现有的液体活检方法主要集中在细胞游离核DNA分析，对非核DNA在液体活检中的应用潜力仍然未知，特别是线粒体DNA（mtDNA）。迄今为止，血浆mtDNA在多种恶性肿瘤诊断中的作用尚未评估。来自荷兰阿姆斯特丹自由大学及澳大利亚墨尔本大学的联合研究团队便对mtDNA进行研究，并发现了其作为肿瘤标志物的可能性。

研究人员通过对来自健康个体和癌症患者的血浆样本（包括12种癌症）进行了全基因组测序，同时对血浆mtDNA分数（fraction）进行分类。研究者惊喜地发现，与健康个体相比，结直肠癌、胆管癌、肝癌、胰腺癌或前列腺癌患者的mtDNA fraction增加，但其他癌症的患者血浆中并未检测到这个变化。

01  利用小鼠mtDNA先行验证

人类线粒体基因组虽然只有16,569对碱基对，但极易发生突变，因此很难从mtDNA突变中找寻到疾病规律。由于小鼠线粒体基因组相对保守，因此研究人员选择了腹腔内移植了人结直肠癌细胞系的13只小鼠，对其血浆进行了3×覆盖率的WGS。

将所得测序数据分为小鼠来源（正常）和人类来源（肿瘤）后，研究人员评估了癌细胞mtDNA。结果显示，在所有样本中均检测到肿瘤来源的mtDNA并且肿瘤核DNA读长和肿瘤mtDNA读长之间具有相关性。

02  人类mtDNA有良好的辅证作用

紧接着，研究人员对655名癌症患者和200名健康个体的855份血浆样本中的mtDNA分子比例进行了WGS分析，测序覆盖深度为0.1×到30×不等。测序分析结果显示，与健康个体相比，胆管癌、结直肠癌、肝癌、胰腺癌和前列腺癌中血浆mtDNA分数显著增加，乳腺癌、肺癌和卵巢癌的mtDNA分数没有增加。总的来说，mtDNA分数不仅受有无癌症的影响，还与癌症类型有关。

最后，研究人员对855个血浆样本使用了监督学习方法，在数据的子集上训练随机森林分类器，用于构建分类模型，包括单独使用mtDNA分数和ichorCNA肿瘤分数以及同时使用两种特征构建的三个模型。结果显示，通过将WGS获得的mtDNA信号与ctDNA的其他肿瘤衍生信号（例如突变、拷贝数异常或甲基化）相结合，可提供一种新的策略来提高癌症液体活检性能。

03  不容忽视的mtDNA

线粒体是一种双层膜细胞器，直径约0.5~1.0微米，细胞中制造能量的结构，细胞有氧呼吸的主要场所，被称为“能量工厂”。线粒体拥有自身的遗传物质和遗传体系，更神奇的是，这一套遗传过程为母系遗传。近年来，线粒体研究已经成为生命科学及医学领域的研究热点，其中，线粒体的融合与分裂维持着线粒体正常的形态、分布和功能。线粒体融合与分裂的失衡通常与人类各种疾病，包括肿瘤的发生发展。一些肿瘤细胞表现出线粒体功能的异常，如能量生产不足、线粒体膜电位的改变和产生过多的氧自由基等，这些异常可能与线粒体DNA的突变或损伤有关，导致线粒体功能受损。可以预见，未来针对mtDNA的研究必将为人类疾病诊断、癌症早筛带来新希望。