原发性肝癌是我国发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一。统计表明，我国肝癌患者80%确诊时已是晚期，五年总体生存率不足20%，若能早期诊断和治疗，五年生存率可达60%以上。因此早期诊断是预防肝癌、提高肝癌患者生存率最重要的措施之一，开发应用简单、方便、快捷的肝癌筛查方法是目前研究的努力方向。
基于液体活检的肿瘤早筛技术具有安全、便捷等优势，成为目前早筛领域最火热的研究探索方向。世和基因与复旦大学附属中山医院樊嘉教授、周俭教授、王征教授团队合作开展的DECIPHER-Liver研究，基于MERCURY多组学液体活检技术建立了肝癌早筛模型，该模型区分肝癌和非癌的AUC高达0.995，在98.8%特异性下灵敏度高达96.8%，预测性能优异。相关研究成果发表在最新一期肝脏病学顶级期刊HEPATOLOGY（IF=17.425）。文章第一作者是中山医院王征教授、张翔宇博士、王昕昱博士和世和基因唐皖湘夫博士，通讯作者是中山医院樊嘉教授、周俭教授和世和基因邵阳博士。
研究内容
DECIPHER-Liver研究在2019年6月-2020年12月间共入组716例受试者（获科技部遗传办样本采集批准），包括381例原发性肝癌（Primary liver cancer，PLC）和335例非肝癌对照（104例乙肝和/或肝硬化高风险人群和231例健康对照）。入组受试者按照1:1分为训练集（N=362例）和验证集（N=354例）。分别收集受试者血浆cfDNA样本并进行低深度的全基因组测序（WGS），获取cfDNA片段组学特征。在训练集中，通过三种机器学习模型对cfDNA片段大小分布（Fragment size distribution，FSD）和片段大小比值（Fragment size ratio，FSR）进行建模分析，整合构建了一套肝癌筛查模型，并进一步在验证集中进行系统性验证（图1）。
图1 DECIPHER-Liver研究技术路线
研究亮点
DECIPHER-Liver研究采用世和基因自主研发的MERCURY多组学液体活检早筛技术，是国内首个基于cfDNA片段大小建立的大样本量肝癌早筛研究，AUC高达0.995，预测性能出色。
MERCURY肝癌早筛模型对早期/小肝癌、不同病理类型肝癌以及肝硬化和/或乙肝高风险人群均表现出优异的预测性能。
MERCURY肝癌早筛模型在不同测序深度下保持稳定的预测性能，深度低至1X时AUC仍为0.994，做到成本可控，具有较高的临床落地可行性。
DECIPHER-Liver研究首次运用cfDNA片段组学特征区分肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)和肝内胆管癌(intrahepatic cholangiocarcinoma, ICC)，AUC达到0.776，展现出良好的应用潜能。
研究结论
1. 验证集评估MERCURY肝癌早筛模型，预测性能优异
DECIPHER-Liver研究构建的肝癌早筛模型整体性能出色，区分肝癌和非癌的AUC高达0.995，在98.8%特异性下灵敏度高达96.8%（图2）。针对肝硬化和/或乙肝高风险人群性能仍然优秀，特异性达到96.1%；针对健康人预测性能优于肝硬化和/或乙肝组，特异性达到100%。
2. 模型在不同临床亚组中均展现优异性能
MERCURY肝癌早筛模型预测性能相较于传统血清生物标志物甲胎蛋白（AFP）优势明显（AUC 0.985 vs.0.781）。同时，MERCURY肝癌模型在不同病理类型肝癌（HCC/ICC/cHCC-HCC）、极早期肝癌（TNM IA期/BCLC 0期/CNLC Ia期）、小肝癌（<3cm）以及AFP阴性（<20ug/L）、低白蛋白、低总胆红素患者中均有优异的预测性能（图3），有效弥补传统早筛手段的不足，并证实MERCRUY早筛模型应用的广泛性。
图3. MERCURY模型在不同临床亚组中的预测性能
3. 模型在超低测序深度测序下仍展现优异的性能
DECIPHER-Liver研究平均测序深度9.935X，对样本随机减低测序深度（Downsample）至3X，2X，1X，0.5X（重复5次），结果显示，MERCURY早筛模型在测序深度不断降低的过程中表现出稳定的预测性能（图4）。即使测序深度低至1X时，模型在98.8%的特异性下灵敏度仍高达93.7%。
图4. 不同测序深度下MERCURY肝癌早筛模型预测性能
4. cfDNA片段组学特征展现区分ICC和HCC的应用潜能
原发性肝癌包括肝细胞癌(HCC)、肝内胆管癌(ICC)和混合型肝癌(cHCC-ICC)三种类型，其中HCC占所有肝癌的80%以上。ICC和cHCC-ICC预后更差。本研究应用相同的FSR和FSD特征，使用训练集中的159例HCC和26例ICC样本建模，使用验证集中的157例 HCC 和26例 ICC样本进行验证，区分ICC和HCC的AUC达到0.776，显示模型在区分ICC和HCC上有潜在的应用价值（图5）。
图5. cfDNA片段特征区分HCC和ICC的性能
结语
世和基因作为国内精准检测行业的引领者，是国内NGS领域最早布局开展肿瘤液体活检早筛的企业之一，通过大量研发投入对比了cfDNA突变、甲基化、片段特征、病原微生物等多种液体活检早筛技术，最终形成了自主研发的MERCURY早筛技术。世和基因基于该技术与临床专家在常见恶性肿瘤中开展了DECIPHER系列早筛研究，其中DECIPHER-Lung、DECIPHER-Liver和DECIPHER-Colon研究的初步数据分别在今年的WCLC和EMSO会议上大放异彩，展现了优异的早筛性能。10月底DECIPHER-Colon研究数据率先在JHO发表（IF=17.4！国内首个液体活检多组学大型肠癌早筛研究登陆JHO，世和基因MERCURY技术展现优异性能），本次DECIPHER-Liver研究再登肝脏病学顶级期刊HEPATOLOGY，进一步验证了MERCURY技术的早筛性能，为液体活检在肝癌临床早筛中的落地应用开发提供了有力保障，也为更多癌种的泛癌早筛研究奠定了坚实的基础。
参考文献
Xiangyu Zhang, Zheng Wang, Wanxiangfu Tang, Xinyu Wang, Rui Liu, Hua Bao, Xin Chen, Yulin Wei, Shuyu Wu, Hairong Bao, Xue Wu, Yang Shao, Jia Fan, Jian Zhou. Ultra-Sensitive and Affordable Assay for Early Detection of Primary Liver Cancer Using Plasma cfDNA Fragmentomics. Hepatology 2021.
