这项发表在《美国国家科学院院刊》上的测试，最终可能提供一种更经济的方法来早期检测疾病，同时也让医生对个人的健康状况有更全面的了解。
“早期检测至关重要，”该研究的资深作者、加州大学洛杉矶分校健康琼森综合癌症中心（UCLA Health Jonsson Comprehensive Cancer Center）的病理学和检验医学教授兼研究员Jasmine Zhou博士说。“在癌症扩散前发现，存活率要高得多。如果在第一阶段发现癌症，预后要比第四阶段好得多。”
读取血液中的疾病信号
这项被称为MethylScan的新技术通过分析无细胞DNA（cfDNA）来工作，这些cfDNA是细胞死亡时进入血液的小片段遗传物质。由于全身各处的细胞都会将DNA释放到血液中，这些片段可能包含关于许多不同器官健康状况的分子线索。
“每天，我们体内有500亿到700亿个细胞死亡。它们不会凭空消失，其DNA会进入血液，”Zhou说。“这意味着我们的血液中已经循环着来自所有器官的信息。”
利用血液检测癌症并非新概念。这些测试有时被称为液体活检，一些现有方法通过寻找肿瘤释放的DNA中的突变来工作。然而，许多此类测试仅检测有限的遗传变化。此外，由于识别微弱的癌症信号往往需要大规模测序，这些测试可能成本高昂。
加州大学洛杉矶分校（UCLA）的研究人员采取了一种不同的方法。他们并非主要寻找突变，而是专注于DNA甲基化——即DNA上帮助控制基因活性的化学标签。不同的组织具有独特的甲基化模式，当细胞发生病变或癌变时，这些模式会发生改变。
“DNA甲基化反映了组织的健康状况，”UCLA病理学和检验医学教授、该研究的共同通讯作者Wenyuan Li博士说。“这是一种信息量非常丰富的信号。”
过滤背景DNA
最大的障碍之一是血液中大多数无细胞DNA并非来自肿瘤或受损器官。大约80%到90%来自正常的血细胞。这些数量巨大的普通DNA会掩盖与早期癌症相关的更为稀有的片段，使其更难被发现，检测成本也随之增加。
为了克服这一问题，该团队在以往研究的基础上开发了一种方法，可在测序开始前去除大量不需要的背景DNA。
研究人员利用特殊的酶选择性地切除未甲基化的DNA片段，这些片段主要来源于血细胞。他们还构建了一个全基因组杂交面板，能够从剩余样本中富集来自实体器官（包括可能受疾病影响的器官）的甲基化DNA。
研究人员表示，降低背景噪音意味着该测试在保持灵敏度的同时，所需的测序量大大减少。每个样本只需5 Gb的数据即可达到300倍的有效测序深度。如果测序成本保持在每千兆碱基4美元以下，这些数据的成本将低于20美元。
在1000多人中测试MethylScan
研究人员利用1,061人的血液样本对MethylScan进行了评估。这群受试者包括肝癌、肺癌、卵巢癌和胃癌患者；患有乙型肝炎、丙型肝炎、酒精相关肝病和代谢相关肝病等肝病患者；良性肺结节患者；以及健康参与者。
随后，机器学习算法被用于解读样本中发现的复杂甲基化模式。
在检测多种癌症方面，MethylScan表现出很高的总体准确性。在98%的特异性（意味着测试产生的假阳性很少）下，它检出了所有分期癌症的约63%。在早期癌症中，检出率约为55%。
该方法在监测肝癌高危人群（包括肝硬化或乙型肝炎病毒[HBV]感染者）时也表现优异。在这一群体中，该测试在特异性略高于90%（对应低于10%的假阳性率）的情况下，检出了近80%的肝癌病例。
寻找癌症信号的来源
MethylScan不仅能识别癌症的存在。甲基化模式还提供了关于组织来源的信息，帮助研究人员确定身体哪个部位产生了异常信号。
“能够追溯信号来源非常重要，因为血液检测呈阳性后，需要针对正确的器官进行影像学检查或其他诊断程序，”Li说。
从这个意义上说，MethylScan可以充当一种健康雷达。通过解读血液中循环的DNA信号，该方法可以检测出肝脏或肺部等器官处于压力或受损状态的迹象，即使研究人员并未预先针对特定疾病进行筛查。
该测试还表明它能够区分不同类型的肝病。研究人员成功区分了病毒性肝炎和代谢相关肝病等疾病，正确分类了约85%的患者。
这些结果表明，基于血液的DNA分析最终可能减少部分患者对侵入性肝活检的依赖。
迈向更广泛的疾病血液检测
研究人员提醒说，仍需更大规模的前瞻性试验来确定MethylScan在实际筛查中的表现。尽管如此，Zhou表示，这些发现标志着向开发单一且经济实惠的血液检测方法迈出了进展，该方法能够早期检测多种不同疾病，并提供比现有方法更全面的健康信息。
“这项研究表明，基于血液的甲基化分析可以提供跨多种疾病的具有临床意义的信息，”Zhou说。“这是一项令人兴奋的进展，使我们更接近实现通过单一检测实现通用疾病检测的梦想。”
UCLA的Weihua Zeng、Shuo Li和Yonggang Zhou担任共同第一作者。
该研究部分得到了美国国家癌症研究所（NCI）的资助支持。