血液中的游離DNA——未來的“分子聽診器”

通過抽血， 我們可以檢測血型、激素， 甚至過敏原。 不過， 科學家並不滿足。 據《科學美國人》報導， 研究人員正試圖利用血液中的DNA片段來診斷更多疾病， 包括癌症、感染、糖尿病等。

除了紅細胞、白細胞和各種激素， 每一滴血液中還含有微量的DNA， 它們來自身體內死去的細胞。 近幾年， 測序技術的飛速發展催生了所謂的游離DNA（cfDNA）檢測。 其中， 大家最熟悉的莫過於無創產前檢測。 當然， 應用還遠不止這些。

加州大學聖地牙哥分校的Kun Zhang教授表示：“當細胞因各種原因死亡時， 它們會將DNA釋放到血液中。 如果你能夠識別它們來自哪裡，

就有可能檢測身體不同部位的損傷。 ”cfDNA檢測只需要簡單的抽血， 因此它有望大大提高臨床醫生診斷各種疾病的能力。 用一位研究人員的話說， cfDNA有望成為終極的“分子聽診器”， 從而開創一種全新的行醫模式。

cfDNA測序的第一個商業化應用於2011年推出。 它通過檢測母體血液中的胎兒DNA片段來篩查常見的染色體疾病， 如唐氏綜合征（21三體）等。 這些母體血液檢測正在快速取代那些準確程度不太高的程式， 如超聲波檢測加血液分析。

最近， 研究人員又開始利用cfDNA來開發液體活檢， 也就是分析腫瘤的遺傳組成， 或尋找癌症復發的證據。 腫瘤在生長和分裂時常常將DNA釋放到血液中， 並且它們往往充滿突變， 這就使得腫瘤DNA與正常DNA明顯不同。

首個液體活檢的檢測在三年前才推出， 目前還不屬於常規保健的一部分， 但這個領域正在快速地發展。

研究人員還用類似的cfDNA方法對新移植的器官進行檢測。 目前， 移植醫生通過反復活檢來檢查移植器官的健康， 這不僅昂貴， 也是侵入性的。 在移植後， 來自新器官的少量供體DNA開始進入血液迴圈。 如果宿主的免疫系統攻擊外來器官， 那麼隨著越來越多的外來細胞死亡， 供體DNA的比例會增加。 CareDx公司目前已經推出一項針對腎移植患者的檢測。

也許， 這些還僅僅是開始。 研究人員正在探索是否能利用DNA片段來發現慢性感染， 或在症狀出現之前檢測疾病。 從技術上說， 這是可行的。 真正的問題在於它是否有效、低成本且容易實現。

斯坦福大學的Stephen Quake等人開始探索能否可靠地判斷感染， 這無異於大海撈針。 病毒或其他病原體的DNA也許只占十萬分之一， 甚至更低。

研究人員通過降低血液樣本中的人類DNA來提高信號。 他們創辦的公司Karius在今年早些時候推出了一項檢測， 可鑒定住院患者的細菌、真菌、病毒或寄生蟲。 對於活檢困難、不明感染或太過虛弱的人來說， 這種方法特別有用。

當然， cfDNA檢測要想兌現最終的承諾——監控身體任何部位的功能——必須有一個物件。 對於懷孕、癌症和感染而言， 它都有一個單獨的基因組可分析（分別來自胎兒、腫瘤或感染源）。 對於其他疾病， 研究人員首先需要解決一個棘手的問題：確定DNA來自哪個組織或器官。 測序在這裡並不能起多大作用，

因為所有細胞的基因組都基本相同。

一個解決辦法是檢測甲基化。 在不同器官之間， 甚至同一器官的不同細胞類型之間， 它們有著不同的模式。 Kun Zhang的研究小組繪製了全身的甲基化圖譜， 這樣就可以根據其特徵模式來追蹤DNA片段的起源。

華盛頓大學的遺傳學家Jay Shendure將cfDNA稱為未來200年的“分子聽診器”， 並開發了一種替代方法來追蹤cfDNA的起源。 在不同組織中， DNA包裝壓縮的方式有所不同。 因此， 當細胞死亡時， DNA被切斷的方式也各異。 比如， 心肌cfDNA與腦細胞cfDNA的長度就不同。 在最近一項研究中， 他們就利用這種模式來確定五名癌症患者的腫瘤來源。

未來， 適合游離DNA檢測的疾病還包括中風和自身免疫性疾病， 如紅斑狼瘡。 不過， 看到信號也並不意味著是一項好的檢測。

除了準確， 檢測還必須是經濟且實用的， 這可能需要大量的微調和改造。 總之， 通過這小小一管血， 我們未來有機會更好地監控健康。

原文閱讀：

One Test May Spot Cancer, Infections, Diabetes and More