胰腺癌是全球范围内恶性程度最高的实体肿瘤之一。2019年，中国国家癌症中心发布数据显示，我国胰腺癌患者平均五年生存率为7.2%，位列所有癌种的末尾；而根据胰腺癌专业网站PanCAN公布的最新信息，即便在医疗条件相对成熟的美国，胰腺癌患者的整体五年生存率也仅有9%，同样在癌症生存率榜单的最底部。肿瘤进展飞快、治疗预后极差、症状无比隐匿，这些特质让胰腺癌被冠以“癌王”的称号。
如何应用更高效的技术实现对胰腺癌的早期筛查，是全球相关领域内的重点工作。2020年7月23日，世界权威表观遗传学研究期刊Clinical Epigenetics刊载了来自我国四川大学华西医院研究团队的突破性成果。这则名为《游离DNA表观遗传标志物联合模型用于胰腺癌诊断》的成果论文，证明利用游离DNA中胞嘧啶的甲基化修饰联合羟甲基化修饰，可建立高效的胰腺癌无创诊断方法。
四川大学华西医院胰腺外科副主任李昂教授，四川大学生物治疗国家重点实验室研究员、泰莱生物顾问科学家谢丹教授，为本项成果论文的通讯作者。研究人员利用基于游离甲基化DNA免疫沉淀的高通量测序技术对164例血浆样品中的cfDNA进行了甲基化研究，其中包括67例胰腺导管癌和97例健康对照。在数据分析方面，研究团队采用201bp固定peak长度的call peak方法，更多关注相对富集度较高的短修饰区域。
最后利用弹性网络回归方法，建立了三种胰腺导管癌的诊断模型，包括5mC诊断模型、5hmC诊断模型及5mC-5hmC联合模型。研究发现，胰腺癌cfDNA 5mC分析中最终筛选到24个5mC标志物用于诊断模型的建立，该模型在验证集中灵敏度为82.4%，特异性为100%，AUC为0.977。
同时基于这些cfDNA 5mC差异区域建立的使用wd-score为评分标准的数值化评分模型，研究发现胰腺癌病人的wd-score值显著高于健康对照，并且患黄疸的胰腺癌病人wd-score值也显著高于无黄疸症状的胰腺癌病人。
而在对5hmC数据进行分析过程中，筛选了27个5hmC标志物用于诊断模型建立，在验证集数据和与训练集不同批次的测试集数据中的灵敏度分别为78.6%和85.7%，特异性分别为100%和93.3%，AUC依次为0.992和0.960。最后，研究团队将基于优化的机器学习算法得到的24个5mC诊断标志物与27个5hmC标志物整合，建立了共51个变量的双组学诊断模型。
结果显示：在验证集数据中模型预测灵敏度=93.8%，特异性=95.5%，AUC=0.997。该双组学联合模型在预测灵敏度方面，比基于5mC或5hmC的单组学预测模型提高约10%。这说明将这两个不同层面的表观遗传学标志物结合，可明显提高胰腺癌的诊断效力，尤其在胰腺癌的早期诊断的灵敏度方面，预测精度的提高尤为突出。
论文研究团队介绍，通过对胰腺癌两个组学数据的比较，发现胰腺癌全局5hmC水平明显降低，而5mC出现上调。胰腺癌中基因组不同元件的5hmC修饰水平较健康人明显升高，但5mC修饰水平却没有明显变化。在与健康人比较时，胰腺癌H3K4me1和H3K27ac两个代表正向调控的组蛋白区域，5hmC修饰水平显著增高，而5mC水平显著降低，H3K4me3区域的5mC和5hmC没有显著变化。
H3K27me3代表负向调控的组蛋白区域，胰腺癌样本中，该区域5hmC水平显著降低，而5mC水平无明显变化。该组数据比对结果直接证明：5hmC标志物对早晚期胰腺癌的区分具有优势；而将5mC标志物与5hmC标志物相结合，可显著提高癌症早期筛查诊断的准确性。“几十年来，胰腺癌一直缺乏有效的早期筛查及诊断标志物，这是其高致死率的重要原因之一。
本次联合cfDNA表观双组学进行分析的成果，是我们在使用无创液体活检技术进行胰腺癌筛查及诊断方面的阶段性突破，在接下来的时间里，我们将做更大规模的数据研究和诊断模型开发，进一步扩容研究样本，以更高效地提升筛查诊断精度。”该成果论文的通讯作者谢丹教授表示。
“除此之外，这次研究还揭示了综合不同生物组学及数据科学的多组学研究在应对各类癌症，乃至其它复杂难治疾病方面都存在巨大的潜力，或许这一前沿研究手段会为人们打开认识疾病与健康关联的新纪元。目前，我们也正在基于多组学方法进行如肝癌、肝病的辅助诊断，乃至涵盖多癌种早期筛查等方面的研究与转化。”