PLOS Medicine | 基于cfDNA的超低深度全基因组测序方法，可区分神经纤维瘤良恶性病变
1型神经纤维瘤病（NF1）是一种常见的遗传性癌症易感性综合征。恶性周围神经鞘瘤（MPNST）是导致NF1患者死亡的主要原因，这是一种由良性丛状神经纤维瘤（PN）前体病变引起的侵袭性软组织肉瘤。准确诊断从PN到MPNST的转变非常具有挑战性，因为两者的横断面成像结果很难进行区分，且病灶内异质性可能导致活检产生假阴性结果，往往造成对MPNST的诊断延误，甚至导致预后恶化。
近日，来自美国国家癌症研究所（NCI）和华盛顿大学医学院的联合研究团队在PLOS Medicine发表了题为“Cell-free DNA ultra-low-pass whole genome sequencing to distinguish malignant peripheral nerve sheath tumor （MPNST） from its benign precursor lesion: A cross-sectional study”的文章。该研究利用cfDNA片段组学和超低深度全基因组测序（ultra-low-pass whole genome sequencing ，ULP-WGS）开发了一种无创液体活检方法，可将MPNST与良性PN前体区分开来，预处理准确率达86%。同时，研究结果显示，利用ULP-WGS进行cfDNA片段分析有潜力成为监测治疗反应的生物标志物检测方法，并作为MPNST早期检测的筛选分析。
文章已发表于PLOS Medicine期刊上
研究团队前瞻性地从23名PN患者、14名尚未接受治疗的MPNST患者和16名健康个体采集了血液样本。从血液样本中分离出cfDNA，利用ULP-WGS进行cfDNA检测分析，目的是通过分析和定量血浆cfDNA中的基因组拷贝数变异（CNA），以无创方式将MPNST与良性PN区分开来。
图1.研究概况图。来源：PLOS Medicine
图2.研究队列特征和CNA。来源：PLOS Medicine
研究发现，与PN患者或健康个体相比，MPNST患者的cfDNA片段较短。通过对该部分片段进行测序分析，可检测cfDNA中的拷贝数变异，并根据ULP-WGS数据估计肿瘤分数（tumor fraction）。血浆cfDNA的基因组拷贝数分析发现，在MPNST患者中可检测到较多与PN肿瘤进展相关的局灶性体细胞CNA，并偶尔可在PN患者中发现，但健康对照组中不存在。值得注意的是，与PN相比，MPNST患者cfDNA的肿瘤基因组不稳定性也明显更高，在MPNST组织的关键基因组位点中存在CNA（即染色体臂8q增加和9p丢失），使得液体活检能够敏感和特异性地区分MPNST和PN。
图3.全基因组CNA检测。来源：PLOS Medicine
研究人员还利用ULP-WGS对血浆肿瘤分数无创区分MPNST和PN的能力进行了评估。比较健康对照组、PN和MPNST样本的血浆肿瘤分数发现，cfDNA肿瘤分数可以将MPNST与健康对照组和患者区分开来。PN患者和健康个体的cfDNA肿瘤分数没有差异。健康组（0.026）和PN组（0.026）的肿瘤平均分数水平低于MPNST组（0.058）。在对比MPNST患者和PN患者的血浆肿瘤分数时，研究人员意外发现只考虑90bp~150 bp片段的肿瘤分数数据，AUC为0.83，当考虑到所有cfDNA片段长度时，AUC降至0.60，突出了cfDNA片段大小选择的重要性。此外，高血浆肿瘤分数病例的cfDNA片段较短，低血浆肿瘤分数病例的cfDNA片段较长。因此，与良性PN患者相比，MPNST患者具有独特的cfDNA片段大小。
图4.通过cfDNA中的肿瘤分数对患者进行诊断。来源：PLOS Medicine
通过对MPNST患者的影像学检查结果进行研究，研究人员发现cfDNA肿瘤分数与肿瘤负荷之间存在显著相关性。此外，对于进行连续cfDNA分析和影像学研究的个体患者，cfDNA肿瘤分数的动态变化能够预测肿瘤负荷和疾病状态的变化。这些发现强调了在NF1中，用ULP-WGS进行cfDNA片段分析，不仅可以区分癌前肿瘤和恶性肿瘤，还可以作为实时跟踪治疗反应的生物标志物，监测患者的病情，快速诊断肿瘤是否发生转移或复发。
图5.血浆中的肿瘤分数与成像相关。来源：PLOS Medicine
小 结
研究团队开发的ULP-WGS是一种高度敏感且快捷简单的方法，可以无创将MPNST患者与良性前体进行区分，为液体活检在遗传性癌症易感综合征中区分良性和恶性肿瘤的能力提供了第一个证据。该液体活检技术可判定模棱两可的影像学检查结果，有潜力作为MRD和治疗反应的生物标志物检测方法监测PN患者，促进MPNST的早期检测，为改善高风险癌症易感人群的早期癌症检测和监测奠定基础。
参考文献
1. Li, S., Noor, Z.S., Zeng, W. et al. Sensitive detection of tumor mutations from blood and its application to immunotherapy prognosis. Nat Commun 12, 4172 （2021）. https://doi.org/10.1038/s41467-021-24457-2
2. Peneder, P., Stütz, A.M., Surdez, D. et al. Multimodal analysis of cell-free DNA whole-genome sequencing for pediatric cancers with low mutational burden. Nat Commun 12, 3230 （2021）. https://doi.org/10.1038/s41467-021-23445-w
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