分子 CSI：癌症「指紋」如何比以往更早做出診斷

「外轉錄組」指紋的藝術概念。 （圖片來源：Queralt Toulouse/Centro de Regulación Genómic）

巴塞隆納 —在細胞世界版的 CSI 中，科學家發現我們的細胞會留下洩露秘密的“指紋”，這些“指紋”可能會揭露癌症的秘密運作。正如您所料，這項突破並非來自 DNA，而是來自不起眼的核醣體——幾十年來我們一直忽視的細胞蛋白質製造動力源。這些分子特徵對於不同的組織是獨特的，並且在癌症中發生改變，只需使用微小的組織樣本和不超過手掌大小的便攜式設備就有可能識別腫瘤。

巴塞隆納基因組調控中心的研究人員報告的這項發現以核醣體為中心，核醣體是製造我們身體發揮功能所需的所有蛋白質的微型機器。雖然科學家們長期以來一直將核醣體視為我們細胞工廠中的相同工人，但這項新研究表明，它們攜帶不同的化學標記，這些標記在不同類型的組織之間存在差異，並且會發生變化。

「我們的核醣體並不完全相同，」該研究的主要作者 Eva Maria Novoa 在一份聲明中解釋道。 “它們專門針對不同的組織，並帶有反映我們體內發生的情況的獨特特徵。”

研究人員補充說，它與每種組織類型相似，在其細胞機器上留下了自己的分子回傳地址。

為了理解這項發現的重要性，請將每個核醣體想像成一台複雜的機器– DNA 的分子表親。這些 RNA 分子可以用 220 多種不同的化學修飾進行修飾，例如添加甲基或將一種結構單元轉換為另一種結構單元。這些修飾的存在和模式可以微調核醣體的工作方式，類似於對機器部件的微小調整可以改變其性能。

研究小組使用稱為奈米孔直接RNA測序的尖端技術來檢查從胚胎到成年的不同發育階段的不同小鼠組織（大腦、心臟、肝臟和睪丸）的這些修飾模式。將該技術視為分子掃描儀，當 RNA 分子通過微小的孔時，它可以讀取它們的化學結構，甚至檢測其成分的細微變化。

結果發表在期刊上分子細胞引人注目的是：每種組織類型都有其獨特的 RNA 修飾模式——獨特的。更有趣的是，當研究人員檢查 20 名肺癌患者的配對正常組織和癌組織時，他們發現，與同一患者的健康組織相比，癌組織表現出始終不同的修飾模式。

也許最引人注目的是，團隊發現他們只需使用 250 個 RNA 分子就可以準確地識別癌症樣本——這只是其他診斷技術通常所需的一小部分。這對早期癌症檢測具有巨大影響，特別是對於肺癌等疾病，早期診斷至關重要但往往具有挑戰性。

「95% 的人類 RNA 是核醣體 RNA。它們在我們的細胞中非常普遍，」Novoa 博士補充道，並強調了為什麼這些分子成為極好的診斷標靶。

豐富的核醣體 RNA 傳統上被視為遺傳學研究中的一個麻煩，實際上可能是診斷目的的一個主要優勢。

該團隊將他們的方法稱為“表轉錄組指紋識別”，這種方法可能會徹底改變我們識別基因的方式。並檢測癌症本身。該技術與小型便攜式測序設備配合使用，為在臨床環境中進行快速、準確的癌症檢測提供了可能性。

具有科學諷刺意義的是，研究人員曾經認為的細胞「背景噪音」可能成為對抗癌症的有力工具。

「科學家通常會放棄核醣體 RNA，因為他們認為這是多餘的訊息，會妨礙我們的實驗。快轉幾年，我們已經取得了這些數據並將其變成了一座金礦，」諾瓦博士指出。

論文摘要

方法論

研究人員使用了一種名為 MinION 定序儀的設備，它的工作原理就像一個微型掃描儀，可以讀取 RNA 分子的化學結構。他們從各種組織樣本中提取 RNA，並透過該裝置運行，該裝置透過測量分子通過微小孔時電流的變化來檢測 RNA 的修飾。然後，他們使用複雜的電腦演算法來分析這些訊號並識別不同組織和癌症狀態的特定模式。

主要結果

• 每種組織類型都顯示出獨特的 RNA 修飾模式
• 與正常組織相比，癌組織表現出不同的修飾模式
• 此方法僅使用 250 個 RNA 分子即可準確分類組織類型和癌症狀態
• 此技術對於檢測早期肺癌特別有效

研究局限性

• 研究人員仍需要確定準確檢測所需的最小癌細胞量
• 研究主要針對肺癌，其他癌症類型的樣本量較小
• 目前尚不清楚該技術是否可以區分不同的癌症階段或類型
• 該方法需要在更大的患者群體中進行驗證

討論與要點

這項發現為癌症診斷開闢了令人興奮的可能性。使用如此少量的遺傳物質檢測癌症的能力，與便攜式技術相結合，可以使癌症篩檢變得更加容易和高效。該技術對於肺癌的早期檢測特別有價值，因為患者往往診斷得太晚而無法進行有效治療。

資金和披露

該研究得到了多個組織的支持，包括歐盟的地平線2020研究和創新計畫、西班牙經濟、工業和競爭力部以及德國肺臟研究中心。一些研究人員透露，他們從 Oxford Nanopore Technologies 收取了參加會議的差旅費，一名研究人員在 IMMAGINA Biotech 的科學顧問委員會任職。