癌症在人类众多杀手中名列前茅，每四个人之中就有一个人会患上癌症。不少早期癌症都没有任何征状。当病人感到不适而求医时，往往已是癌症晚期，大大降低生存机会。因此，不少科学家都致力研发早期癌症诊断方法，希望能及早诊断出癌症并提供治疗，以挽救更多生命。传统上我们依靠入侵性方法，如活组织检查作癌症诊断。然而，这些入侵性方法可能导致痛楚、感染或误伤附近的器官，不少人因而却步。有见及此，科学界正努力研发各种无创癌症检测方法，让癌症检测变得更安全。这新兴领域称为「液体活检」。

近年，游离DNA成为了液体活检领域的中流砥柱。以癌症诊断为例，我们在中文大学的团队早前进行了涉及二万人的研究，透过分析血浆内的EB病毒DNA能做到鼻咽癌筛查，接受筛查的人士能在癌症早期就被发现，其存活率亦比没接受筛查的人士高十倍 [1]，为癌症诊断带来希望。 除了诊断外，游离DNA检测亦能提供更多关于肿瘤的资讯，帮助医生为病人制定合适的治疗方案。以肺癌为例，现在医生已能透过检测血浆中EGFR 基因突变的情况来为病人选择标靶治疗方案 [2]。

随著游离DNA检测于癌症液体活检领域逐渐普及，游离DNA特性方面的研究亦取得长足发展。表观遗传学涉及不影响DNA序列的化学转变，是游离DNA特性研究的重要分支。其中，DNA甲基化方面的研究备受关注。血浆游离DNA甲基化分析除了能帮助诊断病人患有癌症外，还能协助确认肿瘤的位置 [3]。这种技术已在包括6689名参与者的大型前瞻性研究中证明能应用作多种癌症的筛查 [4]，相关的多种癌症早期测试（Galleri）亦已投入市场。

尽管液体活检领域已百花齐放，现有的研究主要利用次世代基因测序技术平台，这种技术平台未能分析比600 bp 长的DNA。故此，之前的研究只分析了短片段游离DNA。长片段游离DNA在癌症病人中是否存在仍是未知数，科学家可能一直以来只看到游离DNA的冰山一角。此外，传统上我们依靠亚硫酸盐测序技术作甲基化分析。然而，亚硫酸盐测序会造成DNA断裂，并非分析长片段游离DNA甲基化情况的最佳选择。

第三代测序技术（如Pacific Biosciences 的SMRT单分子实时测序技术和Oxford Nanopore Technologies的纳米孔测序技术）能分析比次世代测序技术更长的DNA。而最近研发的人工智能模型（HK model）能够在SMRT单分子实时测序进行时分析序列环境和聚合酶的动力讯号，以预测DNA甲基化的情况 [5]。这个模型解决了长久以来在SMRT测序时预测甲基化情况的技术瓶颈，准确度由百分之五大大提升至百分之九十五。我们的团队利用SMRT单分子实时测序分析肝癌病人和对照组人士的血浆DNA，并利用HK model作DNA甲基化分析 [6]。我们首次发现在癌症病人中有高达百分之十六的游离DNA是大于1 kb，最长的游离DNA片段长达39.8 kb 。从肿瘤而来的DNA比其他DNA短，甲基化程度也较低。甲基化分析能让我们判断个别DNA分子的来源是哪个器官，为液体活检提供更多资讯。透过单分子甲基化分析，我们设计了一种方法来分辨出癌症病人。在使用带有更多CpG位点的长片段DNA时，这种方法的表现比使用带有较少CpG位点的短片段DNA好。这项研究开拓了长片段游离DNA在癌症检测的新路向。尽管现时第三代测序技术的应用仍受成本高 昂和低通量限制，长片段游离DNA分析仍然是液体活检中一个令人振奋的领域。

参考资料︰

作者：
香港中文大学化学病理学系临床讲师蔡乐怡医生

2023年10月