基準(zhǔn)醫(yī)療肺癌早診篇-基于血液的cfDNA甲基化模型PulmoSeek可精準(zhǔn)判斷肺結(jié)節(jié)良惡性，助力實(shí)現(xiàn)肺癌早診早治

近日，基準(zhǔn)醫(yī)療范建兵教授團(tuán)隊(duì)與廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院何建行教授/梁文華教授團(tuán)隊(duì)、中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院程超教授團(tuán)隊(duì)、中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院喻風(fēng)雷教授團(tuán)隊(duì)等14家參研中心在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《The Journal of Clinical Investigation》(影響因子：11.864)發(fā)表了標(biāo)題為Accurate diagnosis of pulmonary nodules using a non-invasive DNA methylation test的多中心臨床研究論文。

2020年12月15日，世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)發(fā)布了2020年全球最新癌癥數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了全球185個(gè)國(guó)家36種癌癥類型的最新發(fā)病率、死亡率情況，以及癌癥發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)據(jù)顯示，2020年全球新發(fā)癌癥1930萬(wàn)例，死亡近1000萬(wàn)例;每5人中就有1人將在其一生中患癌癥;每8名男性、每11名女性中就有1人將因癌癥而死亡，其中，肺癌仍是導(dǎo)致癌癥死亡的首要原因，約占癌癥總死亡人數(shù)的18%。

研究發(fā)現(xiàn)，肺癌的預(yù)后與診斷階段高度相關(guān)，5年總生存率從IA期的85%顯著下降到IV期的6%。這使得肺癌早篩早診成為一種挽救生命和節(jié)省醫(yī)療成本的最有利策略 。

目前，對(duì)肺結(jié)節(jié)患者的臨床管理依賴于重復(fù)的LDCT/CT掃描或侵入性檢查，但這些方式易引起誤判及過(guò)度診療，現(xiàn)階段迫切需要一種準(zhǔn)確的非侵入性檢查來(lái)識(shí)別良惡性結(jié)節(jié)從而減少非必要的侵入性檢查。

本項(xiàng)研究結(jié)果表明，基于血液的 cfDNA甲基化標(biāo)志物分類模型PulmoSeek可作為更好的檢測(cè)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)肺結(jié)節(jié)良惡性分類，顯著提升肺結(jié)節(jié)診斷準(zhǔn)確率，并為臨床診療提供更有效決策指導(dǎo)，助力肺癌早發(fā)現(xiàn)早治療。

作為肺癌早診的一個(gè)突破性進(jìn)展，基準(zhǔn)醫(yī)療已成功將甲基化檢測(cè)模型PulmoSeek升級(jí)為PulmoSeek Plus。PulmoSeek Plus 是全球首個(gè) 通過(guò)聯(lián)合外周血中肺癌特異性DNA甲基化 位點(diǎn)的甲基化水平和肺部結(jié)節(jié)CT影像學(xué)AI 分析，經(jīng)機(jī)器學(xué)習(xí)構(gòu)建出的聯(lián)合診斷模型。 我們將在近期公布PulmoSeek Plus的資訊，敬請(qǐng)留意。

以下為本項(xiàng)研究具體內(nèi)容分享：

本項(xiàng)目基于389例5-30mm肺結(jié)節(jié)陽(yáng)性患者血漿樣品，通過(guò)靶向DNA甲基化測(cè)序，開發(fā)了PulmoSeek肺結(jié)節(jié)良惡性診斷模型，并在140例血漿樣品集中進(jìn)行了獨(dú)立驗(yàn)證;與此同時(shí)，本研究還在不同病理分期、不同結(jié)節(jié)大小及不同結(jié)節(jié)類型亞組中測(cè)試了該模型的診斷性能。

1、研究工作流程

在該項(xiàng)14家中心參與的前瞻性采樣、回顧性盲法評(píng)估臨床研究(prospective-specimen collection and retrospective-blinded-evaluation，PRoBE)中，合計(jì)入組585例患者，因cfDNA提取量不足(<5ng)排除30例，因測(cè)序QC不合格排除26例。利用309例血漿樣本作為訓(xùn)練集，構(gòu)建了PulmoSeek診斷模型，并在80例血漿樣本的測(cè)試集中初步評(píng)估了該模型的診斷性能;之后，又在140例血漿樣本的獨(dú)立驗(yàn)證集中對(duì)該模型進(jìn)一步評(píng)估。本研究重點(diǎn)考察了該模型對(duì)于直徑為6-20mm且臨床上判別難度較大的結(jié)節(jié)的診斷性能。最后，將PulmoSeek模型與其他臨床常用的檢測(cè)手段進(jìn)行了比較(Figure 1)。

Figure1. Study flow of participants in the study.

2、PulmoSeek與Mayo Clinic/VA模型在5-30mm結(jié)節(jié)診斷中的性能比較

從ROC曲線可以看出PulmoSeek良好的分類性能(Figure 2)：

(A)在測(cè)試集中，PulmoSeek模型ROC曲線下面積(AUC)為0.83;在獨(dú)立驗(yàn)證集中，AUC為0.84。

(B)在獨(dú)立驗(yàn)證集中，Mayo Clinic模型的AUC為0.59，而Veteran’s Affairs(VA)模型的AUC為0.54。

(C)PulmoSeek在測(cè)試集(包含20例良性結(jié)節(jié)和60例惡性結(jié)節(jié))的混淆矩陣及模型預(yù)測(cè)分?jǐn)?shù)的分布。

(D)PulmoSeek在獨(dú)立驗(yàn)證集(包含40例良性結(jié)節(jié)和100例惡性結(jié)節(jié))的混淆矩陣及模型預(yù)測(cè)分?jǐn)?shù)的分布。

Figure2. PulmoSeek performance compared to Mayo Clinic/VA model in all nodule sizes.

3、PulmoSeek 在早期肺癌中的表現(xiàn)

以下數(shù)據(jù)基于獨(dú)立驗(yàn)證集計(jì)算得出(Figure3)：

(A)PulmoSeek在早期癌癥中的敏感性：0期為100%(n=2)，IA期為94.1%(n=85)，1B期為100%(n =5)。

(B)PulmoSeek在IA期不同亞分期的敏感性：IA1期為86.4%(n=22)，IA2期為95.0%(n=40)，1A3期為100% (n=23)。

Figure3. PulmoSeek performance in early-stage lung cancer.

4、PulmoSeek與Mayo Clinic/VA模型在6-20mm結(jié)節(jié)中的性能比較 (Figure 4)

(A)在測(cè)試集中，PulmoSeek模型AUC為0.76;在獨(dú)立驗(yàn)證集中，PulmoSeek模型AUC為0.84。

(B)在獨(dú)立驗(yàn)證集中，Mayo Clinic模型的AUC為0.60，VA模型的AUC為0.51。

(C)PulmoSeek在測(cè)試集(包含14例良性結(jié)節(jié)和43例惡性結(jié)節(jié))的混淆矩陣以及模型預(yù)測(cè)分?jǐn)?shù)的分布。

(D)PulmoSeek在獨(dú)立驗(yàn)證集(包含30例良性結(jié)節(jié)和73例惡性結(jié)節(jié))的混淆矩陣以及模型預(yù)測(cè)分?jǐn)?shù)的分布。

Figure 4. PulmoSeek performance compared to Mayo Clinic/VA model in 6-20mm nodule sizes.

5、PulmoSeek與PET-CT在不同類型結(jié)節(jié)中的性能比較

該圖(Figure 5)顯示了獨(dú)立驗(yàn)證集中包含PET-CT診斷記錄的每個(gè)患者分別基于PulmoSeek(盒形)和PET-CT(菱形)的診斷結(jié)果。綠色表示樣品診斷正確，紅色表示不正確。PulmoSeek正確識(shí)別了實(shí)性結(jié)節(jié)亞型中的8/10例，部分實(shí)性結(jié)節(jié)亞型中的9/11例，磨玻璃結(jié)節(jié)亞型中的5/5例。PET-CT正確地識(shí)別了實(shí)性結(jié)節(jié)亞型中的6/10例，部分實(shí)性結(jié)節(jié)亞型中的7/11例，磨玻璃結(jié)節(jié)亞型中的0/5例。

Figure 5. PulmoSeek performance in different nodule types and comparison to PET-CT.

本研究通過(guò)將深度學(xué)習(xí)以及傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法相結(jié)合，成功開發(fā)出一個(gè)具有100個(gè)甲基化標(biāo)志物的模型PulmoSeek，并對(duì)其進(jìn)行了多維度驗(yàn)證：該模型在140個(gè)獨(dú)立驗(yàn)證樣本上的ROC-AUC為0.843，準(zhǔn)確率為0.800。該模型在多個(gè)方面的評(píng)價(jià)中均表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合診斷性能 ：1)在6-20mm大小的結(jié)節(jié)亞組(N=100)中，當(dāng)發(fā)病率為10%時(shí)，模型靈敏度為1.000，NPV為1.000;2)在I期肺癌樣本中(N=90)，敏感性為0.971;3)在不同的結(jié)節(jié)類型中模型表現(xiàn)同樣穩(wěn)定：當(dāng)發(fā)病率為10%時(shí)，對(duì)于實(shí)性結(jié)節(jié)亞型(N = 78)，靈敏度為1.000，矯正后NPV為1.000;對(duì)于部分實(shí)性結(jié)節(jié)亞型(N=75)，靈敏度為0.947，矯正后NPV為0.983;對(duì)于純磨玻璃結(jié)節(jié)(N=67)，靈敏度為0.964，矯正后NPV為0.989。通過(guò)比較分析發(fā)現(xiàn)，在區(qū)分惡性肺結(jié)節(jié)與良性肺結(jié)節(jié)方面，PulmoSeek模型優(yōu)于PET-CT及兩種臨床常用的肺結(jié)節(jié)評(píng)估模型（Mayo Clinic和Veterans Affairs）。

特別鳴謝 14家參研中心及團(tuán)隊(duì)：（排名不分先后）

廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，何建行教授/梁文華教授團(tuán)隊(duì);

中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院，程超教授團(tuán)隊(duì);

中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院，喻風(fēng)雷教授團(tuán)隊(duì);

中南大學(xué)湘雅醫(yī)院，張春芳教授團(tuán)隊(duì);

四川大學(xué)華西醫(yī)院，劉倫旭教授團(tuán)隊(duì);

山東大學(xué)齊魯醫(yī)院，田輝教授團(tuán)隊(duì);

南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院，蔡開燦教授團(tuán)隊(duì);

南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院，劉翔教授團(tuán)隊(duì);

深圳市人民醫(yī)院，王正教授團(tuán)隊(duì);

安徽省胸科醫(yī)院，徐寧教授團(tuán)隊(duì);

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院，崔鍵教授團(tuán)隊(duì);

江蘇省人民醫(yī)院，陳亮教授團(tuán)隊(duì);

北京腫瘤醫(yī)院，楊躍教授團(tuán)隊(duì);

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院，支修益教授團(tuán)隊(duì)。

關(guān)于基準(zhǔn)醫(yī)療 AnchorDx

引領(lǐng)精準(zhǔn)醫(yī)療，造福千家萬(wàn)戶。

基準(zhǔn)醫(yī)療成立于2015年，由基因技術(shù)領(lǐng)域的世界級(jí)團(tuán)隊(duì)領(lǐng)軍，是一家國(guó)際領(lǐng)先的采用甲基化高通量測(cè)序進(jìn)行癌癥早篩早診產(chǎn)品開發(fā)的公司。

基準(zhǔn)醫(yī)療是國(guó)內(nèi)首家將DNA甲基化高通量測(cè)序技術(shù)用于腫瘤診斷的公司，并自主打造了國(guó)內(nèi)最大早期癌癥甲基化數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，基準(zhǔn)醫(yī)療還自建有以肺癌早篩早診和治療為中心的動(dòng)態(tài)大數(shù)據(jù)和人工智能平臺(tái)。

自創(chuàng)立以來(lái)，基準(zhǔn)醫(yī)療一直致力于自主開發(fā)有真正臨床價(jià)值的癌癥早篩早診產(chǎn)品，產(chǎn)品管線覆蓋了包括肺癌、乳腺癌、消化道癌和泌尿系統(tǒng)癌 在內(nèi)的超過(guò)70%高發(fā)癌種的單癌種、多癌種和泛癌種 早篩早診產(chǎn)品。

目前基準(zhǔn)醫(yī)療已上市的兩款產(chǎn)品，肺結(jié)節(jié)良惡性診斷 PulmoSeek（已升級(jí)為PulmoSeek Plus） 與膀胱癌早檢 UriFind ，相關(guān)檢測(cè)技術(shù)均被國(guó)際重要醫(yī)學(xué)期刊收錄。未來(lái)，基準(zhǔn)醫(yī)療將以持續(xù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)力，開發(fā)更多國(guó)際領(lǐng)先早檢技術(shù)和產(chǎn)品，成為全球癌癥早診早篩影響力企業(yè)。

(新媒體責(zé)編：syhz0808)