PNAS发布无创产前及疾病诊断新方法

　　

生物通报道  近年来的研究表明，在人体血液中循环的一些微小DNA片段可让科学家们监测癌症的生长，甚至窥视到发育胎儿的基因序列。然而分离并测序这些少量的遗传物质却很少能够了解到DNA如何被利用来生成大量令人眼花缭乱的细胞、组织以及生物过程，由此定义我们的身体和生活相关的信息。

现在，来自斯坦福大学的研究人员超越血液中DNA序列所传递的静态信息，通过监测血液中另一种遗传物质——RNA的水平改变生成了更为动态的图像。

生物工程系和应用物理学教授Stephen Quake博士说：“我们将这一技术视作是一种‘分子听诊器’。它广泛适用于对任何的组织进行分析。并且具有许多潜在的实际应用。我们可以利用它来发现妊娠中出现的问题，例如先兆子痫或早产迹象。我们还希望利用它来追踪各种器官一般的健康问题。”

Quake和同事们结合高通量微阵列方法及下一代测序，分析了孕妇、健康志愿者和阿尔茨海默氏症患者血液中的RNA序列及相对水平。通过将焦点放在某些RNA信息上——编码出了已知只在某些组织中生成的蛋白质，他们追踪了全身一些特定器官的发育或健康状况。相关研究发表在在5月5日的《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

除了少数的例外，你身体中的每个细胞均共享你的基因组。特定的组织和器官是通过从基因组成千上万的基因中选择性地表达某些基因亚群而形成。这种基因表达部分是通过叫做信使RNAs的分子来完成，它们将编码在基因中的一些指令带到细胞的蛋白质制造工厂。蛋白质转而完成细胞中大部分的工作。

每个细胞中的某些特殊的蛋白和调控分子控制了所表达的基因，它们表达的时间以及每种RNA信息的生成数量。因此，各种组织、生物和环境条件之间信使RNA的特定序列存在很大的差异。

几十年前人们就已知道血液中包含有全身死亡或损伤细胞释放的少量游离DNA和RNA。这种细胞死亡往往代表了自然的细胞更新；但有时候它是某些疾病过程的结果。由于其非常的稀少，直到最近分析这一遗传物质都是件困难的事情。

一些新的测序技术能够处理非常微量的遗传物质，它们开阔了世界各地研究人员的视野。然而，大多数的努力都将焦点放在分析血液中的DNA上，确定它的序列或是比较某些染色体的相对数量。通过寻找存在于患者基因组中的某些特异突变，这些技术可应用于癌症诊断。

Quake实验室曾率先开发了一种方法，借助这种方法临床医生能够确定胎儿是否有可能罹患唐氏综合症一类的常染色体拷贝数异常的疾病。据估计在2013年，有超过50万孕妇利用Quake的非侵袭性产前检测了解了关于她们胎儿的健康信息（延伸阅读：无创产前诊断：如何做？做还是不做？）。

追踪胎儿组织发展

在新研究中，研究人员利用Quake从前开发的一项技术确定了孕妇中的哪些循环RNA分子有可能来自于胎儿，哪些来自于她自身的器官。他们发现在妊娠的三个孕期只需随时间分析来自孕妇的血液样本，他们就能够追踪一些特定组织包括胎脑和胎肝以及胎盘的发育。

Quake和同事们认为，这一技术还可以广泛用作诊断工具，甚至在出现明显的临床症状之前检测出来自病变器官的呼救信号。尤其，他们发现他们可以检测出相比健康参与者，阿尔茨海默氏症患者一些神经元特异性的RNA信息水平增高。

除了检测信使RNA水平，研究人员还能够检测有可能在细胞中起重要调控作用的其他RNA类型，例如长链非编码RNA和环状RNA。进一步分析这些分子有可能会生成另外一些有关健康和疾病的见解。

Quak说：“我们不只是检测基因序列，而是真正地分析和了解了基因的活性模式。了解血液中的基因DNA序列证实在如癌症、妊娠和器官移植等某些特殊情况下有用。分析RNA则可以更广泛的视角了解任何时候身体中正在发生的事情。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Noninvasive in vivo monitoring of tissue-specific global gene expression in humans

Circulating cell-free RNA in the blood provides a potential window into the health, phenotype, and developmental programs of a variety of human organs. We used high-throughput methods of RNA analysis such as microarrays and next-generation sequencing to characterize the global landscape circulating RNA in a cohort of human subjects. By focusing on genes whose expression is highly specific to certain tissues, we were able to identify the relative contributions of these tissues to circulating RNA and to monitor changes in tissue development and health……