循環腫瘤細胞（CTC）從原發性腫瘤組織脫落并被循環系統中的血液沖走。 這些CTC可以在循環系統中長存或殖民于新位置，并在遠端器官形成轉移性克隆。 目前，CTC分析已經成為臨床上有效檢測腫瘤進展和預后的工具。隨著下一代測序（NGS）和單細胞測序（SCS）技術的進步，科學家可以獲得CTC的完整基因組，并將其與相應的原發和轉移性腫瘤進行對比。

　　CTC基因組與轉錄組測序方法

　　一般來說，CTC測序工作流程可分為四個步驟：CTC富集，CTC分離（特別是單細胞CTC或純CTC分離），基因組或轉錄組擴增，測序和分析。

　CTC富集

　　目前已經報道了幾種用于從癌癥患者血液富集CTC成功的方法。一般來說，這幾種方法都使用了兩種策略。最常見的策略是利用細胞表面CTC標記物進行富集（EPCAM +，CK +，CD44 +）或刪除其中的免疫細胞（CD45  -）。其代表性平臺包括CellSearch，MagSweeper和GILUPI細胞收集器等。另一種富集策略是利用CTCs的大小，密度，聲學，流體力等物理特性將CTC從白細胞群體中分離出來，代表性的平臺包括ClearCell，ISET。

　　目前采用的CTC富集系統方法通常將細胞表面標記和物理特性相結合，雖然提高了提高了CTC鑒定的效率和準確性；減少了對DNA,RNA的損傷，但它們都需要至少7.5ml以上的外周血。而GILUPI細胞收集器則通過從外周血液中收集體內的CTC來克服小血液樣本所造成的富集困難問題。

　　CTC分離

　　CTC從血液中富集后，需將零至數百個CTC從背景細胞中提取出來，科學家通常使用激光捕獲顯微切割（LCM）和流式細胞儀分析（FACS）。LCM和FACS各有各的優缺點。與LCM相比，FACS以高通量自動地將具有正確標記的特定單個細胞分離成管或孔，而LCM方法允許觀察細胞形態學和生理學，以防止可能的污染或細胞損傷。從這個系統分離的細胞是保持生物學特性的，并保留完整的遺傳信息，可用于測序和基因表達分類。

　　基因組或轉錄組擴增

　　在從全血獲得靶細胞后，應擴增遺傳物質以產生足夠的模板以創建NGS文庫。對于全基因組擴增（WGA），科學家們使用線性或基于PCR的擴增方法；對于全轉錄組擴增（WTA），開發諸如CEL-seq，STRT-seq和SMART-seq的方法以擴增全轉錄組或其3'區域。大多數這些擴增方法已經實現試劑盒商業化。

　　測序和分析

　　獲得足夠的遺傳物質后，NGS庫準備就緒并在標準化協議下進行測序。在從CTC獲得測序數據之后，最重要的程序是在樣品制備期間評估偏差并設計適當的統計模型以處理這些偏差。

　　檢測腫瘤進展期間臨床相關的基因變異

　　癌癥轉移和復發是臨床治療的主要挑戰，也是癌癥患者死亡的主要原因。與原發腫瘤相比，轉移性和復發性腫瘤的癌細胞有新的體細胞變異，這增強了治療過程中的癌細胞逃逸性。在臨床實踐中，通常難以獲得來自轉移性或復發性腫瘤的再活檢，這導致治療期間的模糊診斷結果。而液體活檢則通過對來自CTC的循環腫瘤DNA（ctDNA）進行測序，使得研究人員在沒有活檢測序的情況下觀察了腫瘤譜中的體細胞變化，這成為基因測序中的一大突破。

推測腫瘤的異質性和進化動態

　　通常癌癥被認為是達爾文進化的結果，因為癌癥在單個細胞中不斷獲得新的體細胞突變，然后經過選擇增強特定惡性細胞的適應性和生長優勢。理解腫瘤內異質性（ITH）和進化對疾病復發的早期發現和癌癥的有效治療至關重要。目前有三個主要的假設模型解釋ITH，包括克隆進化，癌癥干細胞和增變表型模型。與僅測序原發性和轉移性腫瘤細胞相比，測序CTC提供了額外的數據以進一步探索ITH的復雜性。另外，由于外周血中CTC的存活是腫瘤轉移的必要步驟，所以對CTC基因組進行測序可以描繪出更詳細的腫瘤演進過程，有助于了解腫瘤轉移機制。

　　許多CTC測序研究已經強調了CTC的遺傳異質性，這進一步增加了CTC癌癥生物學研究的復雜性。在CTC突變狀態中存在高的患者間和患者內異質性。通過檢測到的CTC體細胞核苷酸突變體（SNV）構建腫瘤進化過程，并繪制早期干細胞突變（腫瘤演化早期存在的突變）具有相當大的臨床應用價值。然而，由于在大多數癌癥類型中捕獲的CTC數量有限，難以分析個體患者的SNV進化結構。

　　而且，在癌癥進化期間，拷貝數變異（CNV）也經常改變。對癌癥治療期間這些復雜體細胞突變的生物學影響的進一步研究將顯著促進我們對癌癥進展中CTC生物學的理解以及在疾病監測領域的未來臨床應用。

　　了解腫瘤進展期間發生改變的分子通路

　　以前的研究已經強調了涉及癌癥轉移的特定分子通路，如TGF-β信號傳導，Wnt信號傳導和EMT。然而，大多數這些研究是基于小鼠模型或特定的生物標志物。盡管存在顯著的ITH，分析CTC基因表達為了解在轉移過程中改變的分子通路提供了一個獨特的窗口。單細胞RNA測序的出現（scRNAseq）技術也使得能夠使用有限數量的分離的CTC獲得全面的基因表達和剪接信息。因此，CTC轉錄組測序為在癌癥進展期間數字化分子通路提供了獨特的機遇。

　　CTC測序的挑戰與未來展望

　　對CTC基因組或轉錄組進行測序面臨著巨大技術挑戰，獲得足夠的細胞進行文庫制備和測序是CTC測序的第一個關鍵步驟。然而，根據不同的分離方法和癌癥類型的不同研究可以得出不同的結論。通常，獲得足夠的CTC進行測序仍然是大多數癌癥類型的重要問題，這限制了CTC測序研究的數量。此外，白細胞污染，缺乏特異性生物標記物，低通量和耗時耗力的捕獲操作方案也阻礙了CTC測序研究的進展。獲得高質量測序文庫是CTC測序中的另一關鍵步驟。

　　更重要的是，對CTC測序數據的生物信息學分析需要額外的質量評估和評估，特別是樣本和測序文庫制備過程中引入偏差的評估。基因組擴增期間的脫落（ADO）可能阻止檢測CTC體細胞突變等位基因， WGA方法的局限性可能導致基因組覆蓋率低，假陽性率高，突變檢測的靈敏度低，WGA中的不均一讀取分布和嵌合體也可能導致CNV和SV中的偽影 。

隨著先進的微流體方法的發展，一些新型的測序技術顯示出解決CTC測序技術障礙的希望。例如，科學家現在可以進行原位DNA或RNA測序。這種方法降低了樣品處理過程的復雜性以及在CTC富集和分離過程中可能發生的細胞損傷或損失。此外，新興的單分子測序技術有望在不擴增的情況下分析DNA或RNA分子。

原始出處：

Zhu Z， Qiu S， Shao K， Hou Y.Progress and challenges of sequencing and analyzing circulating tumor cells.Cell Biol Toxicol. 2017 Nov 22.

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