科学家发现癌症”指纹” 彻底改变早期检测方法

巴塞罗那基因组调控中心（CRG）的研究人员取得了这一突破，为非侵入性诊断测试铺平了道路，这种测试可以比现有方法更快、更早地识别各种癌症。不同类型的癌症都有独特的分子”指纹”，这些”指纹”可以在疾病的早期准确地识别出来。 根据今天发表在《分子细胞》上的一项研究，小型便携式扫描仪能在短短几小时内检测出这些指纹。

“表转录组”指纹的艺术概念。 图片来源：Queralt Tolosa/Centro de Regulación Genómica Queralt Tolosa/Centro de Regulación Genómica

这项研究以细胞的蛋白质工厂–核糖体为中心。 几十年来，人们一直认为核糖体在人体中具有相同的蓝图。 然而，研究人员发现了一层隐藏的复杂性–微小的化学修饰，它们在不同的组织、发育阶段和疾病中各不相同。

“我们的核糖体不尽相同。 它们在不同的组织中各司其职，并携带着独特的特征，反映出我们体内正在发生的事情，”该研究的第一作者、CRG 研究员、ICREA 研究教授伊娃-诺沃亚（Eva Novoa）说。”这些微妙的差异可以告诉我们很多关于健康和疾病的信息。

“核糖体由蛋白质和一种名为核糖体RNA（rRNA）的特殊RNA分子组成。”人类 95% 的 RNA 都是核糖体 RNA。 它们在我们的细胞中非常普遍，”诺沃亚博士补充道。

识别组织特异性指纹

研究人员对来自大脑、心脏、肝脏和睾丸等多种不同组织的人类和小鼠 rRNA 进行了各种类型的化学修饰。 他们发现，每个组织都有独特的 rRNA 修饰模式–他们称之为”表转录组指纹”。

“核糖体上的指纹告诉我们细胞来自哪里，”该研究的第一作者 Ivan Milenkovic 博士说。”这就像每个组织都在标签上留下了自己的地址，以防其细胞最终被招领。”

研究小组在癌症患者的病变组织样本中发现了不同的指纹，尤其是在肺部和睾丸。米伦科维奇博士说：”癌细胞被’低度修饰’，这意味着它们会不断丢失其中一些化学标记。我们认为这可能是一种强有力的生物标志物。”

这项研究对肺癌进行了更深入的研究。 研究人员从20名一期或二期肺癌患者身上获取了正常组织和病变组织，并证实癌细胞的rRNA被低度修饰。 他们利用这些数据训练了一种算法，该算法可以完全根据这种独特的分子指纹数据对样本进行分类。

该测试在区分肺癌和健康组织方面达到了近乎完美的准确度。”大多数肺癌直到晚期才会被诊断出来。” 米伦科维奇博士说：”在这里，我们可以比平常更早地检测出肺癌，这有一天会为病人赢得宝贵的时间。”

纳米孔测序技术的突破

这项研究之所以能够完成，要归功于一种名为纳米孔直接 RNA 测序的新技术，它可以直接分析 rRNA 分子及其所有修饰。这使我们能够看到修饰的自然背景。

在纳米孔测序技术出现之前，传统技术在处理 RNA 分子时会先去除化学修饰，然后研究人员才能对其进行研究。

“科学家们通常会把核糖体 RNA 去掉，因为他们认为这是多余的信息，会妨碍我们的实验。 几年过去了，我们已经把这些数据从垃圾场里拿了出来，变成了一座金矿，尤其是在捕捉到化学修饰信息的时候。 “诺沃亚博士说：”这是一个令人难以置信的转变。”

纳米孔测序的优势在于它依赖于小型便携式测序设备，可以放在手掌中。 研究人员可以将生物样本放入机器中，机器会实时捕捉和扫描 RNA 分子。

这项研究只需扫描从组织样本中获取的 250 个 RNA 分子，就能区分癌细胞和正常细胞。 这只是典型纳米孔测序设备能力的一小部分。诺沃亚博士说：”开发一种快速、高度准确的检测方法是可行的，这种方法可以使用极少量的组织来检测癌症的核糖体指纹。”

实现无创诊断

从长远来看，研究人员希望创造出一种诊断方法，能够从血液中循环的 RNA 中检测出癌症的指纹。 这将是一种侵入性较小的方法，因为它只需要血液样本，而不需要从病人身上采集组织样本。

该研究的作者提醒说，在这种方法用于临床之前，还需要做更多的工作。Milenkovic 博士说：”我们只是触及了表面。我们需要进行更大规模的研究，在不同人群和癌症类型中验证这些生物标志物。”

还有一个有待探索的大问题是，为什么这些修饰首先会在癌症中发生变化。 如果 rRNA 修饰有助于细胞产生促进不受控制的生长和存活的蛋白质，那么研究人员就能确定负责添加或去除修饰的机制，从而有可能找到逆转有害变化的新方法。

诺沃亚博士说：”我们正在缓慢而坚定地揭开这种复杂性的面纱，理解细胞的语言只是时间问题。”

DOI: 10.1016/j.molcel.2024.11.014

编译自/scitechdaily