CN108929911A - 一种利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，该系统包括用于采集和处理患者血液样品的采集单元，用于检测患者血液CNV结果的检测单元，用于存储检测单元CNV结果的信息存储单元，用于对CNV结果进行判别的判别单元，用于对判别结果进行处理的输出单元，所述采集单元、检测单元、信息存储单元、判别单元和输出单元依次连接。本发明所述系统在检测癌症复发中，具有无创、快速、准确、高效，检测费用低等优点，与现有的手术活检、穿刺活检、影像检测、PCR检测等相比，具有显著优势，在临床应用中具有极大的实际意义。
Description
技术领域
本发明属于疾病诊断设备领域，具体涉及一种利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统。
背景技术
肿瘤已经是全球第二大死亡原因。无论在发达国家还是在发展中国家，癌症都是死亡率最高的疾病，并且其死亡率和发病率仍不断增高。据美国全球癌症疾病负担合作研究、华盛顿大学等报告：过去十年里，全球癌症发病率升高了33％。仅2015年，就有1520万人被诊断为癌症，并有880万人因此死亡。发展中国家的癌症死亡率高于发达国家，患病人数占到全球的57％，死亡人数高达全球的65％。
在我国癌症筛查结果中，只有20％是早期，80％的癌症查出来都是中晚期了，而这20％的癌症早期还是体检查出来的。众所周知，癌症越早发现治愈率越高，但患者缺乏相应的筛查手段，体检得来的报告结果，其灵敏度和准确度都相对较低。肿瘤临床检测最常用的手段是手术活检或者穿刺活检，这些活检方法一方面耗费时间长，可能导致患者错过最佳治疗时间；另一方面，这些活检方法具有创伤性，很多患者担心由此造成癌症转移，因而心理负担较大；此外，对于体积较小的肿瘤组织，穿刺活检容易误取正常组织，存在假阴性风险。
肿瘤细胞凋亡或坏死时，其DNA就会被释放到血液中。液体活检就是通过非侵入的方式，检测肿瘤或者转移灶释放到血液中的ctDNA。比直接从肿瘤组织中活检取样方便可行，同时由于无创的特性，液体活检不会给肿瘤病人带来痛苦，也避免活检可能引起的癌细胞扩散。
目前检测血液中的ctDNA最常用的方法是PCR和DNA测序(Next-generationsequencing,NGS)，前者检测的癌症基因有限(一个或几个)，后者检测的癌症基因可达几百个。这两种方法主要是检测癌症基因的突变或基因融合。由于ctDNA在血液中的含量很低，一半在几十纳克左右，对基因突变的检测，尤其是NGS方法需要对同一个位点进行几百次测序，就带来了极大的困难，很多情况下无法检测到任何突变而得出假阴性结果，而且检测费用较高。
血液中ctDNA拷贝数的变化(Copy number variations,CNV)是除癌症基因突变或基因融合以外引起癌变的一种主要DNA结构性突变，很多肿瘤都具有特定的CNV变化。
本发明的发明人基于此，提供了一种利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，使得癌症复发检测无创、快速、准确、高效，检测费用也大大降低，在临床应用中具有极大的实际意义。
发明内容
本发明提供的一种利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，包括用于采集和处理患者血液样品的采集单元，用于检测患者血液CNV结果的检测单元，用于存储检测单元 CNV结果的信息存储单元，用于对CNV结果进行判别的判别单元，用于对判别结果进行处理的输出单元，所述采集单元、检测单元、信息存储单元、判别单元和输出单元依次连接。
进一步地，所述采集单元包括QIAGEN circulating DNA kit试剂盒，取自癌症患者的外周血在采集单元中经QIAGEN circulating DNA kit提取得到2-1000ng的ctDNA，并输送2- 10ng到所述检测单元中。
进一步地，所述检测单元包括依次相连的全基因组扩增(Whole GenomeAmplification， WGA)试剂盒、高通量NGS测序仪和CNV分析单元，从采集单元输送来的ctDNA用 WGA试剂盒进行NGS测序建库，并用高通量NGS测序仪对建库的DNA进行低深度全基因组测序，产生的测序数据(BAM文件)输入到CNV分析单元进行分析，获得样本的全基因组CNV结果。
进一步地，所述检测单元的低深度全基因组测序，其平均测序深度为1x或0.5x。
进一步地，所述CNV分析单元采用Nexus Copy Number和CNVKit等中的任一软件进行分析。
进一步地，所述信息存储单元存储的信息包括正常参照信息、第一参照信息、第二参照信息和检测信息，所述正常参照信息为癌症患者治疗前外周血液中单核细胞的CNV结果，所述第一参照信息为癌症患者接受治疗前外周血液的CNV结果，所述第二参照信息为癌症患者治疗结束一周时的外周血液的CNV结果，所述检测信息为癌症患者复查时外周血液的 CNV结果。
进一步地，所述判别单元将检测信息与正常参照信息、第一参照信息、第二参照信息进行对照，并根据对照结果出具关于癌症复发可能性的结果至输出单元。
进一步地，所述判别单元的判别方式为：当检测信息的CNV结果与正常参照信息和/或第二参照信息记载的CNV结果相同或相似时，所述判别单元出具患者正常的结果，当检测信息的CNV结果与第一参照信息相同或相似时，所述判别单元出具出具癌症可能复发结果。
在治疗结束一周后，如果第二参照信息与正常参照信息相同，说明癌症细胞完全消失，检测信息与第二参照信息或正常参照信息对照均可。如果治疗结束后，癌症细胞并未完全消失，但是被有效控制，第二参照信息与正常参照信息会有所不同，此时，检测信息应与第二参照信息对照，获取复查结果。
进一步地，所述检测单元检测癌症患者治疗结束后3个月、6个月和治疗结束后每个年度的外周血液CNV结果。
本发明的有益效果在于：
1、提供了一种通过对病人定期抽血检查即可方便诊断癌症是否复发的系统，与手术活检和穿刺活检相比无创且快捷。
2、只要血液中出现微量的肿瘤DNA，其CNV变化就会被检测到，因此本发明的癌症复发检测系统比影像检测更灵敏，可以更早提出肿瘤复发预警，对肿瘤治疗具有巨大意义。
3、本发明系统的检测单元由于对DNA测序的低深度，每个位点平均只需1x或者0.5x，所以测序费用低，而且即便是血液中含量很低的ctDNA(低至2ng)，也可以检测出，有效避免假阴性结果出现。
4、本发明的检测系统判断癌症复发的参照是癌症患者自身不同时期的CNV结果，排除了个体差异性所致误差。
附图说明
图1是本发明检测癌症复发的系统的各主要单元连接示意图；
图2是本发明实施例2采用不同测序深度得到的CNV数据结果；
图3是对实施例3的2例患者用本发明系统的检测单元测得CNV结果；
图4是对实施例3的2例患者用PCR法检测的结果。
具体实施方式
参考图1，本发明利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，包括用于采集和处理患者血液样品的采集单元，用于检测患者血液CNV结果的检测单元，用于存储检测单元CNV结果的信息存储单元，用于对CNV结果进行判别的判别单元，用于对判别结果进行处理的输出单元，所述采集单元、检测单元、信息存储单元、判别单元和输出单元依次连接。
各个单元的功能和用途阐述如下：
采集单元主要用于采集癌症患者外周血，并将其进行提取处理，获得用以检测CNV结果的ctDNA，输送到检测单元。设置于采集单元内的QIAGEN circulating DNA kit试剂盒即用于提取ctDNA。因为本发明系统的灵敏性和准确性，外周血的用量较小，约为10mL。
检测单元包括依次相连的WGA试剂盒、高通量NGS测序仪和CNV分析单元，从采集单元输送来的ctDNA用WGA试剂盒进行NGS测序建库，并用高通量NGS测序仪，比如 IlluminaNextSeq，对建库的DNA进行低深度全基因组测序，平均测序深度为1x或0.5x，产生的测序数据(BAM文件)输入到CNV分析单元进行分析，获得样本的全基因组CNV 结果。平均测序深度过高检测费用明显上升，过低则CNV质量明显下降，影响检测结果，因此本发明选择的平均测序深度为1x或0.5x。
CNV分析单元采用Nexus Copy Number和CNVKit等中的任一软件进行分析。
信息存储单元用于存储癌症患者自身的正常参照信息、第一参照信息、第二参照信息和检测信息。正常参照信息是癌症患者治疗前外周血液中单核细胞的CNV结果，第一参照信息是癌症患者接受治疗前外周血液的CNV结果，第二参照信息是癌症患者治疗结束一周时的外周血液的CNV结果，检测信息是癌症患者检查癌症是否复查时外周血液的CNV结果。
分析单元提取信息存储单元中的信息，将检测信息与正常参照信息、第一参照信息、第二参照信息进行对照，并根据对照结果出具关于癌症复发可能性的结果至输出单元。具体的分析方法为：当检测信息的CNV结果与正常参照信息和/或第二参照信息记载的CNV结果相似时，所述分析单元出具患者正常的结果，当检测信息的CNV结果与第一参照信息相似时，所述分析单元出具出具癌症可能复发结果。
检测单元检测癌症患者治疗结束后3个月、6个月和治疗结束后每个年度的外周血液 CNV结果。
本发明所述各软件、试剂盒等均按照其说明书使用。
以下通过具体实施例对本发明的发明内容做进一步的阐释，但不应理解为本发明的范围仅限于以下的实例，根据本发明的发明思路和全文内容，可以将以下实例中的各个技术特征做适当的组合/替换/调整/修改等，这对于本领域技术人员而言是显而易见的，仍属于本发明保护的范畴。
实施例1
如图1的利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，由采集单元、检测单元、信息存储单元、判别单元和输出单元依次连接构成。
使用时，由采集单元采集癌症患者约10mL外周血。采集单元的QIAGENcirculating DNA kit试剂盒提取2-1000ng的ctDNA，并输送2-10ng到检测单元。检测单元的WGA试剂盒(如ThruPLEX Plasma-Seq Kit，Rubicon Genomics)对ctDNA测序建库，对建库的 DNA在高通量NGS测序仪如Illumina NextSeq上进行低深度全基因组测序，平均测序深度 1x或0.5x，并将生产的测序数据以BAM文件格式输送到CNV分析单元进行分析，CNV分析单元的分析软件可以是Nexus Copy Number或CNVKit等，获得样本的全基因组CNV结果，并存在信息存储单元中。判别单元提取信息存储单元中癌症患者复查时检测的CNV结果，以及治疗前外周血液中单核细胞的CNV结果(正常参照)，接受治疗前外周血液的 CNV结果(第一参照信息)，治疗结束一周时的外周血液的CNV结果(第二参照信息)，并进行对比，将对比结果传输到输出单元，如果对比结果为未复发，则等待下一次复查重复上述流程，如果复发则进行其他诊断或治疗。
实施例2不同测序深度对乳腺癌ctDNA CNV结果的影响
其他操作均完全相同，将检测单元的测序深度分别设置为1x，0.5x，0.25x和0.1x，对同一乳腺癌患者取样检测，测序数据如图2所示。箭头处是含ERBB2基因的chr17q12片段的CNV重复，由图中可见，测序深度为1x或0.5x的CNV数据质量良好，0.25x的数据质量开始下降，0.1x的数据基本不可用。因此，本发明系统的检测单元，将测序深度设为1x 或0.5x，既保证了低费用又保证了质量。
实施例3准确性研究
用本发明实施例1的系统对两例乳腺癌患者(患者A和患者B)的ctDNA进行0.5x低深度全基因组测序，检测单元检测的CNV结果如图3所示。同时用qPCR法对两个患者的ctDNA进行检测，结果如图4所示。两种方法结果进行比对，CNV结果中基因的重复都在 qPCR结果中得到确认，显示出高度的一致性。
Claims (10)
1.一种利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，其特征在于，包括用于采集和处理患者血液样品的采集单元，用于检测患者血液CNV结果的检测单元，用于存储检测单元CNV结果的信息存储单元，用于对CNV结果进行判别的判别单元，用于对判别结果进行处理的输出单元，所述采集单元、检测单元、信息存储单元、判别单元和输出单元依次连接。
2.根据权利要求1所述的利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，其特征在于，所示采集单元包括ctDNA提取试剂盒，取自癌症患者的外周血在采集单元中经试剂盒提取得到ctDNA，并输送到所述检测单元中。
3.根据权利要求2所述的利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，其特征在于，所述ctDNA提取试剂盒为QIAGEN circulating DNA kit。
4.根据权利要求1所述的利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，其特征在于，所述检测单元包括依次相连的WGA剂盒、高通量NGS测序仪和CNV分析单元，从采集单元输送来的ctDNA用WGA试剂盒进行NGS测序建库，并用高通量NGS测序仪对建库的DNA进行低深度全基因组测序，产生的测序数据输入到CNV分析单元进行分析，获得样本的全基因组CNV结果。
5.根据权利要求4所述的利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，其特征在于，所述低深度全基因组测序的平均测序深度为1x或0.5x。
6.根据权利要求4所述的利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，其特征在于，所述CNV分析单元采用Nexus Copy Number或CNVKit软件进行分析。
7.根据权利要求1所述的利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，其特征在于，所述信息存储单元存储的信息包括正常参照信息、第一参照信息、第二参照信息和检测信息，所述正常参照信息为癌症患者治疗前外周血液中单核细胞的CNV结果，所述第一参照信息为癌症患者接受治疗前外周血液的CNV结果，所述第二参照信息为癌症患者治疗结束一周时的外周血液的CNV结果，所述检测信息为癌症患者复查时外周血液的CNV结果。
8.根据权利要求7所述的利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，其特征在于，所述判别单元提取信息存储单元存储的信息，将检测信息与正常参照信息、第一参照信息、第二参照信息进行对照，并根据对照结果出具关于癌症复发可能性的结果至输出单元。
9.根据权利要求8所述的利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，其特征在于，所述判别单元的判别方式为：当检测信息的CNV结果与正常参照信息和/或第二参照信息记载的CNV结果相同或相似时，所述判别单元出具患者正常的结果，当检测信息的CNV结果与第一参照信息相同或相似时，所述判别单元出具出具癌症可能复发结果。
10.根据权利要求7所述利用低深度全基因组测序检测癌症复发的系统，其特征在于，所述检测单元检测癌症患者治疗结束后3个月、6个月和治疗结束后每个年度的外周血液CNV结果。
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20181204 |
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