癌症在人類眾多殺手中名列前茅，每四個人之中就有一個人會患上癌症。不少早期癌症都沒有任何徵狀。當病人感到不適而求醫時，往往已是癌症晚期，大大降低生存機會。因此，不少科學家都致力研發早期癌症診斷方法，希望能及早診斷出癌症並提供治療，以挽救更多生命。傳統上我們依靠入侵性方法，如活組織檢查作癌症診斷。然而，這些入侵性方法可能導致痛楚、感染或誤傷附近的器官，不少人因而卻步。有見及此，科學界正努力研發各種無創癌症檢測方法，讓癌症檢測變得更安全。這新興領域稱為「液體活檢」。

近年，游離DNA成為了液體活檢領域的中流砥柱。以癌症診斷為例，我們在中文大學的團隊早前進行了涉及二萬人的研究，透過分析血漿內的EB病毒DNA能做到鼻咽癌篩查，接受篩查的人士能在癌症早期就被發現，其存活率亦比沒接受篩查的人士高十倍 [1]，為癌症診斷帶來希望。 除了診斷外，游離DNA檢測亦能提供更多關於腫瘤的資訊，幫助醫生為病人制定合適的治療方案。以肺癌為例，現在醫生已能透過檢測血漿中EGFR 基因突變的情況來為病人選擇標靶治療方案 [2]。

隨著游離DNA檢測於癌症液體活檢領域逐漸普及，游離DNA特性方面的研究亦取得長足發展。表觀遺傳學涉及不影響DNA序列的化學轉變，是游離DNA特性研究的重要分支。其中，DNA甲基化方面的研究備受關注。血漿游離DNA甲基化分析除了能幫助診斷病人患有癌症外，還能協助確認腫瘤的位置 [3]。這種技術已在包括6689名參與者的大型前瞻性研究中證明能應用作多種癌症的篩查 [4]，相關的多種癌症早期測試（Galleri）亦已投入市場。

儘管液體活檢領域已百花齊放，現有的研究主要利用次世代基因測序技術平台，這種技術平台未能分析比600 bp 長的DNA。故此，之前的研究只分析了短片段游離DNA。長片段游離DNA在癌症病人中是否存在仍是未知數，科學家可能一直以來只看到游離DNA的冰山一角。此外，傳統上我們依靠亞硫酸鹽測序技術作甲基化分析。然而，亞硫酸鹽測序會造成DNA斷裂，並非分析長片段游離DNA甲基化情況的最佳選擇。

第三代測序技術（如Pacific Biosciences 的SMRT單分子實時測序技術和Oxford Nanopore Technologies的納米孔測序技術）能分析比次世代測序技術更長的DNA。而最近研發的人工智能模型（HK model）能夠在SMRT單分子實時測序進行時分析序列環境和聚合酶的動力訊號，以預測DNA甲基化的情況 [5]。這個模型解決了長久以來在SMRT測序時預測甲基化情況的技術瓶頸，準確度由百分之五大大提升至百分之九十五。我們的團隊利用SMRT單分子實時測序分析肝癌病人和對照組人士的血漿DNA，並利用HK model作DNA甲基化分析 [6]。我們首次發現在癌症病人中有高達百分之十六的游離DNA是大於1 kb，最長的游離DNA片段長達39.8 kb 。從腫瘤而來的DNA比其他DNA短，甲基化程度也較低。甲基化分析能讓我們判斷個別DNA分子的來源是哪個器官，為液體活檢提供更多資訊。透過單分子甲基化分析，我們設計了一種方法來分辨出癌症病人。在使用帶有更多CpG位點的長片段DNA時，這種方法的表現比使用帶有較少CpG位點的短片段DNA好。這項研究開拓了長片段游離DNA在癌症檢測的新路向。儘管現時第三代測序技術的應用仍受成本高 昂和低通量限制，長片段游離DNA分析仍然是液體活檢中一個令人振奮的領域。

參考資料︰

作者：
香港中文大學化學病理學系臨床講師蔡樂怡醫生

2023年10月