[科研進展]基因測序如何推動癌癥研究進展
一項新技術(shù)或產(chǎn)品的問世，在給人們帶來欣喜的同時，也必然會引起一定的擔(dān)憂，當(dāng)然基因測序技術(shù)便是其中之一。近年來，基因測序技術(shù)被看作自疫苗問世以來進行疾病預(yù)防及診斷治療最為重要的科學(xué)技術(shù)突破，該技術(shù)不僅可以大大降低遺傳相關(guān)的疾病發(fā)生率，減少嬰兒出生缺陷，還能夠?qū)崿F(xiàn)對疾病預(yù)測、預(yù)防、預(yù)警及個體化診療;但目前，國內(nèi)的基因測序市場卻并不讓人滿意，甚至亂得已無章可循。
基因測序是一種新型的基因檢測技術(shù)，能夠從血液或唾液中分析測定基因全序列，預(yù)測罹患多種疾病的可能性，個體的行為特征及行為合理，如癌癥或白血病等疾病。自上世紀(jì)90年代初開始，科學(xué)家們就開始涉足“人類基因組計劃”;傳統(tǒng)的測序方式是利用光學(xué)測序技術(shù)，用不同顏色的熒光標(biāo)記四種不同的基因，然后用激光光源去捕捉熒光信號從而獲得待測基因的序列信息。雖然這種方法檢測可靠，但是價格不菲，一臺儀器的價格大約在50萬到75萬美元，而檢測一次的費用也高達5千到1萬美元。
而利用新型的基因測序技術(shù)可以使研究人員在短短2小時內(nèi)獲取基因信息，相比傳統(tǒng)的光學(xué)測序技術(shù)而言得到結(jié)果的速度提高了很多;同時檢測一次的費用也降到了最低1千美元。
有研究表明，人體內(nèi)總共約有3萬多個基因，人類的疾病大多與基因相關(guān)，基因異常、基因受損都會引起對應(yīng)的蛋白質(zhì)或酶的功能變化，從而引起疾病?；驒z測就是通過血液以及其他體液或細胞中的DNA或RNA進行檢測的技術(shù)，從而使人們能了解自己的基因信息，預(yù)知身體患疾病的風(fēng)險，通過改善生活環(huán)境和生活習(xí)慣，避免或延緩疾病的發(fā)生。而基因測序是基因檢測的方法之一。
相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：目前約有2500多種疾病已經(jīng)有了對應(yīng)的基因檢測方法，并在美國臨床合法應(yīng)用，甚至基因檢測已成為美國疾病預(yù)防的常規(guī)手段之一。在我國，基因測序被人們廣為熟知，應(yīng)該歸功于無創(chuàng)產(chǎn)前篩查高通量測序這一項目，即通過化驗孕婦的血液，結(jié)合其他臨床信息，來綜合判斷胎兒患有唐氏癥的危險程度。
本文中盤點了基因測序與癌癥的關(guān)聯(lián)性研究。
【1】澳發(fā)明新基因測序技術(shù)“捕獲測序”有助快速診斷血癌
澳大利亞科學(xué)家發(fā)明了一種新的基因測序技術(shù)，其精度大大高于現(xiàn)有方法。它就像一臺倍數(shù)更高的顯微鏡，可用于對基因組進行精細研究，并幫助快速診斷血癌(即白血病)。
這項技術(shù)被稱為“捕獲測序”，由新南威爾士大學(xué)和加文醫(yī)學(xué)研究所的科研人員開發(fā)，發(fā)表在新一期英國《自然·方法學(xué)》雜志上。
新南威爾士大學(xué)日前發(fā)布的公告稱，該技術(shù)可以精確測量樣本中多個特定基因的活躍程度，即使活躍程度非常低也能檢測出來。這種敏感性使它在生物醫(yī)學(xué)研究方面很有應(yīng)用前景。
人體基因組中除了約2萬個負責(zé)制造蛋白質(zhì)的基因，還有大量不制造蛋白質(zhì)的“非編碼基因”，它們在人體發(fā)育、大腦功能等許多方面起到重要的調(diào)控作用。但很多這類基因的活躍程度很低，往往只在少數(shù)細胞里發(fā)揮作用，很難對其進行詳細研究。
“捕獲測序”技術(shù)能以更高精度分析基因組，類似于用像素更高的數(shù)碼相機去拍照片，可以更好地呈現(xiàn)當(dāng)前測序技術(shù)難以探查到的細節(jié)，幫助深入了解非編碼基因。
【2】腫瘤愈后監(jiān)控：一個可能被忽略的基因測序剛需市場
2015年被業(yè)內(nèi)稱為基因測序臨床應(yīng)用的元年。
4月8日，浙江迪安診斷技術(shù)股份有限公司(下稱“迪安診斷”)發(fā)布公告稱，其全資子公司杭州迪安醫(yī)學(xué)檢驗中心有限公司取得了第一批“腫瘤診斷與治療項目高通量基因測序技術(shù)臨床應(yīng)用試點”資格。
“公司將積極研究腫瘤篩查與靶向藥物伴隨診斷技術(shù)等，為腫瘤病人設(shè)計個性化治療方案?！钡习苍\斷在公告中寫道。迪安診斷是一家為各級醫(yī)療機構(gòu)提供醫(yī)學(xué)診斷服務(wù)的醫(yī)學(xué)的公司。
與迪安診斷一同獲得臨床應(yīng)用試點的基因公司還包括華大基因、達安基因和博奧生物，華大基因是中國規(guī)模最大的基因公司，達安基因是上市公司中唯一以基因為主業(yè)的公司，博奧生物獲得了基因產(chǎn)業(yè)的全部試點牌照和產(chǎn)品證書。此外，北京、上海、天津、湖南、廣東、浙江等省市的多家醫(yī)療機構(gòu)和第三方檢驗室入選臨床試點。
博奧醫(yī)學(xué)檢驗所總裁張治位稱，“2015年是中國高通量基因測序臨床應(yīng)用真正的元年，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展和行業(yè)監(jiān)管可能具有歷史性意義，影響巨大。”
“發(fā)放臨床試點牌照意味著商業(yè)化步伐的臨近，”北京知因科技有限公司董事長陸鳳林表示：“按照中國生物制藥的監(jiān)管慣例，試點牌照之后即是產(chǎn)品證書，腫瘤基因測序或?qū)⒊蔀槔^無創(chuàng)產(chǎn)前檢測(NIPT)之后的又一個基因測序商業(yè)化項目?！?/p>
【3】貝瑞和康：用基因測序技術(shù)開啟液體活檢新紀(jì)元
二代測序技術(shù)的迅猛發(fā)展給臨床醫(yī)學(xué)不斷帶來革命式的發(fā)展，最為人們所熟知的無創(chuàng)DNA產(chǎn)前檢測讓臨床醫(yī)生用前所未有的方式實現(xiàn)了胎兒遺傳病的精準(zhǔn)檢測。而在剛剛結(jié)束的CSCO學(xué)術(shù)年會上，將無創(chuàng)DNA產(chǎn)前檢測引入中國的第一人--貝瑞和康周代星博士，又一次給臨床醫(yī)學(xué)帶來驚喜，這次是全新的腫瘤分子診斷技術(shù)--液體活檢。
作為高通量測序技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化的先驅(qū)，貝瑞和康在CSCO的首次亮相引發(fā)眾多專家的高度關(guān)注，而“ctDNA(循環(huán)腫瘤DNA)檢測”這個名詞則成為腫瘤分子檢測領(lǐng)域的熱議話題。昂科益腫瘤分子診斷是貝瑞和康推出的基于高通量測序平臺，以cSMART技術(shù)和目標(biāo)區(qū)域捕獲測序技術(shù)為核心的腫瘤基因檢測項目，包括靶向用藥檢測、化療用藥檢測、療效監(jiān)測、腫瘤遺傳易感基因檢測和個體化醫(yī)療全方位檢測等多項檢測服務(wù)，其中擁有獨立知識產(chǎn)權(quán)的cSMART技術(shù)為臨床開創(chuàng)了真正意義上的“液體活檢”，為臨床腫瘤分子診斷提供了一條全新的思路。
cSMART--環(huán)化單分子擴增與重測序技術(shù)，是貝瑞和康獨立研發(fā)、擁有國際知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)之一。cSMART技術(shù)通過對腫瘤患者外周血中游離DNA片段進行標(biāo)記、環(huán)化、反向PCR擴增和高通量測序，以獨特的方式進行計數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對血漿中ctDNA的絕對定量檢測，靈敏度達1/10000，可以滿足片段化、低含量、低比例ctDNA檢測的要求，在擴增過程中通過使用多組引物進行多重反向PCR擴增，又可同時檢測多基因、多位點突變。以cSMART技術(shù)為核心的昂科益腫瘤分子檢測，可以實現(xiàn)無創(chuàng)式腫瘤分子診斷，克服傳統(tǒng)方法中存在的取樣困難、無法進行動態(tài)實時檢測及腫瘤異質(zhì)性問題等弊端。
【4】基因測序的發(fā)展趨勢與商業(yè)模式——探討精準(zhǔn)醫(yī)療
隨著人類基因組測序技術(shù)的飛速提升、生物醫(yī)學(xué)分析技術(shù)的快速發(fā)展和大數(shù)據(jù)分析工具的日益完善，我們正進入全新的醫(yī)療健康時代——精準(zhǔn)醫(yī)療。
精準(zhǔn)醫(yī)療是一種基于“個人”的定制醫(yī)療模式，其以個體的組學(xué)信息和遺傳信息為基礎(chǔ)，以環(huán)境、生活方式、既往病史及診療方式等為跟蹤對象，搜集全方位、可量化、有前瞻性和時效性的個體數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的綜合分析、挖掘形成有價值的醫(yī)學(xué)信息，最終設(shè)計出針對個體的最優(yōu)解決方案?；驕y序為個體提供連續(xù)基因大數(shù)據(jù)，是精準(zhǔn)醫(yī)療的基礎(chǔ)和重要實現(xiàn)途徑，制藥、器械、IT 等行業(yè)巨頭紛紛布局該領(lǐng)域。
基因測序技術(shù)憑借靈敏度高、精度和通量高、價格低廉等優(yōu)勢，成為基因檢測技術(shù)中獲取人體基因組數(shù)據(jù)的主流技術(shù)，通過將基因組數(shù)據(jù)與無線生物傳感器獲取的生命體征信息(如血壓、心跳、腦電波、體溫等)，成像設(shè)備中的個體信息(如 CT、MRI、超聲等)以及傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合，精準(zhǔn)醫(yī)療為個體提供全新的定制醫(yī)療。
【5】腫瘤基因測序幫住針對性治療癌癥
“讓我們測序你的腫瘤，或許我們能將其同擊敗這種惡性疾病的藥物匹配?！辈贿^，現(xiàn)實是基因組分析仍然僅為癌癥病人提供了一小部分幫助?！拔覀兌喟霑r候不知道如何處理這些信息。”美國紐約斯隆·凱特林癌癥中心(MSKCC)研究人員Charles Sawyers表示。
如今，美國和歐洲的一些大型醫(yī)學(xué)科學(xué)研究中心正期望通過匯集關(guān)于患者腫瘤基因組及其臨床結(jié)果的數(shù)據(jù)改變這一切。近日，美國癌癥研究協(xié)會(AACR)在一次于波士頓舉辦的會議上宣布了此項計劃。它的名字叫GENIE，是一個很繞口的首字母縮略詞，分別代表著基因組、證據(jù)、腫瘤形成、信息和交流。
Sawyers表示，GENIE源自和其他癌癥中心同行的談話。他們正在以“令人難以置信”的速度積累腫瘤基因數(shù)據(jù)。截至目前，已有7家研究中心加入進來，包括MSKCC、波士頓達納—法伯癌癥研究所、巴爾的摩約翰斯·霍普金斯大學(xué)以及加拿大和歐洲的3家機構(gòu)。AACR已提供200萬美元，用于在為期兩年的試點階段協(xié)調(diào)和儲存數(shù)據(jù)。
這些中心一般向癌癥已經(jīng)擴散的晚期癌癥病人提供測序。通常，它們不會測序全部的腫瘤基因組。相反，測序的是一系列已知癌癥基因，比如經(jīng)常在黑色素瘤中出現(xiàn)變異的BRAF，以及驅(qū)動很多肺部腫瘤生長的EGFR。隨后，測序報告通常交給一個決定其是否指向某種特定療法的專家委員會。不過，盡管BRAF和 EGFR突變能被藥物靶向，但腫瘤通常僅含有在癌癥中所起作用尚未被充分了解的罕見突變。
【6】腫瘤基因測序可能誤導(dǎo)癌癥治療
近日，來自約翰霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤基因組測序所獲得的遺傳變化線索，如果不先與癌旁組織的遺傳信息進行比較，可能會誤導(dǎo)近一半癌癥患者的治療。
約翰霍普金斯大學(xué)Kimmel癌癥中心的研究人員稱，他們分析了超過800名癌癥患者的測序數(shù)據(jù)——由Personal Genome Diagnostics公司產(chǎn)生，表明如果沒有這種比較，在某些情況下試圖個性化癌癥治療可能是不合適的，患者可能會得到錯誤的靶向治療。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國際雜志Science Translational Medicine上。
約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院癌癥生物學(xué)項目副主任、腫瘤學(xué)和病理學(xué)教授Victor Velculescu博士說：“越來越多的醫(yī)院和企業(yè)都開始對患者腫瘤進行測序，試圖制定個性化療法。然而，許多機構(gòu)并沒有測定每名患者的正常組織，以過濾掉非癌癥相關(guān)的變化，并真正了解腫瘤中發(fā)生的是什么?！?/p>
Velculescu解釋說，個性化的治療越來越多地靶定驅(qū)動一個人腫瘤的獨特遺傳變化，這取決于腫瘤基因的準(zhǔn)確評估，但并不是所有的癌癥基因改變與腫瘤直接相關(guān)。他解釋說，一些基因改變是所謂的生殖細胞變化，它們是從正常組織中遺傳的基因變化，在人與人之間有所不同。
【7】Lancet Oncology：個性化抗癌藥療效與傳統(tǒng)治療無差異，但專家仍看好
隨著基因組測序成本的下降，腫瘤學(xué)家開始研發(fā)以病人基因為靶標(biāo)的昂貴新藥。然而近日發(fā)表在《 Lancet Oncology》的研究表明，個性化抗癌藥物的療效與比傳統(tǒng)治療相比，并無多大差異。
芝加哥大學(xué)腫瘤學(xué)家Daniel Catenacci認為對個性化抗癌藥物療效的驗證很重要，因為目前越來越多的腫瘤學(xué)家專注這領(lǐng)域。本研究第一作者，巴黎居里研究所腫瘤學(xué)家Christophe Le Tourneau表示，在現(xiàn)實生活中，未經(jīng)過臨床驗證的試驗很常見。同時他對此現(xiàn)象表示理解，因為病人想要存活而醫(yī)生也想提供幫助。然而，給腫瘤基因突變患者以未獲批的個性化藥物治療可使研究進入更好的臨床階段。
如今越來越多的個性化藥物獲批準(zhǔn)用于治療特定的癌癥，但腫瘤學(xué)家希望這些藥物對其他類型癌癥也起作用。然而，超過30%的癌癥藥物未經(jīng)過臨床試驗驗證。
為了驗證這些個性化藥物的療效，法國八個醫(yī)院的研究人員分析患者腫瘤遺傳或分子的異常狀態(tài)。研究人員隨機選出195名患者，其中部分患者接受針對性治療，部分接受傳統(tǒng)的化療。調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種療效沒有顯著差異。
休斯頓德克薩斯大學(xué)MD安德癌癥研究中心的腫瘤學(xué)家Apostolia Tsimberidou表示，該研究證明了個性化醫(yī)療試驗隨機性的可行性。但在她看來，這次試驗的設(shè)計比較糟糕，因為晚期疾病患者可能從個性化醫(yī)療中受益。同時她還表示，該試驗沒有選擇最好的藥物作為評估對象，并依賴于一個簡單的方法來與癌癥突變匹配。
【8】基因測序，揭示為何只有一部分乳腺癌復(fù)發(fā)
雖然大多數(shù)乳腺癌可治愈，但有20%左右的病例會復(fù)發(fā)。日前，劍橋大學(xué)研究人員通過乳腺癌組織的基因檢測，揭示了乳腺癌復(fù)發(fā)的遺傳差異性。研究結(jié)果顯示乳腺癌復(fù)發(fā)病例有不同的基因圖譜，并建議研制靶向乳腺癌復(fù)發(fā)驅(qū)動基因的藥物。
該研究由英國劍橋大學(xué)Wellcome Trust Sanger 研究所臨床腫瘤學(xué)家Lucy Yates博士引領(lǐng)，Yates博士說：“我們的研究揭示了復(fù)發(fā)性腫瘤與非復(fù)發(fā)性腫瘤的驅(qū)動差異，該差異可能與乳腺癌復(fù)發(fā)有關(guān)?！?/p>
本研究給存在乳腺癌復(fù)發(fā)風(fēng)險的患者帶來新希望。此外，根據(jù)新發(fā)現(xiàn)的乳腺癌復(fù)發(fā)驅(qū)動基因研制靶向藥物，被診斷為高風(fēng)險復(fù)發(fā)的患者可采用此類藥物來預(yù)防疾病復(fù)發(fā)。該研究結(jié)果將在2015年的歐洲癌癥大會(ECC)公布，但具體數(shù)據(jù)已在ECC新聞發(fā)布會上公布。
該研究比較了836個患者乳腺組織的基因組成，其中161名患者被確診復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移。研究人員表示無論從復(fù)發(fā)乳腺癌樣本數(shù)量角度還是從基因測序的廣度，該研究是目前最大且最全面的研究，其關(guān)注與乳腺癌有關(guān)的365個基因。
【9】Cancer cell：揭示腫瘤診斷新方法，基于血小板的RNA測序
近日，來自阿姆斯特丹自由大學(xué)研究者在Cancer cell雜志上發(fā)表的一篇文章提出，基于腫瘤血小板(Tumor-educated blood platelets，TEPs)的RNA測序可用于泛癌癥分析、癌癥類型的區(qū)分和腫瘤基因突變診斷。
結(jié)果表明，血小板的RNA測序可以區(qū)分癌癥患者與健康人，其準(zhǔn)確率達到96%，也能區(qū)分六種原發(fā)腫瘤類型，其準(zhǔn)確度達到71%，并能識別幾種腫瘤中發(fā)現(xiàn)的基因改變。領(lǐng)先于其他的液體活檢，基于TEPs的RNA測序可以通過查明原發(fā)腫瘤的部位對癌癥進行精確的診斷。
癌癥的診斷主要有通過臨床癥狀、放射學(xué)、生化檢測、腫瘤組織病理分析，以及越來越受歡迎的分子診斷。腫瘤組織樣本的分子分析已經(jīng)成為一種潛在的癌癥分類方法。因為局部組織活檢，需要手術(shù)從腫瘤樣本取樣切片，這給患者帶來很大的痛苦，也不能頻繁進行。因此基于血液的“液體活檢”，漸漸取代創(chuàng)傷性的組織活檢，被搬上了癌癥診斷的舞臺，如目前大熱的液體活檢：基于細胞游離DNA和血液循環(huán)腫瘤DNA的檢測等。
【10】英國推進基因測序治癌癥 化療或退歷史舞臺
英國政府近日推出了一個名叫“十萬基因組計劃”的醫(yī)學(xué)科研項目，擬通過對基因組進行測序，以有效確定引發(fā)癌癥和其他疑難疾病的基因。當(dāng)?shù)孛襟w評論稱，如果這一計劃順利實施并獲得成功，將是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重大突破，今后對癌癥的治療將不必再通過化療來進行。
據(jù)了解，“十萬基因組計劃”需投入資金3億英鎊，將把科研得出的大量數(shù)據(jù)整合進英國公共醫(yī)療體系當(dāng)中。英國將參與總共10萬個基因組中的7萬個基因組的有關(guān)測序工作?？梢哉f，此次“十萬基因組計劃”是此前英國推出的“千人基因組計劃”的“升級版”。新的“十萬基因組計劃”并非只對癌癥患者特定的“癌癥基因”進行測序，而是要對其進行“全基因組測序”。從今年5月起，英國已在倫敦、劍橋等地醫(yī)院開始研究，英國各地的高校、科研機構(gòu)等也在協(xié)助英國衛(wèi)生部推進這一計劃。報道說，英國目前已完成了100個基因組測序，年內(nèi)將達1000多個，2015年達到1萬個，2017年將全部完成。
英國倫敦克拉福德診所醫(yī)生伯恩斯對本報記者說，迄今為止，化療仍是治療癌癥的主要途徑，但副作用較大，因此有必要找到對人體傷害較小的替代療法。繪制基因組圖譜有助于將來順利找到癌癥的替代療法，而正確掌握基因組圖譜也有利于癌癥以及其他疑難病癥的診斷、預(yù)防和治療。
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