急性白血病是一种侵袭性血液系统恶性肿瘤，根据造血细胞谱系可分为急性髓系白血病（AML）、B细胞急性淋巴细胞白血病/淋巴瘤（B-ALL）、T细胞急性淋巴细胞白血病/淋巴瘤（T-ALL）等。该疾病还能根据细胞遗传学改变、基因突变、转录组及表观基因组特征进一步细分分子亚型，为预后判断提供依据并指导治疗方案选择。

目前，传统临床诊断流程依赖形态学、流式细胞术、免疫组化等多技术组合，过程繁琐、耗时长，且难以全面捕捉疾病异质性。近年来，基于DNA甲基化的分类方法在神经肿瘤学领域取得重要进展，结合机器学习能够提高肿瘤分类准确性。特别地，最新的纳米孔测序技术通过直接检测甲基化状态，省去了繁琐的步骤，提升了实时诊断的效率，为急性白血病基于甲基化的快速实时诊断提供可行方向。

近日，Dana-Farber癌症研究所的研究人员开发了一个基于全基因组DNA甲基化谱的快速分类框架MARLIN。研究团队首先构建了一个包含2,540个样本的大型参考队列，精确定义了38种甲基化类别；基于该参考数据集开发MARLIN神经网络分类器，能够利用纳米孔测序技术产生的稀疏甲基化数据，在极短时间内对急性白血病进行精准分类。验证结果显示，MARLIN的高置信度预测与常规诊断结果高度一致，且在样本接收后2小时内即可生成结果。总之，MARLIN为急性白血病提供了快速、精准的表观遗传分类方案，可有效补充传统诊断流程，为临床治疗决策提供支持。、

研究团队整合11项已发表研究的数据，构建了一个包含2,540个高质量样本的DNA甲基化参考队列，涵盖AML、B-ALL等主要谱系及分子亚型。t-SNE分析显示，样本按白血病谱系清晰分离，各谱系存在显著表观遗传异质性。结合病理与分子数据，研究团队共定义了38 个甲基化类别，其中9个为新发现类别。

进一步验证显示，甲基化分类与免疫表型分类的一致性高达97.3%，但在部分谱系模糊病例中，甲基化类别更准确地反映了其分子驱动事件（如BCL11B、ZNF384重排等），提示其在识别罕见或隐匿性变异方面具有优势。

图1. 基于DNA甲基化的急性白血病分类

研究团队深入分析了特定急性白血病谱系AML的疾病异质性。在AML中精确定义了21个甲基化类别，其中包括8个新发现的类别，并对其他类别进行了优化。

进一步分析显示，这21个AML甲基化类别中，有8个类别由特定遗传驱动事件定义，包括7个由特异性基因融合定义和1个由CEBPA基因突变定义；这些类别几乎涵盖了回顾性队列中所有携带相应遗传变异的病例。其余类别则与年龄、骨髓增生异常相关变化或HOX基因激活状态相关。

此外，研究团队还识别出9个由HOX基因（HOXA9和_HOXB5）表达模式定义的AML甲基化类别，这些类别中富含NPM1突变和KMT2A重排等遗传事件，并与新兴的menin抑制剂靶向治疗密切相关，这表明表观遗传谱分析能够补充遗传及转录组研究，进一步细化疾病异质性。

图2. AML甲基化类别的表征

基于上述参考队列，研究团队开发了一款针对急性白血病的神经网络分类器MARLIN。该分类器架构包含输入层（纳入357,340个高质量甲基化芯片探针）、两个全连接隐藏层以及输出层。

为评估该模型，研究团队进行了五折交叉验证分析。当使用全CpG位点时，MARLIN区分白血病谱系和甲基化类别的精确度较高，F1值中位数分别为 0.99、0.91；将近缘类别归为“甲基化类别家族” 后，模型预测的F1值中位数进一步提升至0.96。此外，研究团队还进行了稀疏度模拟测试，发现即使稀疏度达97%，MARLIN仍能保持优异的分类性能。

使用外部多平台数据集，研究团队进一步验证了MARLIN对不同稀疏程度甲基化分析技术数据的应用能力，包括27k/450k甲基化芯片、WGBS和纳米孔测序数据集。结果显示，MARLIN能够准确预测不同技术平台产生的数据，具有强大的泛化能力。

图3. MARLIN分类器的开发

研究团队在不同队列中验证了MARLIN模型结合纳米孔测序的分类效果。在回顾性队列中，MARLIN高置信度预测了16个病例，其中15例与传统临床诊断一致；在扩展性队列中，高置信度预测的10个病例均与传统临床诊断一致。整体而言，在两个队列26个高置信度预测病例，MARLIN实现了96.2%的诊断一致性，凸显了其与纳米孔测序结合在急性白血病精准分型中的临床应用潜力。

更重要的是，MARLIN在多个病例中提供了比常规诊断更精确的分子分型，如识别出常规方法难以检测的DUX4重排，或将NPM1突变AML进一步细分为具有不同共突变模式的HOXA/B激活亚组。

图4. 基于纳米孔测序的回顾性患者队列分析

研究团队评估了通过纳米孔测序实时分析实现快速分类的可行性。首先，通过模拟实验验证MARLIN实时预测能力：16例高置信度预测病例中，有14例在测序开始后1小时内获得与最终完整数据一致的分类结果。随后，研究团队将MARLIN部署于GridION测序仪，在重测序样本AL_016时仅用50分钟就获得与先前一致的准确分类结果。

接下来，研究团队将MARLIN应用于5例疑似急性白血病患者样本中，进行实时前瞻性分析。第一例患者（RTC_001），MARLIN在96分钟内高置信度预测其为AML TP53/非整倍体富集型，这与4天后传统诊断结果完全一致；第二例患者（RTC_002），MARLIN在95分钟内高置信度预测其为AML HOXA/B 激活型2组（NPM1/TET2富集型），同样被后续3天完成的常规诊断所证实。其余三例病例也分别在不同时间内（96-590分钟）获得与最终病理诊断一致的精确分类。上述结果表明，MARLIN结合纳米孔测序可实现急性白血病快速诊断，为加速临床诊断流程提供可能。

图5. 前瞻性病例的实时分类

综上所述，研究团队系统构建了覆盖全谱系急性白血病的DNA甲基化参考图谱，并开发出适用于稀疏数据的MARLIN分类器，结合纳米孔测序实现2小时内的快速分型。该研究标志着急性白血病诊断进入“实时表观遗传分型”时代，有望在多样化医疗环境中作为标准诊断的重要补充，推动白血病诊疗向更快速、更全面的方向发展。

参考文献：

Steinicke, T.L., Benfatto, S., Capilla-Guerra, M.R. et al. Rapid epigenomic classification of acute leukemia. Nat Genet (2025). https://doi.org/10.1038/s41588-025-02321-z

Tags： Nat Genet：2小时内实现准确分类！基于DNA甲基化与纳米孔测序构建急性白血病快速分类新框架