肿瘤个性化诊断技术 新技术有望推广到临床

一项整合了测序资源和各方面专家的领先研究对每位患者的肿瘤细胞进行了分析，并且是以一种非常省钱，而且相对快速的方式完成了检测，所以这项新技术将有望推广到临床。

分子靶向抗癌技术（molecularly targeted cancer therapeutics）发展到今天已经有十几年了，可是绝大多数必需依照美国食品与药品监督管理局（U.S. Food and Drug Administration, FDA）制定的临床实验室改进标准修正案（Clinical Laboratory Improvement Amendments, CLIA）作为操作规程的临床实验室还在使用一次只检测一个基因的方法进行临床分子学诊断工作。比如，他们经常会对结肠癌患者进行KRAS基因突变筛查，或者对非小细胞肺癌患者进行表皮生长因子受体编码基因的检测。可是我们越来越需要更通用的检测方式，可以一次就发现多个基因的突变情况，比如针对肺癌患者可以一次同时检测ERBB2基因和BRAF基因，这样将更加有利于临床治疗。有好几家CLIA临床实验室已经开展了多重筛查业务，可以同时针对数十种肿瘤基因进行检测，发现多达数百种的基因突变。但是这些检测手段也只能发现突变热点，而且由于技术手段的限制，目前还只能对原癌基因进行检测，对抑癌基因的检测效果还不太理想。不过很快就会有临床实验室引进高通量的新一代测序仪，一次能够对很多个基因进行测序，但是还是有人会问：“为什么不能对每位患者进行全基因组测序呢？”

我们可以利用全基因组测序方法来检测肿瘤患者是否有复发。对白血病患者进行全基因组测序还可以发现隐藏的融合基因，这对于确定临床治疗方案非常重要，有可能会让整个方案做出大调整。Roychowdhury等人又将这种全基因组测序方法向前推进了一步，他们不仅对全基因组进行测序，还要对每一位患者的全外显子组（即所有的编码基因）和全转录组（即所有的RNA）进行测序，希望这样可以发现所有潜在的重要线索。Roychowdhury等人发现这种“一网打尽”式的测序方法不仅省时，而且省钱，因为这些测序结果不仅可以用于最终的个性化肿瘤诊断工作，而且还可以为将来的临床肿瘤基因组学服务。

Roychowdhury等人建立的这种方法主要针对的人群是晚期肿瘤患者，他们首先和患者们签署了知情同意书，其中包括非常详细的遗传学咨询以及让患者选择在检测时如果有意外发现是需要告知他们还是无需告知他们等条款。他们从患者身上采集了新鲜的活检标本用于进行肿瘤组织全基因组测序（大约会测序5~15次），肿瘤组织和正常对照组织的全外显子组测序（大约会测序70~100次），以及全转录组测序。这样就能得到互为参考的测序结果。比如，在Roychowdhury等人介绍的四例病案中有一例是结肠癌转移患者，他的全基因组测序和外显子组测序结果都显示在他13号染色体的长臂上有一段区域有异常扩增现象，这段区域里刚好含有周期素依赖性蛋白激酶8（cyclin-dependent kinase 8, CDK8）编码基因，转录组测序结果也发现CDK8基因的确有过表达的现象。这位患者还有NRAS基因突变的现象，这也全都被三种测序方法给捕捉到了。

从最开始进行活检，到最后拿到检测结果，一共需要24天的时间，这段时间还没有超过在临床试验中药物从志愿者体内完全排出的时间。这24天里还有3天是用在计算机数据处理和分析的工作上。由于这种检测方式的速度如此之快，所以我们接下来需要考虑的问题是如何让这些数据在临床上发挥最大的功用。对此，Roychowdhury等人倒有自己独到的看法，他们希望能够集合临床医生、遗传学家、病理学家、生物学家、生物信息学家以及生物伦理学家等来自各个相关领域的专家组成一个“肿瘤测序咨询委员会（sequencing tumor board）。由这个委员会对每一位患者的检测结果进行讨论和分析，最终由他们做出裁决，提供出一份诊断报告，如图所示。他们主要参照的是英国Sanger研究所（Sanger Institute）公布的《肿瘤基因调查报告》（Cancer Gene Census），同时还会参考《肿瘤体细胞突变目录》（Catalog of Somatic Mutations in Cancer, COSMIC）、《人类着丝粒基因》（genes of the human kinome，里面包括的都是蛋白激酶基因）以及已知的，通过肿瘤学实验验证过的肿瘤基因。具体的检测报告可以分为三大类，即对当前癌症治疗有直接影响的发现；具有生物学意义，但是现在还没有发挥太多作用的发现；以及重要性未知的发现。因为这些测序工作都是在研究型的实验室里完成的，所以检测结果还需要在CLIA实验室里进行重复验证。

Roychowdhury等人开展这项研究的目的不是要证明对肿瘤患者进行大规模平行测序可以改善他们的生活质量或者延长他们的寿命，他们只是想看看用这种方法对这几位患者进行诊断会得到什么样的结果。参与实验的这位结肠癌患者之前已经接受过了Aurora激酶（AURKA）抑制剂的治疗，有意思的是，在他的肿瘤活检组织中发现了达到正常拷贝数两倍数量的AURKA基因，基因点突变的数量也是正常情况下的两倍。这名患者体内的NRAS基因突变情况表明他非常适合参加正在进行的MEK抑制剂药物临床试验。在前期的动物试验中对两例转移性前列腺癌小鼠异种移植肿瘤样本进行的检测发现了TMPRSS2-ERG基因融合的情况，所以这种肿瘤对PARP抑制剂非常敏感。同时还发现该肿瘤细胞里缺失了PTEN基因（所以对PI3K抑制剂也很敏感），TP53基因（编码肿瘤抑制因子p53）则有突变情况。还有一位患者雄激素受体（androgen receptor, AR）编码基因有异常扩增，这说明抗雄激素药物可能会对他有效。另外一位患者则有PLK1表达量升高的现象，所以理论上可以用Polo激酶给他治疗。最后一位患者患有黑色素瘤，他体内HRAS基因有突变（这还是第一次在黑色素瘤患者中发现），所以也可以用MEK抑制剂对他进行治疗。他还存在CDKN2C基因重排的问题，这可能是使用CDK抑制剂导致的。

但是，这种诊断结果不能够预测出用药治疗的预后情况，而且这种全面测序的诊断技术的效果如何还需要进一步观察。有人可能会认为在这四位患者体内发现的异常情况（即HRAS基因和NRAS基因突变，PTEN基因缺失以及AR基因异常扩增）其实用现有的诊断技术也能够发现，所以用这种大规模测序的新技术是不是会有杀鸡用牛刀之嫌。但这个结果其实并不是Roychowdhury等人最初开展这项研究时想要得到的结果，他们是希望可以发现新的基因突变、基因融合或者其它的突变情况，从而发现更好的、更有效的治疗方案。随着新一代测序仪更多地走进临床，这种诊断技术将非常适合那些已经在测序和数据分析方面比较有经验的临床实验室使用，如果能够再有一个来自多个领域的专家组成的咨询委员会把关那就更好了。Roychowdhury等人已经证明了技术上的可行性。接下来我们要做的就是进一步证明这种新技术不仅可以提高临床诊疗的质量，同时也可以充分地利用现有的医疗资源，让它们的作用发挥到最大。