尿路上皮癌（UC）是最常见的泌尿系统肿瘤，也是国内泌尿系统肿瘤中发病率最高的肿瘤。尿路上皮癌主要包括上尿路尿路上皮癌（肾盂癌和输尿管癌）（UTUC）以及膀胱癌（BC）。其中，膀胱癌约占尿路上皮癌的90%-95%，上尿路尿路上皮癌占5%-10%，但侵袭性更强。一直以来，尿路上皮癌存在发病率高、早期诊断困难、术后复发率高等特点。临床常规检测手段，如膀胱镜、尿细胞学、FISH检测等均存在有创、早期或者原位癌检测敏感性较低等限制。
随着液体活检技术的发展，尿路上皮癌的诊断、疗效和复发监测、预后评估等多个方面都取得了长足进步。近期，北京大学附属第一医院何志嵩教授团队、上海复旦肿瘤医院叶定伟教授团队、天津医科大学附属第二医院牛远杰教授团队联合金橡医学在Molecular Cancer （IF = 41.444）上发表了全球首个尿路上皮癌尿液早筛与疗效监控模型——utLIFE-UC。utLIFE-UC模型具有便捷、无创、患者依从性高且敏感性和特异性双优等特点，为尿路上皮癌的无创诊断和MRD监测提供了临床可行的检测方法。
以尿液为样本开发该模型克服了哪些难题？与传统检测手段相比，该模型的具体临床检测效用如何？带着这些疑问，测序中国特邀天津医科大学第二医院院长、泌尿外科研究所所长牛远杰教授，深度解读了utLIFE-UC模型研发历程，并分享了其临床实用价值。
牛远杰 教授
天津医科大学第二医院院长
天津市泌尿外科研究所所长
天津市泌尿外科基础医学重点实验室主任
中华医学会泌尿外科学分会常委
中华医学会泌尿外科学分会基础研究学组委员
中华医学会泌尿外科学分会肿瘤学组委员
中国中西医结合学会泌尿外科专业委员会副主任委员
天津市中西医结合学会泌尿外科专业委员会主任委员
中国医促会泌尿生殖分会副主任委员
国家“万人计划”领军人才
国家卫生计生突出贡献中青年专家
国家科技部中青年科技创新领军人才
任重道远，尿液活检助力尿路上皮癌临床诊疗
在泌尿系统肿瘤中，尿路上皮癌是目前中国发病率最高的，却容易被忽视。在牛远杰教授看来，当前尿路上皮癌的临床诊疗任重而道远，主要存在以下三方面难点：
1
早期诊断困难。
目前膀胱癌诊断的金标准是有创的膀胱镜加病理活检。这些检测方法会给患者带来极大痛苦，且在早期或者原位癌检测上敏感性不高。传统的尿脱落细胞学和肿瘤标志物（如NMP22）检测敏感性不高。此外，临床使用较普遍的FISH检测敏感性在60%左右，且易受到泌尿系统感染、膀胱炎症、结石的影响，在早期、微小、残留和复发尿路上皮癌的诊断中性能较差。
2
术后复发率高。
在非肌层浸润性膀胱癌（NMIBC）患者中，约有50%-70%的患者存在复发，10%-45%的患者会进展为肌层浸润性膀胱癌（MIBC）；而MIBC患者50%以上会发生疾病复发，因此对治疗后的膀胱癌患者进行密切随访，监测疾病复发和进展情况显得尤为重要。
3
伴随诊断指导用药。
随着精准医学的发展，很多新药开始应用于临床，包括靶向药物和免疫治疗。已有研究显示，FGFR2/3融合可提示厄达替尼治疗的有效性，PD-L1表达的状态与免疫检查点抑制剂的疗效相关。这些药物和研究成果为患者带来了更多的精准治疗机会，但这些治疗方法并非对所有的尿路上皮癌患者都有效。因此如何更高效地指导患者用药，是尿路上皮癌临床治疗亟需解决的一个难题。
“随着新生物标志物和新诊断工具的发展和临床验证，尿路上皮癌的诊断治疗与复发监测都迈进了精准诊疗的新时代。选择良好的生物标志物可帮助更好地诊断和治疗尿路上皮癌患者。”牛远杰教授强调。
液体活检中应用最广泛的生物标志物是循环肿瘤DNA（ctDNA）。在泌尿系统中，大部分肿瘤生长于尿路中，裂解的肿瘤细胞可直接将核酸释放至尿液中，ctDNA可在尿液中富集。因此，对于UC患者而言，尿液中富集了更多的肿瘤信号，是液体活检更好的样本来源，研究人员可利用尿液进行基因组、转录组、表观组学以及宏基因组学研究。
迎难而上，utLIFE-UC模型灵敏度特异性双优
尿液，作为人体的排泄物，包含大量的无机盐、有机盐、脱落细胞及外泌体等成分，与其他液体类型相比含有更多的核酸酶。此外，部分尿路感染患者的尿液中还有大量微生物（包括细菌、真菌甚至病毒），这些都对液体活检方法的开发提出了巨大的挑战。
牛远杰教授指出：“尿液液体活检方法开发面临的首要问题是如何高效稳定的从尿液样本中获取来源于肿瘤的信号。这需要我们更加关注尿液的采集、运输以及核酸提取等环节，从而针对性的开发一整套尿液样本处理的解决方案。”
对于尿液中微量信号的识别和处理问题，牛远杰教授表示：“区别于组织样本，液态活检类型样本在带来取样便利的同时，也降低了样本信号的丰度。因此有效利用尿液样本中微量的肿瘤来源信号，同时排除正常尿路细胞的噪音信号，都需要方法开发人员有深厚的经验积累。”目前，研究团队已经与金橡医学携手开发了U爱系列产品，针对性的解决了上述问题。
能够稳定获得准确的检测结果，这是临床应用对液体活检的最基本要求。由于尿液样本和其他液态活检样本不同，会因患者的采样时间和个体状态不同而动态变化，这需要检测方法在应用之前进行坚实的分析性能和临床检测性能的评估，才能最终应用到临床中，给患者带来实际的获益。
在解决上述诸多技术难题后，研究团队成功开发了utLIFE-UC模型。牛远杰教授介绍到，研究团队通过机器学习首先筛选得到了尿液样本中尿路上皮癌特异性候选生物标志物；随后在大样本训练集中通过机器学习算法对候选生物标志物进行模型迭代，训练得到最优性能参数，最终建立了联合检测基因突变和CNV的utLIFE-UC模型。
据悉，utLIFE-UC模型的灵敏度达94%，特异性达96%，与临床结果的一致性达93%。与尿细胞学检查（检测受检查者技术影响，准确性低，灵敏度约为13%-75%，特异性约为85%-100%）相比，临床诊断性能大幅度提升；与影像学手段（如CT准确率54.9%）相比，utLIFE-UC的准确率（93%）更高。膀胱镜作为膀胱癌筛查的金标准，给患者带来极大痛苦。牛远杰教授表示，在膀胱镜之前进行utLIFE-UC检测能够让一部分患者避免不必要的检查，更好地进行患者分层。
临床实战，utLIFE-UC模型贯穿肿瘤诊断治疗
特别地，utLIFE-UC模型完成了国内首个大型尿路上皮癌研究队列的验证，在BC患者及UTUC患者检测中均具有较高的准确性：
在区分BC患者和对照组时具有较高的准确性（AUC 0.942），灵敏度94.31%，特异度98.73%。
在UTUC患者独立验证集中也表现优异，灵敏度为90.91%，特异性为90.91%。
此外，由于患者尿液中的cfDNA含量与肿瘤分期分级有关，因此研究团队利用utLIFE-UC模型在NMIBC和MIBC患者中进行了评估分析，发现utLIFE-UC在不同的肿瘤分期中都表现优异，灵敏度都显著提升：
在NMIBC患者中，utLIFE-UC模型的灵敏度为94.7%，是尿细胞学的3倍；尤其是在早期患者中，灵敏度仍保持在90%以上。
在MIBC患者中，utLIFE-UC可以检出82.6%的MIBC患者，优于尿细胞学。
牛远杰教授谈道，天津医科大学第二医院已通过utLIFE-UC模型为患者提供无创的辅助诊断和复发随访评估。在真实临床使用中，utLIFE-UC模型与病理结果一致性非常高，帮助很多未知原因的血尿患者实现了尿路上皮癌辅助诊断，为医生的后续治疗增加了信心。
对于尿路上皮癌治疗，当前新辅助治疗和保膀胱治疗在尿路上皮癌治疗中也已经逐步普及，但临床还缺乏有效评估疗效的技术。天津医科大学第二医院也在通过utLIFE-UC模型进行保膀胱疗效评估的研究，从目前数据来看，utLIFE-UC模型与病理结果具有一致性。牛远杰教授期望道：“希望未来utLIFE-UC模型可以帮助更多尿路上皮癌患者实现早诊，让晚期患者变得越少，让更多患者能实现无创复发监测，让尿路上皮癌癌患者获得更好的生活质量。”
结 语
utLIFE-UC模型采用的多组学多维度的尿液基因检测结合系统机器学习方法的创新性研究路径，在UC全流程诊疗过程都具有科学研究价值。一方面，可通过尿液活检技术进行早期诊断、复发监测。另一方面，鉴于肿瘤的异质性，相同的治疗方案对不同患者的疗效可能不一样，utLIFE-UC模型还可帮助患者进行疗效评估，实现“一人一策”，同时也可作为上市前药物有效性的评估手段。
采访中，牛远杰教授表示，对于液体活检阳性，影像学未发现病灶的超早期患者和随访的患者能否通过药物治疗进行干预也是非常值得研究的，这有可能为临床带来全新的诊疗方案。
关于金橡医学
金橡医学成立于2018年，是立足于精准医疗产业的双高新技术企业，使命为“以科技守护健康，用专业捍卫生命”。公司集“肿瘤早诊早筛、临床检测、医疗器械制造和创新药企服务”于一体，构建了以近百项授权发明专利和软件著作权为核心的自主知识产权体系，涵盖从肿瘤防治到精准诊疗的全流程。公司不断完善质量管理体系，已获得美国病理家学会CAP认证、ISO15189国际实验室质量认证、ISO9001/ISO14001/ISO45001质量认证等多项权威认证，并数百次通过国家临检中心、欧盟分子基因诊断质量联盟（EMQN）、CAP等组织的室间质量评测。