血液中的寶藏：甲基化圖譜分析
日期：2016-04-12 08:51:28
血液是唯一與所有器官都有接觸的組織，攜帶著有關(guān)機體的大量寶貴信息。在理論上，檢測血液攜帶的 DNA、RNA、囊泡和細(xì)胞殘骸可以幫助人們診斷和監(jiān)控各種疾病。產(chǎn)前基因篩查是血液檢測的一個重要應(yīng)用，不過其他循環(huán)生物學(xué)指標(biāo)正在受到越來越多地關(guān)注，比如甲基化、RNA、微囊泡和胞外體。為了幫助大家更好的分析甲基化、分離囊泡、提取RNA、存儲樣本和分析數(shù)據(jù)，The Scientist雜志最近與多位專家學(xué)者探討了檢測不同血液生物學(xué)指標(biāo)的策略，貢獻(xiàn)出了相應(yīng)的注意事項和實驗技巧。
甲基化圖譜分析
表觀遺傳學(xué)修飾可以在不改變DNA序列的情況下調(diào)控基因的活性，對于人類發(fā)育、人類疾病和環(huán)境影響有深遠(yuǎn)的意義，是近年來生命科學(xué)領(lǐng)域的一大研究熱點。DNA甲基化是最常見的一種表觀遺傳學(xué)修飾，廣泛參與了細(xì)胞對基因表達(dá)的控制，在細(xì)胞生長、細(xì)胞分化、細(xì)胞增殖和疾病狀態(tài)中起到了關(guān)鍵性的作用。
研究者：香港中文大學(xué)的盧煜明（Dennis Yuk-ming Lo）教授
盧煜明教授是分子生物學(xué)臨床應(yīng)用專家，尤其致力于研究人體內(nèi)血液的DNA和RNA。現(xiàn)為香港中文大學(xué)李嘉誠健康科學(xué)研究所所長、李嘉誠醫(yī)學(xué)講座教授兼化學(xué)病理學(xué)講座教授。他屢獲國際殊榮，包括2005年國家自然科學(xué)獎、2006年國際臨床化學(xué)和實驗室醫(yī)學(xué)聯(lián)合會─分子診斷學(xué)杰出貢獻(xiàn)獎、2006年美國國家臨床生物化學(xué)學(xué)院（NACB）杰出科學(xué)家獎、2006年裘槎基金會優(yōu)秀醫(yī)學(xué)科研者獎、2007年美國臨床化學(xué)協(xié)會（AACC）SigiZiering獎、2012年AACC-NACB臨床化學(xué)杰出貢獻(xiàn)獎、2009年富布賴特香港杰出學(xué)者獎，以及2014年費薩爾國王國際醫(yī)學(xué)獎。盧教授亦于2011年被選為英國皇家學(xué)會院士，在2013年被選為美國國家科學(xué)院外籍院士。2015年獲美國臨床化學(xué)協(xié)會（AACC）頒授年度Wallace H. Coulter講學(xué)獎，是全世界首位獲獎的華人學(xué)者。
研究項目：根據(jù)血液中的甲基化DNA分析機體器官的狀態(tài)
背景：盧教授是無創(chuàng)產(chǎn)前診斷的奠基人，率先提出了在孕婦血液中檢測胎兒DNA的理論。“血液DNA本質(zhì)上是來源于不同器官的DNA混合物，我希望能夠通過血液檢測來判斷機體不同部位的異常，”盧教授介紹道。
工作進展：為了解決多種組織在血液中的DNA貢獻(xiàn)，盧教授的研究團隊從十四種不同組織（包括肝臟，血細(xì)胞，胎盤等等）的甲基化組中挖掘出5,820個帶有足夠組織信息的甲基化生物標(biāo)記。然后他們利用二次規(guī)劃法分析多維的方程組，求出關(guān)于各個組織在血液中貢獻(xiàn)的最優(yōu)解。這就是生物信息學(xué)重迭解析處理（bioinformatics deconvolution process）方法。
研究人員發(fā)表在美國國家科學(xué)院院刊PNAS雜志上的研究顯示，較低的測序覆蓋度也能分辨與移植器官和肝癌有關(guān)的甲基化模式。這種方法能夠給出可靠的信息，鑒定異常循環(huán)DNA的器官來源。舉例來說，研究人員在血液中檢測到了癌細(xì)胞基因組的拷貝數(shù)變異，并且根據(jù)相應(yīng)的甲基化模式找到了這些變異的來源——肝臟腫瘤。
注意事項：研究血液甲基化組會面對許多未知因素，比如甲基化模式在個體間的變化，甲基化DNA片段在血液循環(huán)中的穩(wěn)定性。盧教授團隊檢測的甲基化標(biāo)記中大約15%在志愿者之間有顯著差異。由于測序過程的重亞硫酸鹽轉(zhuǎn)化會破壞一些DNA并且產(chǎn)生偏好，單分子測序等更靈敏的方法對血液甲基化研究將更有幫助，盧教授指出。
前景展望：盧教授表示，分析血液中的組織特異性甲基化模式還會有更多的用途，比如追蹤移植排斥或者鑒定循環(huán)腫瘤DNA的來源。“當(dāng)你不知道哪個器官出現(xiàn)異常的時候，這是一個很好的突破口。”
實際上，盧教授已經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)團隊在美國國家科學(xué)院院刊PNAS雜志上發(fā)表了這方面的研究成果。他們通過分析血液中的甲基化DNA，檢測到了癌癥患者的肝腫瘤和淋巴瘤，以及孕婦胎盤中的遺傳異常。這項工作在分子診斷與基于器官的傳統(tǒng)醫(yī)療之間搭起了一道橋梁。
