新型循环游离DNA甲基化组高通量测序技术在胃癌无创性早期诊断与监测中的应用基础研究

We have previously established a novel high-throughput sequencing-based DNA methylome analysis technology MCTA-Seq, which can be used to screen methylated CpG islands in plasma circulating cell-free DNA in genome-scale. Further, our initial analysis of gastric cancer by MCTA showed that methylated CpG islands are capable of detecting gastric cancer with both high sensitivity and high specificity, and clearly distinguishing between gastric cancer and colorectal cancer tissues. Based on these previous works, we apply for funding for.1) comprehensively resolve the CpG island methylation patterns in ccfDNA of patients of gastric cancers and precancerous lesions; .2) systematically evaluate and mine the application values of methylated CpG island biomarkers for diagnosis and monitoring of gastric cancer; .3) explore the method for distinguishing between gastric cancer and other gastrointestinal cancers via the CpG island methylation pattern in ccfDNA. .These studies are aimed to comprehensively chart the CpG island methylation atlas in ccfDNA of patients of gastric cancers and precancerous lesions, to establish diagnosis and differential diagnosis classifiers of gastric cancer, and to provide bases for noninvasive blood-based early diagnosis and monitoring of gastric cancer.

本研究团队在前期工作中开发了一种基于高通量测序的DNA甲基化组分析新技术MCTA-Seq，可对外周血循环游离DNA（ccfDNA）中的甲基化CpG岛进行大规模基因组扫描分析。进一步，胃癌患者的MCTA-Seq初步分析显示，甲基化CpG岛标记物能够高灵敏和高特异地检出胃癌，且能够清晰地区分胃癌与结直肠癌组织。据此，我们拟：.1）全面解析胃癌与癌前病变患者ccfDNA的CpG岛甲基化模式；.2）系统评估和挖掘甲基化CpG岛标记物用于胃癌诊断与监测的临床应用价值；.3）探索通过ccfDNA的CpG岛甲基化模式鉴别诊断胃癌与其他消化道肿瘤的方法。.以上研究旨在全面绘制胃癌与癌前病变患者ccfDNA的CpG岛甲基化图谱，建立胃癌诊断与鉴别诊断分类器，为胃癌无创性外周血早期诊断与监测提供基础。

研究背景：我国胃癌发病率高，内镜检查普及率低，因此，寻找高灵敏度、高特异度的胃癌外周血肿瘤标志物，更加准确地对胃癌做出早期诊断，对于提高胃癌患者的生存率具有重要的意义。.主要研究内容：1）采用MCTA-Seq技术在基因组学水平全面解析胃癌与癌前病变患者ccfDNA的CpG 岛甲基化图谱，2）在此基础上，建立与验证胃癌诊断分类器，以及鉴别诊断胃癌与其他消化道肿瘤的分类器。.研究结果：我们采用MCTA-Seq技术共分析了227份胃癌相关临床样本，包括56份配对的胃癌和癌旁胃粘膜组织样本，89份来自胃癌的血浆样本和82份来自对照个体的血浆样本。（1）建立了一个153个mCGCGCGG-CpGs甲基化标记位点组成的基于外周血ccfDNA的胃癌诊断分类器，诊断胃癌的灵敏度为83%，特异性为80%，其中I,II和III/IV期的灵敏度分别为83%, 67%和88%。我们通过validation组对结果进行了独立验证，AUC值为0.86，MCTA-Seq诊断胃癌的灵敏度为76%，其中I,II和III/IV期的灵敏度分别为55%, 75%和87%，特异性为80%。（2）本项目结合胃癌组织的所有mCGCGCGG-mCpGs的甲基化值的整体高低水平，我们将胃癌组织分成了三种亚类，分别为高甲基化类型（CIMP-H），低甲基化类型（CIMP-L）, 以及相对更低的甲基化类型（NON-CIMP）。（3）本项目建立了胃癌与结直肠癌，以及胃癌与肝癌的鉴别诊断模式。我们将不同肿瘤特异性的标志物用于不同分期的胃癌，结直肠癌，以及肝癌的血浆中，根据不同癌种的标志物设定了不同的诊断标准，结果显示，肿瘤特异性甲基化mCGCGCGG-mCpGs区分早期与晚期胃癌，结直肠癌与肝癌。.科学意义：研究结果将进一步推动基于循环游离DNA的液体活检技术的临床应用，提高胃癌的早筛和早诊。