施奇惠教授：液体活检目标癌症早筛的星辰大海

目前全世界1/6的死亡是癌症造成的。世界卫生组织在2020年发布的最新一版《世界癌症报告》指出，如不采取有效措施，全世界的癌症病例数将在未来20年中增加60％。2019年7月15日，国务院发布“健康中国2030”规划纲要，推进健康中国建设。该纲要以疾病预防和推行健康文明的生活方式为重点，提出15项“干预健康影响因素、保障全生命周期健康和重大疾病防控”专项行动。癌症的早诊早治已是大势所趋，“关口前移，预防为主”的理念正逐步深入人心，癌症早筛市场前景可观。“癌症早筛早治前沿技术国际论坛”于2021年10月16日举行。为此，早筛网特专访本次论坛演讲者之一——复旦大学生物医学研究院研究员施奇惠教授,分享其对本次论坛的看法及对癌症早筛早治的见解。

施奇惠 教授

复旦大学生物医学研究院研究员

复旦大学基础医学院医学系统生物学系教授

浚惠生物首席科学顾问

施奇惠教授是液体活检与单细胞分析领域的专家，致力于生物医学新检测技术的发明与临床转化。施奇惠博士于2017、2019与2021年连续在《PNAS》(美国科学院院刊)与《Nature Communications》上发表三篇学术论文，基于肿瘤细胞能量代谢异常这一特征，提出通过代谢标志物检测非小细胞肺癌患者胸腔积液与血液中能量代谢异常的稀有肿瘤细胞，并采用大规模的单细胞测序加以验证，突破了循环肿瘤细胞检测原有的瓶颈，推动癌症液体活检技术迈上一个新台阶。

确切的诊断与有效的治疗是癌症早筛的前提

恶性肿瘤是人类健康所面临的重大威胁之一，衡量其严重程度的核心指标是发病率与死亡率。降低恶性肿瘤发病率主要与健康的生活方式以及癌症预防措施有关。施奇惠教授表示，降低恶性肿瘤死亡率最有效的途径就是早发现早治疗。但“早发现”该如何定义？随着常规体检的普及，在身体出现明显症状或常规检测技术发现之前检测到恶性肿瘤都可称之为早发现。对于“早发现”，施奇惠教授认为有两点非常重要，一是能形成确切的诊断，也就是能够被更精密的影像学设备、内镜或病理等金标准手段所证实，二是临床须能提供有效的治疗手段。如果“早发现”无法被现有的诊断手段所证实，那进一步的治疗也就无从谈起，这种“早发现”的意义仅停留在让患者加强随访上，会增加患者焦虑。同时，即使能被诊断但目前还缺乏有效的治疗方式，那么这种“早发现”的意义也非常有限。施奇惠教授表示，“从医疗经济学的角度来说，癌症早筛的出发点应是采取便捷、价廉的方法覆盖足够的人群，尤其是已知的高危人群，作为前置检测为更精密的医学手段快速找到可能的早期患者，从而进行有效治疗。”

对于癌症早筛技术未来的发展趋势，施奇惠教授表示，“一方面是现有技术的提升，比如影像学、内镜技术的进步，通过提升分辨率以及引入人工智能辅助读片，发现更早期、更精细、肉眼难以分辨的影像学特征；另一方面则是发展新的癌症检测技术，其中最具代表性的就是液体活检技术，通过检测肿瘤主动或被动释放、脱落到血液或体液中的肿瘤DNA、细胞、外泌体等实现无创或低创癌症检测。”

液体活检用于癌症检测：生物学机制是基础，灵敏度和特异性是瓶颈，成本与检测通量是关键

液体活检这个概念是Klaus Pantel 与Catherine Alix-Panabières教授于2010年提出的，早期仅指从肿瘤组织脱落到血液中的循环肿瘤细胞，后来外延扩张，包含了肿瘤细胞（CTC）、肿瘤DNA（ctDNA）和外泌体等来自肿瘤组织包含分子信息的各种肿瘤材料。目前临床使用的血液癌症标志物其实也可认为是一种液体活检。液体活检最主要的优点是通过无创或低创的方式取样，且能够多次取样。这使其成为当前癌症检测较热门的方法之一，但该方法也存在一定局限性。施奇惠教授表示，从生物学角度来说，所检测对象产生的机制以及如何准确识别是检测能否成功的关键；从体外诊断的角度来说，灵敏度与特异性是目前面临的主要瓶颈；从临床应用的角度来说，检测成本与检测通量是商业化能否成功的关键。其中，生物学机制与后两点密切相关。

关于灵敏度：无论是CTC还是ctDNA，在早期患者中检出率均不高，因此灵敏度需要进一步提升。这种提升除了本身检测技术的提升以外，还可以考虑寻找更为合适的体液来代替外周血。比如对于膀胱癌检测，尿液显然能比血液富集更多的肿瘤细胞或DNA，是更合适的体液样本。包括早期通过粪便中的游离DNA检测肠癌也是类似的思路。基于血液进行检测虽然便捷，但是显然部分癌症有很好的无创获取包含肿瘤信息样本的方式。因此，在取样手段上可以进一步创新。此外，早期患者中CTC与ctDNA存在异质性，即部分患者可以明显的检出，这部分患者的预后也较差。液体活检能否成为一个早期患者分层的工具值得进一步的临床研究。

关于特异性：不管是CTC还是ctDNA，核心的问题都在于如何证明所检测到的游离细胞或DNA确实是来自肿瘤组织。施奇惠教授表示，将CTC或ctDNA的分子特征直接与肿瘤组织进行比较，能够达到这一目的，但对于早期检测来说，并不存在可用于比较的肿瘤组织。在这种情况下，就要求所检测的分子特征具有肿瘤特异性，而部分的标志物（如蛋白、突变等）都可同样来源于正常细胞，这就可能造成检测上的假阳性。因此，需要通过检测更为特异的分子标志物或联合检测多种分子标志物来提高特异性。此外，施奇惠教授也表示，“成本和检测通量也决定了液体活检方法用于癌症早筛成功与否，因此在设计检测流程和指标时就必须考虑这一点。”

单细胞测序：形成诊断的关键技术

相比于各种分子标志物，在血液中检测到完整的肿瘤细胞是证明肿瘤存在的更高级别的证据，同时完整的肿瘤细胞也能提供更多与治疗相关的分子信息。单细胞测序是指在单个细胞水平上对细胞的基因组或转录组进行测序，可分为单细胞基因组测序(single-cell genome sequencing)与单细胞转录组测序(single-cell transcriptome sequencing)两大类。单细胞测序技术能够揭示少量细胞所具有的独特基因特征与表型。

施奇惠教授表示，目前单细胞基因组测序在临床上已经有了明确的应用，它可以在单细胞水平上检测具有临床意义的稀有细胞的基因突变或拷贝数变异特征。他举例说明：“在试管婴儿胚胎移植前，可应用单细胞基因组测序技术，进行基因遗传疾病的筛查，筛选不携带致病基因突变或拷贝数变异的胚胎进行移植，从而避免出生缺陷。”此外，施奇惠教授表示，单细胞基因组测序应用于体液中游离肿瘤细胞，能够为证明这些细胞是肿瘤细胞提供充分证据；还能够检测用药靶点和耐药突变等，进而指导用药。

相比于组织样本，体液或者血液样本在整个肿瘤治疗过程中可以多次获得且取样较为方便，因此其中的稀有肿瘤细胞就成为了解肿瘤动态变化的窗口。“通过单细胞基因组测序可以帮助动态监控疗效、调整治疗方案。”施奇惠教授表示。

关于单细胞测序以及更多的肿瘤筛查和诊疗新技术，施奇惠教授和国内外多位重量级专家在10月16日举行的“2021 ZAODX 世界肿瘤早筛大会特别论坛——癌症早筛早治前沿技术国际论坛”上做了精彩分享。