赋能科研丨华大智造MGISEQ‐2000高通量测序仪助力国家癌症中心/中国医学科学院肿瘤医院张智慧团队新研究

5月8日，国家癌症中心/中国医学科学院肿瘤医院病理科张智慧教授团队在中华病理学杂志上发表论文，题为《基于肿瘤细胞糖代谢和单细胞测序分析尿液脱落细胞在尿路上皮癌诊断中的价值》，介绍了一种基于肿瘤细胞代谢异常的特征，结合单细胞测序技术在尿路上皮癌诊断中的应用。

研究结果表明，利用细胞糖代谢标志物HK2检测尿路上皮癌的灵敏度明显高于细胞学，两种方法联合后灵敏度提高至91.1%。HK2检测还为长期诊断困难的上尿路上皮癌提供了一种新思路，对上尿路上皮癌诊断灵敏度明显高于细胞学。此外，HK2较细胞学而言在早期及低级别尿路上皮癌中也展现出更高灵敏度。

HK2检测可辅助细胞学提高尿路上皮癌诊断的灵敏度，首次从能量代谢角度为上尿路上皮癌、早期及低级别尿路上皮癌诊断提供了一种全新可靠的手段。同时，本研究对代谢异常细胞行单细胞测序，初步揭示了单细胞基因组测序在尿液标本中的可行性，有望未来从基因层面提高HK2检测的特异性。

中华病理学杂志官网截图

尿路上皮癌（urothelial carcinoma，UC）可发生于从肾盂到外尿道口泌尿系统任何部位。近年来，在男性常见的恶性肿瘤中尿路上皮癌占第4位。上尿路包括从肾盂到输尿管，60%的上尿路上皮癌在初诊时即为浸润性癌，而膀胱尿路上皮癌（urinary bladder urothelial carcinoma，UBC）中初诊为浸润性癌者仅占15%~25%。据美国癌症协会统计，非浸润性尿路上皮癌（Tis+Ta期）5年生存率达96%；当出现浸润（T1~T3期）和转移时5年生存率下降为70%和38%。可见，早期发现和早期诊断对提高生存率至关重要。

膀胱镜能发现80%的下尿路上皮癌，但对于平坦型病变和原位癌容易漏诊，漏诊比例约占20%。输尿管镜能发现上尿路上皮癌，但基于肿瘤播散学说，一些研究结果证实术前行输尿管镜会增加患者术后膀胱内复发的风险。此外内窥镜检查具有创伤性，患者依从性差。尿液脱落细胞学因其无创、方便、能反映整个尿路系统的病变且具有较高的特异性（80%~95%）等优势，成为尿路上皮癌常规检查方法之一，但灵敏度低（20%~50%），一定程度上降低了诊断价值。因此探索准确、无创的早期诊断方法尤为重要。

肿瘤细胞高度依赖有氧糖酵解作为其能量代谢方式，这一效应被称为 Warburg 效应。HK（hexokinase，己糖激酶）是有氧糖酵解代谢中第一个限速酶，HK2（己糖激酶2）是HK家族中最活跃的同工酶，HK2在多数成体细胞中表达量极低，但在各种肿瘤细胞中大量表达，因此是一个广谱的肿瘤标志物。

张智慧教授团队开展的一项前瞻性研究，对265例疑似尿路上皮癌或尿路上皮癌术后复查患者的合格尿液标本分别采用HK2检测及细胞学检查，结果显示两种方法诊断的阳性符合率为90.3%（95%CI：82.9%~94.8%），总符合率达81.1%（95%CI：76.0%~85.4%）。进一步对232例有完整临床资料及明确临床诊断的病例分析得出，HK2检测的灵敏度为85.2%（95%CI：77.8%~90.5%），特异度为85.6%（95%CI：76.6%~91.6%），阳性预测值为89.1%（95%CI：82.2%~93.7%），阴性预测值为80.6%（95%CI：71.4%~87.5%）；HK2检测相较于细胞学可明显提高尿路上皮癌诊断的灵敏度（85.2%比75.6%，P=0.024）；但特异度不及细胞学检测（85.6%比96.9%，P=0.007）。两种方法联合后，对尿路上皮癌诊断的灵敏度可以提高到91.1%（95%CI：84.7%~95.1%）。

图片说明：典型病例的HK2和细胞学结果示意图，经组织病理（右上，HE中倍放大）证实为肾盂高级别浸润性UC患者的HK2检测异常（左）及细胞学未见癌细胞（右下，巴氏染色高倍放大）

对96例有明确分期、分级的病例进行分层分析，结果显示，HK2检测对上尿路上皮癌诊断的灵敏度高于细胞学（81.8%比65.5%，P=0.022），对于低级别和非浸润性（Ta、Tis）尿路上皮癌，HK2检测灵敏度均明显高于细胞学检查（69.6%比47.8%，82.6%比69.5%）。

此外，对10例HK2阳性的样本进行单细胞基因组测序与拷贝数变异分析，8例组织学确认的尿路上皮癌病例中均可检测到多个细胞具有显著且一致的CNV特征，而不同病例间CNV谱存在异质性；另2例良性病变的患者所有测序细胞均未发现拷贝数变异。因此，单细胞测序能排除HK2的假阳性，尿液中多个单细胞具有一致性的大片段CNV可以作为细胞恶性的明确证据，从而辅助癌症的诊断。

图片说明：恶性肿瘤细胞（4A-4H）和非恶性肿瘤细胞（5A-5B）拷贝数变异（CNV）图谱

由于尿液样本中癌细胞数量少、细胞异型性不明显、受大量炎性细胞、细菌等干扰，因此细胞学容易出现漏诊。但HK2检测不受限于肿瘤细胞形态学，同时仪器自动阅片也不容易遗漏癌细胞。

此外，HK2作为一种泛癌种的肿瘤标志物，能标记出肉眼难以识别或形态不典型的恶性肿瘤细胞，具有辅助细胞学诊断的广阔前景，未来有望应用于任何体液样本（如胸腹腔积液、脑脊液等），为诊断提供有力证据。

另外，此研究中所使用的MGICare染色体拷贝数变异检测试剂和MGICare测序反应试剂盒以及高通量测序仪MGISEQ‐2000均来源于深圳华大智造科技股份有限公司。MGISEQ-2000高通量测序平台能够极大地降低测序成本，同时得益于华大智造的DNBSEQ非线性扩增技术，MGISEQ-2000可以保持约2%-3%的低冗余度，为科学研究提供理想工具。