Nature子刊：血浆核小体表观分析工具 (EPINUC)可实现癌症早筛和溯源

早筛网讯：近日，研究人员开发出一种基于液体活检的工具EPINUC（epigenetics of plasma-isolated nucleosomes），用于分析cfDNA的表观遗传和其他癌症特征。

EPINUC依赖于一个单分子荧光成像系统，可以对组蛋白修饰组合进行成像，例如与血浆样本中游离核糖体相关的组蛋白。由于从核糖体中发现的血液cfDNA保持其组织和癌症特定的表观遗传状态，因此EPINUC方法可用于检测癌症生物标志物，并实现从少量血样中诊断疾病。

来自Weizmann研究所的高级作者Efrat Shema表示：“目前，临床上可用来检测和诊断癌症的许多传统方法都具有侵入性，令人感到不适。而这种新方法进行癌症诊断，只需要不到一毫升的血液。”

相关研究成果于近日在《Nature Biotechnology》杂志上在线发表。研究指出，EPINUC可以检测六种激活和抑制的组蛋白修饰——包括H3K4me3的三甲基化、H3K9ac的乙酰化和H3K9me3的三甲基化等。同时，研究团队还将单分子方法扩展到检测蛋白质生物标志物，如癌胚抗原（CEA）和金属蛋白酶抑制剂-1（TIMP1）等。

https://doi.org/10.1038/s41587-022-01447-3

在概念验证分析过程中，Weizmann领导的研究团队首先将EPINUC应用于一组来自40名晚期结直肠癌（CRC）患者的46份血浆样本和33份健康受试者的血浆样本。研究人员发现，CRC患者的CEA水平较高，但其CEA水平在切除手术后会下降。同时，研究人员发现，与健康人相比，CRC患者的H3K27me3-、H3K9me3-、H3K9ac-和H3K4me1修饰的核糖体水平更高，H3K9ac与H3K4me1核糖体的比率也更高。

当分析扩展到一组来自早期CRC患者的17份血浆样本时，研究人员再次发现了表观遗传学差异的存在，尽管只是微小的差异，但仍然表明表观遗传学的变化可能发生在疾病的早期。

此外，研究人员还将EPINUC方法应用于10个来自胰腺导管腺癌（PDAC）患者的血浆样本，并发现PDAC患者的表观遗传图谱与健康个体、CRC患者相比，均存在差异。值得注意的是，PDAC患者的H3K4me3和H3K27me3修饰的核糖体水平非常高。在主成分分析中，早期CRC样本介于健康个体和晚期CRC个体之间，这表明早期CRC可能是一个过渡阶段，而PDAC患者的样本则与CRC患者样本分开聚类。

研究人员报告称，基于EPINUC的机器学习算法可以对CRC样本进行分类，且灵敏度为92%，特异性为85%，精确度为92%。这些发现表明，EPINUC可能可以用于检测和诊断癌症。

Shema表示：“我们已经为我们的方法实现了成功的概念证明，现在需要做的就是在临床试验中去证实它的效用。在未来，我们的多参数方法不仅可以用于诊断各种类型的癌症，还可以用于诊断在血液中留下痕迹的其他疾病，如自身免疫性疾病或心脏病。”

研究人员指出，他们的研究结果没有纳入测序数据，这将有助于提高该方法的特异性和敏感性。当研究人员通过EPINUC-seq方法将一小部分晚期CRC患者样本和PDAC患者样本的单分子测序数据叠在一起时，他们可以进行溯源，确定来源组织。“这种方法可用于追踪原发不明肿瘤（Cancers of unknown primary，CUP）的起源。”研究人员补充说道。