液体活检致力于基于体液中的游离肿瘤细胞、游离肿瘤DNA及外泌体等检测恶性肿瘤，其中尤以可无创获得的血液、尿液等检测最受青睐。临床上恶性肿瘤诊断的金标准是组织病理学，通过组织活检形成诊断，但仅依靠液体活检目前尚无法形成准确有效的恶性肿瘤诊断。相比于分子标志物，体液中完整的肿瘤细胞无疑是肿瘤存在的高级别证据，但如何明确一个细胞确为肿瘤细胞，即准确判定细胞的良恶性是生物学上尚未解决的问题。细胞病理学虽能根据细胞形态学特征来鉴定恶性细胞，但其灵敏度有限，也无法对任意给定的细胞做出准确的良恶性鉴定。肿瘤细胞作为基本的生物学单位目前缺乏分子层面上的定量鉴别标准。

基本物理量在过去的二十年中经历了重新定义，其趋势是从实物标度演化为自然标度，从宏观定义进入微观定义，如千克的定义从最初的“国际千克原器”演变为了“对应普朗克常数为6.62607015×10⁻³⁴J·s时的质量单位，而秒的定义演变为了“铯133 原子基态的两个超精细能级间跃迁对应辐射的 9,192,631,770 个周期的持续时间”，等等。因此，从分子层面上探索体液中游离肿瘤细胞的定量判定标准将有助于将液体活检上升成为具有诊断价值的检测工具。

2022年1月25日，我院施奇惠课题组联合上海市第一人民医院刘海涛团队与苏州大学附属第一医院赵晓俊团队，合作在Analytical Chemistry上发表论文“Single-cell genomics-based molecular algorithm for early cancer detection”，建立了体液中恶性细胞的定量分子检测标准用于癌症早期诊断。

 早在2013年，白凡/谢晓亮/王洁团队就发现肺癌患者外周血中的循环肿瘤细胞具有非常类似的基因组拷贝数变异谱（PNAS 2013, 110, 21083–21088）。此后施奇惠团队也在其研究中发现血液（PNAS 2021, 118, e2012228118）、尿液（Anal Chem 2020, 92, 16284）、胸腔积液（Clin Chem 2022; Nat Commun 2019, 3856）、脑脊液中的游离肿瘤细胞均具有基本一致的拷贝数变异谱，并与肿瘤组织也基本一致。基因拷贝数变异在恶性肿瘤中广泛存在，且相对于体细胞突变，拷贝数变异尤其是基因组大范围拷贝数变异较少出现于正常组织中（Nature 2021, 597, 398）。同时，拷贝数变异也是造成出生缺陷的第二大类遗传因素。

当一个细胞的拷贝数变异谱与肿瘤组织一致时，毫无疑问该细胞即为肿瘤细胞。但液体活检本身就是为了替代组织活检的，因此当没有组织测序结果作为参照时，作者提出通过多个细胞具有一致的拷贝数变异谱来判定细胞恶性。随后，作者通过大量明确良性和明确恶性的细胞组成训练集建立了一个定量的分子算法。这一算法首先通过计算单细胞拷贝数变异负荷鉴定“非正常细胞”，然后计算不同非正常细胞间拷贝数变异一致性系数来鉴定具有一致拷贝数变异谱的非正常细胞，如果这样的非正常细胞多于1个，即可判定为恶性细胞。作者量这一分子算法在临床肿瘤组织消化成的单细胞、体液中的肿瘤细胞中进行了大量的验证。

由于尿液与尿路上皮肿瘤直接接触，其肿瘤细胞可能在早期即脱落至尿液而被检测到，而此时往往影像学尚无法发现或提示为恶性肿瘤。这一论文展示了如何通过灵敏的标志物（即作者此前所报道的己糖激酶2）在尿液中发现疑似的肿瘤细胞并通过单细胞测序及上述分子算法确认其确为肿瘤细胞，进而在早期形成尿路上皮癌的诊断。这一诊断可被对患者的随访所证实，尤其是组织测序的结果确与单细胞测序结果一致。这一方法未来有潜力成为基于体液早期诊断恶性肿瘤或其复发的通用方法。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.1c04968