Genomics：药物治疗前后包虫病患者血浆中棘球绦虫游离DNA

近日，西藏自治区疾病预防控制中心（国家卫生健康委包虫病防治研究重点实验室）与深圳华大生命科学研究院在国际知名学术期刊《基因组学》（Genomics）发表了题为“Characterizing dynamic changes of plasma cell-free Echinococcus granulosus DNA before and after cystic echinococcosis treatment initiation”的研究。该研究首次报道在阿苯达唑治疗前后，囊型包虫病患者血浆中都可分离到细粒棘球绦虫游离DNA（cell-free DNA, cfDNA），且治疗前后细粒棘球绦虫cfDNA多项特征发生明显变化。这也是继上一个三方合作项目（本研究团队和西藏自治区第二人民医院合作项目）后，将棘球绦虫cfDNA应用于包虫病诊断、治疗监测工作探究的新进展。

支持此项研究结果的测序数据已存储于国家基因库生命大数据平台（CNGBdb），项目编号：CNP0001188。

研究背景

包虫病（棘球蚴病）是世界卫生组织（WHO）要优先控制的17种被忽视热带病之一，也是我国要优先防治的一种寄生虫病，已被纳入《“健康中国2030”规划纲要》。药物治疗是包虫病主要干预手段之一，作为《WHO包虫病诊治纲要》中的首选药物，阿苯达唑需长期服用并密切随访，通过影像学手段观察包囊直径和包膜变化，以评估治疗效果。但影像学手段对病灶细微变化不敏感，目前尚未发现可用于进行包虫病治疗干预监测的客观指标。同时，阿苯达唑有一定的药物毒副作用，需要更好监测药物治疗效果的方法及时指导合理用药。

血浆cfDNA早已被应用于多种诊断治疗监测中，例如肿瘤和无创产前筛查等。在一项结直肠癌切除术后随访研究中发现复发病人都可检出循环肿瘤DNA，而未复发病人中却无检出，这说明血浆cfDNA可应用于预后监测。

之前有学者曾尝试使用血浆棘球绦虫cfDNA诊断包虫病，但发现PCR敏感度仅为20-25%[1-3]。敏感度低可能与我们对血浆棘球绦虫cfDNA含量、碎片类型、释放源等特征认识不足有关。

研究内容

为全面研究包虫病患者血浆中棘球绦虫cfDNA特征，本研究团队联合西藏自治区第二人民医院招募了23名包虫病确诊患者，采用超高通量测序技术，发现所有确诊患者血浆中都可检出棘球绦虫cfDNA。棘球绦虫cfDNA主要来源于核基因组（如图1A所示），线粒体占比很小（约为2%，如图1B所示），释放无明显规律。这些发现为本研究奠定了基础，并于2020年发表在寄生虫领域学术期刊PLOS Neglected Tropical Diseases上[4]。该研究结果表明高通量测序检出棘球绦虫cfDNA效果优于针对部分线粒体片段进行PCR扩增。

图1 棘球绦虫cfDNA在基因组的分布：1A.棘球绦虫cfDNA在核基因组的分布；1B.棘球绦虫cfDNA在线粒体基因组的分布

本研究中，研究团队基于华大智造自主研发的超高通量测序技术，探究了使用阿苯达唑治疗前后囊型包虫病患者血浆棘球绦虫cfDNA的变化情况，以挖掘其应用于包虫病治疗后监测的可能性。课题组招募了9名囊型包虫病确诊患者，发现治疗前后都可从患者血浆中分离到棘球绦虫cfDNA。

影像学监测信息显示，4名患者包囊减小，2名患者包囊增大，1名患者包囊大小不变；使用统计学检验方法Wilcoxon signed-rank比较发现，包囊大小差异变化不显著（Wilcoxon P > 0.05，如图2A）；同时，棘球绦虫cfDNA显示，8名患者的标准化棘球绦虫cfDNA的浓度显著增大，1名患者的浓度有所减少（Wilcoxon P < 0.01，如图2B），表明棘球绦虫cfDNA浓度变化比传统的影像学监测更敏感，变化更显著。

图2 药物治疗前后包囊大小及棘球绦虫cfDNA浓度变化的比较：2A.影像学显示治疗前后包囊大小变化；2B.治疗前后棘球绦虫cfDNA的浓度变化

研究团队进而对治疗前后分离到的cfDNA长度变化进行了探究，发现治疗前后，患者cfDNA长度无论中位数还是平均数都无显著变化（Wilcoxon P > 0.05，如图3A和3C）。同时，患者体内提取到的棘球绦虫cfDNA片段长度无论中位数还是平均数都有显著增加（Wilcoxon P < 0.05，如图3B和3D）。结合棘球绦虫cfDNA浓度增加以及患者包囊影像学显示变小的结果，表明阿苯达唑药物治疗对棘球绦虫cfDNA产生了一定正面影响。

图3 药物治疗前后患者和棘球绦虫cfDNA片段长度变化：3A.治疗前后患者cfDNA长度中位数变化；3B.治疗前后棘球绦虫cfDNA长度中位数变化；3C.治疗前后患者cfDNA长度平均数变化；3D.治疗前后棘球绦虫cfDNA长度平均数变化

研究意义

研究团队将获得的棘球绦虫cfDNA比对到棘球绦虫参考基因组进行分析，发现药物治疗前后获得的棘球绦虫cfDNA都主要来源于核基因组。该研究为之后使用棘球绦虫cfDNA作为包虫病药物干预评估客观指标提供了一定的基础。未来可考虑扩大样本量，增长随访时间和采样时间点进行更多相关分析和深入验证。

研究团队通过对药物治疗前后血浆中棘球绦虫cfDNA变化的探究，挖掘了棘球绦虫cfDNA在囊型包虫病治疗监测中的潜力，提升了对囊型包虫病患者血浆中棘球绦虫cfDNA特征的认识，为之后将其应用于包虫病精准诊疗奠定了基础。此外，该研究以包虫病为范例，不仅对于包虫病的诊疗有潜在的指导意义，对其他寄生虫病也有着重要的参考价值。

首发公号：国家基因库大数据平台 

参考文献

[1] Chaya D, Parija SC. Performance of polymerase chain reaction for the diagnosis of cystic echinococcosis using serum, urine, and cyst fluid samples. Trop Parasitol. 2014 Jan;4(1):43-6. 

[2] Baraquin A, Hervouet E, Richou C, et al. Circulating cell-free DNA in patients with alveolar echinococcosis. Mol Biochem Parasitol. 2018 Jun;222:14-20.

[3] Moradi M, Meamar AR, Akhlaghi L, et al. Detection and genetic characterization of Echinococcus granulosus mitochondrial DNA in serum and formalin-fixed paraffin embedded cyst tissue samples of cystic echinococcosis patients. PLoS One. 2019 Oct 29;14(10):e0224501. 

[4] Ji J, Li B, Li J, et al. Comprehensive characterization of plasma cell-free Echinococcus spp. DNA in echinococcosis patients using ultra-high-throughput sequencing. PLoS Negl Trop Dis. 2020 Apr 13;14(4):e0008148. 

[5] Zhao Y, Gongsang Q, Ji J, et al. Characterizing dynamic changes of plasma cell-free Echinococcus granulosus DNA before and after cystic echinococcosis treatment initiation.Genomics. 2021 Mar;113(2):576-582.

信息来源："BGI华大"公众号

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