Cancer Discovery | 突破性液体活检技术CSF-BAM：用脑脊液精准诊断脑瘤，告别开颅活检

撰文| Qi

脑癌是一类异质性很强但极具侵袭性的肿瘤 ，大致可分为原发性和转移性两类。 胶质母细胞瘤和髓母细胞瘤分别是成人和儿童中最常见的原发性脑癌类型 ， 肺癌、乳腺癌、结肠癌、黑色素瘤和肾癌是脑转移瘤最常见的原发癌类型。 目前，脑瘤的诊断 “ 金标准 ” 仍然是神经外科活检 ， 一种侵入性强、风险高且费用昂贵的手术 ， 患者需要全身麻醉，住院治疗，并面临 5–10% 的神经功能损伤风险、 1% 的严重出血风险 等，且 由于仅能获取极小部分组织，活 检结 果可能因取样偏差而误导诊断【1-3】。对于某些特定类型，如中枢神经系统淋巴瘤或软脑膜转移瘤（ Leptomeningeal Disease, LMD ），医生有时会采用脑脊液（ Cerebrospinal Fluid, CSF ）细胞学检查。然而，该方法的敏感性极低，约有四分之一的 LMD 患者尽管影像学或临床表现支持诊断，细胞学结果却为阴性【4, 5】。

近年来，随着液体活检技术的发展，尤其是基于血液的循环肿瘤 DNA （ ctDNA ）检测已在多种癌症中显示出巨大潜力 ， 但 由于血脑屏障的存在，血液中的 ctDNA 对于脑瘤的检测敏感性非常有限。相比之下，脑脊液直接与中枢神经系统接触，其中富含肿瘤释放的 DNA 、免疫细胞等生物标志物，成为理想的液体活检样本。

近日，来自约翰斯·霍普金斯大学医学院的ChetanBettegowda团队在Cancer Discovery杂志上发表了一篇题为Detection of human brain cancers using genomic and immune cell characterization of cerebrospinal fluid through CSF-BAM的文章，他们开发了一种集成多组学分析的“CSF-BAM”活检技术，能够同时从同一份脑脊液DNA样本中检测B细胞或T细胞受体重排、非整倍体以及突变，在训练集和验证集中分别建立了检测阈值，并在206份脑脊液样本中进行了验证，结果证实该技术具有高敏感性、特异性，在多数细胞学阴性或不确定的样本中仍能检出肿瘤。此外，该技术还能提供免疫微环境信息，对自身免疫性疾病、感染性疾病等非肿瘤性中枢神经系统疾病也具有潜在诊断价值。

CSF-BAM 的核心在于其 “ 一库三检 ” 的工作流程 ， 简而言之，从 CSF 样本 中提 取 DNA 后， 对先前开发的 SaferSeqS 建库方法进行优化，使其能高效地将原始 DNA 模板转换为带唯一分子标识符 （ UID ） 的测序文库，并保留 Watson 和 Crick 双链信息 ， 这种设计极大提高了低频突变的检测准确性【6, 7】。 该库包含每个原始模板的约 200 个拷贝，用于 BCR/TCR 克隆分析 （ B 组件 ）、 非整倍性分析（ A 组件）和 体细胞突变检测 （ M 组件 ）。 就 B 组件而言，他们 通过仅针对 BCR 和 TCR 的 J 区段设计引物（ 4 条用于 B 细胞， 13 条用于 T 细胞），阳性标准 为 总 UID 数 ≥ 20 ，且最高克隆占比 ≥ 30% 。通过全基因组低深度测序 （ A 组件 ） ， 他们 使用改进版 ichorCNA 算法分析 34 条染色体臂的拷贝数变异 ， 阳性标准 为 超过 1 条臂异常，或预测肿瘤分数 >1.5% 。 M 组件 能够识别出细微的体细胞突变，例如单碱基替换（ SBS ）或小的插入或缺失（ indels ） ， 他们采用 120 个基本能覆盖脑瘤常见突变基因的引物， 通过双链验证 来 确保超高特异性 ， 阳性标准 为 至少 2 个突变分子，且突变位于 COSMIC 数据库常见位点（ TERT 启动子除外，只需 1 个分子）。

图 1. CSF-BAM 概述：能同时检测 B 细胞或 T 细胞受体重排、非整倍体以及突变。

该团队 对 222 名患者的 239 份脑脊液样本进行了评估 ， 在 33 份 非癌症对照组 样本中 无一例在 B 、 A 、 M 任一组件中阳性 ， 特异性 100% 。 在 81 分 高级别胶质瘤患者样本 中， 62 份样本在至少一项指标上呈阳性，灵敏度为 77% ， 67% 通过非整倍性检出， 54% 通过突变检出 ， 7 例仅通过突变检出，说明多平台互补的重要性。 在 21 份 髓母细胞瘤 样本中， 90% 的样本阳性 ， 81% 通过非整倍性检出， 19% 通过突变检出。 在 25 份 脑转移瘤 样本中， 92% 的样本阳性 ， 85% 通过非整倍性检出， 71% 通过突变检出 ， 在 79 份 其他脑瘤类型 中， 总体敏感性 42% ，其中非整倍性检出占 35% ，突变检出占 13% 。 此外， 与细胞学对比 ， 该平台具有 显著优势 ， 在 53 例同时有细胞学结果的样本中 ， CSF-BAM 检出 24 例细胞学阴性 / 不确定的癌症 ， 仅 1 例细胞学阳性样本未被 CSF-BAM 检出 ， 而 4 例细胞学 “ 可疑 ” 样本中， 3 例被 CSF-BAM 明确为阳性。

随后，该团队 比较了所有有临床数据的癌症患者的样本 ， 以磁共振成像对比增强作为肿瘤标志物，位于脑脊液空间（脑池、脑室或皮质表面）附近的肿瘤比那些不位于脑脊液空间附近的肿瘤更有可能通过脑脊液生物标志物检测呈阳性。同样，以磁共振成像 T2 信号作为肿瘤标志物，毗邻脑脊液空间的肿瘤也更有可能通过 CSF-BAM 检测呈阳性 ， 提示 肿瘤与 CSF 接触情况 会 影响检出率 。

最后，他们 重点介绍了三个病例，这些病例展示了 CSF-BAM 的潜在临床适用性。 第一个病例 GLIA793 是一名患有 3 级少突胶质细胞瘤的患者的样本，患者 MRI 显示增强灶增大，疑似复发 ， CSF-BAM 结果为阴性，手术病理证实为治疗后改变（假性进展），避免不必要的二次手术。 第二个病例 是 GLIA 914 ，一名乳腺癌转移至脑部并怀疑有软脑膜疾病（ LMD ）的患者 ， 该患者在 12 个月内进行了超过五次腰椎穿刺，多次细胞学检查阴性， 而 CSF-BAM 明确检出肿瘤 DNA （肿瘤分数约 40% ），实现早期干预。 第三个病例 GLIA 886 ，该病例源自一名患有脊髓神经胶质瘤的患者 ， CSF-BAM 在其 CSF 中检出 BRAF V600E 突变，为靶向治疗提供依据。

综上， CSF-BAM 技术标志着脑瘤液体活检进入多组学、高灵敏度、高特异性的新时代。其三大优势在于 ： 1 ） 全面性 ， 能 同时检测遗传变异与免疫克隆，提供多维诊断信息； 2 ） 高灵敏度 ， 尤其在常见恶性脑瘤中超过 80% ，显著优于细胞学； 3 ） 临床适用性强 ， 仅需少量 CSF ，一周内可完成全部检测，适合推广 。 未来可以进一步 开展前瞻性研究，验证其在疗效监测、复发预警中的价值。

https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-24-1788

制版人：十一

参考文献

1. Malone, H. et al. Complications Following Stereotactic Needle Biopsy of Intracranial Tumors.WorldNeurosurg. 84, 1084 – 1089 (2015).

2. Pasternak, K. A. et al. Evaluation of 311 contemporary cases of stereotactic biopsies in patients with neoplastic and non-neoplastic lesions-diagnostic yield and management of non-diagnostic cases.Neurosurg. Rev.44, 2597 – 2609 (2021).

3. Katzendobler , S. et al. Diagnostic Yield and Complication Rate of Stereotactic Biopsies in Precision Medicine of Gliomas.Front. Neurol.13, 822362 (2022).

4. Rahimi, J. & Woehrer , A. Overview of cerebrospinal fluid cytology.Handb. Clin. Neurol.145, 563 – 571 (2017).

5. Morell, A. A. et al. Diagnosis of primary central nervous system lymphoma: a systematic review of the utility of CSF screening and the role of early brain biopsy.Neuro-Oncol.Pract.6, 415 – 423 (2019).

6. Cohen, J. D. et al. Detection of low-frequency DNA variants by targeted sequencing of the Watson and Crick strands. Nat. Biotechnol . 39, 1220 – 1227 (2021). 7. Kinde, I., Wu, J., Papadopoulos, N., Kinzler , K. W. & Vogelstein, B. Detection and quantification of rare mutations with massively parallel sequencing.Proc. Natl. Acad. Sci.108, 9530 – 9535 (2011).

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