非传染性疾病是全球主要死亡原因之一，其中癌症的死亡人数仅次于心脏病，给全球健康带来了沉重负担。尽管早期筛查对于癌症的有效治疗和改善预后至关重要，但目前的筛查方法数量有限，且多针对特定类型的癌症。例如，美国预防服务工作组（USPSTF）推荐的几种癌症早期筛查技术，包括乳腺癌的乳腺X线检查、宫颈癌的高危人乳头瘤病毒检测、肺癌的低剂量螺旋CT检查以及结直肠癌的粪便检查和可视化检查等。然而，这些筛查方法在临床实践中的应用受到多种因素的限制，如筛查所需时间、预约困难、对检查侵入性和疼痛的担忧、辐射暴露、对检查的恐惧、不适感以及经济成本等。因此，迫切需要一种非侵入性、成本效益高的多癌早期检测（MCED）测试，能够通过检测血液中的循环肿瘤DNA（ctDNA）或其他循环生物标志物来检测多种癌症信号。循环游离DNA（cfDNA）作为一种有前景的非侵入性液体活检生物标志物，携带了组织起源的生物标志，可用于早期癌症检测。

南京医科大学邵阳团队开发并验证一种新型的MCED测试，该测试通过分析血浆cfDNA的遗传学和片段组学特征来检测13种癌症类型，并定位肿瘤起源组织，从而提高早期癌症检测的准确性和可行性，为临床决策提供支持。相关内容以“Early detection of multiple cancer types using multidimensional cell-free DNA fragmentomics”为题发表在《Nature Medicine》上。

【主要内容】

研究设计与参与者

研究采用了多中心、前瞻性、病例对照的研究设计，目标是检测13种癌症类型，包括乳腺癌、宫颈癌、结直肠癌、子宫内膜癌、食管癌、胃癌、肝癌、肺癌、卵巢癌、胰腺癌、前列腺癌、胆管癌和淋巴瘤。研究分为三个阶段：模型构建、内部验证和独立验证。在模型构建阶段，从3076名癌症患者和3477名非癌症对照者中收集血浆样本，用于开发MCED模型。随后，在内部验证阶段，对1746名参与者（822名癌症患者和924名非癌症个体）的样本进行验证。最后，在独立验证阶段，对1465名参与者（732名癌症患者和733名非癌症个体）的样本进行前瞻性验证。

样本收集、处理和测序

所有血浆样本均在-80°C下保存，并在中央临床检测中心进行处理。cfDNA提取使用QIAamp Circulating Nucleic Acid Kit，并通过Qubit dsDNA HS Assay Kit测量浓度。提取的cfDNA用于构建无PCR的全基因组测序（WGS）文库，并在NovaSeq 6000平台上进行150bp配对端测序。为了确保数据质量，使用Trimmomatic进行读取修剪，Picard工具去除PCR重复，并使用Burrows-Wheeler Aligner将修剪后的读取对齐到人类参考基因组（GRCh37/UCSC hg19）。

图1 研究参与者的流程图

MCED测试的开发与验证

MCED测试整合了cfDNA的多种基因组和片段组学特征，通过低覆盖度WGS分析。模型包含两个核心分类器：检测癌症（DOC）分类器和组织起源（TOO）分类器。DOC分类器负责确认癌症的存在，而TOO分类器则用于确定恶性肿瘤的原发部位。在内部验证中，DOC分类器在标准特异性阈值（SST）下达到了98.9%的特异性和86.5%的敏感性。在高特异性阈值（HST）下，敏感性为82.4%，特异性为99.9%。在独立验证中，MCED测试在SST下保持了87.4%的敏感性和97.8%的特异性，在HST下敏感性为82.5%，特异性为98.9%。这些结果表明MCED测试能够以高准确性一致地识别癌症的存在。

癌症信号检测

MCED测试在检测早期癌症方面表现出色，对于I期和II期癌症的敏感性分别为79.3%和86.9%。对于III期和IV期癌症，敏感性分别达到92.4%和97.1%。测试对多种癌症类型表现出高敏感性，特别是对于肝癌和胆管癌，敏感性达到100%。此外，对于目前缺乏筛查协议的癌症类型，如胰腺癌和卵巢癌，MCED测试也显示出较高的敏感性，分别为76.9%和90.5%。

图2 MCED 测试在检测癌症信号方面的性能

组织起源预测

TOO预测的准确性对于指导后续诊断和治疗程序至关重要。在内部验证中，TOO预测的TOP1准确率为82.3%，TOP2准确率为90.7%。在独立验证中，TOP1准确率为83.5%，TOP2准确率为91.7%。对于某些癌症类型，如结直肠癌、肺癌、肝癌和淋巴瘤，TOO预测的准确率较高，而对于胰腺癌和胃癌，准确率则较低。

图3 TOP1 精度

无症状队列筛查

金陵研究是一项前瞻性、多中心、观察性队列研究，旨在招募15000名45至75岁的无症状个体。参与者接受年度常规体检和MCED测试，为期3年，随后进行2年的电子健康记录监测。在对3724名参与者的中期分析中，MCED测试的敏感性为53.5%，特异性为98.1%。大多数确诊的癌症处于早期阶段，即高风险癌前病变、0期、I期或II期，占93.0%。MCED测试在92个实例中检测到癌症信号，阳性预测值（PPV）为25.0%，阴性预测值（NPV）为99.4%。

图4 金陵队列中 MCED 测试的表现

【全文总结】

本研究提出的MCED测试通过整合cfDNA的多维信号，展示了在早期检测多种癌症类型和预测肿瘤起源组织方面的潜力。该测试在独立验证中表现出高敏感性和特异性，并在无症状队列筛查中显示出早期癌症检测的能力。这些发现表明MCED测试有可能改善早期癌症检测，并支持临床决策。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41591-025-03735-2

Tags： 南京医科大学，最新Nature Medicine，多癌早期检测技术新突破！