就在剛剛,，F(xiàn)oundationOne CDx在中國大陸的首張報告新鮮出爐了，很多人都在期待的新技術終于落地,。癌癥患者到底如何用藥,，這或許就是解決的開始。

“對人類基因組的理解正在劇烈影響幾乎所有的醫(yī)學領域。Foundation Medicine正在利用基因組數(shù)據(jù)的力量來改善對癌癥的治療,，這將是十分重要的一步,。我很高興能夠成為它的支持者。”

這是2013年,，在Foundation Medicine結束B輪投資之后,，投資者Bill Gates在采訪中說的話。整個B輪融資總額達5600萬美元,，投資者名單還包括谷歌風投等行業(yè)大佬,。[1]

而這家被引領時代的人所選擇的公司,，2017年年底交出了一份接近滿分的答卷——該公司的基因測序產(chǎn)品FoundationOne CDx被FDA批準為首個泛瘤種伴隨診斷產(chǎn)品，324個基因,、兩個可以預測免疫檢查點抑制劑療效的分子標記（MSI/TMB）,、覆蓋全部實體瘤（除肉瘤）、直接對應FDA批準的17個靶向治療方案,！

可以說，癌癥治療正在變得更加精準,、更加有效,，而這一切的基礎，都是我們對癌癥基因組越來越深刻的理解,。

勘破天機

從薛定諤拋出“生命是什么”的疑問,，到人類窺見整個生命底層的奧秘,，期間也不過短短幾十年。

1952年,，科學家首次證實,，DNA就是我們心心念念已久的遺傳物質(zhì)；1953年,，雙螺旋結構被闡明,；1958年，發(fā)現(xiàn)中心法則,；1966年破解遺傳密碼,；1977年，Sanger測序法出現(xiàn),。

人類有了一個近乎瘋狂的想法,，我們要搞清楚人類基因組的基本組成，揭開這數(shù)萬個基因與生老病死之間的聯(lián)系,！

人類基因組計劃（HGP）耗費了數(shù)十年光陰和無數(shù)資本,，2001年草圖的發(fā)布被認為是該計劃的里程碑。

然而正所謂了解得越多,，越認識到自己的無知。人類基因組計劃就是生命的全部機密嗎,？那么疾病呢,，尤其是人類第一大敵癌癥呢，它們和基因組又是什么樣的關系呢,？癌癥基因組圖譜（TCGA）緊接著啟動了,。

這兩項龐大的計劃，做的是以人力破解“天機”的工作,，這期間涌現(xiàn)了無數(shù)優(yōu)秀的科學家,，帶動了測序技術的蓬勃發(fā)展，同時也帶動整個生物醫(yī)學行業(yè)進入了分子時代,。我們對癌癥的認知從組織病理學轉(zhuǎn)向分子層面,，大批研究者開始嘗試從基因角度去研究癌癥、攻克癌癥,。

可以預見的未來里,，市場將會出現(xiàn)大量針對癌癥相關基因突變的靶向藥物，那么相應的,，我們也要有檢測基因突變的有力手段,。癌癥相關的突變那么多，難道一個一個挨著檢測過去嗎,？

星火

癌癥基因圖譜項目中,，主要參與的有三個頂級科研機構，其中之一就是Broad研究所,。正是出身于這里的幾位頂級科學家解決了上述的難題,。

Matthew Meyerson是TCGA的首席研究員，主管肺癌項目,，他的同事Levi Garraway則是黑色素瘤/頭頸癌項目的主管,。這兩位作為癌癥基因組學的領軍人物，早早意識到了精準治療的市場前景,。2006年,，他倆就合作過一篇論文，嘗試通過焦磷酸測序技術對腫瘤組織中的238個腫瘤相關基因進行大規(guī)模平行測序[2],。

左：Meyerson 右：Garraway

好了,，回到Meyerson和Garraway,。完成研究之后,，他倆就意識到，對癌癥的大規(guī)模測序絕對是未來的“剛需”,，這個技術應該繼續(xù)發(fā)展并且推廣出去,。不過那會兒基因測序還是一項十分昂貴的技術，如果不是人人都用得起,，那也沒什么意義,，到底怎么把技術落地還得商榷一下。

于是兩人決定找個人商量下,。這個人就是Broad研究所的所長Eric Lander,。

Lander也是位真業(yè)界大牛，他是人類基因組計劃的重要領導者,，2001年發(fā)布的基因組草圖他就是第一作者[3],。巧的是，他也很早就意識到了基因組學對癌癥研究的意義,。1993年,，他曾經(jīng)牽頭成立過一家基因公司Millennium Pharmaceuticals，嘗試進行癌癥基因組學研究,。不過很可惜的是,，思維雖已走得很遠，技術卻跟不上,，Lander最初的努力失敗了。

Eric Lander

不過這時已是2007年，正是454,、Hiseq,、Solid等下一代測序儀全面開花的時候，以我們后來人的角度看,，真是沒有再好的時機了,。

Millennium Pharmaceuticals公司當年還健在的時候，CEO是位叫做Mark Levin的科學家,。他離開MP之后成了一名投資人,，就職于投資了諸多生物技術企業(yè)的Third Rock Ventures。他對Lander們的想法也很感興趣,，不過畢竟經(jīng)歷過一次失敗,，也了解市場的行情，深知基因診斷業(yè)務開展之艱難,，對此還是比較謹慎,。

接下來的兩年多時間里,，開荒者們找到了許多科學家、腫瘤學家,、臨床研究者,、律師甚至保險行業(yè)從業(yè)者，商討商業(yè)戰(zhàn)略,。Garraway曾笑稱,，像是在“定制新時代商業(yè)診斷的全套流程”。當然了,，這也是沒有辦法的,，畢竟這事兒根本沒有先例可參考。

2010年,，Third Rock Ventures注資成立了Foundation Medicine Inc(FMI),，并派來了深知生物技術企業(yè)運營的Alexis Borisy。而Lander,、Meyerson,、Garraway，還有Todd Golub——將DNA微陣列等基因組工具帶入癌癥研究的先驅(qū)——這四人作為創(chuàng)始顧問,，天時地利人和,，F(xiàn)MI終于開始了它的航行。[4]

Todd Golub

兩年后，2012年,，F(xiàn)MI推出了第一款診斷產(chǎn)品FoundationOne,，能夠?qū)εR床腫瘤樣本進行高精度、大規(guī)模平行測序,，檢測包括點突變,、缺失插入、基因拷貝變化等關鍵突變類型,，并且涵蓋了常見的臨床治療/研究靶點,。

技術終于趕上了時代。

跬步

FMI能夠健康發(fā)展,，回頭看看Millennium Pharmaceuticals公司的失敗,，只能感慨這是一滴時代的眼淚。

1977年,，Sanger發(fā)明了第一代測序技術,，讓人類有了一窺“上帝密碼本”的能力。盡管這項技術統(tǒng)治了科研界30年,，但由于測序周期長,、成本高,，這項技術很難適應需要大規(guī)模測序的臨床應用。

2005年,，第二代測序技術（下一代測序,，NGS）的商業(yè)化，把人類全基因組測序的時間從三年,，縮短到一個禮拜,！

僅一年后，Meyrson和Garraway就打算用這項技術造福癌癥患者了,。2006年他們發(fā)表在《自然醫(yī)學》雜志上的論文就顯示[2],，二代測序技術能夠有效地檢出突變頻率低到0.2%的變異。更厲害的是,，即使是福爾馬林固定,、石蠟包埋（FFPE）的組織樣它也能準確地檢測，可見是更加適應臨床需求的,。

2011年,，經(jīng)過幾輪升級的新測序平臺發(fā)表在了《癌癥研究》上[5],。新技術對137個基因的2732個外顯子進行了捕獲，平均測序深度能夠達到400倍,。

值得稱道的是,，這次研究者們的目光直接對準了臨床，靶向的基因涵蓋了FDA已批準的藥物靶點,、正在進行臨床試驗的靶點,、與預后或耐藥性相關的靶點、用于診斷的靶點,，以及更多暫時“意義不明”的癌癥相關突變。

特別值得一提的是10個FFPE樣本中,，有兩個腫瘤樣本純度只10-20%,，也成功檢測到了KRAS、PIK3CA,、MSH2等具有重要臨床意義的基因突變,。研究者還與一種質(zhì)譜法檢測平臺OncoMap做了對比。在新技術檢出的所有的樣本突變中,，OncoMap理論上可以檢出13種,，不過實際上只檢出了10種。

以這項技術為基礎,，很快,，F(xiàn)oundationOne誕生了,。

千里

技術會停下腳步嗎,？永遠不會！

從科研走向臨床,，技術面臨的困難遠比我們想象得要多,。臨床上腫瘤組織一般是FFPE切片樣本或者是穿刺取樣，前者會對DNA造成損傷,，后者樣本量有限,；還有另一個問題，臨床上實際操作中難以精準定位腫瘤組織,，這對檢測方法的靈敏性和特異性提出更高要求,，畢竟患者可是容不得試錯的；在樣本有限的情況下,，技術要實現(xiàn)對數(shù)百萬個堿基的檢測,，這樣大的數(shù)據(jù)，需要更加系統(tǒng)和嚴格的驗證,。

臨床上評估癌癥基因,，常用Sanger測序、質(zhì)譜基因分型技術,、熒光原位雜交技術（FISH）,、免疫組化分析（IHC）等技術。不過還是那句話,，考慮到技術和樣本的限制,，它們哪個都滿足不了大規(guī)模的基因檢測的要求。

到底還是得看NGS的,！2013年,，F(xiàn)MI核心技術登上Nature Biotechnology[6]，這個版本能夠檢測到基因點突變,、插入缺失,、拷貝數(shù)變化和基因重排，覆蓋287個癌癥相關基因,，敏感性95-99%,，特異性99%，而且與其他所有臨床手段對比,，均有95%以上的一致性,！在對2221例臨床病例檢查中，76%的患者檢測出了至少一個具有臨床意義的靶點,，這些突變位點對于患者的治療,、診斷和預后具有重要的價值,！

為了測試技術到底多強,，研究者通過將胚系點突變已知的多個正常細胞系，體細胞插入缺失突變已知的多個腫瘤細胞,，以及拷貝數(shù)已知的腫瘤細胞和其對應的正常細胞分別按照不同的比例進行混合,，在不同等位基因突變頻率（MAF）條件下評估點突變，插入缺失和拷貝數(shù)變異的檢測性能,。

在對點突變的檢測中,，中位測序深度達到了738倍，99%以上的外顯子區(qū)域測序深度都達到了250倍,。對于MAF≥10%的位點,，敏感性>99%（1036/1036）；MAF<10%的位點也達到了99%（1013>

在檢測插入缺失上,，數(shù)據(jù)同樣喜人,，中位測序深度達667倍，對MAF≥20%的位點,，敏感性98%（92/94）,；MAF在10-20%之間的，敏感性97%（71/73）,；MAF在5-10%之間的,，敏感性也有88%。

對拷貝數(shù)變化的檢測則受限于樣本的純度和拷貝數(shù)變化的數(shù)量,。對純度在30%以上,、拷貝數(shù)變化大于8的樣本，敏感性也達到了99%（91/92）,。

在這三項檢測中,，整體的陽性預測值（PPV）都在99%以上。

那么和其他技術對比一下,，孰優(yōu)孰劣呢,？研究者就NGS和質(zhì)譜基因分型、FISH,、IHC四項技術，在249個FFPE樣本中進行了盲測,。

首先,，在檢測堿基替換和插入刪除上，質(zhì)譜基因分型技術略輸了一籌,。質(zhì)譜基因分型技術共檢測到101個突變,，其中97個突變NGS也檢測到了,，而且NGS還另外檢測到了7個突變，也就是共檢測到104個突變,，比質(zhì)譜基因分型技術要更多,。在檢測結果一致的位點中，有超過25%以上的位點MAF≤10%,，可見在臨床癌癥基因檢測中高敏感性的必要性,。

NGS顯然比質(zhì)譜基因分型略勝一籌

在檢測拷貝數(shù)變化上,，NGS也表現(xiàn)優(yōu)異，與IHC,、FISH一致性保持在95%-100%,！

用在臨床病例上就更不用說了，對2221名患者的組織樣本進行檢測,，95.1%（2112/2221）患者檢出突變,，測序深度達到1134倍，平均每個樣本具有3.06個突變,。就算只看那些具有臨床意義的突變,，每個樣本也有1.57個，有76%的患者至少有一個有臨床意義的突變,。

就拿著名靶點HER2突變來說吧,，雖然目前FDA只在乳腺癌和食管癌上批準了相應的治療方案，但是實際上在其他的12種癌癥中也都檢出了HER2突變,，占總病例的5%,。而且這些HER2突變病例中，有40%屬于點突變或者插入刪除,，這種情況用傳統(tǒng)的生物標記物檢測方法,，如FISH/IHC是根本檢測不到的。

NGS能夠做到覆蓋大量基因和不同癌種

新啟航

正如前文所說，技術永遠不會停下腳步,，在精準醫(yī)療上尤其如此,。技術的完善只是起點，背后龐大的數(shù)據(jù),、海量的病例支持才是它能夠獲得廣泛應用的堅實后盾,。

十數(shù)年的發(fā)展中，F(xiàn)oundationOne CDx作為研究工具協(xié)助無數(shù)科研成果的發(fā)現(xiàn)，在這個過程里也積累了大量的數(shù)據(jù),。FMI獨有的數(shù)據(jù)庫FoundationCore是目前世界上最大的癌癥基因組數(shù)據(jù)庫之一,，擁有超過18萬患者的數(shù)據(jù)記錄；FMI也與50家以上的生物制藥企業(yè)合作,，幫助加速新的靶向藥物研發(fā),，科研成果匯總成340多篇科研論文。