新的非编码RNA血液检测显着改善癌症检测

癌症在早期阶段是最容易治疗的，因此寻找创新和非侵入性的方法来早期诊断癌症对于对抗这种疾病至关重要。液体活检只需要简单的抽血，是一种利用患者血液的 DNA 或 RNA 测序进行非侵入性癌症检测的新兴技术。

生物分子工程助理教授 Daniel Kim 和他的实验室正在开发更准确、更强大的液体活检技术，该技术利用来自 RNA“暗物质”(基因组中一个尚未研究的区域)的信号。Kim 的新研究表明，这种遗传物质存在于癌症患者的血液中，可以在疾病早期进行识别以诊断特定的癌症类型，如胰腺癌、肺癌、食道癌和其他癌症。

Kim 的实验室开发了一种 RNA 液体活检平台，可以检测血液中的蛋白质编码 RNA 和 RNA 暗物质，并表明这种新方法显着提高了液体活检在癌症诊断中的性能。这项研究今天发表在《自然生物医学工程》杂志上。

关注“暗物质”

虽然大多数研究人员和公司都在寻求基于 DNA 的液体活检来进行癌症诊断，但 Kim 的方法的独特之处在于它专注于 RNA“暗物质”，特别是非编码和重复 RNA。

组成人类基因组的 30 亿个 DNA 碱基对中的大部分都会转录成 RNA，所有的 RNA 统称为转录组。RNA 最常见的功能是编码体内的蛋白质，但 75% 的人类基因组会生成不编码蛋白质的非编码 RNA。

这些非编码 RNA 的很大一部分源自重复元件，并且这些 RNA 可以离开它们起源的细胞并进入血流。健康个体的血液中通常含有很少的重复非编码 RNA。然而，Kim 的研究表明，即使在癌症的早期阶段，许多重复 RNA 也会从癌细胞中分泌出来，使它们成为早期疾病的有效生物标志物。

Kim 实验室开发的 RNA 液体活检技术旨在通过对患者血液中的“无细胞 RNA”进行测序来检测是否存在蛋白质编码和重复非编码 RNA，从而检测癌症。

Kim 的实验室创建了一个名为 COMPLETE-seq 的无细胞 RNA 测序和分析平台，用于识别通常被忽视的重复非编码 RNA。抽取患者的血液后，这种综合方法会分析样本中转录组的所有注释区域(已经有详细记录的数万个 RNA)以及 Kim 实验室还提供的所有 500 万个非编码重复元素。专注于。

Kim 说：“如果你观察这些不同的癌症，就会发现每种癌症都有自己特有的无细胞 RNA 谱，但其中很多 RNA 来自整个基因组中发现的数百万个重复元件。” “我们发现，当我们训练用于癌症分类的机器学习模型时，当引入这些重复的无细胞 RNA 作为附加特征时，模型的表现会更好。我们发现在检测癌症方面具有更高的灵敏度，因此我们认为这些重复元件实际上提供了人们以前没有寻找过的大量丰富的无细胞RNA信息。”

改进测试

其他现有的液体活检测试对于早期癌症不是很敏感，当由于肿瘤尺寸较小而生物信号较低时，一些测试会漏掉高达 75% 的 I 期癌症。Kim 的论文表明，将重复 RNA 纳入其液体活检平台可以极大地增加生物信号并提高用于识别癌症的机器学习模型的性能。例如，使用 COMPLETE-seq 将识别结直肠癌的灵敏度提高到 91%。

“我们研究的价值在于，我们现在已经展示了这些重复元件在诊断疾病方面的潜力，因此希望人们对利用重复 RNA 来提高这些多癌症早期检测测试的灵敏度产生很大的兴趣， “金说。

研究结果表明，该技术可用于识别多种癌症类型。该实验室最初的研究重点是胰腺癌，因为临床迫切需要胰腺癌早期检测，而晚期检测会导致患者预后更差。众所周知，胰腺癌是由 KRAS 基因突变引起的，这也是 Kim 实验室的研究重点。

在验证了胰腺癌的研究结果后，研究人员还研究了多种其他癌症，并计划利用癌症进展阶段的更多样本来研究更多的癌症类型。该团队有兴趣与临床医生和公司合作来实现这一目标。

Kim 的目标是开发一种用于多种癌症早期检测的 RNA 液体活检测试，利用重复 RNA 的丰富信息来识别和诊断疾病，具有高灵敏度和特异性。Kim 希望他的平台不仅能够在最早阶段诊断癌症，而且能够在癌症更容易治疗时帮助指导个体化、精确的治疗策略。此外，他的测试可以帮助识别癌症的复发，也可以用于研究衰老和诊断其他类型的改变重复RNA景观的疾病，例如阿尔茨海默病。他最近在UCSC Kraw发表了题为“通过 RNA 实现精准健康”的演讲，阐述了他利用 RNA 早期检测和精确治疗疾病的愿景。