méi)有復(fù)發(fā)。
這說(shuō)明ctDNA能夠展現(xiàn)患者對(duì)手術(shù)的應(yīng)答情況，告知醫(yī)生他們是否需要進(jìn)行化療。研究者們很快也在其他癌癥類(lèi)型中得到了類(lèi)似的結(jié)果。Rosenfel等人發(fā)現(xiàn)，ctDNA能夠提供晚期卵巢癌和乳腺癌的準(zhǔn)確信息。而Diaz等人在至少75%的晚期腫瘤患者中檢測(cè)了ctDNA，涉及了多種器官，比如胰腺、膀胱、皮膚、胃、食道、肝臟和頭頸。（腦癌除外，因?yàn)檠X屏障使腫瘤DNA無(wú)法進(jìn)入血液。）
ctDNA有何優(yōu)勢(shì)
循環(huán)DNA將比人們幾十年來(lái)鑒定的蛋白指標(biāo)更加好用，因?yàn)閏tDNA檢測(cè)很少有假陽(yáng)性。此外，ctDNA半衰期只有不到兩小時(shí)，而絕大多數(shù)蛋白指標(biāo)能在血液中存在幾個(gè)星期，可見(jiàn)ctDNA能更清晰的反映腫瘤的當(dāng)前信息。有研究表明，在檢測(cè)乳腺癌和腸癌時(shí)，ctDNA比蛋白質(zhì)指標(biāo)更靈敏，還可以跟蹤腫瘤的消失、擴(kuò)散和復(fù)發(fā)。
血液中的循環(huán)腫瘤細(xì)胞也是癌癥研究的一大熱點(diǎn)。不過(guò)，ctDNA比循環(huán)腫瘤細(xì)胞還要靈敏，數(shù)量也更多，更適合成為癌癥的生物學(xué)指標(biāo)。
ctDNA的最大優(yōu)勢(shì)在于，能夠?qū)δ[瘤的演化和適應(yīng)性改變進(jìn)行監(jiān)控。這樣的研究可以回答許多困擾科學(xué)家多年的問(wèn)題，比如，為何那么多靶向性治療都以失敗告終，癌癥是怎樣發(fā)展出抗性的等等。
EGFR在細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂中起到了重要的作用，在癌細(xì)胞中特別活躍。Gefitinib和panitumumab是阻斷EGFR的抗癌藥物，這些藥物起初都能有效治療患者。但幾個(gè)月后，癌癥就會(huì)通過(guò)其他基因突變（例如KRAS）對(duì)它們產(chǎn)生抗性。
要監(jiān)控患者的癌癥發(fā)展，醫(yī)生們目前得進(jìn)行多次活檢，以決定下一步的治療策略。然而癌癥晚期患者通常有好幾個(gè)需要檢測(cè)的腫瘤，單個(gè)腫瘤中也可能存在不同的抵抗機(jī)制。更重要的是，活檢有一定的風(fēng)險(xiǎn)性，難以用于肺部等脆弱的器官。相比之下，血檢就容易多了。
2012年，Diaz研究團(tuán)隊(duì)對(duì)接受EGFR抑制劑治療的患者進(jìn)行ctDNA分析。他們發(fā)現(xiàn)了42種與癌癥抗性有關(guān)的KRAS突變，利用這些突變可以比傳統(tǒng)方法早五個(gè)月發(fā)現(xiàn)腫瘤的變化。Rosenfeld團(tuán)隊(duì)則收集了六名晚期乳腺癌、肺癌和卵巢癌患者的血樣，并且進(jìn)行了完整的外顯子組測(cè)序。他們由此揭示了癌癥抗性的發(fā)展路徑，例如癌細(xì)胞出現(xiàn)突變，阻止藥物與其目標(biāo)結(jié)合。
如果醫(yī)生們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)癌癥的抗性，就可以早點(diǎn)停用已經(jīng)不起作用的昂貴藥物。研究癌癥抗性背后的突變，還有助于開(kāi)發(fā)更有效的癌癥療法或者藥物組合?！拔覀兊哪繕?biāo)是將癌癥從一種致命疾病轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N慢性病，” Velculescu說(shuō)?！爱?dāng)治療不起作用時(shí)，可以換用其他的治療途徑?！?/div>
科學(xué)家們逐漸發(fā)現(xiàn)，腫瘤有著很高的異質(zhì)性，標(biāo)準(zhǔn)程序（tissue biopsy）根本不足以判斷癌癥的預(yù)后情況。而且活檢得到的是靜態(tài)信息，無(wú)法準(zhǔn)確反映癌癥的演化。在這種情況下，ctDNA就成為了科學(xué)家們的新希望，它能為人們揭示更多的癌癥信息，甚至跟蹤癌癥的發(fā)展。
如果能夠得到充分利用，血液循環(huán)中的腫瘤DNA將為癌癥治療帶來(lái)一場(chǎng)變革。
理想與現(xiàn)實(shí)
潛力巨大，但目前ctDNA還無(wú)法成為臨床上的主要診療手段。這是因?yàn)?，最靈敏的ctDNA檢測(cè)（例如BEAMing）需要事先知道想要檢測(cè)的突變，但獲得這樣的信息又相當(dāng)麻煩。外顯子組測(cè)序不需要預(yù)先知道任何信息，但檢測(cè)罕見(jiàn)突變的需求深度測(cè)序，這樣做的成本非常高。
斯坦福大學(xué)的MaximilianDiehn決定將上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。他的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，基因組有一小部分（僅0.004%）在肺癌中反復(fù)突變。在獲得患者血樣之后，對(duì)這一部分進(jìn)行深度測(cè)序，能夠以低廉的成本檢測(cè)罕見(jiàn)突變。目前，該團(tuán)隊(duì)正在嘗試將類(lèi)似技術(shù)用于其他類(lèi)型的癌癥，并在臨床試驗(yàn)中加以驗(yàn)證。
幾乎所有的活檢技術(shù)，都不能很好的檢測(cè)早期癌癥。ctDNA在一項(xiàng)研究中檢測(cè)出了所有II級(jí)以上的肺癌，但只檢測(cè)出了一半的I級(jí)腫瘤，這多半是因?yàn)橥砥诎┌Y能釋放出更多的DNA。這個(gè)問(wèn)題無(wú)意會(huì)限制ctDNA在癌癥篩查中的應(yīng)用。
在ctDNA走入臨床之前，還有一些其他的問(wèn)題有待解決。例如，ctDNA是否能真實(shí)反映癌癥的特征？轉(zhuǎn)移瘤是否和原發(fā)瘤釋放同樣多的DNA？Diaz指出，人們需要在患者死后快速對(duì)所有腫瘤取樣，將其與患者生前的ctDNA進(jìn)行比較?！斑@將是一項(xiàng)艱巨任務(wù)，”他說(shuō)。
ctDNA提供的信息是否真的能夠挽救患者生命或者提高他們的生活質(zhì)量呢？“光監(jiān)控腫瘤是不夠的，”Johns Hopkins大學(xué)的腫瘤學(xué)家Luis Diaz說(shuō)?！皩?shí)際應(yīng)用才是我們面臨的真正挑戰(zhàn)。”
目前，癌癥的靶向性治療還遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上科學(xué)家們的癌癥研究。如何將研究成果轉(zhuǎn)化為醫(yī)療進(jìn)步，這也是ctDNA研究中最現(xiàn)實(shí)的一個(gè)問(wèn)題。
ctDNA可能一時(shí)半會(huì)兒還無(wú)法決定癌癥的治療，不過(guò)它仍不失為一個(gè)寶貴的研究工具。越來(lái)越多的醫(yī)生正在把ctDNA采集列入自己的常規(guī)操作中。
小知識(shí)：CTC
1.循環(huán)腫瘤分子特征分析
英國(guó)癌癥中心發(fā)表在NatureReviews上的綜述，全面的介紹了CTC經(jīng)歷EMT機(jī)制入血到形成轉(zhuǎn)移灶的過(guò)程中CTC的分子特征的的變化。Matthew G. Krebs指出：CTC分析技術(shù)可以用于評(píng)估腫瘤異質(zhì)性和疾病進(jìn)程，在治療過(guò)程中，身體中占支配地位的CTC是不斷變化的，伴隨治療耐藥的出現(xiàn)，耐藥性CTC逐漸在治療后增多。CTC的分析可以通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)腫瘤細(xì)胞的變化，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的反映患者的治療狀況及疾病進(jìn)程，為目前的腫瘤治療監(jiān)測(cè)提供很好的補(bǔ)充。
2.CTC培養(yǎng)用于藥物敏感性試驗(yàn)
哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)表在science上發(fā)表的一項(xiàng)研究，研究通過(guò)體外培養(yǎng)循環(huán)腫瘤細(xì)胞，并將其用于基因測(cè)序和藥物敏感試驗(yàn)。
哈佛醫(yī)學(xué)院的Daniel Haber從36個(gè)患者樣本中分離出了CTC細(xì)胞，并通過(guò)體外培養(yǎng)建立了細(xì)胞系。這些細(xì)胞系完整的保留了原始的細(xì)胞形態(tài)和特征，動(dòng)物試驗(yàn)顯示這5個(gè)CTC細(xì)胞系中有3個(gè)檢測(cè)到小鼠致瘤。
研究人員藥物敏感性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CTC藥物敏感性測(cè)量結(jié)果與臨床病史一致，包括紫杉醇和卡培他濱的敏感性、氟維司群和阿霉素的耐藥性。隨著CTC培養(yǎng)條件的優(yōu)化，這個(gè)策略可以幫助惡性腫瘤患者在整個(gè)疾病過(guò)程中接受最好的治療。
3.循環(huán)腫瘤胞團(tuán)
由哈佛大學(xué)完成的一項(xiàng)關(guān)于循環(huán)腫瘤細(xì)胞團(tuán)的研究發(fā)表在cell，該項(xiàng)研究中研究人員通過(guò)示蹤標(biāo)記乳腺腫瘤的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)CTC細(xì)胞團(tuán)是由單克隆腫瘤細(xì)胞群形成而不是在血液循環(huán)中聚集形成。雖然血液中CTC細(xì)胞團(tuán)相對(duì)單個(gè)CTC而言較為稀少，但是其形成轉(zhuǎn)移的潛能是單個(gè)CTC的20~50倍。該項(xiàng)研究說(shuō)明循環(huán)腫瘤細(xì)胞團(tuán)有更大的轉(zhuǎn)移潛能，是單個(gè)CTC轉(zhuǎn)移潛能的20~50倍。
4.CTC表型和核型分析的臨床意義
由北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院完成的一項(xiàng)關(guān)于循環(huán)腫瘤細(xì)胞表型和核型分析的研究發(fā)表在Oncotarget，研究人員通過(guò)陰性富集技術(shù)結(jié)熒光原位雜交技術(shù)檢測(cè)CTC，進(jìn)一步分析胃癌CTC中人表皮生長(zhǎng)因子受體（HER2）表達(dá)及8號(hào)染色體非整倍體。
該項(xiàng)研究結(jié)果顯示CTC水平的HER2檢測(cè)與靶向治療用藥相關(guān)，CTC核型分析表明8號(hào)染色體不同倍體對(duì)于紫杉醇、順鉑化療敏感或耐藥存在相關(guān)性。根據(jù)CTC 8號(hào)染色體核型或者HER2 表達(dá)可以監(jiān)測(cè)胃癌患者化療耐藥以及評(píng)估治療療效。
