一项新研究利用儿童肿瘤的表观遗传特征来检测、分类和监测疾病。科学家们分析了血液中循环的肿瘤 DNA 的短片段。这些“液体活检”分析利用了骨肿瘤独特的表观遗传景观，不依赖于任何遗传改变，这在儿童癌症中是罕见的。这种方法有望改善个性化诊断，并可能改善尤文肉瘤等儿童肿瘤的未来疗法。该研究已发表在《自然通讯》上。
由圣安娜儿童癌症研究所 (St. Anna CCRI) 的科学家与奥地利科学院分子医学 CeMM 研究中心合作开展的一项研究为儿童肿瘤的“液体活检”分析提供了一种创新方法。这种方法利用了肿瘤泄漏到血流中的小 DNA 片段的碎片模式，这反映了许多儿童癌症的独特表观遗传特征。由 Eleni Tomazou 博士和 St. Anna CCRI 领导的团队专注于尤文肉瘤，这是一种临床需求未得到满足的儿童和年轻人的骨肿瘤，展示了该方法在肿瘤分类和监测方面的实用性，允许密切监测癌症治疗，无需高侵袭性肿瘤活检。
在肿瘤中，癌细胞不断分裂，一些癌细胞在此过程中死亡。这些细胞通常将它们的 DNA 释放到血液中，在那里循环并可以使用基因组方法(如高通量 DNA 测序)进行分析。这种“所谓的液体活检”分析为通常需要手术的传统肿瘤活检提供了一种微创替代方案，为个性化治疗带来了巨大希望。例如，可以经常检查肿瘤中的分子变化。然而，迄今为止，液体活检在儿童癌症中的应用受到阻碍，因为许多儿童肿瘤几乎没有从血浆中分离出的 DNA 中可检测到的基因改变。
利用肿瘤特异性表观遗传模式
来自垂死肿瘤细胞的无细胞 DNA 以小片段的形式在血液中循环。它们的大小既不是随机的，也不是仅由 DNA 序列决定的。相反，它反映了 DNA 在癌细胞内的包装方式，并受这些细胞的染色质(即 DNA、蛋白质和 RNA 的复合物)结构和表观遗传谱的影响。这是非常相关的，因为表观遗传模式——有时被称为基因组的“第二个密码”——对于人体内不同的细胞类型具有不同的特征。表观遗传机制导致基因功能的变化，这些变化不是基于 DNA 序列的变化，而是传递给子细胞。
“我们之前确定了尤文肉瘤独特的表观遗传特征。我们推断这些特征性的表观遗传特征应该保留在血液中循环的肿瘤衍生 DNA 的碎片模式中。这将为我们提供急需的早期诊断和肿瘤标志物使用液体活检概念进行分类”，圣安娜 CCRI 基于表观基因组的精准医学小组首席研究员 Tomazou 博士解释说。
机器学习提高灵敏度
这项新研究对分析无细胞 DNA 片段的各种指标进行了基准测试，并引入了 LIQUORICE 算法，用于根据癌症特异性染色质特征检测循环肿瘤 DNA。科学家们使用机器学习分类器来区分癌症患者和健康个体，以及不同类型的小儿肉瘤。Tomazou 博士说：“通过为这些机器学习算法提供我们广泛的血液中肿瘤来源 DNA 的全基因组测序数据，分析变得高度敏感，并且在许多情况下优于传统的遗传分析。”
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