【探索32-1】液態檢體在精準醫學發展趨勢
液態檢體（liquid biopsy）是一種利用身體各種體液中的生物分子（如核酸、蛋白質等）進行生理和病理檢測的技術。可以透過少量的血液、尿液或唾液等樣本，科學家可以檢測特定的生物分子，並結合大數據分析甚至預測不同生理或是病理的狀況。相較於傳統手術取得組織樣本，液態檢體減少了對病人的侵入性的採樣創傷，並提升了檢測的靈敏度和所需的成本。液態檢體在癌症診斷、病程監控和診斷評估皆可廣泛應用，如，透過有效地檢測循環腫瘤細胞、細胞外腫瘤DNA以及外泌體等標的，為（癌症）精準醫學的發展提供了新契機。
講者｜臺灣大學植物病理與微生物學系 沈湯龍 教授兼系主任
彙整、撰稿｜韓喬融
何謂液態檢體（liquid biopsy）?
液態檢體（liquid biopsy）是一種利用身體各式體液中的生物分子（或生物標記，如核酸、蛋白質等）進行生理和病理檢測的技術。透過現代生物技術和高效能的儀器及實驗方法，對這些生理和病理標誌進行極微量且高精度的檢測，並利用大數據分析甚至預測其與生理或病理之間的關聯性。這類檢測只需少量血液、尿液或唾液等樣本，並通過高效能的儀器和方法來進行分析。相比傳統需透過手術取得組織樣本的方法，液態檢體不僅加快了檢測速度，還大大降低了對病人的傷害。此外，由於液態檢體中的分子在血液中均勻分布，能有效避免因癌細胞分佈不均而導致的採樣誤差或是誤診。
液態檢體的歷史起源
事實上，液態檢體的概念可以追溯到古代。例如，《黃帝內經》記載了通過觀察尿液的顏色和混濁度來診斷健康狀況和治療效果；古希臘的醫學也提出通過血液、痰液和膽汁的顏色來評估病人的健康。到19世紀末，科學家發現癌細胞會進入血液中，從而開啟了液態檢測癌症的可能。20世紀，研究者發現血液中除了細胞，還存在癌細胞釋放的DNA和RNA分子。2000年以後，這一技術逐步應用於臨床。直到2016年，美國的FDA核可通過以檢測血液中EGFR（epidermal growth factor receptor，一種和癌症腫瘤生成相關的基因）的突變基因序列用於特定癌症的診斷。
精準醫學與液態檢體的關係？
前美國總統歐巴馬於2015年提出了「精準醫學」的概念，旨在利用低侵入性、高效率的方式來檢測個人化健康的狀況。液態檢體正符合這一理念，通過檢測血液中的核酸、細胞等生物分子，並結合大數據分析，可以準確評估或是預測個別患者實際的健康或是疾病的狀況，避免手術帶來的風險和傷害，提升醫療措施的精準度。
常見的液態檢體種類
常見的液態檢體包括體液、血液、唾液、尿液，以及腹水等，針對不同的疾病所適用的檢體種類也會有所差異。在檢測這些檢體時，最常偵測的生物分子包括：循環腫瘤細胞（circulating tumor cells, CTC）、循環腫瘤DNA（circulating tumor DNA, ctDNA），以及外泌體（exosomes）。一般在獲得血液檢體後，會先將血漿分離並針對血液中的癌細胞（例如CTC）檢測是否存在來判斷罹癌病人的腫瘤是否可能進行癌轉移、癌細胞DNA分子（例如ctDNA）是否有突變，研判其突變是否對於某些藥物的反應狀況，或是針對外泌體的RNA (如miRNA)、代謝物、蛋白質、DNA等進行檢測來反映和預測癌細胞可能的行為狀態。
液態檢體在癌症診斷中的應用
液態檢體在癌症檢測中的應用日益廣泛。通過抽血檢測CTC、ctDNA和外泌體中的分子，可以進行早期癌症診斷、病程監控和療效評估。透過PCR（聚合酶鏈鎖反應）可以靈敏有效地偵測目標核酸基因，或是利用質譜的方式也可以偵測是否有癌症相關的蛋白質、化合物的組成。這些檢測標的的特定生物分子，將由大數據與生理病理相關性以及生物資訊的分析，可做為評估生理和病理的狀態。
近年的研究發現，外泌體內所攜帶的生物分子在體液中有較相對的穩定性，同時易於分離操作和保存，進一步提升了液態檢體的應用便利性。
外泌體（exosomes）是什麼？
外泌體是一種由磷脂質囊泡包裹著生物分子組成的複合物，其內含的生物分子包含一些代謝物、RNA、DNA、細胞代謝物和蛋白質，包括轉錄因子、酵素等，幾乎所有人類的細胞（不論是癌細胞、肝細胞、皮膚細胞、免疫細胞等）甚至植物細胞都可以分泌外泌體，並釋放到細胞外和組織液等體液中。重要地，細胞和細胞之間可以透過外泌體相互的傳送訊息來進行溝通。不過，外泌體的組成成分是非常動態變化的，可依據細胞所處在的環境和本身的狀態，其所分泌的外泌體內的組成和分泌的數量也會隨之改變。這使得外泌體成為疾病診斷和進展監測的潛力工具。目前國內外對於外泌體的研究剛開始起步而吸引很多的科學家或醫師對它的興趣，然而我們對於外泌體的生成的過程和機轉都還不太了解，因此還有很多部分值得科學家繼續積極和深入的探索。
有趣的是，外泌體的結構與細胞有相似之處，其外層為皆為雙層磷脂質膜，類似於細胞膜，這使得外泌體在從血液中分離後能夠穩定保存數天。其實，最早發現外泌體的時候，科學家認為這是細胞的「垃圾袋」，用來存放多餘或是不需要的核酸或蛋白質等生物分子，因為如果直接把這些生物分子丟到細胞外容易引起發炎的反應。然而，1987年研究發現，外泌體不僅僅排放廢物，還與血球細胞分化有關。而1990年後，外泌體更進一步發現參與免疫調節而開始被重視。到2007年，瑞典的研究團隊發現癌細胞所分泌的外泌體中含有微小RNA，這些分子可影像癌症周邊微環境進而影響癌細胞的進展和轉移。近年來，更多的研究揭示了外泌體在所多疾病診斷和治療中的潛力，特別是其在細胞間傳遞訊息分子的能力上顯得在生理和病理尤為重要。事實上，外泌體作為細胞間的「信使者」，其訊息分子的傳遞具有細胞或組織專一性，特定的外泌體只能到達特定的器官，為疾病診斷和治療提供了新的前景。
外泌體在癌症轉移中的作用
近年來，我們的國際研究團隊發現了癌細胞分泌的外泌體其表面上的特定蛋白質有類似於郵遞區號的功能，可以將外泌體專一的標靶到特定器官，之後透過釋放相關的RNA、DNA和蛋白質等來影響標靶器官內正常健康的細胞而建構了癌轉移前的微環境，即在遠端的器官先行建立了「灘頭堡」，以利癌細胞後續易於轉移到這些已經建立灘頭堡的遠端器官。透過血液檢測外泌體上的這些蛋白分子標誌，可以了解目前癌症轉移的狀況。同樣的概念也已經開發外泌體做為多種類癌症以及不同疾病的早期診斷、監控、預後以及抗藥性等的新興生物標誌。結合人工智慧來比較大量的病人其外泌體中的某些分子和特定疾病基因做相關性分析，藉此精準的判斷疾病發生的階段和因應策略等，科學家已逐漸建構出可以協助精準的診斷和及時治療。事實上，液態檢體正在改變癌症和許多疾病的治療管理模式。
✨延伸閱讀：《【人物專訪】從植物病理到癌症檢測——專訪臺大植物病理與微生物學系沈湯龍教授》
