Science权威发布：癌症早诊特异度高达99%，液体活检强势来袭！
我仿佛看到组织活检在颤抖，铁饭碗不保了……
作者丨鲸鱼
来源丨医学界肿瘤频道
界哥一觉醒来，听说液体活检又出大新闻了，这个小网红，最近挺能闹腾啊，听说这次能一次检出8大癌症？先不管，端起小板凳抢到第一排再说。
什么什么？Science首页！哇哇，一不小心拿了个生命科学界的奥斯卡！我收回刚才的话，“网红”这个词已经配不上它了，这是一个International大明星啊！果断路转粉！
所以到底是怎么回事呢？容界哥先戴上500度近视眼镜，不然我听不见Science喊麦。
图1 Science主页发布了这一研究
1月18日，由约翰·霍普金斯大学肿瘤学家NickolasPapadopoulos领衔在线发表在Science上的研究指出，他们开发了一项名为CancerSEEK的液体活检技术，对8种常见肿瘤检测的中位敏感性达到了70%（P < 10-96），特异度高达99%。对卵巢癌和肝癌的敏感性最高，随后则是胃癌、胰腺癌、食道癌和结直肠癌，检出敏感性均达到了60%以上。
CancerSEEK技术通过检测血液样本中体细胞的基因突变，而这些突变仅在克隆增值异常的细胞中存在，以此诊断肿瘤的发生。其不仅能检出肿瘤组织的来源，据说还不太贵……
听起来很恢弘嘛，液体活检强势来袭，莫非组织活检饭碗不保？
说起来很惭愧，界哥就爱扒历史、玩穿越，学贯中西博古通今（古装剧不是白看的），所以老铁们系好安全带，前方就是时光隧道，老司机踩油门啦！
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深扒活检，Long long ago……
1000多年以前，阿拉伯医生Albucasim就开展了手术前的甲状腺结节活检[1]，成功将组织细胞活检应用于肿瘤诊断中，也自此沿用至今。不夸张地说，Albucasim就是组织活检的亲爸爸。
图2 最早开展活检的阿拉伯医生Albucasis[2]
然而对于大部分患者来说，不论是“挖块肉”的组织活检，还是“扎一针”的细针穿刺，都是十分恐怖的一件事。别的不说，听起来就疼。
加上组织活检也有其局限性。
由于肿瘤具有异质性，某个部位的肿瘤组织并不能代表整体的情况；
还有些患者有禁忌症，根本不适合进行组织活检；
肿瘤组织经过活检刺激后，有加速播散转移的可能；
最后一点，肿瘤只有长到能被人发现的大小之后，这种技术才能得到应用，想要在更早的时候发现肿瘤，组织活检似乎无能为力。
这么说来，组织活检问题还不少呢。
确诊恶性肿瘤，病理学检查总是最终的金标准。然而，病理石蜡切片的结果总是千呼万唤始出来，术中快速冰冻检查也不能用于肿瘤的早期诊断。准确性最高，但时效性却不佳。
毕竟，大部分尚未发生转移的恶性肿瘤都可以通过手术治愈[3]，早诊断、早治疗，才是活下去的王道。
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主角出场：液体活检的前半生
时势造英雄。混沌的肿瘤诊断界停滞不前了太久，是时候有一位快、准、狠的Leader重新扛起大旗，直捣肿瘤啦。
于是，液体活检（liquid biobsy）应运而生。
图3 多种体液均可用于液体活检[4]
这项一项通过抽取人体的脑脊液、唾液、血液、尿液、精液等体液用于肿瘤诊断的技术，目前液体活检的项目主要是血液中的循环肿瘤细胞（CTCs）、循环肿瘤DNA（ctDNA）、循环RNA和外泌体（exosome）等。
这些物质均可以通过肿瘤周边的血管进入血液循环，通过抽取血液样本检测这些物质，可以用于肿瘤的早期诊断、疗法选择、预后判断和疗效监测等。
图4 液体活检的内容和作用[5]
但电视剧里的英雄桥段都是美化过的，英雄不是生下来就可以气贯山河、力挽狂澜，他也有漫长的嗷嗷待哺的婴幼儿时光，也有淘气砸破邻居家窗户的小少年时代。
所以，液体检测一路走来，也诸多坎坷。
即便是目前唯一应用最广，用于诊断前列腺癌的血液中前列腺特异性抗原（PSA），也依然争议不断、命运多舛：
上个世纪八九十年代，PSA检测首次被运用到了前列腺癌的检测中导致了美国前列腺癌发病率飙升；
由于假阳性结果，联邦预防服务工作组（USPSTF）又分别于2008年和2010年调低了PSA检测的推荐等级；
但由于晚期前列腺癌的诊疗率的上升，USPSTF又在2017年4月，再次调升了PSA检测的推荐等级[6]。
图5 美国过山车式的前列腺癌发病率[6]
那么，究竟是什么问题让液体活检充满争议，迟迟无法推广呢？
难在又要特异、又要敏感。
不是大家不想推广液体活检用于肿瘤检测，而是想要达到这一点太难了！特异性、敏感性，缺一不可；不仅要检测出肿瘤，更要回答肿瘤组织来源在哪里。
图6 检测血液中的循环物质锁定肿瘤[4]
作为一种早期诊断的手段，自然需要有很高的特异性，否则没病的人被误诊为肿瘤，还不把人吓死？
同时，诊断的敏感性也不可或缺。由于早期肿瘤组织留在血液中的“线索”很少，受到技术手段的限制，要求检测出极微量的物质还有困难。然而，若不能检测出早期的肿瘤，那液体活检还有什么意义呢？
最后，则是要确定肿瘤的组织来源。不同的肿瘤可以有相同的基因突变，因此检测到循环血液中的突变并不能确定是什么肿瘤。
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这是一条华丽分割线，英雄逢时！
CancerSEEK的问世注定是不平凡的举动，它似乎预示着我们的“小少年”液体活检，要接受成年的洗礼了！
Science发表的这项研究不仅很好地权衡了特异性和敏感性的两难，还能告诉我们肿瘤的组织来源。
在开发过程中，研究人员发现，通过联合检测多个基因突变扩增产物，能够更好地检测出肿瘤，提高敏感性。然而，这样的提升不是永无止境的，在纳入越来越多扩增产物用于检测的过程中，敏感性的提升变得越来越小，最后到检测大约60个扩增产物的时候，敏感性的提升进入了一个平台期。
也就是说，此时再检测更多的扩增产物已经无助于敏感性的提升，甚至会进一步降低特异性，影响诊断效率不说，还大大提高了成本。
图7 检测60个基因突变后进入敏感性的平台期[8]
因此，为了兼顾敏感性与特异性，研究人员最终选取了16个癌症相关基因突变作为检测目标。
据估计，通过这些基因突变的61个扩增产物，可以识别出从肝癌（41%）到胰腺癌（95%）的一系列常见肿瘤。而在实践中，研究人员则发现这一检测手段的表现要好于预期，可以识别出60%肝癌，甚至100%的卵巢癌。
肿瘤检测需要解决的第二个问题则是肿瘤来源的问题。
为了检测8种常见的肿瘤，研究人员从41种这些肿瘤的产物中精选出8种对于鉴别健康人和肿瘤患者特别有效的蛋白质，与先前的16个基因突变的61种扩增产物联合应用，获得极高的特异性（> 99%），在接受检测的812名健康人中仅有7人被“误诊”为肿瘤患者，假阳性率不足1%。
图8 CancerSEEK方法的ROC曲线[8]
为了确定这一方法的敏感性，研究人员招募了1005名被诊断为I～III期卵巢癌、胃癌、胰腺癌、食道癌、结直肠癌、肺癌或乳腺癌的患者以及812名健康人作为对照，评估了他们血液样本中8种蛋白质的水平以及基因突变。
结果发现，CancerSEEK技术对于肿瘤检测的中位敏感性达到了70%（P < 10-96）！
其中这一方法对于卵巢癌和肝癌的敏感性最高，随后则是胃癌、胰腺癌、食道癌和结直肠癌，均达到了60%以上。
对于肺癌（<60%）和乳腺癌（33%）的敏感性虽然稍差，但好在这些肿瘤还是能够通过胸部LDCT或乳腺摄片等其他手段来早期检测。
图9 CancerSEEK对于卵巢癌和肝癌的敏感性极高[8]
这项技术的另一个亮点是运用了机器学习（machine learning）方法，对于血液样本检测发现肿瘤蛋白升高或出现ctDNA基因突变的阳性患者进行肿瘤类型的识别。
结果发现，83%的肿瘤被锁定到了最可能的两种类型中，63%的肿瘤被直接正确定位。
图10 机器学习识别肿瘤部位[8]
当然，没有一个人能360°无死角，这项技术也不免有小瑕疵。
分析其对于不同分期肿瘤的敏感性发现，这一方法对于II期和III期肿瘤的敏感性分别达到了73%和78%，但是对于更早期的I期肿瘤的敏感性则不尽如人意，仅有43%。在I期肿瘤的诊断中，敏感性最佳的肝癌达到了100%，然而对于I期食道癌的敏感性仅有20%。
总体上，CancerSEEK对于早期肿瘤的识别能力相比II期和III期肿瘤还是薄弱了些。
图11 CancerSEEK对于I期肿瘤的敏感性不佳[8]
不过，这一技术的目标并不是单打独斗地确诊肿瘤，而是希望医生借助这些信息，选择更为合适的筛查和随访手段，为患者提供个性化的诊治，节约成本，提高效率。
当然，如果有朝一日液体活检技术能够被推广，我一定会兴奋地跑进医院：
来来来，赶紧给我抽管血测一测！
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满怀热情，理性期待
外行看热闹，内行看门道。作为一个水军，欢呼够了，也想听听专业人士的评论。无疑，这项技术未来在肿瘤早期检测上可能大有作为，但相关的评论[9]和报道[10]还是理性地分析了这项技术存在的局限性。
由于实验中的健康人均没有肿瘤病史、自身免疫病、慢性肾病、发育不良等情况，在真实世界中这项技术的效果可能不如实验中那么好。
同时，实验中检测的许多指标也可能在非肿瘤病人中升高，比如癌胚抗原（CEA）可能与消化道的恶性肿瘤相关，但也可能与吸烟、怀孕、肠炎、糖尿病、心血管疾病等相关；甲胎蛋白（AFP）升高或许预示着肝癌发生，但肝炎、肝硬化的患者血液样本也很容易中招。
在正常人群中使用CancerSEEK技术，特异性可能会下降，假阳性率可能不止1%。
图12 正常人与肿瘤患者并非泾渭分明[11]
研究人员自己在文末[8]也提出，虽然这项技术检测多种肿瘤的成本可能低于500美元，甚至比检测单一肿瘤，比如通过结肠镜检测结直肠癌要更低，并且一次检测就能覆盖2017年占美国肿瘤死亡人数60%的八种肿瘤。
然而，为了证明其的确适用于临床还需要进行的大人群、前瞻性研究——五年内对五万名女性进行CancerSEEK检测以确定其在真实世界中的效用[9]。
实际上，即使CancerSEEK技术真的进入市场，肿瘤的诊断可能会首先“抽管血”，但不会是仅仅“抽管血”。
对于肿瘤的诊断，“拍张照”、“抽管血”都很难单独一锤定音，即使是最为准确的“挖块肉”也不仅仅是用肉眼观察组织，在显微镜下观察细胞那么简单，而是需要参考其他诸多检查的结果，甚至要把病人叫到面前好好地问问病史，摸摸肚子才能审慎地下结论。
各种检测手段并没有孰优孰劣，它们有的准确性高，但时效性欠佳；有的能够在很早就检测出疾病，但却更可能出现假阳性的结果。这些手段只有互相取长补短，选择最为合适的检查才能发挥出它们最大的效用。
界哥嘚啵嘚
吓出一身冷汗，还好懒癌不在检测之中，不然入职体检报告就露馅了……
参考文献
[1] Anderson, M. J. B., & Webb, A. J. (1987). Fine‐needleaspiration biopsy and the diagnosis of thyroid cancer. British Journal ofSurgery, 74(4), 292-6.
[2] Albucasis blistering a patient in the hospital atCordova, Wikimedia Commons. Available at:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Albucasis_blistering_a_patient_in_the_hospital_at_Cordova._Wellcome_L0015000.jpg Last assessedon 2018-01-19.
[3] R. L. Siegel, K. D.Miller, A. Jemal. (2017). Cancer Statistics,2017. CA Cancer J. Clin. 67, 7–30. doi:10.3322/caac.21387.
[4] Meo, A. D., Bartlett, J., Cheng, Y., Pasic, M. D.,& Yousef, G. M. (2017). Liquid biopsy: a step forward towards precisionmedicine in urologic malignancies. MolecularCancer,16(1), 80. doi: 10.1186/s12943-017-0644-5.
[5] Shiyu Jia, Rui Zhang, Ziyang Li, & Jinming Li. (2017). Clinical andbiological signi cance of circulating tumor cells, circulating tumor DNA, andexosomes as biomarkers in colorectal cancer. Oncotarget, 2017, Vol. 8, (No. 33), pp: 55632-55645. doi:10.18632/oncotarget.17184.
[6] Siegel R. L., Miller K. D., Jemal A. (2018). Cancer Statistics,2018. Ca A Cancer Journal for Clinicians, 2018;68:7–30. doi: 10.3322/caac.21442.
[7] Noninvasive blood test may allow earlier detectionof eight common cancer types, Science, Jan 19, 2018. Available at: http://www.sciencemag.org Last assessed on 2018-01-20.
[8] Cohen JD, Li L, …& Papadopoulos N. (2018).Detection and localization of surgically resectable cancers with amulti-analyte blood test. Science, published online January 18, 2018, eaar3247. doi: 10.1126/science.aar3247.
[9] Alexander M.Castellino. (2018). CancerSEEK: Blood Test That Detects EightCommon Cancers, Medscape, Jan 18, 2018. Available at: https://www.medscape.com/viewarticle/891491 Last assessed on 2018-01-20.
[10] Jocelyn Kaiser. (2018).'Liquid biopsy' for cancer promises early detection. Science 359 (6373),259. doi: 10.1126/science.359.6373.259. Available at: http://science.sciencemag.org/content/359/6373/259 Last assessed on 2018-01-20.
[11] Cohen JD, Li L, …& Papadopoulos N. (2018). Supplementary Materialfor Detection and localization of surgically resectable cancers with a multi-analyte blood test . Available at: http://science.sciencemag.org/content/suppl/2018/01/17/science.aar3247.DC1 Last assessed on 2018-01-20.
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