糞便和血液中新DNA甲基化可作為結直腸癌和癌前病變的早期診斷標志物
期刊：Clin Epigenetics（影響因子7.259）
導語
結直腸癌（colorectal cancer, CRC）是全球第三大發病率和第二大致死率的癌癥，隨著經濟增長和西方飲食文化的傳入，國內CRC的發病率和致死率呈現逐年上升的趨勢。大多數CRC起源于癌前損傷，這期間如果能提早診斷，將給予CRC患者良好的治療機遇。如今，臨床上常用的CRC檢測方法包括腸鏡、乙狀結腸鏡等，但這些方法都依賴于患者的依從性和檢測方法的準確性，且存在較高的漏檢率。
CRC細胞脫落后，可以隨糞便排出，因此可以使用糞便樣本檢測CRC中的DNA變異。其中糞便免疫組化檢測（FIT）聯合DNA甲基化，在CRC中的敏感性可以達到92.3%，在進展期腺癌中可以達到86.6%。2016年4月，FDA批準了一款基于血液樣本檢測Septin9甲基化的診斷試劑盒，對于CRC早期診斷的敏感性和特異性可以達到59%和79%。近期，多項研究報道了CRC相關的DNA甲基化標志物，比如糞便樣本中的SDC2甲基化聯合SEPT9甲基化在CRC的診斷中可以達到80%的敏感度，在腺癌中的敏感度為57%，因此使用糞便及血液樣本，檢測CRC脫落的甲基化標志物，具有巨大的臨床應用價值。
科學問題
盡管已有多項研究發現結直腸癌相關的DNA甲基化標志物，但是它們在CRC早期損傷中的診斷效果不佳，限制了它們在臨床上的應用，因此亟需尋找能夠有效診斷CRC和癌前損傷的新型DNA甲基化標志物。
研究技術
DNA甲基化qMSP定量技術
研究內容
本項目圍繞CRC和癌前損傷的DNA甲基化標志物進行了研究，通過分析TCGA數據庫中的CRC甲基化數據，發現了兩個備選的DNA甲基化位點，cg13096360和cg12993163。使用配對的CRC組織和正常組織（n=76）進行驗證，發現cg13096360和cg12993163在CRC組明顯上調。使用糞便和血液樣本擴大樣本量驗證發現cg13096360和cg12993163在無癥狀組、進展期腺癌組、I&II期結直腸組、III&IV期結直腸癌中逐漸上調。分子標志物分析發現，糞便和血液中的cg13096360和cg12993163甲基化水平及二者聯合均可作為CRC和癌前損傷的診斷標志物。
研究路線圖
研究結果
1. cg13096360和cg12993163在CRC中的甲基化水平上調
作者通過分析TCGA數據庫中的CRC甲基化數據，發現了兩個備選的DNA甲基化位點（Fig. 1A，1B），cg13096360（來源于SDC2基因啟動子區）和cg12993163（來源于SHOX2基因body區），并使用配對的CRC組織和正常組織（n=76）進行了驗證，發現cg13096360和cg12993163在CRC組明顯上調（Fig. 1C，1D）。
Fig. 1 cg13096360和cg12993163在CRC中的甲基化水平上調
2. cg13096360和cg12993163在CRC患者的糞便和血液樣本中上調
作者共收集了328例糞便樣本，分別來源于162例CRC患者（94例I&II期患者，68例III&IV期患者）、46例進展期腺癌（advanced adenoma，AA）患者和120例無癥狀的正常人（no evidence of disease，NED），通過qMSP DNA甲基化定量方法進行了驗證，發現cg13096360和cg12993163在NED、AA、I&II期CRC， III&IV期CRC患者中逐漸顯著上調（Fig. 2A，2B）。
作者另外收集了128例血漿樣本，分別來自于64例CRC患者（37例I&II期患者，27例III&IV期患者）、17例AA患者和47例NED正常人，通過qMSP DNA甲基化定量方法，同時發現cg13096360和cg12993163在NED、AA、I&II期CRC， III&IV期CRC患者中逐漸顯著上調（Fig. 2C，2D）。
3. 糞便cg13096360和cg12993163可以作為CRC和癌前診斷的分子標志物
將328例糞便樣本按照2:1分為training組和validation組，基于cg13096360和cg12993163的Ct值，繪制ROC曲線，計算線下面積AUC。聯合cg13096360和cg12993163的AUC值構建邏輯診斷模型，發現糞便樣本中cg13096360、cg12993163及二者聯合都可以作為CRC和癌前診斷的分子標志物（Fig. 3）。
Fig. 3 cg13096360、cg12993163及二者聯合都可以作為CRC和癌前診斷的分子標志物
4. 糞便cg13096360和cg12993163的敏感性和特異性
cg13096260、cg12993163和聯合模型在CRC診斷中的敏感性分別為91.35%、89.5%和93.83%；在早期CRC診斷中的敏感性分別為93.62%、92.55%和96.81%；在AA樣本中的敏感性分別為63.04%、82.6%和71.74%；特異性分別為93.33%、85.83%和92.5%（Fig. 4）。
5. 血液cg13096360和cg12993163可以作為CRC診斷標志物液
在64例CRC患者（37例I&II期患者，27例III&IV期患者）、17例AA患者和47例NED正常人中，cg13096360和cg12993163顯示出的診斷價值與糞便樣本中的結果相同（Fig. 5A – 5D），cg13096260和cg12993163對于CRC的診斷敏感性分別為75%和81.25%，對于早期CRC的診斷敏感性為67.57%和81.08%，對于進展期腺癌AA的診斷敏感性為70.59%和76.47%；特異性分別為82.98%和74.47%（Fig. 5E）
Fig. 5 血樣樣本中cg13096360和cg12993163的診斷表現
文章結論
通過分析TCGA數據庫中的CRC甲基化數據，以及臨床組織樣本的驗證和大樣本量的糞便及血液樣本的定量，cg13096360和cg12993163甲基化水平可以作為CRC和癌前損傷的無創腸癌基因檢測的新型標志物。
參考文獻：
Novel DNA methylation biomarkers in stool and blood for early detection of colorectal cancer and precancerous lesions
https://clinicalepigeneticsjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13148-023-01443-7
