近日，北大医院王鹏远教授团队与清华大学鲁志教授团队、清华长庚医院卢倩教授团队合作，在《细胞》杂志子刊《Cell Reports Medicine》上发表论著，通过最新的、高灵敏的微量核酸测序技术，第一次在消化道癌症病人的血浆中系统全面地分析和对比了cfDNA+cfRNA的4种组学和10余种变异类型，发现多组学相对于单组学的检测效果有了较好地提升，为消化道癌症患者的检测和预后提供了新的生物标志物；同时，也发现cfRNA比cfDNA对血液中的癌基因变异和免疫微环境的检测要灵敏很多。

文章发表在Cell Reports Medicine

　　北大医院王鹏远教授、清华大学鲁志教授、清华长庚医院卢倩教授为文章通讯作者，北大医院左帅副主任医师、清华大学博士生陶俣寰和邢少贞为文章共同第一作者。

研究背景

　　液体活检在癌症早筛和预后监测方面有着得天独厚的优势。体液中的游离DNA（cfDNA）和游离RNA（cfRNA）在疾病诊断和预后的无创评估中已经有了深厚的研究积累。诸多cfDNA特征，例如突变、拷贝数、甲基化模式、片段化模式和核小体足迹在癌症患者中都发生着异常调控。许多cfRNA特征也可以作为癌症标志物（包括microRNA，circRNA以及mRNA和长非编码RNA的选择性剪接模式）。不过，单组学特征各有所长，比如cfDNA的甲基化具有极佳的组织溯源能力，但是对于早期癌症患者的检出率较低；cfRNA虽然丰度和灵敏性较高、与癌症患者的动态息息相关，但RNA的稳定性较差。如何利用多组学的进行优势互补，尽早识别癌症患者，灵敏地监测疾病动态变化，是液体活检中一个亟待解决的问题。

　　和成熟的组织多组学研究相比，癌症体液多组学研究受限于有限的临床样本、稀少的肿瘤相关分子，仍面临着严峻挑战。随着微量核酸测序技术的发展和完善，在有限的样本中进行多组学同时检测逐渐成为可能。

主要研究内容

　　在该研究中，研究人员利用2-3毫升血浆中的cfDNA和cfRNA，对80位结肠癌和胃癌患者以及81个健康对照的血浆样本进行了4种不同组学水平的检测，包括基因组（cfDNA）、表观基因组（cfDNA甲基化）、小RNA（small cfRNA）和全RNA（total cfRNA）转录组（图1左）。研究人员基于以上多组学数据进行生物信息学分析，对衍生出的10余种不同类型的变异事件分别进行了整合、比较。

图1

　　亮点1：在监测肿瘤相关基因方面，cfRNA相较于cfDNA更加灵敏。

　　研究团队首先发现了cfRNA对癌基因变异的检测敏感性（癌症病人检出率）是 cfDNA的3倍（图1 右中）。以TP53为例，基因水平的多组学整合将会有效提高癌症患者检出率（图2左）。将该概念扩展到COSMIC定义的癌基因中，依旧可以发现多组学的整合使得更多的癌症患者被检出（图2右）。同时，研究人员也发现，血浆中的肿瘤相关基因中，cfRNA水平的变异程度相较于cfDNA更高，对于癌症检出率的贡献度更高。

图2

　　亮点2：特定的免疫特征在胃肠道癌症患者的血浆中受抑制

　　此外，在不同变异事件的比较中发现，cfRNA相关的变异事件相较于cfDNA而言，对于癌症患者的病理变化更加敏感，可以用来揭示癌症患者的异常免疫变化和肿瘤微环境特征（图3左）。多组学通路富集结果显示，胃肠道癌症患者血浆中特定的免疫通路处于受抑制状态（cfRNA丰度水平显著下调），且免疫通路下调的现象也在出现在其他消化道癌症患者的血液中（图3右）。

图3

　　亮点3：基于cfRNA的生物标志物具有预测肿瘤分期等临床状态的能力

　　利用血浆进行液体活检的优势在于既能够监测到肿瘤来源的信号，又能够反映出机体的免疫系统变化。研究人员针对22例具有血浆、外周血单个核细胞、癌和癌旁组织的患者队列进行了转录组检测，发现血浆中不仅免疫细胞RNA水平和变化与癌组织类似，而且肿瘤相关的通路也与组织呈高度相关。研究人员进一步发现，利用基于cfRNA的多种免疫细胞分数和肿瘤微环境分数，可以有效地预测肿瘤分期、肿瘤大小等，为肿瘤的动态监测，提供了潜在的标志物（图4）。

图4

结语

　　综上所述，该研究首次基于血浆基因组、表观基因组和小RNA和全RNA转录组，展现了消化道癌症的细胞外cfDNA+cfRNA核酸景观，并证实了多组学整合可以有效提高液体活检中的癌症检出率，证明了cfRNA相对于cfDNA的更高灵敏性，并为癌症状态的动态监测提供了以cfRNA为基础的潜在生物标志物。

　　原文链接：

　　https://www.cell.com/cell-reports-medicine/fulltext/S2666-3791(23)00475-5

北大医院专家简介

　　通讯作者：王鹏远，胃肠外科主任医师、教授、博士生导师。

　　专业特长：胃癌、结直肠癌机器人手术，微创手术，腹部外科疑难手术。

　　现任北大医院副院长，中国研究型医院学会数字智能化外科专业委员会副主任委员、中国研究型医院学会消化道肿瘤专业委员会常委、中国医师协会结直肠肿瘤专业委员会委员、北京市慢性病防治与健康教育研究会胃肠专业委员会主任委员、北京医师协会结直肠疾病医师分会副会长、北京抗癌协会大肠癌专业委员会副主任委员，2022年北京市优秀医师奖获得者。

　　发表中英文论文60余篇，最高影响因子12分，论文被引频次700+，单篇最高被引380余次。发明专利4项，承担科技部科技创新2030重大项目、国家自然科学基金项目、首都卫生科研发展专项。获2021年中国研究型医院学会医学研究创新奖二等奖。

　　第一作者：左帅，胃肠外科副主任医师。

　　专业特长：胃肠道肿瘤的微创（腹腔镜及机器人）手术和综合治疗，尤其局部晚期肿瘤的联合脏器切除等复杂疑难手术。

　　现任中国研究型医院学会消化道肿瘤专业委员会委员、中国抗癌协会结直肠肿瘤整合康复专业委员会委员、北京医师协会结直肠疾病医师分会委员、北京慢性病防治与健康教育研究会胃肠专委会常务委员兼秘书长、北京整合医学学会经自然腔道取标本手术分会委员，国家医学考试中心专家委员会委员、国家食药监局器审中心外聘专家。

　　发表国内核心期刊及SCI论文9篇，单篇最高影响因子14.3，JCR 1区2篇，2区4篇。作为PI主持科研课题3项。专利2项。

　　（胃肠外科、科研处）