科普 | 癌症的全周期检测之液体活检

2021
09/14

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癌症的全周期检测和监控在当今癌症诊疗中起着举足轻重的作用。所谓全周期检测包括诊断、监测药物疗效和复发转移。其中,早期诊断和无创早筛在近年来广受关注。利用基因检测技术对外周血中的循环肿瘤DNA(ctDNA)进行基因变异的检测,有助于发现临床前期癌症,为治疗赢得时间和更多选择。



Part 1. 

什么是循环肿瘤 DNA   

从本质上讲,肿瘤是DNA 变异引起的疾病。驱动基因(如癌基因和抑癌基因)的突变、拷贝数变化、易位和甲基化模式改变/表观遗传修饰等改变,都是癌症的主要原因。来自肿瘤细胞的DNA 可以脱落到血液循环中,被称为循环肿瘤 DNA (ctDNA)。


在大多数癌症患者中,ctDNA 占总循环游离 DNA (cfDNA) 的一小部分,尤其是在癌症早期。然而,根据ctDNA 的特定遗传改变以及片段大小的不同,可以利用灵敏的监测技术,将其与正常细胞来源的 DNA 区分开来,进一步达到诊断癌症的目的。由于检测ctDNA使用外周血,而不是传统基因检测使用的肿瘤组织标本,因此这项技术也被称为液体活检。

Part 2. 

癌症早筛早诊的临床意义   

早期发现并通过手术切除来治愈,被广泛认为是降低癌症死亡率的最有效策略之一。过去的十到二十年,人们对开发简单的泛癌筛查测试产生了浓厚的兴趣, 并在近年逐渐聚焦到ctDNA。


使用 ctDNA 可以检测出高达99% 的癌症;当然,敏感性取决于癌症的类型和分期,有的早期癌症类型敏感性较差,约为20%。然而,如果所有 IV 期癌症都在 III 期被诊断出来,将使癌症相关死亡人数减少 15%。ctDNA检测的临床应用仍具有挑战性,但最近已在开发基于泛癌血液的癌症筛查测试方面迈出了第一步。


Part 3. 

ctDNA 肿瘤早筛/早诊的挑战   

基于血液生物标志物的非/微创检测,需要具有高特异性,对早期肿瘤的敏感性高,并可以辅助识别肿瘤的起源部位,才能有望成为筛查/早期诊断的理想方法。


癌症筛查测试最重要要求之一是高度特异性,理想情况下应接近 100%。由于特定癌症类型在一般人群中的患病率相对较低 (<1%),因此需要高度特异性以最大程度地减少假阳性结果可能造成的危害。


高灵敏度 也是癌症筛查所必须的,尤其是在检测小/低体积肿瘤时。筛查测试应该具备在转移之前检测癌症的能力。
另一个要求是能够提示新诊断的恶性肿瘤的起源组织。一些特异的基因变异,基因变异组合,或者是突变特征与特定的肿瘤类别相关,比如肺腺癌特异性的EGFR基因突变,皮肤恶性黑色素瘤的紫外线突变特征加BRAF/NRAS 基因突变等。


最后,该测试应针对具有临床意义的(侵袭性或可能进展的)早期癌症,并尽量避免对发展缓慢不会危及健康或者生命的病变的检测。这对于防止过度诊断和可能的过度治疗非常重要。因此,理想情况下,早期诊断测试还应具有预后能力,即能够区分非侵袭性和侵袭性癌症。


Part 4. 

ctDNA 在癌症早期检测中的研究结果   

一项研究使用称为靶向纠错测序 (TEC-Seq) 的高灵敏度测序方法,比较了 200 例 I/II 期癌症患者和 44 名健康对照的 58 个癌症相关基因的 ctDNA 突变谱。134 例患者 (67%) 检测到ctDNA 突变;但是,I 期患者仅为35/64 (54%)。


不同种类的癌症敏感性不同,结直肠癌最高(83%),其次是卵巢癌(71%)、肺癌(62%)和乳腺癌(56%)。对于 I 期或 II 期患者,结直肠癌的敏感性为 71%,卵巢癌为 68%,肺癌和乳腺癌均为 59%。

重要的是,在所调查的 44 名健康对照者中,没有监测到与癌症相关的驱动基因突变。然而,16%的健康对照有克隆性造血(CHIP)相关的基因突变。近年来对CHIP的了解越来越多,这些是发生在血液中白细胞的突变,与年龄吸烟等因素相关,而且与后续血液系统发生肿瘤的可能性及心血管疾病也有关联。



另一项研究开发了一种DNA和蛋白质生物标志物组合的检测方法,旨在进一步提升灵敏性。这项名为 CancerSEEK 的测试可检测 16 个癌症相关基因的 2,001 个位置的突变以及 8 种蛋白质生物标志物的浓度。在一项包括1,005 病例的对照研究中,70% 呈阳性,敏感性随着癌症分期的增加而增加,即 I、II 和 III 期的中位敏感性分别为 43%、73% 和 78%。敏感性在卵巢癌或肝癌中最高 (98%),在乳腺癌中最低 (33%)。I 期肝癌的敏感性为 100%,而食管癌仅为 20%。将基因变异与蛋白质生物标志物和及人工智能相结合,检测的特异性可以高达99%,即只有 7/812 明显健康的对照呈阳性结果。 


最近在一项名为 DETECT-A 的前瞻性探索性研究将CancerSEEK 测试与 PET-CT 成像相结合。在接受筛查的 9,911 名无症状女性中,490(4.9%) 在初始基线血液检测中呈阳性结果。在排除克隆造血衍生的突变后,134(1.35%)在后续测试中证实了初始结果。其中,127人接受了 PET-CT 扫描或其它影像学检查,有26例确诊,其中 17例 (65%) 为原位或早期癌症。将 ctDNA 测试与任何形式影像学相结合,特异性为99.6%,阳性预测率为40.6%。这项研究表明 ctDNA可以安全地用于检测无症状患者的早期癌症。

Part 5. 

结论   

目前,关于ctDNA 是否可以作为癌症筛查测试的工具并用于临床实践还是一个非常活跃的研究领域。迄今为止发表的大多数研究都是在已知癌症的患者中进行的。在人群筛查中,ctDNA的阳性率可能很低。而且,ctDNA的临床效用还需要前瞻性随机试验来证明癌症死亡率显著降低;同时,ctDNA 筛查不会导致严重的过度检测,以及惰性肿瘤的潜在过度治疗。
另外,ctDNA检测需要具有成本效益。目前,美国的几家液体活检的公司正在进行前瞻性对照研究,将会对ctDNA检测能否降低癌症死亡率给出答案。同时FDA也于2020年批准了两个液体活检平台作为癌症的伴随诊断。ctDNA液体活检作为无创/微创早诊/早筛手段在肿瘤全周期检测中的更广阔应用也许指日可待,尤其在致死率非常高的癌种,如卵巢癌及肝癌等。


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关键词:
ctDNA,特异性,卵巢癌,活检,癌症,周期,血液

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