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[学习交流] 《Nature Medicine》连发两篇重磅研究,肿瘤液体活检版图或将面临重构!

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 楼主| 发表于 2019-12-10 09:39:15 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  液体活检(liquid biopsy)曾被《麻省理工大学科技评论》评选为“2015年十大突破技术”,并被 《科学美国人》评为“2017十大新兴技术”之首。在过去的五年里,液体活检以其独特的优势成为肿瘤临床与研究、创业者、投资者趋之若鹜的热点领域。

  当前,肿瘤液体活检主要的检测标志物包括循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA,ctDNA)、循环肿瘤细胞(circulating tumor cell,CTC)和外泌体等。其中,ctDNA因为获取容易、进入门槛较低,在近年来成为炙手可热的投资领域,不时出现大额融资消息,尤被业界寄予厚望;相比之下,CTC因为获取困难、门槛相对更高,颇有波澜不惊的一身“佛性”。但是,《自然·医学》(Nature Medicine)近期接连发布的两篇重磅研究,或将预示液体活检版图的重构。

  11月25日,《自然·医学》在线发表了题为《超深度测序揭示血浆cfDNA突变来源》(High-intensity sequencing reveals the sources of plasma circulating cell-free DNA variants)的重磅文章,其结果让研究者惊讶得“差点掉下椅子”。
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  cfDNA全称是循环无细胞DNA(circulating free DNA),是指游离于血液中的细胞外DNA,主要来源于衰老、凋亡的血细胞(如造血细胞)释放的片段化DNA。

  ctDNA是全称是循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA),ctDNA在cfDNA中的占比很小,仅为0.1%-5%。因此,ctDNA检测最大的挑战来自于正常血细胞来源的DNA干扰,如克隆性造血相关突变。

  来自美国纪念斯隆·凯瑟琳癌症中心(MSKCC)病理学主任Jorge Reis-Filho和临床医学科学家PadramRazavi共同主导了这项研究,他们使用超深度测序(深度60,000×)验证124名晚期癌症(乳腺癌、肺癌、前列腺癌)患者的cfDNA突变的真正来源,并明确临床测序方法测得ctDNA突变的真实性。

  此项临床研究设计异常缜密,共使用了两种测序方法,一种是FDA批准的临床测序方法,另一种是超深度测序。并对比使用两种测序方法时,ctDNA与配对白细胞、ctDNA与配对组织的突变谱一致性。对照组为47名未罹患肿瘤的健康人。考虑到肿瘤治疗会引起克隆性造血相关突变增加,入组的124名患者在cfDNA获取时前后6周均未进行任何治疗。研究者还充分验证了超深度测序的高度准确性。

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严谨科学的试验设计:先明确ctDNA肿瘤突变,再利用深度测序明确ctDNA真实性
#超深度测序:靶向目标区域2M,深度60,000×,该方法具有极高的准确性和重复性,且使用数字液体PCR进行了充分验证。每碱基错误率仅为1×10-5至3×10-5,假阳性率为每一百万碱基测序错误<1次。

  令人惊讶的结果一:cfDNA突变与组织突变的真实一致性不到1/4
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  使用超深度测序后,cfDNA与配对组织的一致性仅有24.4%,而临床测序法得到的一致性为72%。

  令人惊讶的结果二:超过50%的ctDNA突变其实是“假阳性”,即来源于白细胞而非肿瘤

  通过超深度测序发现,晚期癌症患者即使通过FDA批准的临床测序方法得到的ctDNA突变结果,53.2%竟不是肿瘤突变,而是白细胞突变!

  导致ctDNA突变超过50%假阳性的原因是克隆性造血相关突变增多。肿瘤治疗(如放疗、化疗)很容易诱导出现克隆性造血相关突变。

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X轴:每个cfDNA样本     Y轴:cfDNA每兆(Mb)的突变变异

  因此,来自美国纪念斯隆·凯瑟琳癌症中心的临床医学科学家和病理学家非常担忧:现行的ctDNA临床测序方法(即使是FDA批准)可能无法有效清除大量克隆性造血突变的背景干扰,因此ctDNA的基因突变谱、包括TMB在内分子标签的准确性就大打折扣。因为如果不同时对白细胞进行60,000X以上超深度测序(临床使用的cfDNA测序方法一般在10,000×),ctDNA突变检测假阳性会≥50%,如果患者接受放化疗,假阳性会更高。

  写到这里,小编也不禁为众多基于ctDNA的巨额投资项目捏把冷汗。号称用cfDNA/ctDNA能完美解决肿瘤早筛的观点现在看来还有不少的问题需要去面对。

  无独有偶,英国肺癌研究联盟(TRAcking non-small cell lung Cancer Evolution through therapy [Rx])10月也在《自然·医学》发表了重磅的研究成果,TRACERx研究呈现了基于CTC的高通量测序(CTC-NGS)能够实时追踪肺癌进化轨迹,提前数月获取转移灶的基因信息,展现了精准预防转移发生的巨大临床应用前景。

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  研究共纳入了100位早期非小细胞肺癌患者。研究发现,早期肺癌患者手术时的肺静脉CTC(PV-CTC)能有效预测手术后的生存和复发情况。更值得关注的是,研究者运用高通量测序技术对肿瘤组织(原发灶多个部位、转移灶)和液体活检标本(CTC和cfDNA)进行基因分析,并分别对比了ctDNA、CTC与原发肿瘤、转移病灶间的信息一致性,旨在揭示肿瘤演化轨迹,探寻转移发生的分子机制,为临床如何干预能有效降低肺癌复发率,预防转移提供研究基础。

  令人惊喜的结果一:肺癌早期的CTC比cfDNA携带更全面的肿瘤基因信息

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  肺癌早期CTC和ctDNA能否携带全面的肿瘤实时生物学信息,直接影响其在液体活检领域的发展前景。本研究充分证实了CTC在全面反映肿瘤生物学信息中的独特优势。

  令人惊喜的结果二:肺癌早期CTC与10个月后转移灶基因突变一致性达到91%
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  肺癌早期PV-CTC91%的突变可在10个月后发生的转移灶组织中检出(181/198),而在原发灶该比例只有79%(157/198)。

  令人惊喜的结果三:肺癌早期CTC与转移灶属于同一肿瘤进化分支,是肺癌复发的直接原因

  研究者通过系统的肿瘤进化生物学分析发现,肺癌早期CTC和转移灶属于同一特异的肿瘤进化分支,该分支与原发肿瘤截然不同。因此肺癌早期的CTC正是导致术后复发的直接原因。

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  肿瘤早期CTC不仅能携带原发肿瘤的突变信息,也能携带数月后发生的转移灶突变信息,这提示了CTC在克服肿瘤时空异质性,提供肿瘤实时、全景基因突变谱的独特优势,CTC甚至为提前预知转移机制、明确遏制转移的治疗靶点、降低肺癌术后复发率方面,展现了巨大的应用潜能。

  最后,小编脑海里不禁浮现出那句老话:上帝关上一道门,就会打开一扇窗。在cfDNA带大家兜了一大圈又一圈之后,CTC不失时机地褪去“佛性”,开始出场了。至于CTC的热度能有多猛?液体活检的“下半场”,还让我们拭目以待!

  参考资料:
  [1] Razavi, P., Li, B.T., Brown, D.N, et al. High-intensity sequencing reveals the sources of plasma circulating cell-free DNA variants[J]. Nature medicine, 2019. doi:10.1038/s41591-019-0652-7
  [2] Chemi, F., Rothwell, D.G., McGranahan, N. et al. Pulmonary venous circulating tumor cell dissemination before tumor resection and disease relapse. Nat Med 25, 1534–1539 (2019) doi:10.1038/s41591-019-0593-1

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