通过分析尿液外泌体中的微RNA的集合，可望实现早期癌症的鉴别。该技术由东京科学大学生命理工学院的安井隆雄教授的研究团队、名古屋大学未来社会创造机构的夏目敦至特任教授、东京大学研究生院工学系研究科的柳田刚教授、北海道大学电子科学研究所的长岛一树教授、关西大学商学部的鹫尾隆教授、Craif的市川裕树CTO、东京医科大学医学综合研究所的落谷孝广特任教授、大阪大学产业科学研究所的川合知二特邀教授以及QST量子生命科学研究所的马场嘉信教授联合开发。该技术能以98.2%的灵敏度、96.5%的特异性区分癌症患者，还能以0.987的AUROC识别早期癌症患者。该研究成果已发表在《Analytical Chemistry》的在线版上。
图1.通过分析尿液外泌体的微RNA进行早期癌症检测的示意图（供图：东京科学大学）
外泌体特指由细胞释放的、直径在40～200纳米左右的微粒子，在体内发挥着细胞间通信信号分子的作用。微RNA是外泌体携带的信息，癌细胞释放的外泌体中的微RNA被认为是体内癌症的相关标志。
研究团队以无创早期癌症检测为目的，开展了尿液microRNA分析和机器学习分析，构建了尿液微RNA集合。
血液中循环的许多微RNA都被包裹在被称为体液信号分子的外泌体中。考虑到外泌体在血液中移动的时间和血液循环所需的时间，研究团队认为在1次的血液循环中，并非血液中的所有外泌体都被用于细胞间通信，未使用的外泌体会被肾脏非选择性地过滤掉。
基于这一认为，研究团队认为尿液中应该会含有癌细胞外泌体。
为了构建尿液微RNA集合，需要增加检测到的微RNA类型的数量。据报告，血液中有2000多种微RNA，但尿液中的微RNA种类较少，这阻碍了集合的构建。
研究团队认为，尿液中检测到的微RNA类型数量较少的原因是无法全面捕获，为解决该问题他们利用了纳米线，发现尿液中的微RNA类型数量与血液中的相当。迄今为止，他们已经成功地通过单晶氧化锌纳米线的库仑力和氢键作用捕获了外泌体，并通过对尿液外泌体的微RNA分析成功地在1毫升尿液中发现了1300多种微RNA。
此次，研究团队制作了氧化锌纳米线，并分析了200份尿液样本（100份非癌症样本和100份癌症样本），确认人类物种尿液中的微RNA类型的数量。结果表明，尿液中的微RNA含有量与个人生活方式（吸烟、饮酒等）有关，并在不同的对象人群中将这些微RNA细分为1300种不同的类型。
由于发现尿液中微RNA类型的数量与血液中微RNA类型的数量相当，因此利用从癌症患者和非癌症患者中提取和分析的尿液微RNA数据，对200名患者的尿液微RNA数据进行了机器学习分析后，便构建出了可区分癌症和非癌症患者的尿液微RNA集合。
利用所构建的集合发现，未用于构建的癌症患者和非癌症患者尿液中的微RNA可被识别为接近癌症或非癌症患者尿液中的微RNA模式（灵敏度为98.2%，特异性为96.5%）。此外，通过对癌症患者尿液中的微RNA进行机器学习分析而构建的尿液微RNA集合可用于识别早期癌症患者（I期），AUROC为0.987。
此次研究发现，该技术不仅可以识别肺癌、脑瘤和非癌症，还有望进一步识别肺癌、直肠癌、子宫内膜癌、肾癌、白血病、淋巴瘤、胰腺癌、前列腺癌、胃癌、尿道癌和脾脏癌等11种癌症。研究团队希望除了扩大癌症类型外，还希望通过比较癌症产生前后的微RNA集合等，推进早期癌症检测的技术开发。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Analytical Chemistry
论文：Early Cancer Detection via Multi-microRNA Profiling of Urinary Exosomes Captured by Nanowires
DOI：10.1021/acs.analchem.4c02488
