【1031】【马念读图】 肿瘤筛查系列（一）- DNA异倍体（aneuploidy）分析
肿瘤早筛系列（一）-DNA异倍体（aneuploidy）检测
随着医学理念的发展以及生活水平的提高，“5P医学理念”、“治未病”、“疾病需早发现和早干预”等观念越来越被认可和接受。但如何做到早发现、发现后如何进行早干预这是业内外不断讨论的一个重点。今天笔者和大家交流一个癌症早期筛查的经典技术。
大家都清楚，癌症的情况越来越严重，但具体有多严重呢，我们以WHO的官方内容做参考（WHO 实况报道 第297号 ，2015年2y月：有关癌症的一些重要事实）：
癌症是全球发病和死亡的主要原因，2012年约有1400万新发癌症病例和820万例癌症相关死亡。
预计今后二十年新发病例数将增加约70%，估计每年癌症病例将由2012年的1400万上升到2200万。
2012年，男性五个最常见确诊癌症是肺癌、前列腺癌、结肠直肠癌、胃癌和肝癌。女性五个最常见确诊癌症部位是乳腺癌、结肠直肠癌、肺癌、宫颈癌和胃癌。
这些是全世界的癌症数据分析，具体到我们中国，情况则更加糟糕些。
中国癌症死亡数据（2014年世界癌症报告 WHO）
在前面的交流中，笔者多次提及现在有关肿瘤的一个广泛共识，即肿瘤发生发展是一个长期的复杂的慢性过程。在这个漫长过程的任一早期阶段发现并予干预则可以有效预防、延缓癌症的发展，此外，大量的临床研究也已经证明，包括胃癌、肺癌、肝癌、直结肠癌、乳腺癌、前列腺癌、膀胱癌、甲状腺癌等在内的多种癌症临床诊断的时间与其临床治疗效果和5年生存率密切相关，越早诊断的膀胱癌肿瘤患者治疗效果越价、5年生存率越高。以膀胱癌为例，原位癌阶段被诊断的患者的5年生存率高达96%，随着诊断阶段的推迟，生存率逐渐降低，诊断于存在远处转移的晚期患者的5年生存率则只有6%。所以，肿瘤的早发现、早干预和早治疗就尤其显得重要！！
不同阶段被诊断的膀胱癌患者的5年生存期比较 (Int JNanomed 2015)
提到癌症早期筛查，大多数人比较熟悉应该是胸片、小剂量螺旋CT体检、女性宫颈细胞学检查（比如LBC \TCT等）、男性PAP检查等等技术和方法。近些年，在经过媒体大量报道宣传后，癌症基因检测也逐渐为大众所熟悉，此外，还有眼下比较红火的液态活检技术（比如CTC技术、ctDNA技术等）、端粒检测技术、纳米微粒技术等等，但这些新兴技术大多处于研究阶段，距离癌症早期筛查的实际临床应用仍然有一段距离。而这次笔者要和大家交流的是一个非常经典的肿瘤诊断技术，即基于细胞染色体倍体分析的细胞定量分析技术。细胞DNA 定量分析法是肿瘤细胞分子生物学技术与图像处理等计算机技术的完美结合，今天交流的细胞图像倍体分析技术就是以DNA倍体染色为基础，结合临床大数据，采用计数机分析技术进行的一种细胞定量分析技术。该已经广泛应用于临床和科研中，采用该技术，根据相应指标可以实现癌症的早期筛查、辅助诊断、肿瘤的恶性程度评估及预测病变发展趋向等目标。
基因组不稳定性是癌症的十大标志性特征之一 （Cell 2011）
染色体倍性/倍体 （chromosomeploidy）是指细胞中包含的染色体组数或基因组数。如单倍体染色、双倍体、三倍体、四倍染色体等。人类为双倍体生物，即人体所有的正常体细胞都是由23对染色体组成，其中一套单倍体为父亲来源，一套单倍体为母亲来源。但大量研究已经证实肿瘤细胞存在高度的染色体不稳定性（chromosomeinstability，CIN），这种不稳定性又包括染色体数量不稳定（WholeCIN，W-CIN）和染色体结构不稳定（StructuralCIN，S-CIN）。前者是细胞分裂过程异常而出现的整条染色体的增加或缺失,主要指染色体多倍体和染色体非整倍体；后者是由于DNA复制过程中基因片段断裂、非法结合所致，多指染色体基因片段的增益、缺失或异位。研究表明染色体不稳定性会导致90%以上的实体肿瘤出现DNA异倍体（Aneuploid），而且更为重要的是异倍体与染色体不稳定性间存在这一种“恶性选循环”现象，即它们相互促进对方的恶性发展，这对与癌症的相关评估具有重要意义。
正常细胞和癌细胞染色体组的明显差异
染色体不稳定性和异倍体会相互促进对方的恶性发展 （Cancer Metastasis Rev. 2013）
目前用于DNA 倍体分析最主要的有两种方法，第一种是流式细胞术（FACS），流式细胞术具有检测速度快，变异系数小，多参数检测，精确异倍体峰，细胞分选等优点，但细胞标本要求多，对临床临床应用造成制约。第二种是细胞图像分析技术，该方法具有直接观察测量恶性细胞，细胞标本要求少，可重复性等优点。细胞图像倍体分析技术可以通过对DNA 含量、异倍体峰、DNA 指数、细胞核面积、核半径等几十项甚至百多项指标的测定来评估细胞异倍体情况。目前细胞图像倍体分析技术已经被广泛用于多种癌症的诊断和辅助诊断，对口腔癌、肺癌、膀胱癌、至结肠癌以及宫颈癌症等癌症的早期筛查也有着广泛的应用。(具体研究数据和应用情况，笔者将在后面的微文中和大家交流。）
细胞图像倍体分析技术系统
讨论肿瘤诊断或筛查技术，很多医护人员或相关技术人员肯定会立即问一些问题：这个技术的敏感性、特异性如何？假阳性率、假阴性率如何？其实这些的确是及其重要的问题，尤其是这些问题解决不好，估计很难过各国药监局的审批。再以WHO为例（见下图）
WHO也用敏感性、特异性、假阳性率、假阴性率等指标来评估一种筛查技术。
对于这些问题，笔者用警察抓小偷来做一点解释。一般来说一个警察抓小偷会有这么几种结果：1）、警察可以抓到了全部，而且抓到的人也都是小偷，没有良民（绝对顶级神探）；2)、警察可以抓到了全部或绝大多数的小偷，抓到的人中也有极少量良民；3）警察抓到了全部或绝大多数的小偷，但他抓到的人中有大量的良民（宁可错杀一千，不可让一人漏网）；4）、警察只抓到了小部分或没有抓到小偷，但是他抓的大都是小偷或良民却也不多；5）、警察不仅没有抓到或只抓到小部分小偷，而且他却抓了大量良民。当然，第一种警察是最理想的、在欧美等发达国家这种警察是极少的。但在没有第一种警察的现实情况下，第二种不失为最佳选择。回到诊断技术和筛查技术，也是同样的道理，细胞图像倍体分析技术是一个很好的选择。
此外，DNA异倍体除了与癌症发生发展密切相关外，现在有越来越多的证据认为异倍体还影响着人类健康和寿命，或许将来细胞图像倍体分析技术还能够用于评估身体的健康状况。
其实，对于从事肿瘤免疫治疗研发工作的笔者而言，我还有一个感兴趣的地方是该技术用于肿瘤免疫治疗的疗效测评的可能性。
参考文献：
实况报道 第297号，2015年2月. www.who.int/mediacentre/factsheets/fs297/zh/
2014年世界癌症报告. www.iarc.fr/en/publications/books/wcr/wcr-order.php
Survival of Korean Adult CancerPatients by Stage at Diagnosis, 2006-2010 - National Cancer Registry Study. CancerRes Treat 2013.
Hallmarks of Cancer - The NextGeneration. Cell 2011.
Therole of chromosomal alterations in human cancer development. J CellBiochem 2007.
Clinicalaspect and molecular mechanism of DNA aneuploidy in gastric cancers. J Gastroenterol 2012.
Mechanisms of aneuploidy and its suppression by tumour suppressorproteins. Swiss Med Wkly 2011
DNA cytometry as afirst-line method for diagnosis of cervical precancer with respect to clinical behaviour[J]. Eur J Gynaecol Oncol, 2010.
Feulgen staining remains the gold standard for precise DNA imagecytometry [J]. Anticancer Res, 2011.
Aneuploidy and chromosomal instability- a vicious cycle driving cellular evolution and cancer genome chaos. Can Metast Rev 2013
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