清华大学11.7分Cell子刊：外周血+多组学，思路和模式值得学习！

i生信 · 公众号 · · 2024-09-26 18:27

正文

请到「今天看啥」查看全文

编者按： 细胞游离 DNA (cfDNA) 和细胞游离 RNA (cfRNA) 通常在血液中以片段化的形式存在，因为它们受到细胞外囊泡或结合蛋白的保护而抵抗完全降解。尽管 cfDNA 的特征（例如甲基化模式、突变、拷贝数、片段模式和核小体足迹）已被用于疾病诊断和预后的非侵入性评估，但 cfRNA 的特征（如 microRNA 和环状 RNA 的丰度、 mRNA 和长非编码 RNA 的剪接模式）也可以作为生物标志物。此外，肿瘤细胞中改变的 RNA 调节元素（例如 RNA 编辑）在液体活检领域也显示出潜在的应用价值。

想了解更多组学和基金课题创新方案？

扫码备注：科研合作

今天我们介绍的文献就是清华大学鲁志 / 王鹏远 / 卢倩团队合作发表消化道癌症 cfDNA+cfRNA 多组学研究新成果 : Cell-free multi-omics analysis reveals potential biomarkers in gastrointestinal cancer patients’ blood ，即 细胞游离多组学分析揭示了胃肠癌患者血液中的潜在生物标志物 :

一、 研究目的和主题：

本研究的目的是通过分析胃肠癌患者血液中的细胞游离（ cell-free ） DNA （ cfDNA ）和细胞游离 RNA （ cfRNA ）等多组学数据，来揭示可能的生物标志物。研究主题集中在胃肠癌（包括结直肠癌 CRC 和胃癌 STAD ）的液体活检上，探索如何通过血液样本中的分子变化来检测和预测癌症的存在、发展和治疗反应。

在该研究中，研究人员利用 2-3 毫升血浆中的 cfDNA 和 cfRNA ，对 80 位结肠癌和胃癌患者以及 81 个健康对照的血浆样本进行了 4 种不同组学水平的检测，包括基因组（ cfDNA ）、表观基因组（ cfDNA 甲基化）、小 RNA （ small cfRNA ）和全 RNA （ total cfRNA ）转录组。研究人员基于以上多组学数据进行生物信息学分析，对衍生出的 10 余种不同类型的变异事件分别进行了整合、比较。

二、组学方案研究设计

研究对象分为胃肠癌患者（包括结直肠癌和胃癌患者）和健康对照组（ HDs ）两组；
样本类型包括：血浆、外周血单个核细胞（ PBMCs ）和组织样本（包括肿瘤组织和邻近正常组织）
检测的组学类型为 cfDNA 测序 cfWGS 、 cfDNA 甲基化测序、 cfMeDIP- S eq 和总 cfRNA- S eq 和小型 cfRNA- S eq ；
样本数量：共收集了 161 个个体的样本，包括 44 名结直肠癌患者、 36 名胃癌患者和 81 名健康捐赠者；
测序方案为：进行了 360 组细胞游离组学数据的测序，包括 86 个 cfWGS 、 98 个 cfMeDIP- S eq 、 127 个总 cfRNA- S eq 和 49 个小 cfRNA- Seq ；
纳入分析的临床数据为患者的年龄、性别、健康状态、癌症分期等临床信息。

三、研究结果和发现

Figure 1: 为了描绘无细胞多组学数据的概况并确保数据质量，作者对来自结直肠癌和胃癌患者以及健康捐献者的血浆样本进行了深入分析。

通过实施严格的质量控制步骤，包括评估 cfDNA 和 cfRNA 的覆盖度和相关性，发现与细胞数据相比， cfDNA 和 cfRNA 之间的相关性较低，这可能是由于它们的异质性来源。这表明血浆中的信号可能来自多种细胞，为癌症病理学的检测提供了潜在优势。

Figure 2: 作者旨在提高癌症基因检测的准确性，因此进行了无细胞多组学分析实验。检测了包括 cfDNA 拷贝数和 cfRNA 丰度在内的 15 种不同类型的基因组变异。发现 cfRNA 在检测癌症相关基因方面比 cfDNA 更为敏感，尤其是对于 CUX1 、 SMAD2 、 QKI 和 TP53 等基因的变异，表明结合使用 cfDNA 和 cfRNA 数据可以显著增强癌症检测能力。

Figure 3: 为了揭示癌症患者与健康对照之间的分子差异，作者对 cfRNA 丰度、 cfDNA 甲基化水平和 cfDNA 窗口保护分数等指标进行了检测。发现在胃癌患者中， cfRNA 丰度、 cfDNA 甲基化水平和窗口保护分数 WPS 表现出显著差异；在结直肠癌患者中， cfRNA 丰度、 cfRNA 单核苷酸变异和 cfDNA WPS 表现出显著差异。这些差异性变化揭示了癌症的分子特征，并有助于癌症的分类。

Figure 4: 作者探索了癌症和健康捐献者血浆中 cfRNA 数据的富集途径，发现与 cfDNA 相比， cfRNA 在数量和功能属性上提供了更好的信息。癌症相关通路在 cfDNA 拷贝数和 cfRNA 丰度检测到的变化中显著富集，同时发现 T 细胞和 B 细胞受体信号通路等免疫途径在癌症患者中受到抑制，表明这些患者的血浆在这些途径中表现出免疫抑制状态。

Figure 5: 为了阐明血浆中 cfRNA 来源的信号的来源，作者对包括血浆、原发肿瘤、邻近肿瘤的正常组织和外周血单个核细胞在内的匹配样本进行了总 RNA 测序。发现血浆 cfRNA 来源于血液造血成分和肿瘤微环境的组分，如 CAFs 。这表明血浆 cfRNA 包含了来自肿瘤微环境的信号，可能比来自 PBMCs 的 RNA 更有效地识别肿瘤微环境和癌症进展的特征。

Figure 6: 作者调查了血浆 cfRNA 来源的标签在动态监测癌症患者临床状态方面的应用。通过分析与不同细胞类型相关的标签得分与癌症阶段之间的相关性，发现 gamma-delta T 细胞得分和 CAF 得分与癌症阶段的相关性最高。此外，低血浆来源 CAF 得分的患者在 TCGA 队列中显示出显著更长的生存时间，表明这些 cfRNA 来源的标签有潜力作为预测分数，用于监测癌症阶段、肿瘤大小和存活情况。

四、研究的亮点：

1. 在监测肿瘤相关基因方面， cfRNA 相较于 cfDNA 更加灵敏 ;

2. 特定的免疫特征在胃肠道癌症患者的血浆中受抑制；

3. 基于 cfRNA 的生物标志物具有预测肿瘤分期等临床状态的能力。

END

推荐阅读：