精準(zhǔn)腫瘤學(xué)的關(guān)鍵目標(biāo)是改善癌癥的診斷和治療。而對(duì)腫瘤樣本的一系列基因組和其它分子分析能夠幫助發(fā)現(xiàn)標(biāo)志物來(lái)幫助選擇療法，預(yù)測(cè)預(yù)后，跟蹤腫瘤進(jìn)化，以及發(fā)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)移性疾病的分子特征?；谙乱淮蚪M測(cè)序（NGS）的分子分析方法已經(jīng)在腫瘤分析方面得到應(yīng)用，而綜合DNA、RNA、蛋白質(zhì)和表觀遺傳特征的多參數(shù)綜合分析可能更準(zhǔn)確地描述腫瘤特征并且?guī)椭l(fā)現(xiàn)全新成藥靶點(diǎn)。

目前，精準(zhǔn)腫瘤學(xué)的焦點(diǎn)愈發(fā)轉(zhuǎn)向液體活檢，因?yàn)樗痪咔忠u性，而且可以在不同時(shí)間點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行，從而幫助監(jiān)察疾病的進(jìn)展。如今，外周血液中可以被檢測(cè)的分析物（analyte）包括循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTCs）；循環(huán)無(wú)細(xì)胞DNA（cfDNA），在癌癥患者中它包含循環(huán)腫瘤DNA（ctDNA）。其它分析物物包括循環(huán)無(wú)細(xì)胞RNA（cfRNA）；細(xì)胞外囊泡（EVs），例如外泌體和腫瘤“教育”的血小板（TEPs）；蛋白質(zhì)和代謝產(chǎn)物。近日，《Nature Reviews Genetics》 對(duì)在精準(zhǔn)腫瘤領(lǐng)域液體活檢的現(xiàn)狀和未來(lái)進(jìn)行了盤(pán)點(diǎn)，在今天的這篇文章里，藥明康德的微信團(tuán)隊(duì)將與讀者分享這篇綜述的精彩內(nèi)容。

ctDNA作為生物標(biāo)志物的利與弊

ctDNA檢測(cè)是目前市場(chǎng)上最常見(jiàn)的液體活檢形式，它在具備巨大潛力的同時(shí)，在檢測(cè)開(kāi)發(fā)和臨床應(yīng)用的推廣方面也面對(duì)著一系列挑戰(zhàn)。

ctDNA作為精準(zhǔn)腫瘤學(xué)生物標(biāo)志物的潛力

研究表明，ctDNA可能由凋亡細(xì)胞釋放，因此，它只代表了腫瘤細(xì)胞的一種特定亞群。盡管如此，ctDNA具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1. 它能夠提供對(duì)腫瘤基因組的綜合描述，因?yàn)閏tDNA從多個(gè)不同腫瘤區(qū)域或多個(gè)病灶處釋放，ctDNA分析可以發(fā)現(xiàn)組織活檢中無(wú)法發(fā)現(xiàn)的體細(xì)胞突變。

2. 深度測(cè)序可以發(fā)現(xiàn)腫瘤內(nèi)異質(zhì)性和只在部分細(xì)胞中出現(xiàn)的基因突變。這通常需要大量的CTCs或者多次組織活檢才能獲得同樣水平的信息。

3. ctDNA可以提供腫瘤大小的信息，從而反映出疾病的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和對(duì)療法的反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，在非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）和高級(jí)別漿液性卵巢癌（HGSOC）中ctDNA的突變等位基因頻率（VAF）與腫瘤體積呈線性關(guān)系。

4. ctDNA還具備預(yù)測(cè)預(yù)后的價(jià)值。例如，在旨在治愈的手術(shù)或化療之后，ctDNA的出現(xiàn)是癌癥復(fù)發(fā)和不良預(yù)后的有力標(biāo)志。它預(yù)測(cè)癌癥復(fù)發(fā)的能力在結(jié)腸癌、卵巢癌、肺癌和乳腺癌患者中都得到了驗(yàn)證。

5. ctDNA分析能夠發(fā)現(xiàn)腫瘤抗性的標(biāo)志物，例如，在接受抗EGFR療法的結(jié)直腸癌患者中出現(xiàn)的KRAS突變，以及在乳腺癌患者中的PIK3CA、MED1、或EGFR上VAFs的升高。

這些優(yōu)點(diǎn)讓ctDNA成為精準(zhǔn)腫瘤學(xué)應(yīng)用方面前景看好的分析物。然而ctDNA檢測(cè)也需要克服血漿中ctDNA水平過(guò)低，細(xì)胞衰老帶來(lái)基因變異的影響等挑戰(zhàn)。

▲組織活檢與ctDNA檢測(cè)特點(diǎn)對(duì)比（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

血漿中低水平ctDNA帶來(lái)的挑戰(zhàn)

在血漿cfDNA中檢測(cè)到基因突變的能力與腫瘤負(fù)擔(dān)有對(duì)應(yīng)的關(guān)系。但是在不同患者身上的ctDNA水平可能相差很大，雖然他們患上同樣類(lèi)型的癌癥。即使是在轉(zhuǎn)移性癌癥患者中，也有很大一部分患者血漿中ctDNA的比例異常的少。這清楚地表明，除了腫瘤負(fù)擔(dān)以外，還有其它生物因素影響腫瘤DNA的釋放。

據(jù)估算，1毫升血漿中含有大約1500個(gè)基因組當(dāng)量（GE）的DNA片段，通常一次10毫升抽血可以從血樣中獲得4毫升血漿，意味著能夠獲得6000 GE的DNA片段。在VAF為0.1%的情況下，在這6000 GE的DNA片段中，平均只有6個(gè)DNA分子攜帶著想要檢測(cè)到的基因突變，而且隨機(jī)取樣可能會(huì)影響這一數(shù)值。因此，可靠、準(zhǔn)確并且可重復(fù)地檢測(cè)到這些基因突變是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

檢測(cè)低水平ctDNA的方法

如果增加血樣體積，可以檢測(cè)到的分子數(shù)目自然會(huì)顯著上升，但是多抽血的辦法通常在晚期癌癥患者中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。另外一種克服攜帶基因突變的分子數(shù)目過(guò)少的方法是同時(shí)檢測(cè)多種基因突變，然后確定一個(gè)基因突變數(shù)目的最低閾值來(lái)決定血漿樣本是否為腫瘤陽(yáng)性。例如，有的液體活檢可以同時(shí)檢驗(yàn)患者是否攜帶18種單核苷酸位點(diǎn)變異（SNV），如果檢測(cè)到的SNV數(shù)目超過(guò)2個(gè)，則將ctDNA樣本定義為腫瘤陽(yáng)性。

近年來(lái)ctDNA檢測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)主要聚焦于增強(qiáng)測(cè)序技術(shù)的分析敏感度。測(cè)序技術(shù)的敏感度會(huì)受到測(cè)序準(zhǔn)確性和測(cè)序深度的影響。通過(guò)使用分子條形碼標(biāo)記被測(cè)序的DNA片段，可以提高測(cè)序的準(zhǔn)確性，從而提高發(fā)現(xiàn)基因突變的幾率。

另一種提高敏感度的嘗試是富集特定長(zhǎng)度的ctDNA片段。有研究表明ctDNA 片段（132-145個(gè)堿基對(duì)）通常比健康細(xì)胞釋放的cfDNA片段（~166堿基對(duì)）小。因此，富集特定大小的DNA片段進(jìn)行測(cè)序可能提高發(fā)現(xiàn)基因突變的敏感度。

▲影響循環(huán)無(wú)細(xì)胞DNA檢測(cè)敏感度的因素（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

細(xì)胞衰老對(duì)ctDNA檢測(cè)的限制

雖然這些技術(shù)的進(jìn)步能夠改善發(fā)現(xiàn)低VAF基因突變的能力，但是衰老細(xì)胞積累的體細(xì)胞突變也會(huì)對(duì)ctDNA的實(shí)用性添加限制。其中一個(gè)重要的干擾因素是良性體細(xì)胞基因突變隨著細(xì)胞衰老而增加。在成人干細(xì)胞中出現(xiàn)的良性基因突變會(huì)隨著細(xì)胞增殖傳給下一代，有的時(shí)候在腫瘤驅(qū)動(dòng)基因中出現(xiàn)的基因突變會(huì)導(dǎo)致攜帶這些突變的干細(xì)胞增殖速度更快，這可能被誤認(rèn)為腫瘤增生。因此，在腫瘤驅(qū)動(dòng)基因中發(fā)現(xiàn)基因突變并不等同于發(fā)現(xiàn)癌癥。

ctDNA檢測(cè)的分析效度和臨床有效性仍需確認(rèn)

在臨床護(hù)理中采納腫瘤生物標(biāo)志物檢測(cè)的原則有三條：1. 分析效度（analytical validity），指的是檢測(cè)的準(zhǔn)確性、可靠性和可重復(fù)性；2. 臨床有效性（clinical validity），指的是檢測(cè)能夠把患者分為不同群體，而且這些群體會(huì)有不同臨床后果的能力；3. 臨床實(shí)用性（clinical utility），指的是接受檢測(cè)的患者的臨床后果與未接受檢測(cè)的患者相比，是否有所改善。

目前，市場(chǎng)上的ctDNA 檢測(cè)的結(jié)果一致性和臨床有效性還未得到完全確認(rèn)。有研究使用兩種不同的ctDNA檢測(cè)方法對(duì)同一批樣本進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果表明，在34個(gè)接受檢測(cè)的樣本中，只有9個(gè)樣本在兩種ctDNA檢測(cè)中給出了完全一致的結(jié)果。這種數(shù)據(jù)讓人對(duì)這些檢測(cè)的分析效度和臨床有效性產(chǎn)生疑慮。目前，業(yè)界需要進(jìn)行多中心研究，使用足夠大的患者群來(lái)確認(rèn)ctDNA檢測(cè)的分析效度和臨床有效性。

而且，檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)操作程序和指導(dǎo)需要得到統(tǒng)一。歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（CEN）已經(jīng)發(fā)布了處理和紀(jì)錄用于ctDNA分析的血樣的標(biāo)準(zhǔn)程序。其它國(guó)際組織也在致力于將液體活檢的流程標(biāo)準(zhǔn)化。如果想將基于NGS的液體活檢在臨床中廣泛推廣，它們必需接受完備的檢驗(yàn)并且通過(guò)基于確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量檢測(cè)。

新興的液體活檢分析方法

以精準(zhǔn)腫瘤學(xué)的需求來(lái)看，現(xiàn)有的液體活檢技術(shù)還存在很多不足。但通過(guò)擴(kuò)大信息獲取與檢測(cè)的范圍，我們有望實(shí)現(xiàn)液體活檢技術(shù)的真正潛力。在這一段中，我們也將介紹目前新興的一些液體活檢方法。

1. 組織與癌癥特異的DNA甲基化模式分析

在表觀遺傳學(xué)中，CpG的甲基化是基因表達(dá)和組織分化的重要調(diào)控方式。近年來(lái)，隨著人們對(duì)組織特異甲基化組學(xué)的了解不斷加深，通過(guò)分析甲基化的模式，我們可以推斷出cfDNA的組織來(lái)源，檢測(cè)癌癥。由于在癌癥發(fā)病初期，DNA就會(huì)出現(xiàn)甲基化修飾的變化，該技術(shù)有望在早期就協(xié)助醫(yī)生做出癌癥診斷。這一理念已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證——2017年的兩篇論文表明，我們有望在乳腺癌和卵巢癌得到臨床確診的2年前，就在外周血液中檢測(cè)出腫瘤特異的甲基化變化。但這一技術(shù)目前也存在著瓶頸，主要難點(diǎn)在于獲取足夠數(shù)量的循環(huán)腫瘤細(xì)胞，以及對(duì)于單細(xì)胞甲基化模式的分析。

2. 核小體位置分析

血液中cfDNA的主要形式是受單個(gè)核小體保護(hù)（mononucleosomal protected）的DNA。和甲基化模式類(lèi)似，來(lái)自不同細(xì)胞的cfDNA，其核小體所處的位置也有所不同。因此通過(guò)對(duì)這些核小體位置的分析，我們也能推導(dǎo)出cfDNA的來(lái)源。

3. miRNA分析

在生物學(xué)研究中，循環(huán)RNA在RNA-seq，qPCR，以及microarray等方面有著多樣的應(yīng)用。在諸多RNA內(nèi)，miRNA由于其在血漿或血清中的穩(wěn)定性得到了廣泛的關(guān)注，也有不少人期望能將其開(kāi)發(fā)成有用的診斷工具。舉例來(lái)講，有些科學(xué)家希望能使用低劑量計(jì)算機(jī)斷層掃描（low-dose computed tomography ，LDCT）技術(shù)，在高風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)體中對(duì)肺癌進(jìn)行早期檢測(cè)。而miRNA的評(píng)估有望減少LDCT技術(shù)較高的假陽(yáng)性率。一些研究表明，miRNA與LDCT技術(shù)的結(jié)合，能將后者的假陽(yáng)性率減少5倍！

▲不同液體活檢分析方法面對(duì)的挑戰(zhàn)和潛在解決方法（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

4. 分析細(xì)胞外囊泡的轉(zhuǎn)錄組和基因組

細(xì)胞外囊泡是核酸與蛋白質(zhì)的載體，在細(xì)胞與細(xì)胞，乃至器官與器官間的交流中起到了重要作用。從運(yùn)輸能力上看，細(xì)胞外囊泡最多能運(yùn)載近100個(gè)蛋白質(zhì)和約10kb長(zhǎng)的核酸。在核酸方面，miRNA大約占了40.4%，piwi-互作RNA占了約40%，剩下的則是假基因（pseudo genes），lncRNA，tRNA，以及mRNA。這些RNA分子中的信息有望用于確認(rèn)癌癥起源，做出早期診斷。除了核酸分子外，細(xì)胞外囊泡上的一些粘附分子（如整合素）也能用于推斷器官特異的癌癥轉(zhuǎn)移。

值得一提的是，外泌體（exosome）可以由活性癌細(xì)胞直接分泌。與ctDNA進(jìn)行配合，可以從多個(gè)角度展示腫瘤的生物學(xué)特征，做出更準(zhǔn)確的診斷。當(dāng)然，健康組織也會(huì)分泌大量外泌體，其中的遺傳物質(zhì)也會(huì)帶有變異。因此在臨床應(yīng)用上，我們還需要更好地對(duì)外泌體的行動(dòng)進(jìn)行追蹤。

5. 經(jīng)過(guò)腫瘤“教育”的血小板

腫瘤細(xì)胞有時(shí)會(huì)將生物分子轉(zhuǎn)移到血小板上，這個(gè)過(guò)程也被形象地稱(chēng)為“教育血小板”。有趣的是，這些信息可以被用于區(qū)分癌癥患者。在一項(xiàng)研究中，科學(xué)家們收集了228個(gè)癌癥樣本，而對(duì)于這些經(jīng)過(guò)腫瘤“教育”的血小板進(jìn)行RNA-seq，科學(xué)家們可以將局部和轉(zhuǎn)移癌癥患者與健康人區(qū)分開(kāi)來(lái)，準(zhǔn)確度達(dá)84%-96%。區(qū)分腫瘤來(lái)源的準(zhǔn)確度也達(dá)到了71%。這是因?yàn)椴煌陌┌Y類(lèi)型，會(huì)把不同的分子帶給血小板。當(dāng)然，這一技術(shù)目前還停留在較初步的階段。為了讓它得到更好的應(yīng)用，我們還需要了解腫瘤“教育”血小板的具體過(guò)程。

6. 蛋白質(zhì)分析

細(xì)胞的正常運(yùn)作離不開(kāi)蛋白質(zhì)，而許多疾病的根源正是蛋白質(zhì)的突變。然而除了PSA（前列腺特異抗原）外，目前臨床上我們能使用的蛋白標(biāo)志物少之又少，且大多無(wú)法區(qū)分其來(lái)自哪些組織或癌癥。蛋白質(zhì)組學(xué)的蓬勃發(fā)展給了人們契機(jī)，讓我們建立了高質(zhì)量的蛋白關(guān)聯(lián)性圖譜。目前，我們已經(jīng)可以利用這些技術(shù)，明顯提高液體活檢在早期癌癥中的檢測(cè)率。

7. 代謝物分析

腫瘤的生長(zhǎng)發(fā)育往往會(huì)影響到人體生理上的變化，尤其是全身的代謝狀況。對(duì)于腫瘤來(lái)說(shuō)，它們能肆意改變自己的代謝通路，而血液中的代謝產(chǎn)物可能會(huì)成為有用的癌癥標(biāo)志物。目前比較為人熟知的一個(gè)案例是BCAA，它能預(yù)示腫瘤發(fā)育早期對(duì)代謝調(diào)控的干擾——胰腺癌的發(fā)病早期，BCAA水平會(huì)有所上升。而在非小細(xì)胞肺癌里，BCAA的水平則會(huì)下降。這些結(jié)果表明代謝物的組成可能成為液體活檢的重要部分。

8. 活性循環(huán)腫瘤細(xì)胞分析

近年來(lái)，單細(xì)胞分析技術(shù)有了飛躍式的發(fā)展，這也讓科學(xué)家們得以更為詳細(xì)地分析循環(huán)腫瘤細(xì)胞內(nèi)的基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)、以及表觀遺傳組信息。其中，來(lái)自活性循環(huán)腫瘤細(xì)胞的信息對(duì)于評(píng)估癌癥轉(zhuǎn)移有著重要的作用。除此之外，這些細(xì)胞也能被用來(lái)建立患者特異的腫瘤模型。但首先，我們還需要解決不同癌癥種類(lèi)中循環(huán)腫瘤細(xì)胞的豐度問(wèn)題。比如非小細(xì)胞肺癌就很少會(huì)帶來(lái)循環(huán)腫瘤細(xì)胞。

液體活檢技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

任何一項(xiàng)技術(shù)在剛剛邁入應(yīng)用之際，總是充滿(mǎn)了挑戰(zhàn)，液體活檢也不例外。盡管有多種新興分析方法不斷涌現(xiàn)，但這一技術(shù)的發(fā)展前方依舊充滿(mǎn)挑戰(zhàn)。

1.真正理解血漿成分

關(guān)于液體活檢最大的爭(zhēng)議之一，在于我們是否真正了解了血漿成分。舉例來(lái)講，過(guò)去人們認(rèn)為ctDNA主要來(lái)自凋亡的癌細(xì)胞，但最近對(duì)ctDNA的一些分析卻找到了一些和癌細(xì)胞增殖有關(guān)的變化，刷新了認(rèn)知。因此為了更好地理解細(xì)胞如何將DNA釋放到循環(huán)系統(tǒng)中，我們還需要更深入地了解健康人與癌癥患者中，血漿的組分與各個(gè)組織之間是怎樣的一個(gè)關(guān)系。截止到目前，我們做的還非常不夠。

舉例來(lái)說(shuō)，不少關(guān)于組織特異性的研究，其專(zhuān)注的只有少數(shù)集中細(xì)胞類(lèi)型，探索血漿cfDNA來(lái)源的研究也寥寥無(wú)幾。這容易給分析帶來(lái)偏差——不少研究指出白血球是循環(huán)核酸的主要來(lái)源，占比范圍在42%-90%。然而最近的一項(xiàng)研究卻發(fā)現(xiàn)，幼紅細(xì)胞來(lái)源的DNA在健康人里，中位占比大概是30.1%，而這是先前人們從來(lái)沒(méi)有報(bào)道過(guò)的組織來(lái)源。可想而知，不同的分析方法得出的結(jié)論究竟有多大的區(qū)別，這也反映了我們對(duì)于血漿cfDNA組成的無(wú)知。

2. 液體活檢與免疫腫瘤學(xué)

液體活檢與免疫腫瘤學(xué)的交織，是最近的研究熱點(diǎn)之一。當(dāng)循環(huán)腫瘤細(xì)胞離開(kāi)原發(fā)腫瘤之后，就會(huì)暴露在免疫監(jiān)控之下。因此，它們也需要一定的免疫逃逸機(jī)制才能生存。目前我們已經(jīng)知道，這些循環(huán)腫瘤細(xì)胞有能力改變自己的MHC I呈遞、改變NK細(xì)胞配體表達(dá)、或是下調(diào)FAS/FASL的表達(dá)。理解這些變化，有助于免疫腫瘤學(xué)的發(fā)展。

通過(guò)對(duì)循環(huán)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行液體活檢，還能帶來(lái)實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。最近，人們通過(guò)抗PD-L1抗體，發(fā)現(xiàn)在這些細(xì)胞上也有PD-L1的表達(dá)。這些信息可以用于患者細(xì)分。

此外，我們還能通過(guò)分析ctDNA里的腫瘤突變負(fù)擔(dān)（TMB），了解檢查點(diǎn)抑制劑的潛在效果。這是因?yàn)門(mén)MB越高，產(chǎn)生新抗原的幾率就越高。一些研究也表明，TMB能用來(lái)找到哪些患者在免疫療法的治療后，在臨床上能有更好的預(yù)后。

▲綜合多種參數(shù)，從液體活檢樣本中發(fā)現(xiàn)癌癥（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

3. 對(duì)多種參數(shù)的測(cè)量與整合

如果要給液體活檢展望一下未來(lái)，成功檢測(cè)最小殘留病灶可以說(shuō)是一個(gè)目標(biāo)。最終，我們希望能在早期對(duì)癌癥進(jìn)行診斷。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，有時(shí)我們只需要檢測(cè)一個(gè)指標(biāo)就夠了。最近，2017年藥明康德生命化學(xué)研究獎(jiǎng)得主盧煜明教授領(lǐng)銜的一支團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，只要在外周血液里檢測(cè)Epstein–Barr病毒的DNA，就能篩選出早期的鼻咽癌患者。許多專(zhuān)家認(rèn)為這項(xiàng)研究堪稱(chēng)是里程碑。

但更多的情況下，一個(gè)指標(biāo)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在涉及多個(gè)指標(biāo)的案例中，我們還需要考慮參數(shù)整合的問(wèn)題。在最早的一些嘗試中，人們主要綜合的是ctDNA與蛋白標(biāo)志物。舉例來(lái)說(shuō)，CA19-9、TIMP1、以及LRG1等蛋白標(biāo)志物，輔以對(duì)KRAS基因突變的檢測(cè)，能夠找到腫瘤可切除的前列腺癌患者，且檢測(cè)率要高于只使用ctDNA的方法。

最近，一種叫做CancerSEEK的早期癌癥檢測(cè)策略浮出水面。在一項(xiàng)招募了1005名志愿者，涉及8種常見(jiàn)癌癥類(lèi)型的臨床研究中，蛋白質(zhì)與遺傳標(biāo)志物的組合，猜對(duì)癌種的中位正確率為70%。由于致癌基因突變未必具有組織特異性，想要區(qū)分癌癥的來(lái)源，還是要靠對(duì)蛋白質(zhì)的分析。但這種技術(shù)容易帶來(lái)假陽(yáng)性，且在早期癌癥的檢測(cè)中效果不佳。

盡管如此，研究人員們依舊指出，通過(guò)整合不同標(biāo)志物的分析結(jié)果，液體活檢的潛力看好。在前列腺癌與胰腺癌的診療上，我們已取得了一些可喜的進(jìn)展。

4. 機(jī)器學(xué)習(xí)遇上液體活檢

人們也意識(shí)到，綜合考量多種指標(biāo)需要較高的計(jì)算能力，而機(jī)器學(xué)習(xí)算法則有望自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)癌癥特異的指標(biāo)，助力液體活檢。這可能涉及簡(jiǎn)單的邏輯回歸，也可能涉及復(fù)雜的多層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

事實(shí)上，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)已經(jīng)在液體活檢中取得了一些成績(jī)。比如利用深度學(xué)習(xí)的方法，我們能以更高的靈敏度和特異性去探測(cè)循環(huán)腫瘤細(xì)胞；用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的miRNA分析，我們可以區(qū)分健康女性和罹患卵巢癌的女性，特異性達(dá)100%。

但目前利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法的最大短板，在于獨(dú)立觀察數(shù)據(jù)的不足。該綜述指出，目前患者的樣本量一般在幾十到幾千之間，而按堿基的分辨率計(jì)算，單名患者就可能產(chǎn)生數(shù)百億的數(shù)據(jù)。在理想的情況下，設(shè)置機(jī)器學(xué)習(xí)算法時(shí)，前者應(yīng)比后者的數(shù)量來(lái)得更多。比如經(jīng)典的圖像處理AI，處理的樣本高達(dá)數(shù)百萬(wàn)，而潛在的分析特征只有幾千，兩者的數(shù)量級(jí)之間有著明顯的差距。在數(shù)據(jù)不足的前提下，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)度擬合。它能很好地解釋訓(xùn)練數(shù)據(jù)，但無(wú)法用于新的數(shù)據(jù)。

結(jié)語(yǔ)和展望

液體活檢在腫瘤學(xué)方面的應(yīng)用日益增多。然而，我們需要對(duì)液體分析物的產(chǎn)生機(jī)理和水平動(dòng)態(tài)進(jìn)行更深入的了解，同時(shí)需要確認(rèn)液體活檢的臨床有效性和臨床實(shí)用性，這樣才能進(jìn)一步推廣液體活檢的臨床應(yīng)用。

目前，大多數(shù)檢測(cè)都只聚焦于一種分析物，然而將血液中存在的多種分析物的數(shù)據(jù)綜合起來(lái)構(gòu)成的多參數(shù)檢測(cè)可能大幅度改善檢測(cè)的精確度和使用范圍。這些檢測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)需要使用創(chuàng)新統(tǒng)計(jì)工具，它們能夠使用多維機(jī)器學(xué)習(xí)方法來(lái)整合從一個(gè)樣本中獲取的大量數(shù)據(jù)。

因此，未來(lái)的液體活檢研發(fā)將橫跨多個(gè)學(xué)科，包括基礎(chǔ)生物學(xué)和生理學(xué)、分子生物學(xué)、檢測(cè)技術(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)。非常關(guān)鍵的一點(diǎn)是，只有當(dāng)液體活檢的臨床有效性和臨床實(shí)用性得到證明之后，這項(xiàng)技術(shù)才能發(fā)揮它全部的潛力，為基因組驅(qū)動(dòng)的腫瘤學(xué)和癌癥患者的臨床管理帶來(lái)重大影響。

參考資料：

[1] Heitzer et al., (2018). Current and future perspectives of liquid biopsies in genomics- driven oncology. Nature Reviews Genetics, https://doi.org/10.1038/s41576-018-0071-5