基準(zhǔn)醫(yī)療文章速遞：基于非侵入性DNA甲基化檢測的肺結(jié)節(jié)精準(zhǔn)診斷

       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。數(shù)據(jù)顯示，2020年全球新發(fā)癌癥1930萬例，死亡近1000萬例；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度診療，現(xiàn)階段迫切需要一種準(zhǔn)確的非侵入性檢查來識(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可作為更好的檢測手段來實(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模型PulmoSeek升級(jí)為PulmoSeek Plus。PulmoSeek Plus是全球首 個(gè)通過聯(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)陽性患者血漿樣品，通過靶向DNA甲基化測序，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)證集中對該模型進(jìn)一步評(píng)估。本研究重點(diǎn)考察了該模型對于直徑為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手段進(jìn)行了比較（Figure 1）。

       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)測分?jǐn)?shù)的分布。

       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)。

       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)測分?jǐn)?shù)的分布。

       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。

       本研究通過將深度學(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）。