革命性“超温和”测序技术解决癌症DNA甲基化检测难题

传统的亚硫酸盐测序会损害DNA，而基于酶的替代方法效果不稳定。一种新的甲基化分析方法，称为UMBS-seq，已在《自然通讯》上发表。

UMBS-seq既准确又温和，使癌症生物标志物检测更可靠。该方法最初由芝加哥大学的研究人员开发，明年初，Ellis Bio将把该方法商业化，提供给癌症诊断测试开发者。

为什么甲基化分析对癌症很重要

人体内的每个细胞都携带相同的DNA序列，但细胞的行为却不同，这与表观遗传标记有关，这些化学修饰调节基因的开关。其中最重要且最常见的表观遗传标记之一是DNA甲基化，其中一个叫做5-甲基胞嘧啶（5mC）的小化学标签附着在DNA上，控制基因表达。

异常的DNA甲基化模式是癌症的一个标志，可以关闭肿瘤抑制基因或开启肿瘤促进基因。它们在早期癌症检测、监测治疗反应和将患者与精准治疗匹配方面也具有巨大的潜力。

为了充分实现这一潜力，科学家们需要能够准确读取这些甲基化模式的方法，即使是来自患者血液中那些最微小、最脆弱的DNA片段。

现有甲基化分析技术面临的问题

几十年来，研究甲基化的金标准一直是亚硫酸氢盐测序，这是一种将未甲基化的胞嘧啶转化为另一种碱基的化学过程，以便测序能够区分甲基化和未甲基化位点。但严酷的亚硫酸氢盐反应常常会破坏DNA，导致偏差、回收率低以及甲基化估计不准确。

这些限制阻碍了在液体活检或福尔马林固定的肿瘤样本中发现的短小且脆弱的DNA片段的亚硫酸氢盐测序方法。

为了避免这种损伤，开发了新的基于酶的方法，如酶促甲基化测序（EM-seq）。这些温和的反应依赖于酶而非化学物质来识别甲基化标记。然而，它们往往具有耗时且复杂的工作流程，并且产生更高的假阳性结果，尤其会干扰在使用非常少量DNA时的结果。

解决方案：超温和亚硫酸氢盐测序（UMBS-seq）

由川赫教授领导的芝加哥大学研究团队开发了一种新方法，称为超温和亚硫酸氢盐测序（UMBS-seq），该方法重新构建了亚硫酸氢盐的化学过程。通过微调亚硫酸氢盐的配方和反应条件，他们成功地在超温和条件下实现了几乎完全转化胞嘧啶，同时保持了DNA的完整性。

在头对头的评估中，UMBS-seq 在所有主要性能指标上始终优于传统的亚硫酸盐测序和酶法测序：

• 更高的文库产量和更好的完整性
• 文库复杂性更高，基因组覆盖更全面
• 卓越的转化效率和高度准确的DNA甲基化检测
• 工作流程比基于酶的转化方法更简单、更快速

当应用于人类受试者的游离DNA样本时，这种样本用于液体活检的非侵入性癌症诊断，UMBS-seq 保持了DNA的完整性，并生成了比领先商业试剂盒更全面的癌症相关甲基化位点覆盖。

研究人员设想 UMBS-seq 将成为研究和诊断领域DNA甲基化测序的新标准，使得对癌症及其他领域的表观遗传变化进行更敏感、可重复、准确且具有成本效益的分析成为可能。

“通过UMBS-seq和Ellis Bio基于UMBS开发的SuperMethyl Max试剂盒，我们现在可以在不破坏我们需要研究的那些极少且珍贵的分子的情况下解读癌症的表观遗传信息，”Ellis Bio即将上任的首席技术官Ruitu Lyu说，他是UMBS-seq研究的共同作者。

“这是一种实用且可扩展的解决方案，可以加速甲基化生物标志物在早期检测和个性化治疗中的临床使用。”

更多信息：青黛等人，超温和的亚硫酸氢盐在低输入DNA的5-甲基胞嘧啶检测方面优于现有方法，《自然通讯》（2025）。 DOI: 10.1038/s41467-025-66033-y