液態生物檢體如何幫助癌症復發診斷?CTC 和 MRD 為關鍵!

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循環腫瘤細胞(circulating tumor cells, CTC)是指在癌症患者血液循環中的癌細胞,與癌細胞轉移之間有非常顯著的關聯性。液態生物檢體(liquid biopsy,或稱液態活檢)能檢測腫瘤中的 CTC,進而幫助癌症復發的風險性。本次 AACR 2021 也邀請多位專家分享及討論如何應用 CTC 和微量殘存疾病(minimal residual disease, MRD)檢測來評估腫瘤復發和進展。

CTCs 液態生物檢體如何解決結大腸癌未滿足的臨床需求

EGFR 標靶療法為大腸癌常見治療方法之一,但是特定的激酶訊息傳遞路徑變異是發生續發性抗藥性(secondary drug resistance)的主因之一。都靈大學(University of Turin)Alberto Bardelli 教授指出, KRAS 蛋白分子突變與 EGFR 標靶藥物 Cetuximab 發生續發性抗藥性的主因。當該療法失效時,患者會首次出現 KRAS 突變。但是,暫停治療後,KRAS 突變體等位基因的百分比會下降,而在使用其他治療時,該基因變異仍會增加。

Alberto Bardelli 教授

都靈大學 Alberto Bardelli 教授

臨床試驗 CHRONOS:降低 KRAS 突變負擔提升二線以上治療療效

該研究團隊質疑「中止治療並同時降低 KRAS 突變負擔是否會提升第二次治療抗腫瘤的敏感性」。因此,他們進行臨床試驗 CHRONOS來回答這個問題。他們在治療前、中、後等三個時期,從患者分離出 CTC。

然後,他們發現在治療期間,CTC 中的 KRAS 突變增加,而在治療停止後減少。再來,當他們確定了 KRAS 突變體的百分比下降到幾乎為零時,再使用第二種標靶療法 panitumumab 再次對抗腫瘤。該試驗的初步結果令人振奮,二線治療有效。

Alberto 教授指出,如果根據 KRAS 突變表現來修改治療時機,可以顯著提高治療效果。

臨床試驗 Pegasus:液態生物檢體檢測 ctDNA

液態生物檢體也能檢測微量殘存疾病(MRD) 。MRD 是指白血病患者在治療後會殘留微量癌細胞,是白血病復發的主要原因。一般來說,可透過輔助化療來解決這個問題,雖然對許多患者有效,但仍有少數患者會導致嚴重的副作用。

Alberto 博士也談到了液態生物檢體在這類案例的應用,以確定這些患者在術後是否需要低劑量或高劑量化學療法。在臨床試驗 Pegasus 中,研究人員根據血液中是否存在循環腫瘤 DNA(circulating tumor DNA, ctDNA)來將患者分類,進而決定需要化療的次數。ctDNA 陽性患者必須多接受幾次化療,無 ctDNA 可依狀況減少化療。然而,每次化療後都要確定 ctDNA 的表現,以確認治療的有效性。

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透過 CTC 監測預測肺癌復發的風險

儘管癌症患者接受了手術、標靶治療、免疫治療,但仍有復發的風險,而若能早期發現復發狀況,可以幫助臨床醫師來阻止癌症轉移。英國曼徹斯特癌症研究所(Cancer Research UK Manchester Institute)生物標記中心的 Caroline Dive 博士分享,循環腫瘤細胞(CTC)如何幫助人們能早期發現癌症復發以及微量殘存疾病(MRD)。

Caroline Dive 博士

英國曼徹斯特癌症研究所生物標記中心 Caroline Dive 博士

臨床試驗 TRACERx

該研究團隊啟動臨床試驗 TRACERx 來預測肺癌的復發以及確定其進展。結果顯示,肺靜脈 CTC(PV-CTC)表現高(> 7)的癌症患者更容易復發。當這些CTC具有突變特徵時,發現它們與其起源的癌症完全不同。令人驚訝的是,它們的遺傳組成與它們形成的轉移性腫瘤更相似。在數量上,在原位腫瘤中檢測到 79% 的PV-CTC突變,而在10個月後發生的轉移中檢測到91%的PV-CTC突變。

有趣的是,PV-CTC 和轉移性癌症之間共有 14 個突變,其中包括 TSG LZTS1 基因中一個推定的失活的驅動基因突變,該突變抑制了腫瘤的遷移。

綜合以上結果可得知,若能早期找出 CTC 的突變特徵以及肺靜脈血液中的突變數量,可望預測癌症的復發。

Dive 博士主要透過在血液中尋找細胞游離 DNA(cell free DNA, cfDNA) 來早期辨識肺癌患者的方法。cfDNA 是正常細胞和腫瘤細胞在血漿中釋放的降解 DNA 片段。

該研究團隊透過尋找表觀遺傳變化(例如甲基化模式)來區分正常的 cfDNA 和 ctDNA,然後發現在腫瘤組織檢體和正常肺臟檢體之間觀察到甲基化模式的顯著變化。在肺癌個體的 cfDNA 中也觀察到了這些變化。

再來,他們對這些受試者血液中的 CTC 進行計數時,在癌症患者的周邊血中發現了 108 個CTC,而在非癌症患者的周邊血中發現了 41 個 CTC。Caroline 博士假設,分析 ctDNA 突變和甲基化模式以及 CTC 數量分析會比單獨的 ctDNA 分析來得好,而其研究團隊也正在檢驗該假設。最後,她也指出液態生物檢體在癌症早期檢測和 MRD 方面的應用,在未來是非常好的光景。

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液態生物檢體監測 MRD 的基因體和表觀遺傳學

MRD 是導致癌症復發的關鍵因子之一,若能監測 MRD 可望提供臨床醫師一種精確評估治療反應並且診斷早期復發的方法。MRD 檢測本身為微創性,可以在治療後定期重複進行,並提供有關癌症資訊。

墨爾本彼得·麥卡勒姆癌症中心( Peter MacCallum Cancer Center, Melbourne
)的 Sarah-Jane Dawson 博士分享,利用血液中 ctDNA 來確定 MRD 的方法。

Sarah-Jane Dawson 博士

墨爾本彼得·麥卡勒姆癌症中心 Sarah-Jane Dawson 博士

ctDNA的核小體足跡

長期以來,DNA 被高度有序的核小體(Nucleosome)所包覆。核小體是核心蛋白,DNA 圍繞核蛋白包裹和包裝。核小體不是隨機排列在 DNA 上,而是在轉錄活性和非活性基因周圍的位置。對於轉錄活性基因,轉錄起始位點不存在核小體,並且核小體存在於起始位點序列的任一側。在抑制性的基因中,這種核小體的順序是看不到的。

進行基因定序時,核小體模式可以確定不同基因區域的覆蓋率。在高度表現的基因中,核小體耗盡的區域(如轉錄起始位點)具有較低的覆蓋頻率,而富核小體的區域具有較高的覆蓋頻率。這導致振盪模式,在受抑制的基因中看不到。

Dawson 博士的研究團隊利用振盪模式的差異,試圖區分健康細胞和惡性腫瘤細胞之間的 cfDNA 表現模式差異。他們觀察到健康檢體和惡性腫瘤檢體的表現模式顯著分離。此外,該分析可以區分不同類型的癌症,包括乳癌、肺癌和黑色素瘤。

Dawson博士提到,從血漿全基因體測序數據中提取核醣體,可以準確推斷出轉錄圖譜,這些轉錄圖譜是具腫瘤特異性的,可以幫助從全基因體定序數據中檢測 ctDNA,這對於整合到 MRD 檢測中將是有用的分析方法。

ctDNA甲基化檢測 MRD

DNA甲基化對於癌症中的轉錄調控至關重要,可以從 ctDNA 分析中進行分析。除了使用 ctDNA 推測基因表現模式外,他們還使用 ctDNA 甲基化模式作為輔助表觀遺傳學工具,來協助檢測 MRD。已知在癌症中,DNA 甲基化模式遭遇到全面破壞,他們也在癌細胞中發現全基因體的低甲基化以及特定基因的高甲基化。

他們從血液中提取 cfDNA 並使用全基因體 ctDNA 甲基化檢測進行甲基化模式定序。然後,在透過機器學習模型運行,將分類為腫瘤的概率分配給每個序列。該方法具有高靈敏度,但仍需要在腫瘤純度高的狀況下,才能精準地確認癌症序列。

該檢測方法已在以前接受過化學療法和免疫療法的乳癌患者檢體中得到驗證Dawson 博士提到,僅甲基化分類就可以在基準點、放療後、免疫治療後和追蹤期間等各個時間點檢測患者的 ctDNA。他們也正在分析該點檢測與臨床結果之間的關係。最後,她也認為 ctDNA 是用於MRD分析的有前途的工具,結合多種分析方法可望提升癌症檢測的敏感性。

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參考資料:https://geneonline.news/en/how-liquid-biopsies-are-helping-in-detection-of-cancer-relapse/

撰文:Ruchi Jhonsa
編譯:Parker

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