血液中的游离DNA——未来的“分子听诊器”

除了红细胞、白细胞和各种激素，每一滴血液中还含有微量的DNA，它们来自身体内死去的细胞。近几年，测序技术的飞速发展催生了所谓的游离DNA（cfDNA）检测。其中，大家最熟悉的莫过于无创产前检测。当然，应用还远不止这些。

加州大学圣地亚哥分校的Kun Zhang教授表示：“当细胞因各种原因死亡时，它们会将DNA释放到血液中。如果你能够识别它们来自哪里，就有可能检测身体不同部位的损伤。”cfDNA检测只需要简单的抽血，因此它有望大大提高临床医生诊断各种疾病的能力。用一位研究人员的话说，cfDNA有望成为终极的“分子听诊器”，从而开创一种全新的行医模式。

cfDNA测序的第一个商业化应用于2011年推出。它通过检测母体血液中胎儿的DNA片段来筛查常见的染色体疾病，如唐氏综合征（21三体）等。这些母体血液检测正在快速取代那些准确程度不太高的检测程序，如超声波检测加血液分析。

最近，研究人员又开始利用cfDNA来开发液体活检，也就是分析肿瘤的遗传组成，或寻找癌症复发的证据。肿瘤在生长和分裂时常常将DNA释放到血液中，并且它们往往充满突变，这就使得肿瘤DNA与正常DNA明显不同。首个液体活检的检测在三年前才推出，目前还不属于常规保健的一部分，但这个领域正在快速地发展。

研究人员还用类似的cfDNA方法对新移植的器官进行检测。目前，移植医生通过反复活检来检查移植器官的健康，这不仅昂贵，也是侵入性的。在移植后，来自新器官的少量供体DNA开始进入血液循环。如果宿主的免疫系统攻击外来器官，那么随着越来越多的外来细胞死亡，供体DNA的比例会增加。CareDx公司目前已经推出一项针对肾移植患者的检测。

也许，这些还仅仅是开始。研究人员正在探索是否能利用DNA片段来发现慢性感染，或在症状出现之前检测出疾病。从技术上说，这是可行的。真正的问题在于它是否有效、低成本且容易实现。斯坦福大学的Stephen Quake等人开始探索能否可靠地判断感染，这无异于大海捞针。病毒或其他病原体的DNA也许只占十万分之一，甚至更低。

研究人员通过降低血液样本中的人类DNA来提高信号。他们创办的公司Karius在今年早些时候推出了一项检测，可鉴定住院患者的细菌、真菌、病毒或寄生虫。对于活检困难、不明感染或太过虚弱的人来说，这种方法特别有用。

当然，cfDNA检测要想兑现最终的承诺——监控身体任何部位的功能——必须有一个对象。对于怀孕、癌症和感染而言，它都有一个单独的基因组可分析（分别来自胎儿、肿瘤或感染源）。对于其他疾病，研究人员首先需要解决一个棘手的问题：确定DNA来自哪个组织或器官。测序在这里并不能起多大作用，因为所有细胞的基因组基本相同。

一个解决办法是检测甲基化。在不同器官之间，甚至同一器官的不同细胞类型之间，它们有着不同的模式。Kun Zhang的研究小组绘制了全身的甲基化图谱，这样就可以根据其特征模式来追踪DNA片段的起源。

华盛顿大学的遗传学家Jay Shendure将cfDNA称为未来200年的“分子听诊器”，并开发了一种替代方法来追踪cfDNA的起源。在不同组织中，DNA包装压缩的方式有所不同。因此，当细胞死亡时，DNA被切断的方式也各异。比如，心肌cfDNA与脑细胞cfDNA的长度就不同。在最近一项研究中，他们就利用这种模式来确定五名癌症患者的肿瘤来源。

未来，适合游离DNA检测的疾病还包括中风和自身免疫性疾病，如红斑狼疮。不过，看到信号也并不意味着是一项好的检测。除了准确，检测还必须是经济且实用的，这可能需要大量的微调和改造。总之，通过这小小一管血，我们未来有机会更好地监控健康状况。