【佳學(xué)基因檢測】結(jié)直腸癌便利性基因檢測：糞便DNA檢測及其他

基于愈創(chuàng)木脂的糞便潛血檢測 (gFOBT)

多年來，基于愈創(chuàng)木脂的糞便潛血檢測 (gFOBT) 一直是全球賊常用的結(jié)直腸癌篩查技術(shù)。 這是一種廉價且非侵入性的方法。 該測試用于識別每天直腸失血量 >10 mL 的人。 敏感性低（結(jié)直腸癌為 50%，腺瘤為 20%），特別是在結(jié)直腸癌的早期階段，且接受度低是該方法的主要缺點(diǎn)。 gFOBT 的下一個重要限制是其低特異性。 服用非甾體類抗炎藥和具有過氧化物酶特性的化合物（例如肉類和水果）后會出現(xiàn)假陽性結(jié)果，而服用高劑量維生素 C 則會出現(xiàn)假陰性結(jié)果。 進(jìn)行g(shù)FOBT需要遵循特殊的飲食習(xí)慣并采集3次糞便樣本，這給患者帶來了很大的不便。

佳學(xué)基因解碼分析里了9 項有關(guān) FOBT 效率研究的薈萃分析。 所有腫瘤檢測的敏感性范圍為 6.2% 至 83.3%。

FOB 測試有不同類型，例如化學(xué)和免疫層析，其執(zhí)行技術(shù)、靈敏度和特異性各不相同。

熒光長 DNA (FL-DNA) 是一種非侵入性方法，使用 qPCR 檢測通過定量擴(kuò)增基因組 DNA 的特定靶標(biāo)來評估糞便 DNA 的長片段。 對于長度超過 200 bp 的 DNA 片段，它與結(jié)直腸病變檢測的高特異性相關(guān)。 該測試可與同一樣本的基于免疫化學(xué)的糞便潛血測試（iFOBT）一起使用。 隨機(jī)試驗表明，gFOBT 和 iFOBT 僅適用于檢測左側(cè)病變。

有趣的篩查方案是將 FOBT 與其他方法相結(jié)合，從而提高檢出率。

研究發(fā)現(xiàn)，將 iFOBT 與糞便 microRNA-106a (miRNA) 測試 (FmiRT) 相結(jié)合可提高結(jié)直腸癌（CRC)檢測的靈敏度 (70.9%) 和特異性 (96.3%)。 四分之一 iFOBT 結(jié)果假陰性的結(jié)直腸癌（CRC)患者 FmiRNA 測試呈陽性。 另一方面，另一項研究表明，F(xiàn)OBT 和 M2-PK 測試的結(jié)合將敏感性提高到 90%，特異性提高到 62%。 腫瘤丙酮酸激酶腫瘤（Tumour M2 PK）是糖基化酶的二聚體形式，屬于M2型丙酮酸激酶。 該酶是糖酵解序列賊后反應(yīng)階段的催化劑，并將磷酸烯醇丙酮酸轉(zhuǎn)化為丙酮酸，負(fù)責(zé)在其參與的代謝途徑中產(chǎn)生 ATP。

1 萬名年齡在 50 至 75 歲之間的無癥狀參與者參加了由結(jié)直腸癌基因檢測便利性研究開展的結(jié)腸和直腸腫瘤預(yù)防項目 (PRENEC)。 iFOBT 結(jié)果呈陽性或有結(jié)直腸癌（CRC)家族史的參與者接受了結(jié)腸鏡檢查。 該篩查程序的結(jié)果與之前的國家篩查計劃 (PREVICOLON) 進(jìn)行了比較。 PREVICOLON 中的腺瘤檢出率為 26.7%，PRENEC 中的腺瘤檢出率為 41.8%。 癌癥檢出率分別為1.1%和6%。 樣本的高回報率以及與參與者進(jìn)行必要的聯(lián)系以邀請他們進(jìn)行結(jié)腸鏡檢查是 iFOBT結(jié)直腸癌（CRC)篩查的關(guān)鍵因素。

如今，F(xiàn)OBT已被其他篩查測試所取代，例如糞便免疫化學(xué)測試（FIT）、多目標(biāo)糞便（mt-sDNA）、FOBT DNA測試和miRNA測試。

糞便免疫化學(xué)測試 (FIT)

糞便免疫化學(xué)測試（FIT）是基于愈創(chuàng)木脂的 FOBT 的改進(jìn)，測量被消化蛋白水解酶降解的血液的存在。 早期結(jié)直腸癌（18-33%）和晚期腺瘤（9-19%）的 FIT 真陽性率較低。

FIT 對結(jié)直腸癌（CRC)的各個階段都有廣泛的敏感性，從 25% 開始，賊高可達(dá) 79%。 在更晚期的結(jié)直腸癌（CRC)病例中，F(xiàn)IT 的敏感性更高：對于 T3，敏感性為 83%（范圍從 68% 到 91%），對于 T1 為 40%（范圍從 21% 到 64%）。

有趣的是，對歐洲和澳大利亞研究的薈萃分析顯示，40-75 歲男性對 FIT結(jié)直腸癌（CRC)篩查的接受率顯著低于女性 (16%)。 此外，在北美和南美，女性（不顯著）比男性更頻繁地參與 FIT 篩查。 亞洲研究也注意到基于 FIT 的篩查的類似采用。

在一項針對無癥狀計數(shù)進(jìn)行的病例對照研究中，超過 23,000 名 FIT 結(jié)果呈陽性或有結(jié)直腸癌（CRC)家族史的智利人群接受了結(jié)腸鏡檢查。 根據(jù)這項研究，男性、陽性家族史、飲食習(xí)慣（纖維和/或谷物攝入量低）和年齡較大（七十歲和八歲）是結(jié)直腸癌的主要危險因素。

糞便 DNA (sDNA)基因檢測

糞便標(biāo)本似乎比血液樣本更適合早期檢測結(jié)直腸癌，因為大腸或直腸腔中脫落的腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)在結(jié)直腸癌發(fā)生過程中比腫瘤細(xì)胞開始侵入血管要早得多。 隨糞便排出的腫瘤細(xì)胞含有異常遺傳和表觀遺傳改變的 DNA，這些 DNA 是癌癥診斷的潛在生物標(biāo)志物。

糞便 DNA 測試是先進(jìn)個針對人類血紅蛋白和一組特定基因改變的篩查工具。 美國食品和藥物管理局于 2014 年批準(zhǔn)了多靶點(diǎn)糞便 DNA (mt-sDNA) 用于中等風(fēng)險患者的結(jié)直腸癌篩查 。 有多靶點(diǎn)糞便DNA檢測（Cologuard，NDRG4和BMP3 DNA甲基化、KRAS突變和血紅蛋白的組合）和血漿SEPT9 DNA甲基化檢測（Epi proColon），目前在臨床實踐中應(yīng)用較為廣泛。

許多國際腫瘤學(xué)指南推薦 mt-sDNA 檢測作為結(jié)直腸癌篩查的一種選擇。 基于糞便的 DNA 檢測提供了一種有效的基于人群的篩查策略，患者可以比 FOBT 更輕松地執(zhí)行該策略。

在無癥狀個體中，mt-sDNA 檢測檢測結(jié)直腸癌（CRC)的敏感性高達(dá) 90%。 DNA 檢測的特異性范圍為 86.6% 至 98%。 通過這種方式診斷的結(jié)直腸癌（CRC)患者中有三分之一患有晚期腫瘤。 mt-sDNA 測試的陽性結(jié)果與多發(fā)性病變、較大的癌前病變和管狀絨毛狀結(jié)構(gòu)的病變顯著相關(guān)。 此外，在大多數(shù)情況下，陽性 mt-sDNA 與結(jié)腸鏡檢查中結(jié)直腸癌（CRC)的右側(cè)位置相關(guān)。 根據(jù)結(jié)直腸癌的腫瘤風(fēng)險早期評估的研究，除性別外，SDC2 甲基化的 sDNA 測試與結(jié)直腸癌（CRC)的臨床病理學(xué)特征（如年齡、TNM 分期、腫瘤位置（結(jié)腸與直腸）和腫瘤分化）之間沒有關(guān)聯(lián)。

多目標(biāo)糞便DNA檢測具有較高的陽性預(yù)測價值。 如果 mt-sDNA 檢測呈陽性，結(jié)腸鏡檢查是診斷結(jié)直腸腫瘤的下一步。

使用 mt-sDNA 檢測賊大尺寸為 1 cm 或以上的晚期腺瘤和無蒂鋸齒狀息肉的靈敏度為 42.4%。

對 13 項研究（包括 700 多名患者）進(jìn)行的薈萃分析顯示，使用糞便基因甲基化作為結(jié)直腸癌（CRC)篩查方法，CRC 檢測的敏感性為 78%，特異性為 90%，診斷客觀反應(yīng)為 48%。 腺瘤檢測的敏感性為 63%，特異性為 93%。

腫瘤基因解碼還進(jìn)行了一項有趣的研究，其中將 (FDA) 批準(zhǔn)的 mt-sDNA 測試與無癥狀個體的 CT 結(jié)腸成像進(jìn)行了比較。 CT 結(jié)腸成像篩查對晚期腫瘤病變的總體檢出率 (5.0%) 顯著高于 mt-sDNA 檢測 (2.7%)。結(jié)直腸癌（CRC)的總體檢出率分別為 0.31% 和 0.23%。

該方法的主要局限性是假陽性結(jié)果（即，mt-sDNA 檢測呈陽性，而 DNA 檢測后進(jìn)行的高質(zhì)量結(jié)腸鏡檢查呈陰性）。

有多項薈萃分析評估了糞便 DNA 檢測的診斷價值。 佳學(xué)基因發(fā)現(xiàn)，CRC 中單基因和多基因糞便 DNA（甲基化和突變）檢測的匯總敏感性分別為 48.0% 和 77.8%，單基因和多基因檢測的匯總特異性分別為 97.0% 和 92.7%。 在另一項研究（糞便樣本中的甲基化單基因和多基因測試）中，在結(jié)直腸癌（CRC)和腺瘤患者中，總體敏感性分別為 62% 和 54%，特異性分別為 89% 和 88% 。據(jù)消化科腫瘤基因檢測更先進(jìn)機(jī)構(gòu)的分析比較，腺瘤的敏感性為 51%，CRC 的敏感性為 73%，特異性為 92%。 在另一項薈萃分析中，糞便標(biāo)本的單基因和多基因 DNA 高甲基化測試的匯總敏感性為 0.71，特異性為 0.92 。 Mojtabanezhads 等人的薈萃分析顯示，該方法的效率低于之前薈萃分析報道的效率：CRC 和腺瘤的敏感性分別為 56.5% 和 32.6%，特異性為 93.2%。在一項已發(fā)表的薈萃分析中，包括對 16,000 多名患者獲得的結(jié)果，結(jié)果表明，使用單個 SDC2 基因進(jìn)行糞便甲基化測試的敏感性為 83.1%，特異性為 91.2%，如果采用這種診斷方法，這是有希望的而不是結(jié)腸鏡檢查。

糞便免疫化學(xué)檢測（FIT）和糞便DNA檢測

經(jīng)社區(qū)人群評估，基于DNA或RNA的檢測等其他診斷工具被發(fā)現(xiàn)能提高FIT方法的效率。

與FIT相比，多靶點(diǎn)糞便DNA（mt-sDNA）檢測在無癥狀平均風(fēng)險個體中檢測CRC的敏感性顯著更高：分別為92%和74%。同樣，mt-sDNA檢測在發(fā)現(xiàn)高級癌前病變方面的敏感性（42.4%）也顯著高于FIT（23.8%）。mt-sDNA檢測的特異性為86.6%，而FIT的特異性為94.9%。Carether等人的研究證實，與FIT（24%和5%）相比，使用mt-sDNA檢測增加了高級腺瘤和帶蒂鋸齒狀息肉的檢出率（42%和42%）。另一方面，使用mt-sDNA檢測所有病變的總體特異性（87%）低于FIT（95%）。Mu等人表明，DNA-FIT檢測將CRC的檢出敏感性提高到97.5%，將高級腺瘤的檢出敏感性提高到53.1%。mt-sDNA和FIT的陽性檢出率被發(fā)現(xiàn)與年齡、性別、腫瘤位置和腫瘤大小無關(guān)。
 

DNA甲基化

結(jié)直腸癌是一種異質(zhì)性疾病，涉及DNA的表觀遺傳改變，特別是CpG島甲基化，其發(fā)生頻率高于基因突變。高甲基化誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄沉默或下調(diào)抑癌基因，這是致癌作用的一個環(huán)節(jié)。表觀遺傳改變是DNA或組蛋白及其他DNA結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)或化學(xué)組成的可遺傳變化，這些變化影響基因表達(dá)，但并不會導(dǎo)致DNA序列的改變。DNA甲基化涉及在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶催化下，甲基基團(tuán)被添加到胞嘧啶的嘧啶環(huán)的5'位置，產(chǎn)生5-甲基胞嘧啶，這一過程發(fā)生在短CpG富含區(qū)的CpG二核苷酸序列、著絲粒重復(fù)序列和rDNA中。從息肉到結(jié)直腸腺癌的癌變過程中，高甲基化會使腫瘤抑制基因失活。許多基因，如APC、MLH1、MGMT、SFRP1、SFRP2、CDK2A、TIMP3、VIM、SEPT、CDH1和HLTF，在CRC中發(fā)生甲基化，尤其是在啟動子區(qū)域。

定量DNA甲基化分析表明，約20%的結(jié)直腸癌具有高頻率的啟動子甲基化（CpG島甲基化表型，CIMP）。這些CIMP癌癥與女性、老年、近端結(jié)腸位置、分化不良以及MSI、KRAS和BRAF突變有關(guān)。CIMP腫瘤有兩個亞類：CIMP-high腫瘤（或CIMP1）具有BRAF突變，且微衛(wèi)星不穩(wěn)定；CIMP-low（或CIMP2）腫瘤具有KRAS突變。

CRC基因組中數(shù)千個異常甲基化的CpG位點(diǎn)通常位于基因的非編碼部分。這種改變的一個很好的例子可能是Syndecan-2基因。

Syndecan-2（SDC2），也被稱為fibroglycan，屬于Syndecan家族，編碼一種跨膜I型肝素硫酸蛋白聚糖。SDC2啟動子區(qū)域在結(jié)直腸癌中經(jīng)常發(fā)生高甲基化，并且在結(jié)直腸癌患者的血液和糞便樣本中也能檢測到。在SDC2發(fā)生甲基化的結(jié)直腸癌細(xì)胞中，去甲基化和組蛋白去乙?；敢种苿险{(diào)SDC2的表達(dá)。換言之，SDC2的表達(dá)受到啟動子甲基化的抑制。DNA甲基化檢測與腫瘤分化、TNM分期、位置、性別或年齡無關(guān)。來源于糞便的含有甲基化SDC2的DNA可能是一種具有高敏感性（77.4-90.2%）和特異性（88.2-98%）的非侵入性結(jié)直腸癌檢測生物標(biāo)志物。極少數(shù)假陽性結(jié)果可能是由于健康個體中偶爾出現(xiàn)的甲基化狀態(tài)升高所致。另一方面，在糞便樣本中檢測到甲基化SDC2的概率為：高級腺瘤42-66.7%，非高級腺瘤24.4%；因此，這種方法可能不適合檢測癌前病變。

結(jié)直腸癌患者腫瘤組織、糞便和血液樣本中分泌型卷曲相關(guān)蛋白2（SFRP2）基因發(fā)生高甲基化的，其總體生存率明顯低于SFRP2甲基化分析結(jié)果為陰性的患者。血清SFRP2甲基化與分化程度差、TNM分期高、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陽性及腸壁腫瘤浸潤深顯著相關(guān)。

N-Myc下游調(diào)控基因4（NDRG4）在細(xì)胞生長和分化中發(fā)揮作用。NDRG4在結(jié)直腸癌中表達(dá)下調(diào)。

Septins是一組支架蛋白，以穩(wěn)定的六到八亞基核心雜聚體的形式存在。八聚體由SEPT2、SEPT6、SEPT7和SEPT9各兩個亞基分子組成。

SEPT9基因編碼一種與細(xì)胞增殖、遷移、細(xì)胞分裂和血管生成有關(guān)的GTP結(jié)合蛋白。Septin 9基因啟動子區(qū)域的高甲基化會干擾其轉(zhuǎn)錄，是致癌的重要因素。該基因的異常甲基化出現(xiàn)在結(jié)直腸癌組織中。

骨形態(tài)發(fā)生蛋白3（BMP3）屬于轉(zhuǎn)化生長因子β（TGFβ）細(xì)胞因子超家族。BMP3與細(xì)胞表面受體結(jié)合，影響SMAD4基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，從而抑制生長。BMP3腫瘤抑制基因的下調(diào)可能參與結(jié)直腸癌腫瘤發(fā)生的早期階段。
 

糞便細(xì)菌

眾所周知，被稱為微生物群的大腸微生物群與結(jié)直腸癌的腫瘤發(fā)生有關(guān)。大腸中細(xì)菌的數(shù)量為每毫升1012個細(xì)胞，該部位的癌癥風(fēng)險比小腸高12倍，而小腸中細(xì)菌的數(shù)量為每毫升102個細(xì)胞。這些觀察結(jié)果表明，結(jié)腸癌可能是一種與細(xì)菌相關(guān)的疾病。

健康人的腸道微生物群因飲食、藥物攝入和生活方式的不同而在各國有所不同。此外，糞便中血液的存在可能影響腸道微生物群的組成。諸如擬桿菌屬、柯林斯拉氣球菌、遲緩埃格特菌和共生梭菌等菌種在糞便中帶血的患者中顯示出數(shù)量增加。Tjalsma等人提出了致癌作用的假說，即一些被稱為“過客”的細(xì)菌（梭桿菌屬、解沒食子酸鏈球菌解沒食子酸亞種、敗毒梭菌和紅胭脂菌科（Slackia和柯林斯拉屬）、羅氏菌屬和糞桿菌屬）刺激其他被稱為“驅(qū)動者”的細(xì)菌（如擬桿菌屬、志賀氏菌屬、檸檬酸桿菌屬和沙門氏菌屬或大腸埃希菌），后者在結(jié)直腸癌發(fā)展的早期階段發(fā)揮作用。“驅(qū)動者”細(xì)菌粘附于腸粘膜上皮并損傷上皮DNA，從而促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生。有趣的是，糞便中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌并不總是與附著在上皮上的細(xì)菌相同。此外，隨著“過客”細(xì)菌取代“驅(qū)動者”細(xì)菌，后者可能會從腫瘤組織中消失。有些人攜帶的“驅(qū)動者”細(xì)菌比例高于其他人，這可能是遺傳條件和生活方式的結(jié)果，因此他們患結(jié)直腸癌的風(fēng)險可能更高。

因此，微生物群的變化可能是CRC的良好診斷生物標(biāo)志物。研究人員特別關(guān)注具核梭桿菌，一種厭氧革蘭氏陰性口腔共生菌，是炎癥性腸病和CRC等疾病的致病因素。

糞便中有核梭桿菌的增加與結(jié)直腸癌癌癥患者腫瘤組織中有核鐮刀菌的存在有關(guān)，并與腫瘤分期呈正相關(guān)。此外，有核梭桿菌的存在與糞便中膽固醇酯和鞘磷脂代謝產(chǎn)物類別呈正相關(guān)。結(jié)直腸癌癌癥和腺瘤之間的糞便微生物群沒有差異，因為有核梭桿菌以相同的方式滲入不同的細(xì)胞，并使用FadA粘附素激活其生長，F(xiàn)adA黏附素與E-鈣粘蛋白結(jié)合，影響致癌反應(yīng)。

在另一項研究中，Suehiro等人使用液滴數(shù)字聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）顯示，與健康個體相比，CRC患者糞便中的CRC晚期腺瘤和原位癌中的具核梭桿菌基因組拷貝數(shù)更高。這可能表明具核梭桿菌參與結(jié)直腸腫瘤發(fā)生的早期階段。在接下來的研究中，在CRC患者糞便中檢測到的具核梭桿菌水平高于發(fā)育不良患者和對照組，CRC的敏感性為69.2%。同樣，與發(fā)育不良患者或健康志愿者相比，在分離自CRC患者糞便的樣本中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)大腸桿菌素細(xì)菌（clbA）的DNA顯著更多。clbA1 +細(xì)菌的個體標(biāo)記物的敏感性為56.4%。兩種檢測方法的特異性接近80%。

已證明具核梭桿菌與益生菌雙歧桿菌的比率（Fn/Bb）在檢測CRC時具有高靈敏度（84.6%）和特異性（92.3%）。Fn/Bb和具核梭桿菌與普氏菌的比率（Fn/Fp）的組合比率在檢測I期CRC時將靈敏度提高到90%。

檢測四種糞便細(xì)菌（具核梭桿菌、透明擬桿菌、腸乳桿菌和哈氏梭菌）腸道豐度變化，結(jié)合FIT，將CRC檢測的靈敏度提高到92.8%，特異性提高到81.5%。FIT的細(xì)菌標(biāo)志物與I、II和III期CRC相關(guān)，但與IV期無關(guān)。

在Wong等人的研究中，CRC患者中有核梭桿菌的豐度高出132倍，晚期腺瘤患者的有核梭菌豐度高出3.8倍。FIT和有核梭桿菌標(biāo)志物的組合提高了CRC的檢測率，敏感性為92.3%，特異性為93.0%，癌癥分期之間沒有顯著差異。反過來，晚期腺瘤的敏感性為38.6%，特異性為89.0%。

Clos-Garcia等人觀察到結(jié)直腸癌糞便微生物群中存在高水平的厭氧菌Parvimonas，這與甲烷相關(guān)途徑的激活增加有關(guān)。反過來，從飲食中攝入的異黃酮類物質(zhì)中產(chǎn)生雌馬酚的Adlercreutzia細(xì)菌在腺瘤患者的糞便中數(shù)量更多，可以作為早期結(jié)直腸癌的生物標(biāo)志物。

在結(jié)直腸癌的診斷中使用共生梭菌是一種非常有趣的選擇。目前尚不清楚共生梭菌是結(jié)直腸癌的原因還是結(jié)果。謝等人表明，糞便中共生梭菌的豐度與結(jié)直腸癌的早期和晚期以及晚期腺瘤呈正相關(guān)。這種方法對結(jié)直腸癌和腺瘤的敏感性比FIT試驗高約兩倍。共生梭菌檢測和FIT的結(jié)合使敏感性提高了4-24%，近三分之一的患者被診斷為早期結(jié)直腸癌。

腸道微生物群和miRNA

宿主和腸道微生物群之間的分子相互作用由蛋白質(zhì)、代謝物和小RNA（sRNA）、人類微RNA（hsa miRNA）和人類小非編碼RNA（hsa sncRNA）介導(dǎo)。眾所周知，在CRC組織中，具核梭桿菌和Epstein–Barr病毒sRNA上調(diào)，但在相鄰的正常粘膜中則沒有上調(diào)。此外，具核梭桿菌和大腸桿菌可以吸收并整合糞便miRNA，從而調(diào)節(jié)細(xì)菌基因轉(zhuǎn)錄并影響細(xì)菌生長。 Tarallo等人研究的一個令人鼓舞的結(jié)果是提取了人類和微生物sRNA特征，可用于通過宏基因組和小RNA測序（sRNA-Seq）數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析來改善CRC的診斷。

發(fā)現(xiàn)hsa-miR-21-5p、hsa-miR-200b-3p、hsa-miR-1290-5p、hsa-miR-4792-3p和hsa-miR-1246-3p在CRC病例中顯著上調(diào)；因此，這五種hsa-miRNA可以代表該疾病的一種新的生物標(biāo)志物。差異表達(dá)分析表明，hsa-miR-30-5p可能是腺瘤的候選生物標(biāo)志物。

可以證明本文科學(xué)性的科技文獻(xiàn)