液态生物检体如何帮助癌症复发诊断?CTC 和 MRD 为关键!

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循环肿瘤细胞(circulating tumor cells, CTC)是指在癌症患者血液循环中的癌细胞,与癌细胞转移之间有非常显著的关联性。液态生物检体(liquid biopsy,或称液态活检)能检测肿瘤中的 CTC,进而帮助癌症复发的风险性。本次 AACR 2021 也邀请多位专家分享及讨论如何应用 CTC 和微量残存疾病(minimal residual disease, MRD)检测来评估肿瘤复发和进展。

CTCs 液态生物检体如何解决结大肠癌未满足的临床需求

EGFR 标靶疗法为大肠癌常见治疗方法之一,但是特定的激酶讯息传递路径变异是发生续发性抗药性(secondary drug resistance)的主因之一。都灵大学(University of Turin)Alberto Bardelli 教授指出, KRAS 蛋白分子突变与 EGFR 标靶药物 Cetuximab 发生续发性抗药性的主因。当该疗法失效时,患者会首次出现 KRAS 突变。但是,暂停治疗后,KRAS 突变体等位基因的百分比会下降,而在使用其他治疗时,该基因变异仍会增加。

Alberto Bardelli 教授

都灵大学 Alberto Bardelli 教授

临床试验 CHRONOS:降低 KRAS 突变负担提升二线以上治疗疗效

该研究团队质疑“中止治疗并同时降低 KRAS 突变负担是否会提升第二次治疗抗肿瘤的敏感性”。因此,他们进行临床试验 CHRONOS来回答这个问题。他们在治疗前、中、后等三个时期,从患者分离出 CTC。

然后,他们发现在治疗期间,CTC 中的 KRAS 突变增加,而在治疗停止后减少。再来,当他们确定了 KRAS 突变体的百分比下降到几乎为零时,再使用第二种标靶疗法 panitumumab 再次对抗肿瘤。该试验的初步结果令人振奋,二线治疗有效。

Alberto 教授指出,如果根据 KRAS 突变表现来修改治疗时机,可以显著提高治疗效果。

临床试验 Pegasus:液态生物检体检测 ctDNA

液态生物检体也能检测微量残存疾病(MRD) 。MRD 是指白血病患者在治疗后会残留微量癌细胞,是白血病复发的主要原因。一般来说,可透过辅助化疗来解决这个问题,虽然对许多患者有效,但仍有少数患者会导致严重的副作用。

Alberto 博士也谈到了液态生物检体在这类案例的应用,以确定这些患者在术后是否需要低剂量或高剂量化学疗法。在临床试验 Pegasus 中,研究人员根据血液中是否存在循环肿瘤 DNA(circulating tumor DNA, ctDNA)来将患者分类,进而决定需要化疗的次数。ctDNA 阳性患者必须多接受几次化疗,无 ctDNA 可依状况减少化疗。然而,每次化疗后都要确定 ctDNA 的表现,以确认治疗的有效性。

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透过 CTC 监测预测肺癌复发的风险

尽管癌症患者接受了手术、标靶治疗、免疫治疗,但仍有复发的风险,而若能早期发现复发状况,可以帮助临床医师来阻止癌症转移。英国曼彻斯特癌症研究所(Cancer Research UK Manchester Institute)生物标记中心的 Caroline Dive 博士分享,循环肿瘤细胞(CTC)如何帮助人们能早期发现癌症复发以及微量残存疾病(MRD)。

Caroline Dive 博士

英国曼彻斯特癌症研究所生物标记中心 Caroline Dive 博士

临床试验 TRACERx

该研究团队启动临床试验 TRACERx 来预测肺癌的复发以及确定其进展。结果显示,肺静脉 CTC(PV-CTC)表现高(> 7)的癌症患者更容易复发。当这些CTC具有突变特征时,发现它们与其起源的癌症完全不同。令人惊讶的是,它们的遗传组成与它们形成的转移性肿瘤更相似。在数量上,在原位肿瘤中检测到 79% 的PV-CTC突变,而在10个月后发生的转移中检测到91%的PV-CTC突变。

有趣的是,PV-CTC 和转移性癌症之间共有 14 个突变,其中包括 TSG LZTS1 基因中一个推定的失活的驱动基因突变,该突变抑制了肿瘤的迁移。

综合以上结果可得知,若能早期找出 CTC 的突变特征以及肺静脉血液中的突变量量,可望预测癌症的复发。

Dive 博士主要透过在血液中寻找细胞游离 DNA(cell free DNA, cfDNA) 来早期辨识肺癌患者的方法。cfDNA 是正常细胞和肿瘤细胞在血浆中释放的降解 DNA 片段。

该研究团队透过寻找表观遗传变化(例如甲基化模式)来区分正常的 cfDNA 和 ctDNA,然后发现在肿瘤组织检体和正常肺脏检体之间观察到甲基化模式的显著变化。在肺癌个体的 cfDNA 中也观察到了这些变化。

再来,他们对这些受试者血液中的 CTC 进行计数时,在癌症患者的周边血中发现了 108 个CTC,而在非癌症患者的周边血中发现了 41 个 CTC。Caroline 博士假设,分析 ctDNA 突变和甲基化模式以及 CTC 数量分析会比单独的 ctDNA 分析来得好,而其研究团队也正在检验该假设。最后,她也指出液态生物检体在癌症早期检测和 MRD 方面的应用,在未来是非常好的光景。

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液态生物检体监测 MRD 的基因体和表观遗传学

MRD 是导致癌症复发的关键因子之一,若能监测 MRD 可望提供临床医师一种精确评估治疗反应并且诊断早期复发的方法。MRD 检测本身为微创性,可以在治疗后定期重复进行,并提供有关癌症资讯。

墨尔本彼得·麦卡勒姆癌症中心( Peter MacCallum Cancer Center, Melbourne
)的 Sarah-Jane Dawson 博士分享,利用血液中 ctDNA 来确定 MRD 的方法。

Sarah-Jane Dawson 博士

墨尔本彼得·麦卡勒姆癌症中心 Sarah-Jane Dawson 博士

ctDNA的核小体足迹

长期以来,DNA 被高度有序的核小体(Nucleosome)所包覆。核小体是核心蛋白,DNA 围绕核蛋白包裹和包装。核小体不是随机排列在 DNA 上,而是在转录活性和非活性基因周围的位置。对于转录活性基因,转录起始位点不存在核小体,并且核小体存在于起始位点序列的任一侧。在抑制性的基因中,这种核小体的顺序是看不到的。

进行基因定序时,核小体模式可以确定不同基因区域的覆蓋率。在高度表现的基因中,核小体耗尽的区域(如转录起始位点)具有较低的覆蓋频率,而富核小体的区域具有较高的覆蓋频率。这导致振荡模式,在受抑制的基因中看不到。

Dawson 博士的研究团队利用振荡模式的差异,试图区分健康细胞和恶性肿瘤细胞之间的 cfDNA 表现模式差异。他们观察到健康检体和恶性肿瘤检体的表现模式显著分离。此外,该分析可以区分不同类型的癌症,包括乳癌、肺癌和黑色素瘤。

Dawson博士提到,从血浆全基因体测序数据中提取核糖体,可以准确推断出转录图谱,这些转录图谱是具肿瘤特异性的,可以帮助从全基因体定序数据中检测 ctDNA,这对于整合到 MRD 检测中将是有用的分析方法。

ctDNA甲基化检测 MRD

DNA甲基化对于癌症中的转录调控至关重要,可以从 ctDNA 分析中进行分析。除了使用 ctDNA 推测基因表现模式外,他们还使用 ctDNA 甲基化模式作为辅助表观遗传学工具,来协助检测 MRD。已知在癌症中,DNA 甲基化模式遭遇到全面破坏,他们也在癌细胞中发现全基因体的低甲基化以及特定基因的高甲基化。

他们从血液中提取 cfDNA 并使用全基因体 ctDNA 甲基化检测进行甲基化模式定序。然后,在透过机器学习模型运行,将分类为肿瘤的概率分配给每个序列。该方法具有高灵敏度,但仍需要在肿瘤纯度高的状况下,才能精准地确认癌症序列。

该检测方法已在以前接受过化学疗法和免疫疗法的乳癌患者检体中得到验证Dawson 博士提到,仅甲基化分类就可以在基准点、放疗后、免疫治疗后和追踪期间等各个时间点检测患者的 ctDNA。他们也正在分析该点检测与临床结果之间的关系。最后,她也认为 ctDNA 是用于MRD分析的有前途的工具,结合多种分析方法可望提升癌症检测的敏感性。

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参考资料:https://geneonline.news/en/how-liquid-biopsies-are-helping-in-detection-of-cancer-relapse/

撰文:Ruchi Jhonsa
编译:Parker

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