[发明专利]基于游离DNA的基因组癌变信息检测系统和检测方法

说明书

本申请提供了基于游离DNA并且尤其是血浆游离DNA的基因组癌变信息检测系统以及检测方法，所述系统包括文库构建装置，通过利用酶使待测样品中游离DNA中的5‑甲基胞嘧啶（5‑mC）转化为5‑甲酰胞嘧啶（5‑fC）和5‑羧基胞嘧啶（5‑caC），非甲基化胞嘧啶（C）转化为尿嘧啶（U），测序装置，和信息分析装置，该信息分析装置可分析基因组的甲基化密度、片段长度分布、片段5’末端基序和/或染色体稳定性。通过该系统和方法，可以同时实现多种癌症的早期、灵敏、准确检测和筛查。

技术领域

本发明涉及基因组癌变信息检测领域，尤其涉及一种基于游离DNA的基因组癌变信息检测系统和检测方法。

背景技术

癌症的早筛、早诊可以为及时治疗提供可能，从而降低癌症的死亡率。传统的肿瘤诊断技术主要为影像学检查，例如胃镜、结肠镜检查，作为侵入性检测手段可能会对患者造成创伤，且检测灵敏度受限于肿瘤发展阶段，只能发现直径1 cm以上的肿瘤病灶，发现时基本到了中晚期。病理学组织活检是癌症诊断的金标准，但检取样困难，且由于肿瘤的异质性往往难以做到取样完全，不利于诊断分型，又容易导致并发症。液体活检技术，特别是基于检测血浆中的游离DNA（cell-free DNA，cfDNA）中肿瘤来源的游离肿瘤DNA（circulatingtumor DNA, ctDNA）的生物标志物信号的检测技术，近年来作为一种非侵入性肿瘤检测手段被广泛应用于肿瘤诊断、病情追踪、复发监测等。相比较于传统影像学方法，液体活检技术对于早期肿瘤有更高的检测灵敏度，且可以实现对多癌种的同时检测，具有作为一种针对普通人群的常规癌症筛查手段的潜力。

ctDNA来源于坏死的、凋亡的、循环中的肿瘤细胞以及肿瘤细胞分泌的外排体，携带着肿瘤细胞的遗传和表观遗传特征。DNA甲基化是真核细胞中的重要表观修饰方式，即在DNA甲基化转移酶（DNA methyltransferases, DNMTs）的作用下使CpG岛的胞嘧啶（cytosine）转变为5’-甲基胞嘧啶（5-mC）。DNA甲基化状态的改变是肿瘤发生、发展过程中的标志性事件之一，在肿瘤早期便在基因组广泛发生。人类基因启动子区的CpG岛在癌症中常发生高甲基化现象，可能会沉默某些抑癌基因的表达；同时癌症基因组常呈现大范围的去甲基化状态，可能会导致重复序列区域的激活或者染色体重排。

通过检测血浆cfDNA甲基化状态的改变可以灵敏的检测微弱的ctDNA信号。人类基因组大于3G，出于测序成本的考虑，目标区域捕获测序是目前最常用的甲基化检测手段，但是其性能受限于对癌种特异性目标区域的筛选，需要前期对癌症和匹配的癌旁组织进行高深度全基因组甲基化测序分析来选择差异甲基化位点。因而，该技术路径的一大瓶颈为各癌种高质量组织样本的获得，且差异甲基化位点的筛选和验证过程较为繁琐。

除了甲基化状态的改变，癌症病人的cfDNA的片段化特征，包括全基因组各区域不同长度的片段的比例、片段末端序列等，也呈现出与健康人的差异，近年来作为另一种灵敏的ctDNA的表观遗传生物标志物被广泛开发用于多个癌种的检测（“片段组学”）。此外，拷贝数变异（copy number variation，CNV）是各种癌症中常见的遗传特征改变，也被广泛应用于对ctDNA信号的检测。

传统的甲基化测序技术利用重亚硫酸盐将非甲基化的胞嘧啶（C）脱氨转变成尿嘧啶（U），该反应的高温和高pH环境会引起DNA分子的严重降解，从而丢失原始的DNA片段特征。

发明内容

仍然需要开发针对基于游离DNA构建的单个测序文库能够同时分析包括甲基化、片段化特征、拷贝数变异等特征，能够更准确、更灵敏、更廉价、更简便地检测基因组癌变信息的系统和方法，同时用于多种癌症的早期、灵敏、准确筛查。