消化道惡性腫瘤包括肝癌、胃癌、結直腸癌、食管癌、胰腺癌等，在全球癌癥新發病例和死亡病例中分別占據23.9% 和 33.2%，疾病負擔沉重 [1,2]。由于消化道癌癥早期常無明顯臨床癥狀，且缺乏高敏感、特異性早診標志物，絕大多數患者確診時已處于中晚期，錯失根治性手術的最佳時機，預后不佳[3]。此外，消化道疾病的良惡性鑒別仍是臨床難點，往往需要胃腸鏡、CT、磁共振等多項檢查進行綜合判斷。目前尚缺乏一種能夠實現多種消化道癌種同時篩查和早期診斷的“泛癌”檢測技術。近年來，基于循環腫瘤DNA的多癌種早期檢測（MCED）技術快速發展，為實現消化道癌癥的早期、無創、廣譜檢測提供了新的技術路徑與臨床應用可能[4]。

2025年6月5日，在樊嘉院士指導下，復旦大學附屬中山醫院周儉教授、楊欣榮教授團隊與鹍遠生物聯合開展的研究成果在國際權威期刊Molecular Cancer (IF=27.7) 在線發表，論文題為“GUIDE: a prospective cohort study for blood-based early detection of gastrointestinal cancers using targeted DNA methylation and fragmentomics sequencing” [5]。本研究首次基于高通量測序平臺，通過創新設計的小型靶向甲基化測序Panel，精準捕獲血漿游離 DNA（cfDNA）的甲基化特征和片段組學（Fragmentomics）特征，構建出融合深度神經網絡構架的多模態人工智能模型，實現對多種消化道癌癥的無創檢測與組織溯源（TOO）。通過首個針對消化系統癌癥的前瞻性隊列研究（GUIDE），研究團隊系統驗證了GutSeer?在消化道癌癥早期檢測中的卓越性能：驗證集總體靈敏度為82.8%，特異性為95.8%；獨立測試集總體靈敏度為81.5%，特異性為94.4%。GutSeer?不僅在檢測早期消化道癌癥方面表現出色，對高級別癌前病變亦具有良好識別能力，充分展示了其在特定高風險人群中的臨床應用價值。值得強調的是，通過與全基因組測序（WGS）的片段組學方法進行頭對頭直接比較，GutSeer? 的整合模型在檢測性能和臨床適用性方面均表現更優，突顯了其作為一種實用、高效、無創的消化道癌癥早期篩查和輔助診斷工具的巨大潛力。

本研究中總共招募了3,386名參與者。其中，64.0%的癌癥患者被診斷為I期（534例，39.4%）和II期（334例，24.6%），為評估GutSeer?在消化道早期檢測中的診斷效能提供了堅實隊列基礎（圖1）。

圖1、GUIDE 研究整體設計

GutSeer?模型使用了1237個血漿樣本的數據開發而成，包括529個癌癥樣本（63.3%為I/II期；335/529例）和年齡匹配的708個非癌癥樣本。在訓練集中，GutSeer?模型的平均AUC為0.958，靈敏度為83.7%，特異性為95.8%（圖2A）。模型的穩健性進一步在驗證集中得到驗證，保持了82.8%的靈敏度和95.8%的特異性，AUC為0.950（圖2B）。另外，GutSeer?模型在組織溯源上表現出穩健準確性。模型在訓練集中實現組織溯源準確性為83.7%，在驗證集中為82.4%。準確的組織溯源性能提升了GutSeer?的臨床實用性，為指導后續確診流程和治療計劃提供了寶貴線索。

研究者探索了整合cfDNA甲基化和片段組學特征對診斷效能的提升。在癌癥檢測中，訓練集的交叉驗證結果顯示，單獨甲基化的模型的平均AUC為0.929，單獨片段組學的模型AUC為0.934，都顯著低于整合模型的0.958（圖2A）。在驗證集中觀察到了類似的結果（圖2B）。對于組織溯源也觀察到了類似的準確性提升，進一步強化了結合甲基化和片段組學進行精準組織溯源的優勢。

研究者進一步利用富集早期癌癥病人的獨立驗證隊列來評估GutSeer?診斷性能，隊列中66.4%的癌癥患者為早期患者（I/II期）。GutSeer?達到了0.921的AUC，癌癥檢測的靈敏度為81.5%，非癌癥患者的特異性為94.4%（圖2C）。該模型在組織溯源中也保持了良好性能，總體準確性為80.7%。在63名高級別癌前病變患者中，GutSeer?在8/17的結直腸癌前病變樣本（靈敏度：47.1%），7/18的食管癌前病變樣本（38.9%），以及6/28的胃部癌前病變樣本（21.4%）中檢測到癌癥相關信號。這些結果突出了GutSeer?在檢測早期癌癥信號方面的潛力，包括高級別癌前病變，為早期干預和改善患者預后提供了希望。

圖2、評估GutSeer?消化道腫瘤檢測的性能

最后，項目組將GutSeer?和基于low-pass WGS的片段組學方法進行了頭對頭比較[6]。在訓練和驗證集中，共有1176個樣本同時進行了平均測序深度為14.4X 的cfDNA WGS測序。基于同樣的訓練樣本，項目組分別根據GutSeer?和WGS數據重新獨立構建了癌癥檢測和組織溯源模型，并在測試集樣本中進行了比較。GutSeer?在癌癥檢測（AUC：0.963 vs. 0.887，P < 0.001）（圖3A）和組織溯源（ACC：79.6% vs. 59.0%，P < 0.001）（圖3B）中均表現出更優性能。這些結果表明GutSeer?的相對較小的Panel能有效捕獲全基因組片段組學特征，能同時利用多維度分子特征，以更低的成本實現優異性能。

圖3、GutSeer?與基于WGS方法的頭對頭比較

綜上所述，GutSeer?方法通過整合cfDNA的甲基化模式與片段組學特征，構建包含深度神經網絡構架的多模態人工智能模型，達到了檢測高準確性。本項技術具有低成本、流程簡便等優勢，適于在臨床大規模推廣應用。這一研究成果不僅填補了多癌種泛癌早篩領域的技術空白，也為實現消化道癌癥的“早發現、早診斷、早治療”提供了切實可行的手段，有望顯著改善患者的總體生存率與生活質量，具有廣闊的臨床推廣前景和重大的公共衛生意義。

復旦大學附屬中山醫院周儉教授表示：“GutSeer?研究結果的發布，標志著我們在消化道癌癥早篩領域邁出了突破性的一步。這項全球首個經過前瞻性隊列驗證的消化道多癌早篩技術，成功實現了對肝癌、胃癌、結直腸癌、食管癌、胰腺癌等這五大高發、高致死率消化道癌癥的高精度、無創早期檢測和組織溯源。 GutSeer?的成功，不僅在于其優異的性能，更在于其設計的臨床導向性——它專為消化道癌癥這一特定群體打造，聚焦明確的臨床需求，能無縫融入現有的消化道診療流程，為未來大規模人群篩查奠定了堅實的基礎。

作為項目課題一牽頭單位，鹍遠生物致力于推進該技術在國內外的產業轉化，GutSeer?人類消化系統多癌基因甲基化檢測試劑盒已于2024年成功獲得歐盟CE認證。鹍遠生物首席技術官劉蕊博士表示：“我們很榮幸與復旦大學附屬中山醫院等頂尖團隊聯合開發驗證 GutSeer?技術，為全球消化道癌癥防控提供早診早篩新范式。GutSeer?前瞻性研究結果的發布，是鹍遠生物在癌癥早診早篩領域深耕多年、堅持技術創新、聚焦臨床實際應用的重要里程碑。這標志著基于液體活檢的無創、便捷的消化道多癌早篩從概念走向現實邁出了關鍵一步。”

鹍遠生物董事長兼首席執行官張江立先生表示：“我們將加速推進GutSeer?的產業化進程和注冊步伐，積極尋求與醫療機構、體檢機構、政府和支付方的廣泛合作，力求讓這項突破性技術早日惠及中國乃至全球的高風險人群，真正實現“早發現、早干預”，從而大幅降低消化道癌癥的死亡率和疾病負擔，守護人類健康。這不僅是鹍遠生物的使命，也是我們對未來的承諾。”

復旦大學附屬中山醫院周儉教授、楊欣榮教授，鹍遠生物劉蕊博士、長海醫院金剛教授為該研究的共同通訊作者。復旦大學附屬中山醫院黃傲博士、郭德鎮博士、鐘蕓詩教授、劉亮教授、鹍遠生物蘇志熙博士、湖北省腫瘤醫院熊治國教授為該研究的共同第一作者。該研究為國家重點研發計劃“重大慢性非傳染性疾病防控研究”重點專項項目“基于液體活檢技術的常見惡性腫瘤篩查及早診技術研發與評價研究”的重要成果。

參考文獻

1.Bray F, Laversanne M, Sung H, Ferlay J, Siegel RL, Soerjomataram I, Jemal A: Global cancer statistics 2022: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin 2024, 74:229-263.

2.Crosby D, Bhatia S, Brindle KM, Coussens LM, Dive C, Emberton M, Esener S, Fitzgerald RC, Gambhir SS, Kuhn P, et al: Early detection of cancer. Science 2022, 375:eaay9040.

3.Miller KD, Nogueira L, Devasia T, Mariotto AB, Yabroff KR, Jemal A, Kramer J, Siegel RL: Cancer treatment and survivorship statistics, 2022. CA Cancer J Clin 2022, 72:409-436.

4.Chen X, Gole J, Gore A, et al: Non-invasive early detection of cancer four years before conventional diagnosis using a blood test. Nat Commun 2020, 11:3475.

5.Huang A, Guo D, Su Z, et al: GUIDE: A prospective cohort study for blood-based early detection of gastrointestinal cancers using targeted DNA methylation and fragmentomics sequencing. Molecular Cancer 2025, 24, 163

6.Cristiano S, Leal A, Phallen J, Fiksel J, Adleff V, Bruhm DC, Jensen SO, Medina JE, Hruban C, White JR, et al: Genome-wide cell-free DNA fragmentation in patients with cancer. Nature 2019, 570:385-389.

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