重磅推荐|何川，张康等3篇文章推出癌症诊断新策略（2篇Cell Res及1篇Nature materias）

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iNature：对于癌症诊断，主要以病理学及生化检查，作为参考，像肝癌会才去AFP（甲胎蛋白的含量）联合病理学诊断。但是，现在有3个研究组，同时报道采用其他的策略进行诊断癌症。张康等人在Nature materials揭示，同时采取血液循环肿瘤DNA胞嘧啶甲基化进行肝癌的诊断，其操作方便，灵敏度及准确性高，可能成为今后肝癌诊断的标准；Quake等人发现发现肺癌导致cfDNA中5hmC的进展性全面丧失，而肝细胞癌和胰腺癌导致羟甲基组中的疾病特异性变化， 同时表明无细胞5hmC标志可能不仅用于识别癌症类型，而且还用于追踪某些癌症中的肿瘤阶段；何川等人在这里收集了最近诊断患有结直肠癌，胃癌，胰腺癌，肝癌或甲状腺癌的患者和来自90个健康个体的正常组织样品，进行对循环无细胞DNA （cfDNA ） 5hmC分析，基于5hmC的循环cfDNA生物标志物对结肠直肠癌和胃癌具有高度预测性，优于常规生物标志物，与来自组织活检的5hmC生物标志物相当。因此，这种新的策略可以导致从血液样本的分析中发展有效的，微创的癌症诊断和预后方法。在这里主要解读何川等人的文章，张康的文章以前解析过（点击查看），Quake等人的文章与何川的相似，不反复解读。

DNA修饰如5-甲基胞嘧啶（5mC）和5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）是已知影响哺乳动物基因表达的表观遗传学标记。鉴于它们在人类基因组中的广泛分布特性，与基因表达密切相关和高度的化学稳定性，这些DNA表观遗传标记可以作为癌症诊断的理想生物标志物。利用高度敏感和选择性的化学标记技术，何川等人在这里收集了最近诊断患有结直肠癌，胃癌，胰腺癌，肝癌或甲状腺癌的患者和来自90个健康个体的正常组织样品，进行对循环无细胞DNA（cfDNA）5hmC分析。

去甲基化过程

 发现5hmC主要分布在转录活性区域，与开放的染色质和活性组蛋白修饰相一致。在cfDNA中鉴定出可靠的癌症相关的5hmC标签，这是特定癌症类型的特征。基于5hmC的循环cfDNA生物标志物对结肠直肠癌和胃癌具有高度预测性，优于常规生物标志物，与来自组织活检的5hmC生物标志物相当。因此，这种新的策略可以导致从血液样本的分析中发展有效的，微创的癌症诊断和预后方法。

癌细胞释放DNA到血液

胞嘧啶甲基化（形成5-甲基胞嘧啶，5mC）是影响基因表达的公认的表观遗传学修饰【1,2】。 DNA的5mC重构在哺乳动物发育和细胞分化以及癌症发生，进展和治疗反应过程中广泛使用【3,4】。哺乳动物基因组中的活性去甲基化是由将5mC修饰氧化为5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）【5,6】，以及进一步转化为5-甲酰基胞嘧啶（5fC）和5-羧基胞嘧啶（5caC）的TET家族的双加氧酶完成【7,8,9】。 “中间”5hmC不仅标志着活跃的去甲基化，而且还是一个相对稳定的DNA标记，具有不同的表观遗传角色【2,10-15】。 5hmC在各种哺乳动物细胞和组织中最近的全基因组测序图谱支持其作为基因表达的标记的作用【16-21】;它在增强子，gene body和启动子富集，5hmC的变化与基因表达水平的变化相关【22,23】。

高通量测序

来自循环血液中不同组织的无细胞DNA（cfDNA）的发现对临床具有革命性的潜在应用【24】。基于液体活检的生物标志物和检测工具与现有的诊断和预后方法相比具有显著的优势，包括微创。因此，他们具有成本效益的潜力，可以促进更高的患者依从性和临床便利性，从而实现动态监测【25】。

人类癌症的cfDNA中，检测5hmC的生物标志物

肿瘤相关的cfDNA体细胞突变已经显示与肿瘤组织共享，尽管低的突变频率和缺乏来源组织的信息阻碍了检测的敏感性。 5mC和5hmC来自液体活组织检查的cfDNA可以作为平行或更有价值的生物标志物，用于人类疾病的非侵入性诊断和预后，因为它们概括了相关细胞状态中的基因表达变化。如果可以灵敏地检测这些胞嘧啶修饰模式，则可以鉴定疾病特异性生物标志物，用于早期的肿瘤检测，诊断和预后。

5hmC在癌细胞的差异化富集

高通量测序是检测全基因组胞嘧啶修饰模式的理想平台。全基因组亚硫酸氢盐测序或替代方法已应用于生物标志物研究【26-28】。组织和癌症特异性甲基化位点在跟踪来自循环血的来源组织中，表现出有希望的潜力。然而，5mC主要作为人类基因组中高背景水平的抑制性标记，并且其用亚硫酸氢盐处理的测序一直受到广泛的DNA降解。利用羟甲基的存在，选择性化学标记可应用于使用低水平的DNA以高灵敏度检测5hmC。在这里，何川等研究组建立了5hmC临床诊断技术，用于cfDNA 5hmC分析。显示显示cfDNA的5hmC差异富集，是实体瘤的优秀标记。

胰腺癌5hmC分布状况

癌症cfDNA的动态在很大程度上还不清楚。在简化的模型情况下，肿瘤组织的gDNA被释放到血浆中并且经历降解，达到与来自正常健康组织的背景cfDNA类似的平衡。基因座特异性5hmC修饰似乎是5hmC水平的主要决定因素，具有组织特异性，然后癌症状态增加额外的变化层。这些组织，以及在较小的程度上肿瘤组织释放的DNA中的癌症特异性信号，略微改变背景血浆cfDNA的5hmC修饰谱。从肿瘤组织中释放的cfDNA越多，转移越大，给区分肿瘤来源的生物学和临床变化提供了更大的能力。因此，整合来自不同组织类型的gDNA的5hmC概况，以实现对癌症生物标志物的疾病特异性的未来评估，将是至关重要的。

胃癌中5hmC分布状况

此外，实体瘤由癌干细胞和癌细胞组成，在由白细胞，间充质细胞和细胞外基质构成的微环境中。肿瘤进展启动了以缺氧和血管形成为特征的局部环境的变化梯度。在生长的肿瘤及其周围的细胞内，可能存在广泛的变异性，使得某些类型的细胞倾向于凋亡并将DNA释放到循环中。

血浆cfDNA中观察到癌症相关5hmC变化的起源

何川等研究组预计在血浆cfDNA中观察到的5hmC的癌症相关变化是由肿瘤组织内或周围的不同组细胞贡献的。肿瘤相关组织的单细胞或细胞类型特异性5hmC分析和使用适当的细胞类型标记物，将揭示这些修饰的细胞特异性的程度和分布，并进一步阐明有助于在血浆cfDNA中观察到癌症相关的5hmC变化。这是这个学科所要达到的意图，同时也是未来的发展方向。

原文链接

https://www.nature.com/cr/journal/v27/n10/full/cr2017106a.html

http://www.nature.com/cr/journal/v27/n10/full/cr2017121a.html

http://sci-hub.cc/10.1038/nmat4997

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