Science：重大进展！给送减少cfDNA清除的启动剂，可将血液中的cfDNA数量提高60倍

肿瘤会不断从垂死细胞中脱落 DNA，这些 DNA 会在患者血液中短暂循环，然后迅速被降解。许多公司已经开发出了能够检测出肿瘤 DNA 的血液检测方法，从而有可能帮助医生诊断、监测癌症或选择治疗方案。然而，在任何给定时间内循环的肿瘤DNA数量都极少，因此要开发出灵敏度足以捕捉到这种微小信号的检测方法一直是个挑战。

如今，在一项新的研究中，来自美国麻省理工学院和布罗德研究所的研究人员想出了一种方法，通过暂时减缓血液中循环的肿瘤 DNA 的清除速度来显著增强这种信号。为此，他们开发出两种不同类型的可注射分子，他们称之为“启动剂（priming agents）”，可以暂时干扰机体从血液中清除循环肿瘤 DNA 的能力。在一项对小鼠的实验中，他们发现这些启动剂可以提高循环肿瘤DNA水平，使可检测到的早期肺转移灶的比例从不到10%跃升到75%以上。这种方法不仅可能更早地诊断癌症，而且还有望更灵敏地检测肿瘤突变以便指导治疗。它还可能有助于改善对癌症复发的检测。相关研究结果发表在2014年1月19日的Science期刊上，论文标题为“Priming agents transiently reduce the clearance of cell-free DNA to improve liquid biopsies”。

论文共同通讯作者、麻省理工学院健康科学与技术教授Sangeeta Bhatia说，“你可以在抽血前一小时给送其中的一种启动剂，这样就能看到以前看不到的东西。这意味着，我们应该能够让每一位出于任何目的进行液体活检的人提供更多的肿瘤DNA分子来进行研究。”

其他的论文共同通讯作者为麻省理工学院化学工程教授J. Christopher Lov和布罗德研究所郭士纳癌症诊断中心主任Viktor Adalsteinsson。论文第一作者为麻省理工学院博士Carmen Martin-Alonso、布罗德研究所博士后Shervin Tabrizi以及布罗德研究所科学家Kan Xiong。

更好的活检

液体活检可检测血液样本中的少量DNA，目前已用于许多癌症患者，以确定有助于指导治疗的突变。然而，如果能提高灵敏度，这些检测方法将对更多患者有用。提高液体活检灵敏度的大多数努力都集中在开发新的测序技术上，以便在抽血后使用。

Bhatia、Love、Adalsteinsson和他们的受训人员在集思广益想办法让液体活检更有参考价值时，想到了在抽取样本前设法增加患者血液中的肿瘤DNA含量。

Love 说，“肿瘤一直在产生新的无细胞DNA（cell-free DNA, cfDNA），这就是我们试图在抽血中检测的信号。然而，现有的液体活检技术受限于你在血液管中收集的物质数量。这项新研究的介入点在于思考如何事先注入某种物质，以帮助提高或增强在同一小样本中可收集到的信号量。”

人体使用两种主要策略来清除血液中的循环DNA。称为 DNase的酶在血液中循环并分解它们遇到的 DNA，而称为巨噬细胞的免疫细胞在血液通过肝脏过滤时摄取cfDNA。

这些作者决定分别针对这两个过程进行研究。为了防止DNase分解DNA，他们设计了一种单克隆抗体，能与循环中的DNA结合，保护其不受DNase的破坏。

Love 说，“抗体是一种成熟的生物制药方式，在许多不同的疾病中都是安全的，包括癌症和自身免疫治疗。我们的想法是，能否利用这种抗体暂时保护 DNA 免受血液循环中核酸酶的降解？通过这样做，我们可以改变平衡，使肿瘤生成 DNA 的速度略快于降解的速度，从而提高血液中的DNA浓度”。

他们开发的另一种启动剂是一种纳米颗粒，旨在阻止巨噬细胞摄取cfDNA。众所周知，这些细胞有吞噬合成纳米颗粒的倾向。

Bhatia说，“DNA 是一种生物纳米颗粒，因此肝脏中的免疫细胞很可能像摄取合成纳米颗粒一样摄取DNA。如果情况确实如此，那么我们可能使用一种安全的假纳米颗粒（dummy nanoparticle）来分散这些免疫细胞的注意力，让循环 DNA 单独存在，这样它就可以处于更高的浓度。”

更早地检测肿瘤

这些作者在接受容易在肺部形成肿瘤的癌细胞移植的小鼠身上测试了他们的启动剂。在癌细胞移植两周后，他们发现，这些启动剂能将血液样本中回收的循环肿瘤DNA数量提高60倍。

一旦采集到血液样本，就可以通过目前用于液体活检样本的同类测序进行测试。这些测试可以找出肿瘤 DNA，包括用于确定肿瘤类型和可能最有效的治疗方法的特定序列。

启动剂减少cfDNA的清除，提高液体活检的灵敏度。图片来自Science, 2024, doi:10.1126/science.adf2341

癌症的早期检测是这些启动剂的另一个前景广阔的应用领域。这些作者发现，如果在抽血前给小鼠注射这种纳米颗启动剂，就能在75%的癌症负担较低的小鼠血液中检测到循环肿瘤DNA，而如果不注射这种启动剂，就检测不到任何循环肿瘤DNA。

Adalsteinsson说，“癌症液体活检测试的最大障碍之一是血液样本中循环肿瘤DNA的稀缺性。因此，看到我们迄今为止所能达到的效果，并设想这可能对患者产生的影响，是令人鼓舞的”。

注射任何一种启动剂（前面提及的抗体或纳米颗粒启动剂）后，血液中的DNA水平都需要一两个小时才能升高，然后在大约24小时内恢复正常。Love说，“这些启动剂能在几小时内达到峰值活性，然后迅速地被清除，这意味着患者可以到医生办公室接受这样的启动剂，然后在一次就诊中抽血进行检测。这一特点预示着将这一概念转化为临床应用的可能性很大”。

这些作者成立了一家名为 Amplifyer Bio 的公司，计划进一步开发这项技术，希望能推进临床试验。Bhatia说，“一管血比结肠镜筛查甚至乳房 X 线照相术更容易诊断。最终，如果这真地具有预测性，那么我们就应该能够让更多的患者使用这些启动剂，让他们从癌症干预或更好的治疗中获益。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Carmen Martin-Alonso et al. Priming agents transiently reduce the clearance of cell-free DNA to improve liquid biopsies. Science, 2024, doi:10.1126/science.adf2341.

New approach in liquid biopsies makes it easier to detect circulating tumor DNA in blood samples
https://medicalxpress.com/news/2024-01-approach-liquid-biopsies-easier-circulating.html