不同的癌症类型在疾病早期阶段具有独特的分子“指纹”，可以以惊人的准确性识别出来。据今天发表在《分子细胞》杂志上的一项研究称，小型便携式扫描器可以在几小时内检测到这些指纹。
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，这些测试可以比现有方法更快、更早地识别各种类型的癌症。
该研究围绕核糖体展开，核糖体是细胞内的蛋白质工厂。几十年来，人们认为人体内的核糖体蓝图相同。然而，研究人员发现了一个隐藏的复杂层——微小的化学修饰，这些修饰在不同的组织、发育阶段和疾病中有所不同。
“我们的核糖体并不都相同。它们在不同的组织中具有特异性，并携带反映我们体内状况的独特签名，”该研究的主要作者、ICREA研究教授Eva Novoa说，“这些细微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特殊的RNA分子——核糖体RNA（rRNA）组成。rRNA分子是化学修饰的目标，影响核糖体的功能。“95%的人类RNA是核糖体RNA。它们在我们的细胞中非常普遍，”Novoa博士补充道。
识别组织特异性指纹
研究人员检查了来自多种组织（包括大脑、心脏、肝脏和睾丸）的人类和小鼠rRNA的所有类型的化学修饰。他们发现每种组织都有独特的rRNA修饰模式——他们称之为“表观转录组指纹”。
“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，“就像每个组织在其标签上留下地址，以防其细胞出现在失物招领处一样。”
研究团队在患有癌症的患者组织样本中发现了不同的指纹集，特别是在肺部和睾丸中。“癌细胞是‘低修饰的’，意味着它们不断失去一些化学标记，”Milenkovic博士说，“我们认为这可能是一个强大的生物标志物。”
研究更详细地探讨了肺癌。研究人员从20名处于I期或II期肺癌的患者那里获取了正常和病变组织，并确认癌细胞的rRNA是低修饰的。他们利用这些数据训练了一种算法，该算法仅基于这种独特分子指纹的数据对样本进行分类。
该测试在区分肺癌和健康组织方面几乎达到了完美的准确性。“大多数肺癌直到晚期才被诊断出来。在这里，我们可以比通常情况下更早地检测到它，这可能会为患者争取宝贵的时间，”Milenkovic博士说。
纳米孔测序技术的突破
这项研究得益于一种名为纳米孔直接RNA测序的新技术，该技术允许直接分析带有所有修饰的rRNA分子。“它使我们能够在自然环境中看到这些修饰，”Novoa博士说。
在纳米孔测序出现之前，传统技术会处理RNA分子，从而在研究人员研究之前去除化学修饰。
“科学家们通常会丢弃核糖体RNA，因为他们认为这是冗余信息，会干扰实验。几年后，我们从垃圾堆中提取了这些数据，将其变成了金矿，尤其是在捕获化学修饰信息时。这是一个令人难以置信的转变，”Novoa博士说。
纳米孔测序的优势在于它依赖于小型便携式测序设备，这些设备可以放在手掌中。研究人员可以将生物样本插入机器，机器实时捕捉和扫描RNA分子。
研究通过扫描从组织样本中获得的至少250个RNA分子即可区分癌细胞和正常细胞。这只是一个典型纳米孔测序设备能力的一小部分。“开发一种快速、高度准确的测试，只需少量组织即可寻找癌细胞的核糖体指纹是可行的，”Novoa博士说。
朝着非侵入性诊断迈进
从长远来看，研究人员希望创建一种可以在血液中循环的RNA中检测癌细胞指纹的诊断方法。这将是一种侵入性较小的方法，因为只需要血液样本，而不需要从患者身上取组织样本。
研究作者警告说，在这种方法可用于临床益处之前，还需要更多的工作。“我们只是刚刚触及表面，”Milenkovic博士说，“我们需要更大规模的研究来验证这些生物标志物在不同人群和癌症类型中的有效性。”
一个尚未探索的大问题是为什么癌症中的修饰会发生变化。如果rRNA修饰有助于细胞产生促进不受控制生长和生存的蛋白质，研究人员可以确定负责添加或移除这些修饰的机制，从而可能找到逆转有害变化的新方法。
“我们正在逐步解开这一复杂性，”Novoa博士说，“理解细胞语言只是时间问题，”她总结道。
参考文献：“表观转录组rRNA指纹识别揭示组织起源和肿瘤特异性特征” 作者：Ivan Milenkovic, Sonia Cruciani, Laia Llovera, Morghan C. Lucas, Rebeca Medina, Cornelius Pauli, Daniel Heid, Thomas Muley, Marc A. Schneider, Laura V. Klotz, Michael Allgäuer, Ruben Lattuca, Denis L.J. Lafontaine, Carsten Müller-Tidow 和 Eva Maria Novoa，2024年12月10日，《分子细胞》。
DOI: 10.1016/j.molcel.2024.11.014
生物标志物 癌症 分子生物学
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