Genome Biol | 李玉梅/李婧翌/李蔚团队合作系统性评估血浆cfDNA反卷积方法

学术 2024-12-30 14:30 四川

血浆中的游离DNA（cell-free DNA, cfDNA）是细胞凋亡或坏死后释放到血液循环中的DNA片段，来源于全身多种不同的组织。由于癌症等病理状态可能改变不同组织对cfDNA的贡献比例，因此，精确确定cfDNA的组织来源对于揭示疾病引起的异常细胞死亡至关重要，这在辅助疾病的诊断、预后评估和治疗监测方面展现出巨大的临床应用潜力。特别是在肿瘤学领域，cfDNA检测正迅速成为影像学和组织活检的重要微创补充手段，甚至可能成为潜在的替代方法。

鉴于DNA甲基化具有组织特异性，可以根据其甲基化模式追溯cfDNA的组织起源。多项研究已经开发出基于甲基化的cfDNA组织反卷积方法来估算组织特异性cfDNA的比例。然而，面对众多算法，研究人员往往难以选择最适合其研究和数据的工具，因此，对这些算法进行全面和系统的基准测试（benchmarking）尤为重要。

近日，苏州大学李玉梅教授团队联合加州大学洛杉矶分校和尔湾分校的研究团队，在Genome Biology杂志在线发表了题为Systematic evaluation of methylation-based cell type deconvolution methods for plasma cell-free DNA的研究论文。他们利用来自35种人类细胞类型的全基因组DNA甲基化测序（WGBS）数据以及超过400名健康和癌症患者的cfDNA甲基化测序数据，系统评估了五种基于甲基化的cfDNA反卷积方法（MethAtlas、cfNOMe toolkit、CelFiE、CelFEER 和 UXM）的性能。

在这项研究中，研究团队首先基于35种人类细胞类型的WGBS数据构建了三种模拟cfDNA数据集，这些数据集具有已知的细胞类型比例。他们从反卷积结果的准确性、参考标记的选择、测序深度的影响、参考标记的完整性、计算资源消耗等多个维度对五种方法进行了系统性评估。结果表明，这些因素在不同程度上影响反卷积方法的性能，尤其是参考标记的选择，包括其数量、特异性和冗余性，均对最终的反卷积结果准确性有显著影响。此外，研究还基于真实的健康和癌症患者cfDNA甲基化测序数据集，进一步评估了这些方法在实际临床应用中的优势和局限性。

为了综合所有的评估结果，研究团队设计了一种整合评分方法，基于10个指标对五种方法进行评分。尽管五种方法在特定评估指标上各有千秋，但CelFEER和UXM方法在整体表现上更为突出。研究团队还根据研究结果提出了一般性指南，帮助用户根据自身cfDNA数据集的特点选择合适的方法，以最大限度地提高基于甲基化的cfDNA细胞类型反卷积结果的准确性。这项研究将助力临床和科研工作者更准确地解析cfDNA成分，为疾病早期筛查、疗效评估以及个性化治疗方案的设计提供更多可能性，同时也为未来提升cfDNA细胞类型反卷积方法的性能指明了方向。

图一. 评估结果汇总

苏州大学的李玉梅教授、加州大学洛杉矶分校的李婧翌教授和加州大学尔湾分校的李蔚教授为该文章的共同通讯作者，李玉梅教授课题组的科研助理孙同岳和硕士生袁进琦为共同第一作者。

原文链接: https://doi.org/10.1186/s13059-024-03456-8

制版人：十一

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