ctDNA检测面临重大挑战,循环肿瘤细胞检测或爆发
    2020-01-16

液体活检(liquid biopsy),作为体外诊断的一个分支,是指通过检验血液或者其他体液如尿液、唾液、胸腔积液、脑脊液等,对癌症等疾病做出分析诊断。包括循环肿瘤细胞(circulating tumor cell: CTC)、循环肿瘤DNA(ctDNA)、microRNA、微泡(外泌体)等多项技术。其中CTC与ctDNA发展最为迅猛。目前液体活检主要应用领域是肿瘤的血液检测,即利用血液提示肿瘤发展进程及抗药性等信息,指导个体化精准治疗。但是,最近的重磅研究显示:血浆游离DNA突变与组织突变的真实一致性不到1/4 ;超过50%的ctDNA突变其实是“假阳性”。ctDNA检测面临重大挑战,液体活检市场调整在即,CTC有望成为新的爆发点。

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%。

从上述研究的结果来看,cfDNA突变与组织突变的真实一致性不到1/4(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%;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。

在癌症患者的cfDNA中,克隆性造血带来的变异可能占53.2%;而在健康的志愿者体cfDNA中,这一数字能达到81.6%。这意味着,克隆造血带来的突变比科学家原来认为的要常见的多。现行的ctDNA临床测序方法可能无法有效清除大量克隆性造血突变的背景干扰,基因突变结果包括TMB在内的准确性就大打折扣。这给液体活检相关的研究提出了挑战,在给患者开展液体活检时,单纯检测ctDNA可能是不够的,而目前的测序深度有值得探讨。

癌症患者血液中大部分突变不是来自于癌细胞

《自然》子刊NatureMedicine20191125日在线发表了美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心Jorge S.Reis-Filho研究团队利用深度测序揭示出血浆循环中游离DNAcfDNA)变异的来源的研究。

这项由MSKCC实验病理学主任Jorge Reis-Filho和临床医学科学家Pedram Razavi共同领导的研究,对124例癌症患者的cfDNA、肿瘤组织样本和白细胞DNA,以及47名无癌志愿者的cfDNA和白细胞DNA,进行了超高深度测序(60000×)。研究发现,肿瘤患者血液cfDNA中携带的大部分基因突变,可能不是来自于癌细胞,而是血液中白细胞。备注: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。

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%。从上述研究的结果来看,cfDNA突变与组织突变的真实一致性不到1/4(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%;超过50%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。

在癌症患者的cfDNA中,克隆性造血带来的变异可能占53.2%;而在健康的志愿者体cfDNA中,这一数字能达到81.6%。这意味着,克隆造血带来的突变比科学家原来认为的要常见的多。现行的ctDNA临床测序方法可能无法有效清除大量克隆性造血突变的背景干扰,基因突变结果包括TMB在内的准确性就大打折扣。这给液体活检相关的研究提出了挑战,在给患者开展液体活检时,单纯检测ctDNA可能是不够的,而目前的测序深度有值得探讨。

另一项重磅研究:CTC或可作为下一个检测目标和预测转移灶

Nature-Medicine于2019年10月刊登了英国肺癌研究联盟(TRAcking non-small celllung Cancer Evolution through therapy [Rx])的研究成果,研究显示基于CTC的高通量测序(CTC-NGS)技术,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,显示了CTC的巨大临床应用前景。
 

 

该研究纳入了100位早期非小细胞肺癌患者,结果显示: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,肺癌患者低CTC数量显示较高的临床获益,结果如下:

①肺癌早期的CTC比cfDNA携带更全面的肿瘤基因信息,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。CTC在全面反映肿瘤生物学信息中的独特优势。

②肺癌早期CTC与10个月后转移灶基因突变一致性达到91%,而在原发灶该比例只有79%。

③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。

肿瘤早期CTC不仅能反映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或可克服肿瘤时空异质性,在提前预知转移机制、研究遏制转移的治疗靶点、降低肺癌术后复发率等方面展现了巨大的应用潜能。
MSKCC的ctDNA检测研究显示ctDNA存在重大缺陷,单纯ctDNA检测不能真实反映肿瘤的突变信息,迫切需要更全面的检测技术平台。英国肺癌研究联盟的研究将CTC检测推向前台,证实了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。液体活检市场或将发生巨大变化,CTC以其可提供肿瘤实时、全景基因突变谱,提前预知转移机制、明确遏制转移的治疗靶点的独特优势,在不久的将来或实现爆发式增长。
参考资料:
[1]Razavi, P., Li, B.T., Brown, D.N, et al. High-intensity sequencing reveals thesources 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 circulatingtumor cell dissemination before tumor resection and disease relapse. Nat Med25, 1534–1539 (2019) doi:10.1038/s41591-019-0593-1