機(jī)器學(xué)習(xí)再做貢獻(xiàn)! 斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)早期肺癌篩查

劉得光3p6n6zqq 2021-09-17

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早篩網(wǎng)訊：根據(jù)9月15日發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究，斯坦福大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，能夠?qū)υ缙诜伟┗颊哌M(jìn)行識(shí)別和篩查。這種方法基于對(duì)血液樣本（液體活檢）中腫瘤來源DNA的檢測(cè)，這意味著對(duì)肺癌高風(fēng)險(xiǎn)人群的篩查是早期和非侵入性的。

在傳統(tǒng)的肺癌篩查中，一般建議高危人群進(jìn)行CT掃描。這種模式已被證明可以減少肺癌相關(guān)的死亡。然而，由于費(fèi)用高，篩查項(xiàng)目少，以及對(duì)假陽性的擔(dān)心，這種篩查的使用率并不高。即使在美國，也只有約5%的符合條件的人會(huì)通過CT掃描進(jìn)行肺癌篩查。

基于液體活檢技術(shù)的血液檢測(cè)是目前流行的一種新的癌癥檢測(cè)方法，但大多數(shù)液體活檢的適用對(duì)象往往是晚期癌癥患者。畢竟，這些群體血液中腫瘤相關(guān)的DNA標(biāo)志物水平比早期患者要高。

在《自然》雜志9月15日發(fā)表的最新論文中，斯坦福大學(xué)的Maximilian Diehn及其同事優(yōu)化了現(xiàn)有的用于評(píng)估循環(huán)腫瘤 DNA (ctDNA) 的測(cè)序方法。

他們改進(jìn)了DNA的提取方法，并確定了有望作為有效疾病標(biāo)志物的基因變化。研究人員用這種方法表明，盡管ctDNA在早期肺癌患者的血液中含量非常低，但它是一個(gè)強(qiáng)有力的預(yù)后指標(biāo)。

研究人員隨后使用這些數(shù)據(jù)改進(jìn)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，該方法用于預(yù)測(cè)血液樣本中肺癌來源的 DNA 的存在。在由104名早期非小細(xì)胞肺癌患者和56名匹配的對(duì)照組組成的初始樣本中，該方法可以區(qū)分早期肺癌患者與風(fēng)險(xiǎn)匹配的對(duì)照組；在另一個(gè)由 46 名病例和 48 名對(duì)照組組成的獨(dú)立驗(yàn)證隊(duì)列中，研究人員證實(shí)了上述結(jié)果。

值得關(guān)注的液體活檢

近年來，癌癥液體活檢的表現(xiàn)引起了人們的特別關(guān)注。作為體外診斷的一個(gè)分支，液體活檢可以通過無創(chuàng)采樣減少檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)，具有高效、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。

即使不進(jìn)行治療，癌細(xì)胞在正常情況下也會(huì)繼續(xù)分裂和死亡。當(dāng)癌細(xì)胞死亡時(shí)，它們會(huì)將 DNA 片段釋放到血液中。學(xué)會(huì)讀取這些信息可以讓臨床醫(yī)生快速、無創(chuàng)地監(jiān)測(cè)腫瘤的存在和大小、患者對(duì)治療的反應(yīng)以及腫瘤面臨治療的時(shí)間和發(fā)展變化。

目前，液體活檢的檢測(cè)對(duì)象包括循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTCs）、循環(huán)腫瘤DNA（ctDNA）、循環(huán)RNA（circulating RNA）和外泌體。其中，ctDNA因其廣闊的研究前景而受到越來越多的關(guān)注。ctDNA（循環(huán)腫瘤DNA）是一種具有特征標(biāo)志物的游離DNA（cfDNA），可以通過高通量測(cè)序技術(shù)進(jìn)行定性、定量和追蹤。

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的ctDNA的特征性指標(biāo)包括位點(diǎn)突變、核糖體占有率和甲基化修飾差異?；谶@些指標(biāo)的差異，可以進(jìn)行腫瘤的早期診斷、腫瘤發(fā)展和療效的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、耐藥性檢測(cè)、復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)后預(yù)測(cè)等。

美國斯坦福大學(xué)的Maximilian Diehn教授曾經(jīng)說過，ctDNA不僅可以診斷實(shí)體瘤，還可以監(jiān)測(cè)治療反應(yīng)、檢測(cè)小的殘留病灶，并針對(duì)耐藥突變進(jìn)行治療。它可能是首選的非侵入性腫瘤篩查方法?！斑@個(gè)領(lǐng)域令人興奮的事件之一是ctDNA可以應(yīng)用于許多不同的臨床情況”。

分子技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)合

在這項(xiàng)最新研究中，研究人員介紹了一種通過深度測(cè)序分析ctDNA的方法（CAPP-Seq），以更好地實(shí)現(xiàn)早期癌癥篩查和個(gè)性化分析。

研究人員發(fā)現(xiàn)，雖然早期肺癌的ctDNA水平很低，但在大多數(shù)患者接受治療之前，ctDNA就已經(jīng)存在，而且它的存在具有很強(qiáng)的預(yù)后意義。

由 Maximilian Diehn 和 Ash Alizadeh 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了這項(xiàng)研究

研究人員還發(fā)現(xiàn)，肺癌患者的cfDNA中的大多數(shù)體細(xì)胞突變反映了克隆性造血突變（突變來自白細(xì)胞）并且是非復(fù)發(fā)性的。與腫瘤來源的突變相比，克隆性造血突變發(fā)生在更長(zhǎng)的 cfDNA 片段中，并且缺乏與吸煙相關(guān)的突變特征。

結(jié)合這些發(fā)現(xiàn)和其他分子特征，研究人員開發(fā)并前瞻性地驗(yàn)證了一種名為 “l(fā)ung cancer likelihood in plasma, lung-clip”的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，它可以很好地將早期肺癌患者與風(fēng)險(xiǎn)匹配的對(duì)照組區(qū)分開。

血漿肺癌可能性示意圖（Lung-CLiP）

研究人員表示，這種非侵入性肺癌篩查方法將改進(jìn)的分子技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合，以檢測(cè)血液樣本中肺癌細(xì)胞來源的cfDNA的存在，可以使用血漿檢測(cè)出相當(dāng)一部分的早期肺癌。

而且，與之前試圖開發(fā)泛癌癥篩查分析的液體活檢研究不同，研究人員把重點(diǎn)放在了非小細(xì)胞肺癌上，利用肺癌的獨(dú)特特征減少了檢測(cè)結(jié)果中不明的混雜因素和影響。

此外，與以往不進(jìn)行驗(yàn)證或使用對(duì)照組交叉驗(yàn)證的研究不同，該研究使用了獨(dú)立驗(yàn)證來避免模型過度擬合導(dǎo)致過于樂觀的結(jié)果的可能性。

研究人員認(rèn)為，Lung-CLiP 的一個(gè)潛在應(yīng)用是對(duì)高危人群進(jìn)行初步篩查。陽性患者可進(jìn)一步檢測(cè)確診。這可能會(huì)增加每年肺癌篩查的數(shù)量，從而挽救更多生命。

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