DNA甲基化异常是驱动癌症发生发展的重要表观遗传修饰之一。几乎所有的人体肿瘤中都存在来自肿瘤相关基因的异常甲基化。因此，DNA甲基化异常是癌症发生进展的一种警示性生物标志物。而当癌细胞及其他人体细胞凋亡时，其DNA会进入血液，也就是cfDNA。
近日，发表在《Cancer Cell》上的一篇文章对比了10种针对cfDNA的测序分析技术在肿瘤早筛中的临床研究结果，显示cfDNA甲基化是预测癌症信号来源最佳标志物。
文章标题为：Evaluation of cell-free DNA approaches for multi-cancer early detection。
研究由美国生物科技公司GRAIL Arash Jamshidi教授课题组进行并发布。
这也是目前最大规模的cfDNA方法全基因组综合比较，研究评估了基于cfDNA的多癌早期检测（MCED）测试的几种方法，通过基于循环肿瘤等位基因分数（cTAF）定义临床检测限值（LOD），从而实现性能比较。
人体各种组织的DNA会存在于血液和细胞外的其他体液中，也就是cfDNA。这一发现也让许多基于血液的cfDNA检测得以发展来检测基因组异常。如染色体拷贝数畸变用于非侵入性产前检测或可操作的肿瘤来源突变用于靶向癌症治疗选择。而肿瘤早期筛查也是基于血液的cfDNA一个关键应用方向。文章发布前，还没有报道对cfDNA用于MCED检测的各种基因组特征进行严格和系统的比较。
该研究在2800人（1628名癌症患者和1172名非癌症患者）的队列中评估了多种潜在的基于血液的多癌种早筛方法，并随机分配到独立的训练或验证集。包括全基因组测序、全基因组甲基化测序和靶向测序，包括甲基化、体细胞拷贝数改变、体细胞突变，以及一个只包含临床特征分类器。
评估标准包括灵敏度（正确识别肿瘤患者）、特异性（定义为98%，不让假阳性结果给人群带来负担）和癌症信号起源预测（测试预测检测到的癌症信号的解剖定位或起源细胞的能力）。
研究显示，在被评估的分类器中，在特异性为98%时，使用全基因组甲基化的分类器具有最高的癌症信号检测灵敏度。训练集和验证集提供了大致一致的灵敏度结果(图2)。相比之下，只包含临床特征的分类器表现较差(3%)。
并且正如预期的那样，所有癌症分类器的敏感性随着临床癌症分期的增加而增加。
表3.原型癌症信号检测分类器98%特异性的性能指标
图2.不同分类器在癌症信号检测中的性能
此外，在被评估的方法中，全基因组甲基化具有最佳的预测癌症信号来源：WG甲基化癌症信号来源分类器准确预测了75%(95/127)的癌症样本的癌症信号来源，而SCNA和SNV-WBC分别准确预测了41%(52/127)和35%(44/127)的癌症样本的癌症信号来源(图4)。WG甲基化预测癌症信号来源的准确性明显高于SCNA或SNV-WBC。
图4.使用联合检测的癌症样本验证集的原型试验预测癌症信号起源的准确性
研究者基于循环肿瘤等位基因分数(cTAF;cfDNA中肿瘤特异性突变的相对数量的估计)，这与癌症信号检测性能密切相关，利用检测极限(LOD)的概念并创建了临床LOD测量。
单一MCED检测的临床LOD定义为检测癌症信号的概率至少为50%且保持98%特异性的cTAF(临床LOD不应与分析LOD混淆，分析LOD通常表示特定分析物的最低浓度，在稀释系列中使用已知重复可以在95%的时间内检测到)。临床LOD反映了彼此相对的敏感性表现。与癌症信号检测分类器的敏感性结果相似，WG甲基化、SNV-WBC和泛特征分类器提供了最低的临床LOD，但彼此之间没有显著差异。SNV分类器需要去除CH背景，以匹配WG甲基化分类器的LOD性能(图3)。研究中临床LOD最低的是SCNAWBC分类器，其次是片段长度分类器。
图3.临床LOD用于各肿瘤信号检测分类器
在这项研究中，跨分类器敏感性、临床LOD和肿瘤信号来源预测，WG甲基化是最有希望的整体选择！部分原因可能是因为它是整个基因组的普遍信号(≈3000万个CpGs)。此外，甲基化模式沿每个片段包含一个强大的肿瘤特异性信号，可以很容易地识别高于正常的基因组背景变异，这可能使甲基化信号检测比其他特征的癌症基因组检测有较低的cTAF水平。基于ctDNA中的甲基化因此能够以99.5%的特异性检测50多种癌症的共同癌症信号，并通过可操作性的抽血来准确预测癌症起源位置。
目前研究的参与者目前正在接受长期随访，研究者会进一步明确他们是否患癌。同时其他还有一些正在进行的研究，包括一项介入性研究，目前正在研究无症状人群的MCED测试表现(NCT04241796, NCT03085888, NCT03934866)。目前该筛查方式敏感性评估为98%的特异性，临床上筛查人群首选更高的特异性。在随后的CCGA亚研究中，特异性会达到>99%的敏感性甚至更高。目前，该分类器已形成一个基于甲基化的检测产品：Galleri® MCED，并且被选入《时代周刊》2022年度最佳发明榜单。
GRAIL的首席执行官Bob Ragusa表示：“早期癌症检测十分重要，因为能够极大地改变癌症患者的生活”。
参考文献：doi.org/10.1016/j.ccell.2022.10.022
