美国政府、企业利用次世代 DNA 定序,盼能发展早期筛检癌症法

2020-07-30 18:11:52 来源:聚焦关注 作者:
美国政府、企业利用次世代 DNA 定序,盼能发展早期筛检癌症法

30 多年来「癌症」始终高居国人十大死因之首。虽然近年来标靶药物、免疫治疗,已为部分癌症病患带来战胜癌症的新希望,但是癌症的「早期发现」仍是降低死亡率最有效的方法。例如卫福部自从民国 84 年起推动的子宫颈抹片检查,已将子宫颈癌的发生率和死亡率有效降低了 5 成;定期粪便潜血检查,也有助于早期发现大肠癌并降低其死亡率。然而数十年来,癌症整体的死亡率并未明显下降。如果其他癌症也能发展出有效的早期筛检方式,将能更大幅度降低癌症的死亡率。

癌症早期筛检的困难

早期发现癌症的挑战在于肿瘤很小,欲以影像或生化分析的方法侦测不易,而且容易产生误判:若检查结果是「伪阳性」(明明没有癌症,检查却认为有癌症)会造成病人的恐慌;而「伪阴性」的检查结果(有癌症却未检出),会导致该治疗却未治疗,延误癌症治疗的黄金时期。因此要发展可靠又有效的癌症筛检方法,亟需更灵敏、更精确的癌症筛检平台。

循环肿瘤 DNA(Circulating Tumor DNA,ctDNA)

「DNA 突变」是癌细胞之所以表现出异常的生化特性、恶性生长的主要原因。当肿瘤内的癌细胞死亡时,其细胞核内的 DNA 会释放出来进入人体血液循环,称为「循环肿瘤 DNA」(ctDNA)。因此侦测血液中 DNA 突变的情形,也就是侦测血液中是否有 ctDNA,可以帮助判断体内是否有癌化细胞存在,很有潜力发展为既精确又灵敏的癌症筛检平台。现阶段,晚期癌症病人的血液中的 ctDNA 已能轻易侦测出来,并且依照其中是否具特定基因突变以判断病人能否接受特定标靶药物治疗。至于 ctDNA 与早期癌症的关係,则有待进一步的研究釐清。

运用次世代 DNA 定序,侦测 ctDNA 可行性

早期侦测 ctDNA 的一项主要挑战是,正常细胞转变为癌细胞的过程中通常累积大量的 DNA 突变,且不同器官组织的癌细胞 DNA 突变的种类大不相同,甚至同一器官的癌细胞在不同病人身上呈现的 DNA 突变也不尽相同。因此要以 ctDNA 为癌症早期筛检的手段,仅侦测少数几个基因的突变绝对不够。此外癌症发生初期,血液中的 ctDNA 含量较少,反而是正常组织释放至血液的 DNA 较多,因此 DNA 定序时一定要涵盖足够数量的 DNA 片段,才能在众多正常 DNA 片段中「看见」突变的 DNA。欲达此目的,唯有「次世代 DNA 定序」才能办到(注)。虽然目前此种 DNA 定序法费用仍高昂,并不适合普遍运用于早期癌症筛检,但相信随着电脑运算的技术不断精进以及定序的价格持续下降,运用次世代定序于癌症早期筛检的可行性也会愈来愈高。

早期侦测 ctDNA 实际临床运用的挑战

欲将次世代 DNA 定序实际运用于早期癌症筛检,首先要决定那些 ctDNA 的突变足以代表某种特定癌症已在体内形成了。这需要至少数百名早期癌症患者的循环 DNA 样品,经由次世代 DNA 定序分析其 ctDNA 突变的情形,还需要与另外数百名健康受试者的循环 DNA 定序结果两相比对,才能进一步确认哪些突变是只发生在癌症病患身上。此外还要注意的是,随着年龄增长,健康人体内的基因突变也会逐渐累积,因此在试验阶段还要设法区辨出哪些是无害的 DNA 突变,哪些才是真的与癌症形成有关的突变。

待找出能代表特定癌症的 ctDNA 突变组合后,尚需要进行随机分配的临床试验,以验证这些 ctDNA 突变组合确实能準确帮助筛检出早期癌症。由于癌症每年发生率约 1~2%,且癌症从确诊到病人死亡要经历数年时间,所以预估此项试验需要上万名受试者,才能满足统计学上的要求。

美国在基因体学的研究始终处于领先地位,2016 年欧巴马总统的癌症登月计画(Cancer Moonshot Initiative)中一项子计画正是致力于蒐集血液中各种与癌症有关的 DNA 资讯。此外全球最大的次世代 DNA 定序公司 Illumina,已集结了来自比尔‧盖兹(Bill Gates)、Google 等,超过 30 亿元(约 1 亿美元)的资金,成立了圣杯(GRAIL)公司 ,并已展开总数达 1 万名受试者的临床试验,希望以次世代 DNA 定序平台为基础,开始蒐集、分析早期癌症病人与健康受试者血液中循环 DNA 序列的资料,逐步朝向早期侦测 ctDNA,早期发现癌症的理想迈进。有一天,当这个理想真的实现了,癌症在人世间所造成的生离死别将会大大减少!

注:次世代 DNA 序列定序平台集合了精密的萤光讯号侦测技术、高速的电脑演算法、DNA 晶片技术,能同时针对上亿条的 DNA 片段进行定序,效率是传统定序法的数万倍。因为此平台是针对每一条 DNA 片段的序列一一分析,所以侦测到 DNA 突变的效率较传统 DNA 定序法更好。

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