《Clinical and Translational Medicine》：Liquid biopsy biomarkers for early detection of gastrointestinal cancers: Current landscape and emerging technologies
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本文系统阐述了液体活检在胃肠道（GI）癌早筛中的前沿进展，聚焦循环肿瘤DNA（ctDNA）、循环肿瘤细胞（CTCs）、细胞外囊泡（EVs）及肿瘤教育血小板（TEPs）等关键生物标志物，解析表观遗传分析与多组学机器学习模型如何突破早期病灶信号微弱瓶颈，并探讨FDA获批筛查路径与多癌种检测（MCED）的临床转化挑战，为精准防控提供全景视角。
胃肠道癌症早期检测的无创液体活检生物标志物：当前格局与新兴技术
胃肠道（GI）癌症涵盖结肠、直肠、胃、食管、胰腺、肝脏及胆道系统恶性肿瘤，是全球癌症死亡的首要诱因。其核心临床困境在于多数患者确诊时已至晚期，源于早期症状隐匿与传统筛查手段（如内镜）侵入性强、成本高昂且覆盖率有限。液体活检通过分析血液及其他体液中的肿瘤衍生分析物，实现了微创检测范式转变，为破解这一难题提供了全新路径。
核心生物标志物的生物学图谱与技术特征
液体活检分析物构成了一个反映肿瘤多维生物学特征的谱系，依据其起源可分为五大类：
循环肿瘤DNA（ctDNA） 作为游离DNA（cfDNA）池中的肿瘤特异性片段，携带着驱动基因变异与表观遗传印记。尽管在早期阶段占比极低（<0.1%），但其半衰期仅约2小时，能实时映射肿瘤动态。文档详述了APC、TP53、KRAS、BRAF等高频突变基因的遗传学扰动模型验证，证实这些ctDNA检出靶点与腺瘤-癌序列、基因组不稳定性及RAS-MAPK通路激活存在明确因果关联。然而，低肿瘤负荷导致的假阴性及克隆性造血（CH）引发的假阳性，构成了其早期检测的主要技术壁垒。
循环肿瘤细胞（CTCs） 提供了完整的细胞实体，不仅可用于计数，更能进行单细胞水平的表型与分子表征。尽管其在血液中的丰度极低（约百万分之一），且存活窗口短暂，但CellSearch?等基于EpCAM的捕获系统已在转移性结直肠癌预后评估中获得FDA许可。新型尺寸分离微流控芯片（如Parsortix?）正致力于克服上皮-间质转化（EMT）导致的标记丢失问题，以提升早期捕获效率。
细胞外囊泡（EVs）与外泌体RNA 携带了源自亲本肿瘤的独特miRNA与非编码RNA“邮政编码”。外泌体膜蛋白（如Glypican-1）可实现组织溯源，而血浆外泌体miRNA面板在Barrett食管（BE）及食管腺癌（EAC）的早期识别中表现卓越。EMERALD研究确立的六联miRNA血检，在区分BE/EAC患者与健康对照时展现了高达91.9%的AUC值，为非内镜筛查开辟了新径。
肿瘤教育血小板（TEPs）与其他生物分子 TEPs通过摄取肿瘤源性RNA改变自身转录组，虽在癌症信号起源（CSO）判定中灵敏度>90%，但仍处于临床前探索阶段。经典蛋白标志物（如CEA、CA19-9）因在早期患者中漏诊率高（胰腺癌非分泌者达20-25%）及Lewis抗原阴性人群的限制，单独用于筛查价值有限，但在多 analyte 联合模型中仍具互补价值。
突破性检测技术的演进
应对早期肿瘤微量信号的挑战，检测技术正向超高灵敏度与多维分析演进：
增强型PCR与下一代测序（NGS） 数字PCR（ddPCR）与BEAMing技术将突变检测下限推进至万分之一级别。靶向NGS面板结合分子条形码（UMIs）与错误抑制算法（如TAm-Seq、CAPP-Seq），有效过滤背景噪音，实现对TP53、APC、RAS等驱动基因低频变异的精准捕获。
甲基化与表观基因组学分析 相较于突变，肿瘤特异性的DNA甲基化改变在早期异型增生中更为稳定。FDA批准的Epi proColon?检测基于SEPT9基因甲基化，而Galleri?等多癌种检测（MCED）则利用全基因组甲基化测序结合机器学习预测组织起源。针对肝细胞癌（HCC）的5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）映射技术及食管 sponge 胶囊获取的USP44/TBC1D30/NELL1甲基化面板，均显示了超越传统方法的诊断效能。
片段组学与多维cfDNA分析 肿瘤来源的cfDNA呈现出独特的核小体足迹与片段长度分布。通过整合片段组学特征、拷贝数变异（CNVs）与突变数据构建的机器学习模型，在胃癌早期检测中实现了88.2%的灵敏度与92.1%的特异度，显著优于单一标志物策略。
人工智能（AI）驱动的多组学整合 鉴于单标志物性能的局限，AI算法成为解析异构分子数据的核心引擎。CancerSEEK与DETECT-A试验验证了整合ctDNA突变、外泌体miRNA及蛋白标志物（如CA19-9）的多 analyte 模型价值，在大型前瞻性研究中成功识别出包括胰腺癌在内的多种缺乏标准筛查路径的癌症，且早期干预显著改善了患者生存预后。
多癌种检测（MCED）与单癌种检测的博弈
当前液体活检呈现双轨并行格局：单癌种检测（如FDA批准的Shield?用于结直肠癌CRC平均风险筛查）在特定癌种管理中证据链更为成熟，主要服务于高风险人群监测与治疗指导；而MCED测试旨在无症状人群中同时筛查数十种癌症，其核心挑战在于维持极高的特异度（>98%）以避免低患病率人群中的过度诊断。PATHFINDER II试验揭示了MCED在临床实践整合的可行性，但也指出了阳性预测值（PPV）偏低（<50%）的现实瓶颈，表明其目前更适合作为现有筛查手段的补充而非替代。
特定胃肠道癌症的液体活检应用图景
结直肠癌（CRC） 已成为液体活检转化的标杆。从2016年SEPT9甲基化血液检测获批，到2024年Guardant ShieldTM（基于cfDNA）获得FDA批准用于平均风险筛查，ECLIPSE试验证实其对CRC的检测灵敏度达83%。多组学策略（结合突变、甲基化、微生物组信号）正致力于进一步提升对进展期腺瘤的检出率，旨在通过血液初筛优化结肠镜资源分配。
胃癌 由于缺乏大规模内镜筛查，早期诊断率低下。血浆ctDNA中PCDH10、RASSF1A等抑癌基因的高甲基化，以及EV来源的GClnc1长链非编码RNA，已显示出良好的鉴别潜力。Yu等人的全基因组cfDNA碎片组学研究构建的集成模型，其性能模拟结果甚至可与内镜相媲美，预示着无创筛查的广阔前景。
食管癌 特别是食管腺癌（EAC）及其前体Barrett食管（BE），是液体活检的重点攻关领域。除EMERALD miRNA面板外，基于cfDNA的NELL1甲基化检测及吞咽式细胞采集海绵的应用，正在构建一个从无创血液检测到微创局部取样的分层筛查体系，以解决早期BE/EAC诊断难的痛点。
胰腺癌 因其深在位置与快速进展，是早诊领域“皇冠上的明珠”。虽然早期ctDNA检出受限，但结合外泌体miRNA与CA19-9的双组分模型在千例队列中实现了97%的早期（I-II期）胰腺癌识别率。Glypican-1（GPC1）阳性外泌体的研究虽需大样本验证，但已点燃了利用蛋白标志物突破免疫逃逸检测的希望。
肝细胞癌（HCC） 在慢性肝病背景下，传统超声联合AFP的监测效能不足。HelioLiverTM测试整合cfDNA甲基化特征与AFP、AFP-L3%、DCP等蛋白标志物及临床参数，在盲法多中心验证中对早期HCC的灵敏度达76%（特异度91%），显著优于GALAD评分。此外，尿液cfDNA甲基化检测也为这一领域提供了新的体液样本选择。
胆管癌（CCA） 作为相对罕见但致命的胆道肿瘤，其液体活检尚处起步阶段。基于胆汁样本的ctDNA测序（检测IDH1、FGFR2融合）在诊断恶性胆道狭窄方面显示出高一致性，而血液检测则受限于极低的肿瘤负荷。针对原发性硬化性胆管炎（PSC）高危人群的周期性多组学监测，可能是未来的破局方向。
临床转化与未来展望
液体活检正从实验室加速走向临床应用。CRC领域已率先实现监管突破，而HCC的HelioLiver及胰腺癌的DETECT/PRECEDE等前瞻性队列正在积累关键的真实世界证据。Table 2与Table 3系统性梳理了全球范围内针对GI癌症的各类液体活检分析物、技术平台及临床试验状态，涵盖了从观察性回顾病例对照到介入性随机试验的广泛设计。
尽管挑战犹存——包括早期病变的分析物稀缺性、克隆性造血带来的特异性干扰、标准化前分析流程的缺失以及大规模前瞻性死亡率获益数据的匮乏——但多组学技术与AI算法的深度融合，正在不断重塑胃肠道癌症早诊的精度边界。随着Shield等血液检测的普及有望提升筛查依从性，以及MCED技术在填补非标准筛查癌种空白方面的潜力释放，液体活检终将推动GI癌症防控进入精准早诊与干预的新纪元。
