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CPHI制藥在線 資訊 Nature綜述:精準(zhǔn)腫瘤學(xué)領(lǐng)域液體活檢的現(xiàn)狀和未來(lái)

Nature綜述:精準(zhǔn)腫瘤學(xué)領(lǐng)域液體活檢的現(xiàn)狀和未來(lái)

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來(lái)源:藥明康德
  2018-11-14
?精準(zhǔn)腫瘤學(xué)的關(guān)鍵目標(biāo)是改善癌癥的診斷和治療。而對(duì)腫瘤樣本的一系列基因組和其它分子分析能夠幫助發(fā)現(xiàn)標(biāo)志物來(lái)幫助選擇療法,預(yù)測(cè)預(yù)后,跟蹤腫瘤進(jìn)化,以及發(fā)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)移性疾病的分子特征。

       精準(zhǔn)腫瘤學(xué)的關(guān)鍵目標(biāo)是改善癌癥的診斷和治療。而對(duì)腫瘤樣本的一系列基因組和其它分子分析能夠幫助發(fā)現(xiàn)標(biāo)志物來(lái)幫助選擇療法,預(yù)測(cè)預(yù)后,跟蹤腫瘤進(jìn)化,以及發(fā)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)移性疾病的分子特征?;谙乱淮蚪M測(cè)序(NGS)的分子分析方法已經(jīng)在腫瘤分析方面得到應(yīng)用,而綜合DNA、RNA、蛋白質(zhì)和表觀遺傳特征的多參數(shù)綜合分析可能更準(zhǔn)確地描述腫瘤特征并且?guī)椭l(fā)現(xiàn)全新成藥靶點(diǎn)。

       目前,精準(zhǔn)腫瘤學(xué)的焦點(diǎn)愈發(fā)轉(zhuǎn)向液體活檢,因?yàn)樗痪咔忠u性,而且可以在不同時(shí)間點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行,從而幫助監(jiān)察疾病的進(jìn)展。如今,外周血液中可以被檢測(cè)的分析物(analyte)包括循環(huán)腫瘤細(xì)胞(CTCs);循環(huán)無(wú)細(xì)胞DNA(cfDNA),在癌癥患者中它包含循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA)。其它分析物物包括循環(huán)無(wú)細(xì)胞RNA(cfRNA);細(xì)胞外囊泡(EVs),例如外泌體和腫瘤“教育”的血小板(TEPs);蛋白質(zhì)和代謝產(chǎn)物。近日,《Nature Reviews Genetics》 對(duì)在精準(zhǔn)腫瘤領(lǐng)域液體活檢的現(xiàn)狀和未來(lái)進(jìn)行了盤點(diǎn),在今天的這篇文章里,藥明康德的微信團(tuán)隊(duì)將與讀者分享這篇綜述的精彩內(nèi)容。

       ctDNA作為生物標(biāo)志物的利與弊

       ctDNA檢測(cè)是目前市場(chǎng)上最常見的液體活檢形式,它在具備巨大潛力的同時(shí),在檢測(cè)開發(fā)和臨床應(yīng)用的推廣方面也面對(duì)著一系列挑戰(zhàn)。

       ctDNA作為精準(zhǔn)腫瘤學(xué)生物標(biāo)志物的潛力

       研究表明,ctDNA可能由凋亡細(xì)胞釋放,因此,它只代表了腫瘤細(xì)胞的一種特定亞群。盡管如此,ctDNA具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn):

       1. 它能夠提供對(duì)腫瘤基因組的綜合描述,因?yàn)閏tDNA從多個(gè)不同腫瘤區(qū)域或多個(gè)病灶處釋放,ctDNA分析可以發(fā)現(xiàn)組織活檢中無(wú)法發(fā)現(xiàn)的體細(xì)胞突變。

       2. 深度測(cè)序可以發(fā)現(xiàn)腫瘤內(nèi)異質(zhì)性和只在部分細(xì)胞中出現(xiàn)的基因突變。這通常需要大量的CTCs或者多次組織活檢才能獲得同樣水平的信息。

       3. ctDNA可以提供腫瘤大小的信息,從而反映出疾病的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和對(duì)療法的反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn),在非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)和高級(jí)別漿液性卵巢癌(HGSOC)中ctDNA的突變等位基因頻率(VAF)與腫瘤體積呈線性關(guān)系。

       4. ctDNA還具備預(yù)測(cè)預(yù)后的價(jià)值。例如,在旨在治愈的手術(shù)或化療之后,ctDNA的出現(xiàn)是癌癥復(fù)發(fā)和不良預(yù)后的有力標(biāo)志。它預(yù)測(cè)癌癥復(fù)發(fā)的能力在結(jié)腸癌、卵巢癌、肺癌和乳腺癌患者中都得到了驗(yàn)證。

       5. ctDNA分析能夠發(fā)現(xiàn)腫瘤抗性的標(biāo)志物,例如,在接受抗EGFR療法的結(jié)直腸癌患者中出現(xiàn)的KRAS突變,以及在乳腺癌患者中的PIK3CA、MED1、或EGFR上VAFs的升高。

       這些優(yōu)點(diǎn)讓ctDNA成為精準(zhǔn)腫瘤學(xué)應(yīng)用方面前景看好的分析物。然而ctDNA檢測(cè)也需要克服血漿中ctDNA水平過(guò)低,細(xì)胞衰老帶來(lái)基因變異的影響等挑戰(zhàn)。

組織活檢與ctDNA檢測(cè)特點(diǎn)對(duì)比

       ▲組織活檢與ctDNA檢測(cè)特點(diǎn)對(duì)比(圖片來(lái)源:參考資料[1])

       血漿中低水平ctDNA帶來(lái)的挑戰(zhàn)

       在血漿cfDNA中檢測(cè)到基因突變的能力與腫瘤負(fù)擔(dān)有對(duì)應(yīng)的關(guān)系。但是在不同患者身上的ctDNA水平可能相差很大,雖然他們患上同樣類型的癌癥。即使是在轉(zhuǎn)移性癌癥患者中,也有很大一部分患者血漿中ctDNA的比例異常的少。這清楚地表明,除了腫瘤負(fù)擔(dān)以外,還有其它生物因素影響腫瘤DNA的釋放。

       據(jù)估算,1毫升血漿中含有大約1500個(gè)基因組當(dāng)量(GE)的DNA片段,通常一次10毫升抽血可以從血樣中獲得4毫升血漿,意味著能夠獲得6000 GE的DNA片段。在VAF為0.1%的情況下,在這6000 GE的DNA片段中,平均只有6個(gè)DNA分子攜帶著想要檢測(cè)到的基因突變,而且隨機(jī)取樣可能會(huì)影響這一數(shù)值。因此,可靠、準(zhǔn)確并且可重復(fù)地檢測(cè)到這些基因突變是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

       檢測(cè)低水平ctDNA的方法

       如果增加血樣體積,可以檢測(cè)到的分子數(shù)目自然會(huì)顯著上升,但是多抽血的辦法通常在晚期癌癥患者中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。另外一種克服攜帶基因突變的分子數(shù)目過(guò)少的方法是同時(shí)檢測(cè)多種基因突變,然后確定一個(gè)基因突變數(shù)目的閾值來(lái)決定血漿樣本是否為腫瘤陽(yáng)性。例如,有的液體活檢可以同時(shí)檢驗(yàn)患者是否攜帶18種單核苷酸位點(diǎn)變異(SNV),如果檢測(cè)到的SNV數(shù)目超過(guò)2個(gè),則將ctDNA樣本定義為腫瘤陽(yáng)性。

       近年來(lái)ctDNA檢測(cè)技術(shù)的開發(fā)主要聚焦于增強(qiáng)測(cè)序技術(shù)的分析敏感度。測(cè)序技術(shù)的敏感度會(huì)受到測(cè)序準(zhǔn)確性和測(cè)序深度的影響。通過(guò)使用分子條形碼標(biāo)記被測(cè)序的DNA片段,可以提高測(cè)序的準(zhǔn)確性,從而提高發(fā)現(xiàn)基因突變的幾率。

       另一種提高敏感度的嘗試是富集特定長(zhǎng)度的ctDNA片段。有研究表明ctDNA 片段(132-145個(gè)堿基對(duì))通常比健康細(xì)胞釋放的cfDNA片段(~166堿基對(duì))小。因此,富集特定大小的DNA片段進(jìn)行測(cè)序可能提高發(fā)現(xiàn)基因突變的敏感度。

細(xì)胞衰老對(duì)ctDNA檢測(cè)的限制

       ▲影響循環(huán)無(wú)細(xì)胞DNA檢測(cè)敏感度的因素(圖片來(lái)源:參考資料[1])

       細(xì)胞衰老對(duì)ctDNA檢測(cè)的限制

       雖然這些技術(shù)的進(jìn)步能夠改善發(fā)現(xiàn)低VAF基因突變的能力,但是衰老細(xì)胞積累的體細(xì)胞突變也會(huì)對(duì)ctDNA的實(shí)用性添加限制。其中一個(gè)重要的干擾因素是良性體細(xì)胞基因突變隨著細(xì)胞衰老而增加。在成人干細(xì)胞中出現(xiàn)的良性基因突變會(huì)隨著細(xì)胞增殖傳給下一代,有的時(shí)候在腫瘤驅(qū)動(dòng)基因中出現(xiàn)的基因突變會(huì)導(dǎo)致攜帶這些突變的干細(xì)胞增殖速度更快,這可能被誤認(rèn)為腫瘤增生。因此,在腫瘤驅(qū)動(dòng)基因中發(fā)現(xiàn)基因突變并不等同于發(fā)現(xiàn)癌癥。

       ctDNA檢測(cè)的分析效度和臨床有效性仍需確認(rèn)

       在臨床護(hù)理中采納腫瘤生物標(biāo)志物檢測(cè)的原則有三條:1. 分析效度(analytical validity),指的是檢測(cè)的準(zhǔn)確性、可靠性和可重復(fù)性;2. 臨床有效性(clinical validity),指的是檢測(cè)能夠把患者分為不同群體,而且這些群體會(huì)有不同臨床后果的能力;3. 臨床實(shí)用性(clinical utility),指的是接受檢測(cè)的患者的臨床后果與未接受檢測(cè)的患者相比,是否有所改善。

       目前,市場(chǎng)上的ctDNA 檢測(cè)的結(jié)果一致性和臨床有效性還未得到完全確認(rèn)。有研究使用兩種不同的ctDNA檢測(cè)方法對(duì)同一批樣本進(jìn)行檢測(cè),試驗(yàn)結(jié)果表明,在34個(gè)接受檢測(cè)的樣本中,只有9個(gè)樣本在兩種ctDNA檢測(cè)中給出了完全一致的結(jié)果。這種數(shù)據(jù)讓人對(duì)這些檢測(cè)的分析效度和臨床有效性產(chǎn)生疑慮。目前,業(yè)界需要進(jìn)行多中心研究,使用足夠大的患者群來(lái)確認(rèn)ctDNA檢測(cè)的分析效度和臨床有效性。

       而且,檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)操作程序和指導(dǎo)需要得到統(tǒng)一。歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(CEN)已經(jīng)發(fā)布了處理和紀(jì)錄用于ctDNA分析的血樣的標(biāo)準(zhǔn)程序。其它國(guó)際組織也在致力于將液體活檢的流程標(biāo)準(zhǔn)化。如果想將基于NGS的液體活檢在臨床中廣泛推廣,它們必需接受完備的檢驗(yàn)并且通過(guò)基于確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量檢測(cè)。

 

       新興的液體活檢分析方法

       以精準(zhǔn)腫瘤學(xué)的需求來(lái)看,現(xiàn)有的液體活檢技術(shù)還存在很多不足。但通過(guò)擴(kuò)大信息獲取與檢測(cè)的范圍,我們有望實(shí)現(xiàn)液體活檢技術(shù)的真正潛力。在這一段中,我們也將介紹目前新興的一些液體活檢方法。

       1. 組織與癌癥特異的DNA甲基化模式分析

       在表觀遺傳學(xué)中,CpG的甲基化是基因表達(dá)和組織分化的重要調(diào)控方式。近年來(lái),隨著人們對(duì)組織特異甲基化組學(xué)的了解不斷加深,通過(guò)分析甲基化的模式,我們可以推斷出cfDNA的組織來(lái)源,檢測(cè)癌癥。由于在癌癥發(fā)病初期,DNA就會(huì)出現(xiàn)甲基化修飾的變化,該技術(shù)有望在早期就協(xié)助醫(yī)生做出癌癥診斷。這一理念已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證——2017年的兩篇論文表明,我們有望在乳腺癌和卵巢癌得到臨床確診的2年前,就在外周血液中檢測(cè)出腫瘤特異的甲基化變化。但這一技術(shù)目前也存在著瓶頸,主要難點(diǎn)在于獲取足夠數(shù)量的循環(huán)腫瘤細(xì)胞,以及對(duì)于單細(xì)胞甲基化模式的分析。

       2. 核小體位置分析

       血液中cfDNA的主要形式是受單個(gè)核小體保護(hù)(mononucleosomal protected)的DNA。和甲基化模式類似,來(lái)自不同細(xì)胞的cfDNA,其核小體所處的位置也有所不同。因此通過(guò)對(duì)這些核小體位置的分析,我們也能推導(dǎo)出cfDNA的來(lái)源。

       3. miRNA分析

       在生物學(xué)研究中,循環(huán)RNA在RNA-seq,qPCR,以及microarray等方面有著多樣的應(yīng)用。在諸多RNA內(nèi),miRNA由于其在血漿或血清中的穩(wěn)定性得到了廣泛的關(guān)注,也有不少人期望能將其開發(fā)成有用的診斷工具。舉例來(lái)講,有些科學(xué)家希望能使用低劑量計(jì)算機(jī)斷層掃描(low-dose computed tomography ,LDCT)技術(shù),在高風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)體中對(duì)肺癌進(jìn)行早期檢測(cè)。而miRNA的評(píng)估有望減少LDCT技術(shù)較高的假陽(yáng)性率。一些研究表明,miRNA與LDCT技術(shù)的結(jié)合,能將后者的假陽(yáng)性率減少5倍!

       4. 分析細(xì)胞外囊泡的轉(zhuǎn)錄組和基因組

       細(xì)胞外囊泡是核酸與蛋白質(zhì)的載體,在細(xì)胞與細(xì)胞,乃至器官與器官間的交流中起到了重要作用。從運(yùn)輸能力上看,細(xì)胞外囊泡最多能運(yùn)載近100個(gè)蛋白質(zhì)和約10kb長(zhǎng)的核酸。在核酸方面,miRNA大約占了40.4%,piwi-互作RNA占了約40%,剩下的則是假基因(pseudo genes),lncRNA,tRNA,以及mRNA。這些RNA分子中的信息有望用于確認(rèn)癌癥起源,做出早期診斷。除了核酸分子外,細(xì)胞外囊泡上的一些粘附分子(如整合素)也能用于推斷器官特異的癌癥轉(zhuǎn)移。

       值得一提的是,外泌體(exosome)可以由活性癌細(xì)胞直接分泌。與ctDNA進(jìn)行配合,可以從多個(gè)角度展示腫瘤的生物學(xué)特征,做出更準(zhǔn)確的診斷。當(dāng)然,健康組織也會(huì)分泌大量外泌體,其中的遺傳物質(zhì)也會(huì)帶有變異。因此在臨床應(yīng)用上,我們還需要更好地對(duì)外泌體的行動(dòng)進(jìn)行追蹤。

       5. 經(jīng)過(guò)腫瘤“教育”的血小板

       腫瘤細(xì)胞有時(shí)會(huì)將生物分子轉(zhuǎn)移到血小板上,這個(gè)過(guò)程也被形象地稱為“教育血小板”。有趣的是,這些信息可以被用于區(qū)分癌癥患者。在一項(xiàng)研究中,科學(xué)家們收集了228個(gè)癌癥樣本,而對(duì)于這些經(jīng)過(guò)腫瘤“教育”的血小板進(jìn)行RNA-seq,科學(xué)家們可以將局部和轉(zhuǎn)移癌癥患者與健康人區(qū)分開來(lái),準(zhǔn)確度達(dá)84%-96%。區(qū)分腫瘤來(lái)源的準(zhǔn)確度也達(dá)到了71%。這是因?yàn)椴煌陌┌Y類型,會(huì)把不同的分子帶給血小板。當(dāng)然,這一技術(shù)目前還停留在較初步的階段。為了讓它得到更好的應(yīng)用,我們還需要了解腫瘤“教育”血小板的具體過(guò)程。

       6. 蛋白質(zhì)分析

       細(xì)胞的正常運(yùn)作離不開蛋白質(zhì),而許多疾病的根源正是蛋白質(zhì)的突變。然而除了PSA(前列腺特異抗原)外,目前臨床上我們能使用的蛋白標(biāo)志物少之又少,且大多無(wú)法區(qū)分其來(lái)自哪些組織或癌癥。蛋白質(zhì)組學(xué)的蓬勃發(fā)展給了人們契機(jī),讓我們建立了高質(zhì)量的蛋白關(guān)聯(lián)性圖譜。目前,我們已經(jīng)可以利用這些技術(shù),明顯提高液體活檢在早期癌癥中的檢測(cè)率。

       7. 代謝物分析

       腫瘤的生長(zhǎng)發(fā)育往往會(huì)影響到人體生理上的變化,尤其是全身的代謝狀況。對(duì)于腫瘤來(lái)說(shuō),它們能肆意改變自己的代謝通路,而血液中的代謝產(chǎn)物可能會(huì)成為有用的癌癥標(biāo)志物。目前比較為人熟知的一個(gè)案例是BCAA,它能預(yù)示腫瘤發(fā)育早期對(duì)代謝調(diào)控的干擾——胰 腺癌的發(fā)病早期,BCAA水平會(huì)有所上升。而在非小細(xì)胞肺癌里,BCAA的水平則會(huì)下降。這些結(jié)果表明代謝物的組成可能成為液體活檢的重要部分。

       8. 活性循環(huán)腫瘤細(xì)胞分析

       近年來(lái),單細(xì)胞分析技術(shù)有了飛躍式的發(fā)展,這也讓科學(xué)家們得以更為詳細(xì)地分析循環(huán)腫瘤細(xì)胞內(nèi)的基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)、以及表觀遺傳組信息。其中,來(lái)自活性循環(huán)腫瘤細(xì)胞的信息對(duì)于評(píng)估癌癥轉(zhuǎn)移有著重要的作用。除此之外,這些細(xì)胞也能被用來(lái)建立患者特異的腫瘤模型。但首先,我們還需要解決不同癌癥種類中循環(huán)腫瘤細(xì)胞的豐度問(wèn)題。比如非小細(xì)胞肺癌就很少會(huì)帶來(lái)循環(huán)腫瘤細(xì)胞。

       液體活檢技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

       任何一項(xiàng)技術(shù)在剛剛邁入應(yīng)用之際,總是充滿了挑戰(zhàn),液體活檢也不例外。盡管有多種新興分析方法不斷涌現(xiàn),但這一技術(shù)的發(fā)展前方依舊充滿挑戰(zhàn)。

       1.真正理解血漿成分

       關(guān)于液體活檢的爭(zhēng)議之一,在于我們是否真正了解了血漿成分。舉例來(lái)講,過(guò)去人們認(rèn)為ctDNA主要來(lái)自凋亡的癌細(xì)胞,但最近對(duì)ctDNA的一些分析卻找到了一些和癌細(xì)胞增殖有關(guān)的變化,刷新了認(rèn)知。因此為了更好地理解細(xì)胞如何將DNA釋放到循環(huán)系統(tǒng)中,我們還需要更深入地了解健康人與癌癥患者中,血漿的組分與各個(gè)組織之間是怎樣的一個(gè)關(guān)系。截止到目前,我們做的還非常不夠。

       舉例來(lái)說(shuō),不少關(guān)于組織特異性的研究,其專注的只有少數(shù)集中細(xì)胞類型,探索血漿cfDNA來(lái)源的研究也寥寥無(wú)幾。這容易給分析帶來(lái)偏差——不少研究指出白血球是循環(huán)核酸的主要來(lái)源,占比范圍在42%-90%。然而最近的一項(xiàng)研究卻發(fā)現(xiàn),幼紅細(xì)胞來(lái)源的DNA在健康人里,中位占比大概是30.1%,而這是先前人們從來(lái)沒(méi)有報(bào)道過(guò)的組織來(lái)源??上攵?,不同的分析方法得出的結(jié)論究竟有多大的區(qū)別,這也反映了我們對(duì)于血漿cfDNA組成的無(wú)知。

       2. 液體活檢與免疫腫瘤學(xué)

       液體活檢與免疫腫瘤學(xué)的交織,是最近的研究熱點(diǎn)之一。當(dāng)循環(huán)腫瘤細(xì)胞離開原發(fā)腫瘤之后,就會(huì)暴露在免疫監(jiān)控之下。因此,它們也需要一定的免疫逃逸機(jī)制才能生存。目前我們已經(jīng)知道,這些循環(huán)腫瘤細(xì)胞有能力改變自己的MHC I呈遞、改變NK細(xì)胞配體表達(dá)、或是下調(diào)FAS/FASL的表達(dá)。理解這些變化,有助于免疫腫瘤學(xué)的發(fā)展。

       通過(guò)對(duì)循環(huán)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行液體活檢,還能帶來(lái)實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。最近,人們通過(guò)抗PD-L1抗體,發(fā)現(xiàn)在這些細(xì)胞上也有PD-L1的表達(dá)。這些信息可以用于患者細(xì)分。

       此外,我們還能通過(guò)分析ctDNA里的腫瘤突變負(fù)擔(dān)(TMB),了解檢查點(diǎn)抑制劑的潛在效果。這是因?yàn)門MB越高,產(chǎn)生新抗原的幾率就越高。一些研究也表明,TMB能用來(lái)找到哪些患者在免疫療法的治療后,在臨床上能有更好的預(yù)后。

       3. 對(duì)多種參數(shù)的測(cè)量與整合

       如果要給液體活檢展望一下未來(lái),成功檢測(cè)最小殘留病灶可以說(shuō)是一個(gè)目標(biāo)。最終,我們希望能在早期對(duì)癌癥進(jìn)行診斷。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo),有時(shí)我們只需要檢測(cè)一個(gè)指標(biāo)就夠了。最近,2017年藥明康德生命化學(xué)研究獎(jiǎng)得主盧煜明教授領(lǐng)銜的一支團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),只要在外周血液里檢測(cè)Epstein–Barr病毒的DNA,就能篩選出早期的鼻咽癌患者。許多專家認(rèn)為這項(xiàng)研究堪稱是里程碑。

       但更多的情況下,一個(gè)指標(biāo)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在涉及多個(gè)指標(biāo)的案例中,我們還需要考慮參數(shù)整合的問(wèn)題。在最早的一些嘗試中,人們主要綜合的是ctDNA與蛋白標(biāo)志物。舉例來(lái)說(shuō),CA19-9、TIMP1、以及LRG1等蛋白標(biāo)志物,輔以對(duì)KRAS基因突變的檢測(cè),能夠找到腫瘤可切除的前列腺癌患者,且檢測(cè)率要高于只使用ctDNA的方法。

       最近,一種叫做CancerSEEK的早期癌癥檢測(cè)策略浮出水面。在一項(xiàng)招募了1005名志愿者,涉及8種常見癌癥類型的臨床研究中,蛋白質(zhì)與遺傳標(biāo)志物的組合,猜對(duì)癌種的中位正確率為70%。由于致癌基因突變未必具有組織特異性,想要區(qū)分癌癥的來(lái)源,還是要靠對(duì)蛋白質(zhì)的分析。但這種技術(shù)容易帶來(lái)假陽(yáng)性,且在早期癌癥的檢測(cè)中效果不佳。

       盡管如此,研究人員們依舊指出,通過(guò)整合不同標(biāo)志物的分析結(jié)果,液體活檢的潛力看好。在前列腺癌與胰 腺癌的診療上,我們已取得了一些可喜的進(jìn)展。

       4. 機(jī)器學(xué)習(xí)遇上液體活檢

       人們也意識(shí)到,綜合考量多種指標(biāo)需要較高的計(jì)算能力,而機(jī)器學(xué)習(xí)算法則有望自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)癌癥特異的指標(biāo),助力液體活檢。這可能涉及簡(jiǎn)單的邏輯回歸,也可能涉及復(fù)雜的多層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

       事實(shí)上,機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)已經(jīng)在液體活檢中取得了一些成績(jī)。比如利用深度學(xué)習(xí)的方法,我們能以更高的靈敏度和特異性去探測(cè)循環(huán)腫瘤細(xì)胞;用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的miRNA分析,我們可以區(qū)分健康女性和罹患卵巢癌的女性,特異性達(dá)。

       但目前利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法的短板,在于獨(dú)立觀察數(shù)據(jù)的不足。該綜述指出,目前患者的樣本量一般在幾十到幾千之間,而按堿基的分辨率計(jì)算,單名患者就可能產(chǎn)生數(shù)百億的數(shù)據(jù)。在理想的情況下,設(shè)置機(jī)器學(xué)習(xí)算法時(shí),前者應(yīng)比后者的數(shù)量來(lái)得更多。比如經(jīng)典的圖像處理AI,處理的樣本高達(dá)數(shù)百萬(wàn),而潛在的分析特征只有幾千,兩者的數(shù)量級(jí)之間有著明顯的差距。在數(shù)據(jù)不足的前提下,機(jī)器學(xué)習(xí)算法可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)度擬合。它能很好地解釋訓(xùn)練數(shù)據(jù),但無(wú)法用于新的數(shù)據(jù)。

       結(jié)語(yǔ)和展望

       液體活檢在腫瘤學(xué)方面的應(yīng)用日益增多。然而,我們需要對(duì)液體分析物的產(chǎn)生機(jī)理和水平動(dòng)態(tài)進(jìn)行更深入的了解,同時(shí)需要確認(rèn)液體活檢的臨床有效性和臨床實(shí)用性,這樣才能進(jìn)一步推廣液體活檢的臨床應(yīng)用。

       目前,大多數(shù)檢測(cè)都只聚焦于一種分析物,然而將血液中存在的多種分析物的數(shù)據(jù)綜合起來(lái)構(gòu)成的多參數(shù)檢測(cè)可能大幅度改善檢測(cè)的精確度和使用范圍。這些檢測(cè)技術(shù)的開發(fā)需要使用創(chuàng)新統(tǒng)計(jì)工具,它們能夠使用多維機(jī)器學(xué)習(xí)方法來(lái)整合從一個(gè)樣本中獲取的大量數(shù)據(jù)。

       因此,未來(lái)的液體活檢研發(fā)將橫跨多個(gè)學(xué)科,包括基礎(chǔ)生物學(xué)和生理學(xué)、分子生物學(xué)、檢測(cè)技術(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)。非常關(guān)鍵的一點(diǎn)是,只有當(dāng)液體活檢的臨床有效性和臨床實(shí)用性得到證明之后,這項(xiàng)技術(shù)才能發(fā)揮它全部的潛力,為基因組驅(qū)動(dòng)的腫瘤學(xué)和癌癥患者的臨床管理帶來(lái)重大影響。

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