癌症精准医疗未来蓝图！聚焦筛检技术趋势与挑战

癌症是许多基因突变造成细胞讯息传递路径异常的结果，通常难以一次解决，而用药时是否取得充足数据成为提升疗效的关键。癌症治疗需要诊断与疗法的相互搭配，透过辨识癌细胞的分子特征，来改变癌症药物与诊断工具的开发过程。当今，已有不少能精准辨识癌症基因与分子的分析工具出现。

这些工具协助科学家辨识生物标记，找出癌症亚种分类，来正确选择治疗药物，提升患者预后、找出受损路径，也辨识促进疾病恶化的决定分子。

时下癌症精准医疗，包含诊断技术的进步：

从单位点检测，变成多位点检测
从低通量定序，提升至高通量定序
从多细胞检测，演变至单细胞检测

接下来将针对癌症精准医疗的检测趋势进行简介，解密产业最热门的工具与技术。

低通量到高通量、单位点到多位点

桑格定序法（Sanger sequencing）是最早用来辨识癌症突变的工具，但它相当耗时。次世代定序（NGS）的出现解决了应用痛点，整合聚合酶链反应（PCR）与萤光标记显影（fluorescent labeling imaging），使科学家能掌握所有基因资讯，即时提供全面的肿瘤基因体样貌。

目前已有多间企业投入肿瘤平台与伴随式诊断工具的开发，透过 NGS 一次定序多种癌症突变。而这些 NGS 工具大约可分成 2 种类型：

NGS 热点检测：辨识特定癌症患者体内的特定生物标记
全方位癌症基因检测（CGP）：全面检测多种生物标记，取得相关研究数据

而近期出现的第 3 代单分子定序则无需经过 PCR 扩大流程，即可迅速定序目标的全基因体，取得基因与表观遗传学数据，可加速肿瘤分类与分析。

从多细胞到单细胞检测

过去癌症检测所使用的活体组织切片，常含有癌细胞与癌细胞附近的正常细胞，这会使小部分癌症的生物特征难以被准确掌握。

不过，借由高通量的定序单细胞基因、转录组（transcriptome）与表观遗传学，单细胞定序开始能分析具有异质性的肿瘤细胞。另外，这也推动了人类对肿瘤演进的理解，以及肿瘤产生化疗抗药性的背后机制。

除此之外，单细胞定序也扩大了肿瘤微环境的相关研究，进一步了解癌细胞成长的过程。而该常被用于研究肿瘤浸润淋巴细胞（Tumor-infiltrating lymphocytes,TIL）的亚族群、谱系基准与功能状态。

液态生物检体登上台面

目前，肿瘤的高异质性与演化速度大大阻碍了成功治愈机率的提升，而打破困境的要点之一就是取得广泛的肿瘤样本。然而，样本得来不易，因为这往往需要透过侵入式手段取得，对患者来说非常不便。

近年来，液态生物检体逐步证明了它能精准检测肿瘤的能力。透过不侵入的取得血液样本与后续分析，它可多次与动态的观察肿瘤的演化，使其成为肿瘤内基因异质性（intratumor heterogeneity）的强大分析工具。

液态生物检体会透过 PCR 或高通量定序，来检测血液中肿瘤释出的物质，譬如循环肿瘤 DNA（circulating tumor DNA, ctDNA）、循环肿瘤细胞（circulating tumor cells, CTCs）、胞外体（extracellular vesicles, EVs，又称细胞外囊泡）与循环肿瘤 RNA（ctRNA）。

2020 年是癌症精准医疗的一大里程碑，因为当年 FDA 核准首 2 款液态生物检体检测工具，分别为 Guardant Health 的 Guardant360 CDx 和 Foundation Medicine 的 FoundationOne Liquid CDx。

该技术在肿瘤检测、早期筛检、即时肿瘤疗法检测、开发新疗法、抗药性机制研究与预测微量残存疾病（MRD）风险等领域，皆具有临床意义与应用。

然而，虽然该技术比传统的组织切片更具技术优势，但它仍需要更多研究来证实效力。且因部分研究指出，组织切片在一些癌症中能提供比液态切片更精准的结果，所以液态生物检体还不能完全取代组织切片。

ctDNA

扩大、删除与易位（translocations）ctDNA 对肿瘤早期筛检、疗法挑选、疗法功效预测与预测肿瘤抗药性与转移有庞大的效益。

近年来，ctDNA 检测工具一个一个出土，包含扩增阻碍突变系统（amplification refractory mutation system, ARMS）、微滴式数字聚合酶连锁反应（Droplet digital polymerase chain reaction, DD PCR）与 NGS。

而 ctDNA 除了能用来辨识肿瘤突变，也可作为辨识肿瘤表观遗传改变的工具。ctDNA 的甲基化（methylation）可反应基因启动子区域的过度甲基化特征，也可利用肿瘤生物标记与特定组织的甲基化模式的讯号，来检测与侷限（localize）肿瘤。另外，ctDNA 也可协助早期癌症检测与患者预后评估，近期它也成为检测微量残存疾病，判断癌症是否会复发的潜力工具。

CTCs

CTCs 是肿瘤在血液中剥落下来的细胞，是肿瘤转移研究的基础。且因为 CTCs 可被分离与扩大，所以 DNA 可用来分析肿瘤突变。

CTCs 可推动病原诊断、分子定序与疾病控管，同时也可用来改善治疗策略选择与预后判断上。目前 FDA 仅核准 1 款 CTCs 检测工具 CELLSEARCH® System，该工具能检测 EpCAM、Cytokeratin、DAPI 和 CD45 等分子。

EVs

EVs 是可携带多种蛋白与核酸的脂质囊泡，它们能提供医师患者肿瘤种类、肿瘤阶段与转移的资讯。

EVs 检测能增加人类对肿瘤免疫逃脱反应（tumor immune escape）的了解，借此加速可克服免疫抑制（immunosuppression）标靶疗法的开发，胞外体液态切片工具比如 ExoDx Prostate IntelliScore，就已被 FDA 核准，能用于检测前列腺癌与评估预后。

液态切片可预测之生物标记（资料来源/ Lianidou 与 Pantel 于 2018 发表之研究）

多体学思维

虽然用单体学取得的癌症数据不少，但它仍难以揭露分子特征（molecular signatures）与癌症临床特征的关系。而透过整合基因、蛋白体学（proteomics）、表观遗传学的多体学数据，科学家则有机会理解疾病演化的因果和影响患者对疗法反应的变量所在。而这也是癌症治疗当今碰到的 2 大关卡。

近期，Greenleaf 与其同事整合 3 个单细胞定序技术 scRNA-seq、scATAC-seq 和 scCITE-seq 来读取单血液细胞的总转录本（transcriptome）、表观遗传学与表面蛋白生物记号。研究团队期望透过对比健康与白血病细胞的多体学数据，增进对辨别正常细胞与癌症细胞自我调节方式的了解。

此外，多体学数据能协助药物开发、解释疗法反应与推动个人化医疗，使医生顺利找到标靶特定癌症的药物。举凡比利时 VIB-KU Leuven 癌症生物学中心的科学家早已在临床上，将单细胞多体学技术应用在能阻碍癌细胞躲避免疫反应的检查点抑制剂中，借此了解为何患者会对疗法产生不同反应。