肺癌是最常見且致死性最高的癌癥之一，每年導(dǎo)致約180萬人死亡。低劑量胸部計(jì)算機(jī)斷層掃描（LDCT）篩查能夠在早期發(fā)現(xiàn)肺部腫瘤，并通過及時(shí)治療提升患者5年生存率。然而，20-50%的受檢者會(huì)報(bào)告直徑小于3厘米的肺部結(jié)節(jié)，其中高達(dá)96.4%為良性結(jié)節(jié)。即使后續(xù)氣管鏡聯(lián)合刷檢或穿刺的快速現(xiàn)場評(píng)價(jià)（ROSE）積極介入輔助診斷，鑒別準(zhǔn)確率依然有提升空間。

    針對這一臨床技術(shù)局限性，允英醫(yī)療聯(lián)合上海市中山醫(yī)院開展了聯(lián)合科研攻關(guān)，充分利用極具輔助診斷價(jià)值的氣管鏡沖洗液樣本，使用允英自研的高質(zhì)量DNA提取技術(shù)DNAplus、高精準(zhǔn)堿基轉(zhuǎn)化技術(shù)MetPro以及高深度甲基化測序技術(shù)MetSeq，通過靶向甲基化測序聯(lián)合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類算法，成功打造了一款針對肺部惡性腫瘤的鑒別診斷模型，診斷敏感性突破98.6%，特異性達(dá)到97.8%，相比氣管鏡ROSE診斷性能提升10-20%。相關(guān)研究成果已于近期發(fā)表于Cell子刊iScience雜志上（IF=5.8，DOI：1.10.1016/j.isci.2024.110079）1，上海中山醫(yī)院呼吸科張新主任（現(xiàn)任泰康仙林鼓樓醫(yī)院呼吸內(nèi)科主任）、允英醫(yī)學(xué)CEO張道允博士與研發(fā)總監(jiān)鞏子英博士聯(lián)袂擔(dān)任文章通訊作者。

    本研究首先使用文獻(xiàn)薈萃分析與公共數(shù)據(jù)庫交叉驗(yàn)證，共篩選出13個(gè)甲基化模式具有潛在肺癌伴隨診斷價(jià)值的基因。隨后，通過多重PCR靶向擴(kuò)增富集這些基因啟動(dòng)子區(qū)的CpG片段，并在118份氣管鏡沖洗液（BWF）樣本中開展了靶向NGS測序。剔除3個(gè)BWF樣本中檢測效率不佳的基因后，最終保留10個(gè)基因（總計(jì)115個(gè)CpG位點(diǎn)）作為檢測Panel，這些基因在肺部惡性腫瘤與良性結(jié)節(jié)患者的沖洗液中表現(xiàn)出極顯著的差異甲基化水平。

圖1. 肺部惡性腫瘤與良性結(jié)節(jié)患者BWF樣本中靶向10基因的平均甲基化水平

    在對比評(píng)估了最小絕對收縮和選擇算子（LASSO）、支持向量機(jī)（SVM）、極端梯度提升（XGBOOST）以及深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）四種機(jī)器學(xué)習(xí)分類器的分類準(zhǔn)確性與穩(wěn)健性后，本研究最終選擇了由DNN算法構(gòu)建的包含11個(gè)CpG位點(diǎn)特征的診斷模型作為測試模型CanDo（Cancer diagnosis）。以組織病理學(xué)活檢作為診斷金標(biāo)準(zhǔn)，該模型對118名患者的診敏感性達(dá)到98.6%，特異性達(dá)到97.8%。相比之下，這些患者經(jīng)由氣管鏡ROSE診斷的敏感性為87.7%，特異性為80%。

圖2. CanDo模型與ROSE在肺部腫瘤診斷的比較

    研究進(jìn)一步分析了患者吸煙史、年齡、性別以及病理亞型、病理分期等患者基線特征對CanDo模型的潛在影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，受檢者性別、吸煙史及病理亞型、腫瘤分期對CanDo診斷評(píng)分的干擾極為有限。然而，CanDo評(píng)分不僅表現(xiàn)出與病理診斷結(jié)果的極顯著的相關(guān)性，似乎還與受檢者年齡存在一定相關(guān)性。

圖3. 不同年齡、性別、吸煙史及病理診斷患者CanDo模型得分的比較

    為了評(píng)估年齡因素對模型診斷結(jié)果產(chǎn)生的潛在影響，研究補(bǔ)充納入了一個(gè)嚴(yán)格控制的由33名受檢者構(gòu)成的無吸煙史、男女性別比接近1:1，惡性與良性組年齡分布無偏差的驗(yàn)證隊(duì)列。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CanDo模型表現(xiàn)依然穩(wěn)健，在該隊(duì)列中實(shí)現(xiàn)了95.5%的診斷敏感性與100%的診斷特異性，而氣管鏡ROSE的診斷敏感性與特異性分別為86.4%與81.8%，均與探索隊(duì)列差異不大。此外，CanDo還對三例難以通過氣管鏡ROSE進(jìn)行診斷的復(fù)雜案例做出了準(zhǔn)確判斷。

圖4. 驗(yàn)證隊(duì)列CanDo診斷準(zhǔn)確性

1. Yu, Z., Li, J., Deng, Y., et al. Lung tumor discrimination by deep neural network model CanDo via DNA methylation in bronchial lavage. iScience (2024). doi: 10.1016/j.isci.2024.110079.

    允英醫(yī)療以長三角區(qū)域?yàn)橹行模椛淙袊?，公司致力于打造癌癥精準(zhǔn)診療的新型生態(tài)圈，綜合運(yùn)用基因突變檢測、基因甲基化檢測、基因編輯重組等生物科技的前沿技術(shù)，全方位提供從癌癥早期精準(zhǔn)篩查、癌癥靶向用藥檢測、癌癥治療藥物研發(fā)一體化的腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)解決方案。目前在上海、浙江及青海共設(shè)有三家實(shí)驗(yàn)室。

    允英醫(yī)療成立至今，順利通過由國家衛(wèi)健委臨檢中心、國家病理質(zhì)控中心、美國病理學(xué)會(huì)等機(jī)構(gòu)組織的室間質(zhì)評(píng)。檢驗(yàn)?zāi)芰Λ@得了美國病理學(xué)會(huì)(College of American Pathologists，CAP)認(rèn)證，腫瘤核心基因檢測試劑盒通過歐盟CE認(rèn)證，獲得國家藥品監(jiān)督管理局（NMPA）注冊批準(zhǔn)，且生產(chǎn)管理質(zhì)量體系獲國際ISO13485認(rèn)證。目前允英已累計(jì)為近三十萬例腫瘤患者提供精準(zhǔn)檢測服務(wù)，為國內(nèi)腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域開拓者。同時(shí)允英秉承“嚴(yán)謹(jǐn)、高效”的理念，堅(jiān)守分子診斷技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用探索，為腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)療與伴隨診斷領(lǐng)域的茁壯發(fā)展貢獻(xiàn)力量。