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ゆう离DNA

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循环ゆう离DNA(cfDNA) (也称为ゆう离DNAゆう时称为ゆう核酸かくさん释放いた浆、尿にょうえき、脑脊えきとう体液たいえきちゅうてきくだかいDNAかただん。cfDNAかただんてき典型てんけい大小だいしょう反映はんえいりょう染色せんしょくたい颗粒(~165 bp)以及个核小体こてい护DNAめん受凋ほろび核酸かくさん酶的消化しょうか[1]ゆう核酸かくさん存在そんざい于细胞外,具有ぐゆう胞间どおり讯及免疫めんえき调节こうのう,贯穿つくえたい生老しょうろ病死びょうしかく个过ほど可用かよう于描じゅつざい体液たいえきちゅう自由じゆう循环てきかく种形しきてきDNA,包括ほうかつ循环肿瘤DNA(ctDNA) 、无细胞线つぶからだDNA(ccf mtDNA)、无细胞胎儿DNA(cffDNA)かずきょうたいらいげんてき细胞DNA(dd-cfDNA)。[2]ざいがんしょうなかゆう其是ざい晚期ばんき疾病しっぺいちゅう,观察到cfDNA水平すいへいますだか[3]ゆう證據しょうこ表明ひょうめいずいちょ年齡ねんれいてき增長ぞうちょう,cfDNA てき循環じゅんかんへんとく越來ごえくえつ頻繁ひんぱん[4]cfDNAやめ证明じょがんしょうかず胎儿医学いがく外的がいてき种疾病的びょうてき有用ゆうよう生物せいぶつ标志ぶつ。这包括ほうかつただしきり于创伤、败血しょう、无菌せい炎症えんしょうこころはだ梗塞こうそくちゅう风、移植いしょく糖尿とうにょうびょう镰状细胞びょう[5]cfDNA主要しゅよう一種雙鏈細胞外DNA分子ぶんしゆかり小片しょうへんだん(50~200 bp[6][7]かず较大へんだん(21 kb)[8]组成,并已认为じゅん确的标记ぶつ前列ぜんれつせんがん乳腺にゅうせんがんてき诊断[9]

ゆう核酸かくさん主要しゅよう包含ほうがんそう链核DNA、线粒たいDNAとう,产生于各种疾びょう过程,あずか疾病しっぺい进程关联みつきり有望ゆうぼうさく为临ゆか生物せいぶつ标志ぶつ以诊だん细胞凋亡、组织损伤及炎しょう过程。ざい炎症えんしょう、损伤及癌しょう组织临床样本ちゅう疾病しっぺい个体ゆう核酸かくさん浓度あずか健康けんこう个体异显ちょじょりょう浓度,核酸かくさんへんだんしょ携带起源きげん细胞とくせいまた可用かよう于临ゆか诊断。母体ぼたい浆中ゆう离胎儿核酸かくさん含有がんゆう胎儿とく异性きのえはじめ水平すいへいさく侵入しんにゅうせい产前诊断工具こうぐ;肿瘤らいげん核酸かくさん具有ぐゆう肿瘤组织とく异性きのえはじめじょう态,可用かよう于癌しょう筛查及定器官きかん移植いしょくきさきゆう核酸かくさん反映はんえいきょうたいじょう况。浆游离核酸かくさんあずか其来げん组织亚细胞器结构、染色せんしょく质结构、もといんひょう达及核酸かくさん酶含りょうみつきりしょう关,分析ぶんせき核酸かくさんへんだん长度、序列じょれつ及拓扑结构等为炎しょう疾病しっぺい提供ていきょうさら诊疗しんいき[10]

一些研究证实了cfDNA起源きげんがんしょう,并且 cfDNA 现在晚期ばんきがんしょう患者かんじゃてき循环かず其他体液たいえきなか[11]

cfDNA释放いたりゅうなかてき原因げんいんゆう种,包括ほうかつ细胞凋亡、坏死NETosis。ざい肿瘤发展过程ちゅう,它在血液けつえきちゅうてき积累迅速じんそく增加ぞうか,这是ゆかり凋亡细胞坏死细胞过度释放DNA引起てきそと泌体ないてきしゅ动分泌已经被讨论过,ただし仍不清楚せいそ这是 cfDNA てきしょう关或しょう对较しょうてきらいげん[12]

cfDNA主要しゅようかく小体こてい形式けいしき循环,かく小体こてい组蛋しろかずDNA てきかく复合ぶつ[13]cfDNA 也可以在较短てき大小だいしょう范围ないれい如 50bp)观察到,并且与调控もとけんしょう关。[14]它们ざいがんしょうちゅう经常とく异性ますだかただし对于监测细胞毒性どくせいがんしょう可能かのうさら具有ぐゆうとく异性,主要しゅよう为了早期そうき评估效果こうか[15]

历史

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ゆう核酸かくさんゆかり Mandel Metais 于1948ねんくび发现[16]きさきらい发现患病患者かんじゃちゅうcfDNAてき水平すいへい显着ますだか。这一发现首先是在けい统性红斑おおかみ患者かんじゃちゅう发现てき[17]きさきらい确定ちょう过一半的癌症患者的cfDNA 水平すいへいますだか[18]cfDNAてき分子ぶんし分析ぶんせきとくりょういち个重よう发现,そくがんしょう患者かんじゃてき浆DNA含有がんゆう肿瘤しょう关突变,可用かよう于癌しょう诊断ずい访。[19][20]人体じんたい浆中ひっさげ循环肿瘤 DNA (circulating tumor DNA,ctDNA) てき能力のうりょく使无创がんしょう检测取得しゅとくりょう巨大きょだい进步。[21]さい值得注意ちゅういてき,它导致了现在しょ谓的液体えきたいかつ检。简而ごと液体えきたいかつ利用りよう血液けつえきちゅうてき生物せいぶつ标志ぶつがん细胞さく为诊だんがんしょう类型阶段てき手段しゅだん[22]这种类型てきかつ是非ぜひ侵入しんにゅうせいてき以进ぎょうつね规临ゆか筛查,这对于确ていはつはじめ疗后てきがんしょう复发非常ひじょう重要じゅうよう[23]

cfDNA てき不同ふどうらいげん

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cfDNA てき细胞ないらいげんれい如来にょらい细胞かくある线粒たい,也可以影响cfDNAてき炎症えんしょうせんりょく。mtDNAいち有效ゆうこうてき炎症えんしょうさわ发因もと[24]mtDNAよし于其原核げんかく起源きげん具有ぐゆう许多あずか细菌DNA相似そうじてきとく包括ほうかつ存在そんざいしょう对较だか含量てききのえはじめCpGもとじょ,这在かくDNAちゅう很少观察到。[25]きのえはじめてきCpGもとじょとく重要じゅうよういんTLR9ただ一的内溶酶体DNAかん应受たい)对未きのえはじめてきCpG DNA具有ぐゆう独特どくとくてきとく异性。 mtDNA证明どおりTLR9参与さんよげきかつ中性ちゅうせいつぶ细胞[26]じょあずか载体蛋白たんぱく偶联, mtDNA (而非核ひかく DNA)视为どおりTLR9诱导促炎症えんしょうてき危险しょう分子ぶんししき[27]柯林斯等じんすえ报道,关节ない注射ちゅうしゃmtDNA诱发体内たいない关节えん提出ていしゅつmtDNA挤出ざい RA疾病しっぺい发病つくえせいちゅうてき直接ちょくせつ作用さよう[27]

あずかかく DNA しょう线粒たいDNAてきとくてん8-OHdG水平すいへいますだか,这是氧化损伤てき标志。 mtDNA中高なかだか含量てき氧化损伤归因于mtDNAあずかROS非常ひじょう接近せっきん,并且DNAおさむ复机せいしょう对低こう导致DNA损伤てき积累。 [28]

一般いっぱん,细胞凋亡受机たい严格调控,まく破裂はれつまえいた及时きよしじょ完成かんせい良性りょうせいはん应过ほど;而凋ほろび过多あるきよしじょ受阻,细胞まく破裂はれつ时会释放ゆう核酸かくさんげきかつつくえたい先天せんてん免疫めんえきけい统而诱发炎症えんしょうはん应。细胞坏死(necrosis)はじめはじめ于创伤及败血しょうとう,该过ほどちゅう细胞肿胀并迅そく破裂はれつ,释放大量たいりょうゆう核酸かくさんとう胞内成分せいぶんほどじょせい坏死(pyroptosis)时,ほのおせい细胞为应对病原びょうげんたい感染かんせん而释放ゆう核酸かくさん也都かいげきかつ炎症えんしょうはん应,参与さんよ炎症えんしょう过程。[29]

生物せいぶつたい遭受感染かんせんある损伤时,中性ちゅうせいつぶ细胞趋移いたり该部,释放中性ちゅうせいつぶ细胞胞外诱捕网(neutrophil extracellular traps,NETs),其纤维网络中とみ含DNA抗菌こうきん蛋白たんぱく捕捉ほそく并消灭病原びょうげんたい。NETs释放过程类似ほどじょせい死亡しぼう(programmed cell death),また不同ふどう于一般细胞凋亡或者坏死,とげ医学いがく术语ちゅう代表だいひょう细胞死亡しぼうてき词尾“-osis”,以及“NET”为此过程命名めいめい为“释网凋亡(NETosis)”。NETosisじょ中性ちゅうせいつぶ细胞がい,也发せい肥大ひだい细胞、嗜碱せいつぶ细胞、きょ噬细胞等细胞。NETosis过程ちゅう,NETs释放通常つうじょう续数しょう时,并最终导致中せいつぶ细胞溶解ようかい形成けいせいすうてんきさきそく受脱氧核とう核酸かくさん酶I(DNase I)あるきょ噬细胞清じょ,过程ちゅうしょ释放ゆう核酸かくさん蛋白たんぱくとうえき引起自身じしん免疫めんえきはん应甚いたり疾病しっぺい。另外,ゆう核酸かくさん通常つうじょうつつみ裹于细胞がい囊泡(extracellular vesicle)ちゅう,以逃避とうひ酶降かいのべ长炎しょう续时间,而自身じしん免疫めんえき疾病しっぺい患者かんじゃDNase I活性かっせい一般いっぱん较低,本身ほんみ核酸かくさんくだかい能力のうりょく缓慢,さら雪上せつじょうしも[30][31]

表明ひょうめい,NETosis间的氧化ばく发可以氧mtDNA ,并且释放てき氧化mtDNA本身ほんみあるあずかTFAM复合,以产せいIがたIFNてき显着诱导。[24]ほどじょせい细胞死亡しぼう过程ちゅう产生てき氧化mtDNA仅会げきかつTLR9 ,而且还与NRLP3炎症えんしょう小体こてい结合,导致促炎细胞因子いんし、 IL-1βべーたIL-18てき产生。[32]MtDNA还可环GMP -AMPごう酶(cGAS)识别,cGAS いち种胞质dsDNA传感启动STING-IRF3赖性みち,进而协调IがたIFNてき产生。[33][34]

方法ほうほう

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收集しゅうしゅうあずか纯化

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cfDNA 纯化很容易よういいん纯化过程ちゅう细胞破裂はれつ而受到污染。[35]いん此,不同ふどうてき纯化方法ほうほう可能かのうかい导致 cfDNA ひっさげりつ显着不同ふどう[36][37]目前もくぜん典型てんけいてき纯化方法ほうほう包括ほうかつどおりせい穿刺せんし收集しゅうしゅう血液けつえき、离心沉淀细胞以及从血浆中ひっさげ cfDNA。从血浆中つつみ cfDNA てき具体ぐたい方法ほうほう决于しょ需的方案ほうあん[38]

cfDNA 分析ぶんせき

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聚合酶链しきはん

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一般いっぱんらい说,cfDNAちゅう特定とくていDNA序列じょれつてき检测以通过两种方しき完成かんせい;对血えきちゅう存在そんざいてき所有しょゆう cfDNA 进行序列じょれつとく异性检测(もとPCR一般基因组分析(DNA 测序)。[39]含有がんゆうらい肿瘤细胞てきDNAてきcfDNAてき存在そんざい最初さいしょどおり过对ひさげ取的とりてきcfDNAちゅうてき突变もといん进行PCR扩增おもてせいてき[19]もと于PCRてきcfDNA分析ぶんせき通常つうじょう赖于qPCRかず数字すうじPCRてき分析ぶんせきせい质。这两种技术对于检测有げん数量すうりょうてき热点突变らい说都灵敏且具有ぐゆう成本なりもとこうえきてきよし此,PCRてき检测方法ほうほう仍然cfDNA检测ちゅう非常ひじょう重要じゅうようてき工具こうぐ。该方法的ほうてき局限きょくげんせいざい于无ほう检测ctDNAちゅう存在そんざいてき较大结构变异,いん此大规模并行一代测序也用于确定cfDNAちゅうてきctDNA含量。

だい规模并行测序

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だい规模并行测序(MPS)まこと许对 cfDNA 进行深度しんど测序。需要じゅよう这种深度しんど测序らい检测浆中てい浓度てき突变たいctDNA。突变cfDNA分析ぶんせき通常つうじょう使用しよう两种主要しゅよう测序わざ术:PCR扩增测序[40]混合こんごう获测じょ[41]其他形式けいしきてき遗传あらため变可以使用しようctDNA进行分析ぶんせきれい如体细胞拷贝すうあらため变或遗传じゅうはい)。这里,主要しゅよう使用しようもと于非靶向测序てき方法ほうほうれい如WGSあるていくつがえ盖度WGS。

cfDNA あずか疾病しっぺい

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がんしょう

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だい多数たすう cfDNA 研究けんきゅう集中しゅうちゅうざいみなもとがんしょうてきDNA(ctDNA)。简而ごとがん细胞てきDNAどおり过细胞死亡しぼう分泌ぶんぴつある其他未知みちつくえせい释放。[42]循环ちゅう肿瘤细胞释放てきcfDNA分数ぶんすう受到肿瘤大小だいしょう以及肿瘤阶段类型てきかげ响。早期そうきがんしょう脑肿こぶ液体えきたいかつ检最难检测的疾病しっぺいいち[43][44][45]

创伤

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急性きゅうせい钝性创伤[46]かず烧伤患者かんじゃちゅうやめ检测到cfDNAますだか[47]ざい这两种情况下,浆中てきcfDNA浓度あずか损伤てき严重程度ていど以及患者かんじゃてき结果しょう关。

败血しょう

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研究けんきゅう表明ひょうめいICU患者かんじゃ浆中cfDNAてき增加ぞうか脓毒しょう发病てきいち个指标。[48][49]よし于ICU患者かんじゃ脓毒しょうてき严重程度ていど可能かのう需要じゅよう进行进一步测试以确定cfDNAさく为脓どくしょう风险生物せいぶつ标志物的ぶってきこうこう范围。[5]

こころはだ梗塞こうそく

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显示こころはだ梗塞こうそく症状しょうじょうてき患者かんじゃてきcfDNA水平すいへいますだか[50]这种ますだかあずか患者かんじゃ两年ない额外こころ脏问题甚いたり死亡しぼうりつてき结果しょう关。[51]

移植いしょくぶつ排斥はいせきはん

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そとげん cfDNA やめ证明存在そんざい于实たい器官きかん移植いしょく患者かんじゃてき浆中。该cfDNA移植いしょく器官きかんしょう为dd-cfDNA(きょうたいらいげんてきcfDNA)。 dd-cfDNA值在移植いしょくしゅ术后最初さいしょかい现峰值(>5%),其值ざい很大程度ていどじょう决于移植いしょくてき器官きかん通常つうじょうかいざい一周いっしゅうない下降かこう(<0.5%)。[52]如果宿主しゅくしゅ身体しんたい排斥はいせき移植いしょく器官きかん,则血えき浆)ちゅうてきdd-cfDNA浓度はたますいたり无并发症しゃだか 5 ばい以上いじょうてき水平すいへい。dd-cfDNAてき这种增加ぞうか在任ざいにんなん其他临床あるなま并发しょう迹象ぜん检测到。[52]じょりょう浆中てきddcfDNAがい,一些研究还关注ddcfDNAどおり过尿えきてき排泄はいせつ。这在肾同种异たい移植いしょくちゅうとく别令じんかん兴趣。とう使用しよう靶向一代测序测量 ddcfDNA 时,使用しようぐんからだとく异性ぜんもといんSNP组合进行检测。 [53]ざいぶん库制备过ほどなかざいNGSぜんしょうじょうがた附加ふかいた连接てきせっ头上,以实现绝对 ddcfDNA 定量ていりょう,而无需事さき进行きょうたいもといんぶんがた。如果はた cfDNA 拷贝てき绝对数量すうりょうあずからい受者てき ddcfDNA しょう对于 cfDNA てき分数ぶんすう结合おこりらい,以确ていどう种异たい移植いしょくぶついや排斥はいせき,这已证明提供ていきょう额外てき临床えき处。 [53]

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针对炎症えんしょう过程しょ导致疼痛とうつう、发烧とうしょう,临床じょうつね使用しよう甾体类抗えん药(nonsteroidal anti-inflammatory drugs,NSAID)くだてい炎症えんしょうしょう关疾びょう发病りつ死亡しぼうりつしか而NSAIDかい抑制よくせい自身じしん免疫めんえき过程,其过使用しようある导致免疫めんえき抑制よくせい及并发症[54]。鉴于NSAIDきさきだん拦截信号しんごう通路つうろかい引起较大副作用ふくさよう,阻断信号しんごう级联于上ゆう势在必行,也因此游离核酸かくさんきよしじょてき疗方ほう逐渐崭露头脚。中山なかやま大学だいがく陈永あかり教授きょうじゅ团队利用りよう阳离纳米颗粒(cationic nanoparticles,cNP)きよしじょ风湿せい关节えん患者かんじゃ体内たいないゆう核酸かくさん缓解关节肿胀、骨骼こっかく及软こつ损伤,也在银屑びょう(psoriasis)疗中取得しゅとく进展[55][56]中国ちゅうごく科学かがく院生いんせい态环さかい高分子こうぶんし材料ざいりょう重点じゅうてん实验しつ陈学おもえいん团队はたPEIおさむ饰到にえせき咪唑こついた阳离颗粒さく为游离核酸かくさんきよしじょ剂,并在しょうねずみめくら肠结扎穿刺せんし(cecal ligation puncture)模型もけいちゅう见效,ただし该cNPざい胎牛血清けっせい(Fetal Bovine Serum,FBS)存在そんざいよし于蛋しろ黏附而降てい核酸かくさん结合能力のうりょく,仅能どおり增大ぞうだい给药找补,也因此较分布ぶんぷ于肝脏中,えき受机たい识别きよしじょ[57]四川しせん大学だいがく华西口腔こうくう医院いいん赵蕾教授きょうじゅとうじんつつみ元素げんそ掺杂羟基磷灰せき( selenium-doped hydroxyapatite)纳米颗粒以聚酰胺胺(polyamidoamine,PAMAM),つう过清じょゆう核酸かくさん改善かいぜんきばしゅうえん症状しょうじょう[58]

未来みらい发展方向ほうこう

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cfDNA 提供ていきょうりょういち种快そく、简单、侵入しんにゅうせい和重かずえ复性てきさい样方ほう。这些生物せいぶつがくとくせいさい样的わざ术可ぎょうせいしょう结合,はたcfDNA定位ていい具有ぐゆう巨大きょだい用途ようとてき潜在せんざい生物せいぶつ标志ぶつれい如用于自身じしん免疫めんえきせい风湿びょうかず肿瘤。它还提供ていきょうりょう一种潜在的生物标志物,あずか侵入しんにゅうせい组织かつ检相,它具有ぐゆう自身じしんてき优势,以作为检测移植いしょく排斥はいせき免疫めんえき抑制よくせい优化てき定量ていりょう措施。しか而,该方ほうざい样本类型(浆/血清けっせい/すべりえき/尿にょうえき)、样本さいしゅう/处理方法ほうほうゆう离或细胞表面ひょうめん结合 DNA、cfDNA ひっさげ cfDNA 定量ていりょう以及てい和解わかい方面ほうめん缺乏けつぼう统一せい定量ていりょう cfDNA 结果。

cfDNAどおり过荧こう方法ほうほう定量ていりょうれい如PicoGreen染色せんしょくむらさきがいこう谱法,さら灵敏てき是重これしげ复元けんあるもといんてき定量ていりょう聚合酶链はん应( PCR ;SYBR GreenあるTaqMan),ある深度しんど测序方法ほうほう。循环かく小体こてい染色せんしょくちゅう DNA 组织てき主要しゅようじゅう复单どおり酶联免疫めんえき吸附测定 ( ELISA ) 进行定量ていりょう[59]

かずすえ

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NucPosDB:からだうちかく小体こてい定位ていいかずゆう离 DNA かく小体こていてきすうすえ页面そん档备份そん互联网档あん

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