23年10月的cancer discovery, IF: 29.1
癌症液体活检，是近年来炙手可热的研究领域。
其中最受人关注的是血液中的游离DNA（cfDNA）和循环肿瘤DNA（ctDNA），因为已经有大量的研究证实，肿瘤在发生发展过程中会往血液中释放大量的DNA片段，而且越是晚期的肿瘤，释放的DNA越多。
但一直以来，血液中cfDNA的来源并不明确。虽然目前的主流思想推测，肿瘤患者血液中增加的cfDNA是肿瘤细胞或者肿瘤周边组织细胞受损死亡后释放的，但是目前并没有确凿的证据。
近日，约翰斯·霍普金斯大学著名肿瘤学家Bert Vogelstein领衔的团队，在肿瘤领域顶级期刊Cancer Discovery上发表了一项重磅研究成果，首次系统性探索了正常人和肿瘤患者血液中cfDNA的来源。
他们发现，无论是正常人还是肿瘤患者，无论cfDNA的浓度是高还是低，他们血液中约76%的cfDNA都来自于白细胞，尤其是中性粒细胞。而不是主要来自肿瘤细胞，也不是主要来自肿瘤原发组织周围的正常上皮细胞。基于以上研究结果，Vogelstein团队认为，癌症可能会对细胞周转或DNA清除产生系统性影响。
作团队首先回顾了一下之前的研究。在2018年发表在《science》上的一项大型队列研究（纳入了812名健康人和1005名癌症患者）中，健康人血液中cfDNA的平均浓度为4.3ng/ml，而I-III期癌症患者血液中cfDNA的平均浓度为12.6ng/ml，而且不同癌种的cfDNA浓度存在差异，肺癌相对较低，肝癌最高。
健康人和癌症患者cfDNA浓度的比较
为了探究健康人和癌症患者体内cfDNA的来源，以及癌症患者血液中cfDNA水平增加的源头，Vogelstein团队使用了 whole genome bisulfite sequencing 分析了他们招募的64名健康人和178名I-IV期癌症患者的cfDNA水平。
总的来看，64名健康人血液中cfDNA的平均浓度为6ng/ml，178名I-IV期癌症患者血液中cfDNA的平均浓度为21.8ng/ml。
研究结果显示，在健康人中（下图中的蓝色线和点），无论受试者血浆中cfDNA的浓度如何，绝大多数cfDNA（平均79%）都来自白细胞。而在白细胞来源的cfDNA中，有2/3来自中性粒细胞；B细胞和T细胞来源的cfDNA分别占白细胞来源cfDNA的16.4%和17.5%。值得注意的是，无论cfDNA浓度的水平有多高，来自中性粒细胞、B细胞和T细胞的cfDNA占比都是相似的。除了白细胞来源的cfDNA之外，其他cfDNA主要来自肝（5.8%）、肠（4%）、心脏（3.5%）、脑（3.1%）和肺（2.4%）。
数据分析结果显示，在所有cfDNA浓度下，白细胞贡献的cfDNA量与cfDNA总浓度之间都存在线性相关。说明那些血液cfDNA浓度较高的人，多余的cfDNA可能来自于特定受损的组织细胞的说法不合理。
Fig 2. 不同组织细胞对血液cfDNA的贡献情况
（蓝色代表健康人，红色代表癌症患者）
使用另一个独立的reference进行解卷积也得到了类似的结果。正常样本中，白细胞来源的cfDNA占到了61.2 ± 23.4%。其中占比最多的依然是中性粒细胞来源的，其次是单核细胞，NK 细胞，myeloid progenitors，B 细胞和T细胞。
Fig 3
接着作者分析了癌症患者的数据。在纳入的在178名癌症患者中，直肠癌18、肺癌31、卵巢癌36、胰腺癌93。出乎意料的是，癌症患者血液cfDNA的组织来源与健康人相似，约70.5%的cfDNA来自于白细胞（约2/3来自中性粒细胞），11.4%来自于肝、5.9%来自于肠、3.6%来自于心脏、3.1%来自于脑、2.2%来自于肺，以及2.2%来自于胰腺（Fig 2红色线和点）。另一个解卷积策略也得到了一致的结果（Fig 3红色线和点）。
目前的主流思想认为cfDNA可能来自与肿瘤细胞或者肿瘤原发组织周围的正常上皮细胞，因为肿瘤的侵袭性进展会破坏周围的组织。基于前面的结果，Vogelstein团队重点关注了cfDNA浓度较高的癌症患者。但分析结果出乎他们的预料：与健康人一样，在cfDNA浓度较高的患者中，白细胞贡献的DNA量也与cfDNA总浓度呈线性相关。说明该说法并不成立（Fig 2和Fig 3红色点）。
随后，作者以肠癌患者为研究对象，探索了肿瘤细胞贡献的变化。结果发现，肿瘤贡献的cfDNA占比与正常肠上皮细胞来源的cfDNA占比也存在线性关系。来自肺癌和胰腺癌的研究，也得到了类似的结论。这再次证明，这些肠癌患者体内cfDNA的增加不是癌细胞带来的。
正常组织与肿瘤组织的cfDNA呈线性相关
由于多项研究发现，术后患者的cfDNA水平会增加。因此，作者探索了术后增加的cfDNA来源。针对8例胰腺癌患者的数据分析结果显示，这8名患者术前cfDNA处于正常水平，术后24小时cfDNA总浓度急剧升高2.3-18倍不等。甲基化分析得出了3个结论。
- 术后来自所有可评估组织来源的cfDNA浓度均有所增加，但肺、大脑、食道、小肠、胰腺和心脏的增加幅度较小。
术前/术后不同组织来源cfDNA的浓度变化
- 术后的cfDNA大部分（平均57%，范围42%至70%）来自白细胞，在白细胞来源的cfDNA中，中性粒细胞来源的占比最高（平均73%，范围67%至82%）。
- 除肝脏来源cfDNA占比显著增加（平均46倍）外，其他组织来源的cfDNA比例在术后都有所下降或仅有轻微变化。经过计算之后，他们发现在新增加的cfDNA中，肝细胞平均贡献了其中的38.2%（范围为23.9%至57.6%），而白细胞平均贡献了其中的48.4%（范围为23.3%至67.1%）。
术前/术后不同组织来源cfDNA的占比变化
基于以上数据，以及之前研究观察到的数据，作者认为，术后增加的cfDNA很可能是由于肝损伤造成的。
总的来说，Vogelstein团队的这个研究表明，与健康人相比，癌症患者血液中的cfDNA增加，不过增加的cfDNA并不是主要来自肿瘤组织或者肿瘤周围的受损的健康组织，而是主要来自白细胞中的中性粒细胞。由于其他组织器官往血液中释放的DNA也增加了，因此这是一种系统性的全身效应。可能是由于肿瘤细胞或肿瘤里的血管内皮细胞释放的系统因子，加速了全身细胞的更替，导致了cfDNA的系统性释放。也可能是癌症患者体内细胞更替正常，但是cfDNA的清除出现障碍。
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