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突破性前瞻研究:基于PCR的血液ctDNA甲基化技术开启结直肠癌MRD监测新时代

2023-05-09 09:34:53


近日,JAMA Oncology(IF 33.012)上刊载了由复旦大学附属肿瘤医院蔡国响教授团队、上海交通大学医学院附属仁济医院王争教授团队等,联合鹍远生物的重要科研成果[1]:“Early Detection of Molecular Residual Disease and Risk Stratification for Stage I to III Colorectal Cancer via Circulating Tumor DNA Methylation(循环肿瘤DNA甲基化早期检测I-III期结直肠癌分子残留病灶和风险分层)”。该研究是国际上首个应用基于PCR的血液ctDNA多基因甲基化技术于结直肠癌复发预测和复发监测的多中心研究,提供了一个与现有MRD检测技术方法相比性价比更高的技术路径和解决方案,有望大大提高结直肠癌复发预测和监测的临床使用普及率,并显著改善病人的生存期和生存质量。该研究也得到了期刊及编辑们的高度评价,列为本期重点推荐论文,并邀请了来自西班牙的Juan Ruiz-Bañobre教授和美国的Ajay Goel教授进行点评。美国著名的生物医药专业媒体GenomeWeb也对该研究进行了报道。

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文章发表在JAMA Oncology


结直肠癌(Colorectal Cancer,CRC)是我国常见的消化道恶性肿瘤。2020年国际癌症研究机构(IARC)数据显示,我国新发病例55.5万例约占全球1/3,发病率跃居我国常见癌症第二位;死亡病例28.6万例约占全球的1/3,居我国常见癌症死亡原因的第五位。值得关注的是,在确诊的患者当中,TNM分期Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ期分别为:18.6%、42.5%、30.7%、8.2%,超过80%的患者为中晚期,44%的患者发生同时性或者异时性的肝、肺等部位的远处转移,严重影响生存期,危害我国居民健康,造成沉重的社会经济负担。国家癌症中心统计数据显示,中国结直肠癌例均诊疗费用年均增长约6.9%至9.2%,患者确诊仅一年内的个人卫生支出就能占据家庭收入的60%。癌症患者在饱受疾病折磨的同时,还承受着巨大的经济压力[2]。


90%的结直肠癌病灶可以通过手术切除,越早期发现的肿瘤,根治性手术切除后五年生存率越高,但根治性切除后的总体复发率仍为30%左右。中国人群结直肠癌的五年生存率在 I、II、III、IV 期分别为 90.1%、72.6%、53.8%和 10.4%。

微小残留病灶(MRD)是肿瘤根治后复发的主要原因。近年来,实体瘤MRD检测技术飞速进展,多项重磅的观察性和干预性研究已证实术后MRD状态能够提示结直肠癌术后复发风险,ctDNA检测具有无创、简单、快速、样本可及性高和克服肿瘤异质性等优点。

美国NCCN结肠癌指南以及中国CSCO结直肠癌诊疗指南均指出,对于结肠癌术后复发风险判断和辅助化疗选择,ctDNA检测可提供预后和预测信息,协助II期或III期结肠癌患者辅助治疗决策。但现有研究多聚焦基于高通量测序技术(NGS)的ctDNA突变,其流程复杂、周期长、成本较高[3],普适性略有不足,在癌症患者中普及率较低。


以结直肠癌III期患者为例,基于NGS技术进行ctDNA动态监测,单次监测患者则需要花费高达上万元且需等待长达两周时间。若采用该研究中的多基因甲基化检测技术ColonAiQ®常艾克®进行ctDNA动态监测,患者仅需支付十分之一的费用且最快在两天内即可获得检测报告。

按照中国每年新发56万例结直肠癌患者,临床上主要是Ⅱ-Ⅲ期结直肠癌患者(比例约为70%)更加具有动态监测的迫切需求,则结直肠癌MRD动态监测市场规模达到每年数百万人次。


可见,该研究成果具有重要的科研与实践意义,通过大规模前瞻性临床研究证实了基于PCR的血液ctDNA多基因甲基化技术可用于结直肠癌复发预测和复发监测,同时兼具灵敏度、时效性及经济性,更好地让精准医疗惠及更多的肿瘤患者。该研究基于鹍远生物自主研发的结直肠癌多基因甲基化检测技术ColonAiQ®常艾克®,其在早筛早诊中的临床应用价值已被中心临床研究证实。


2021年国际胃肠疾病领域顶 级期刊Gastroenterology(IF33.88)报道了复旦大学附属中山医院、复旦大学附属肿瘤医院等多家权威医疗机构联合鹍远生物的多中心研究成果,证实了ColonAiQ®常艾克®在结直肠癌的早筛早诊中的优异性能,并初步探索了在结直肠癌预后监测中应用潜力。


为进一步验证ctDNA甲基化在I-III期结直肠癌中风险分层、指导治疗决策和早期复发监测等中的临床应用价值,研究团队纳入299名接受根治手术的I-III期结直肠癌患者,并在术前一周内、术后一个月、术后辅助治疗中各随访点(间隔三个月)采集血样,进行动态血液ctDNA检测。


首先,研究发现,无论是术前还是术后早期,ctDNA检测均可早期预测结直肠癌患者的复发风险。术前ctDNA阳性患者,术后复发概率高于术前ctDNA阴性患者(22.0%>4.7%)。术后早期进行ctDNA检测仍可预测患者的复发风险:根治性切除术后一个月,ctDNA阳性患者复发概率是阴性患者的17.5倍;研究团队还发现,ctDNA和CEA联合检测可小幅提高检测复发的性能(AUC=0.849),但与单独的ctDNA(AUC=0.839)检测相比,差异并不显著。


临床分期结合风险因素是目前癌症患者风险分层的主要依据,在当前的模式下,仍然有大量患者复发[4],临床中过度治疗与治疗不足并存,亟需要更好的分层工具。基于此,研究团队将III期结直肠癌患者依据临床复发风险评估(高风险(T4/ N2)和低风险(T1-3N1))和辅助治疗周期(3/6个月)划分为不同亚组。分析结果发现,高风险亚组ctDNA阳性患者,如接受六个月辅助治疗,则患者复发率更低;低风险亚组ctDNA阳性患者,辅助治疗周期与患者疗效间无显著差异;而ctDNA阴性患者预后显著优于ctDNA阳性患者,且术后无复发期(RFS)更长;I期和低风险II期结直肠癌患者所有ctDNA阴性患者两年内均无复发; 因此,ctDNA与临床特征等整合应用有望进一步优化风险分层,更好地预测复发。


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图1.  POM1时的血浆ctDNA分析以早期检测结直肠癌的复发


进一步的动态ctDNA检测结果显示,在确定性治疗后的疾病复发监测阶段(根治术+辅助治疗后),动态ctDNA检测阳性患者的复发风险显著高于ctDNA阴性患者(图3ACD),并且ctDNA可比影像学检查最多提前20个月提示肿瘤复发(图3B),为疾病复发的早期发现和及时干预提供了可能。


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图2. 基于纵向队列的ctDNA分析以检测结直肠癌复发


在这篇论文发表的同期,Juan Ruiz-Bañobre教授和Ajay Goel教授做了如下点评和推荐:


“大量结直肠癌的转化医学研究引领学科发展,尤其是基于ctDNA的MRD检测展现了巨大的潜力,可以通过实现复发风险分层、指导治疗决策和早期复发监测,提升结直肠癌患者的术后管理。


选择DNA甲基化作为新型MRD标志物,相比于突变检测,优势在于不需要做肿瘤组织的全基因组测序筛选,直接用于血液检测,而且避免因检出源自正常组织、良性疾病和克隆性造血的体细胞突变而导致假阳性结果。


该研究以及其他相关研究证实,基于ctDNA的MRD检测是I-III期结直肠癌术后复发的最重要的独立风险因素,可用以协助指导治疗决策,包括辅助治疗的“升级“和“降级”,实现精准治疗。


当下MRD领域发展非常迅速,涌现了大量基于表观遗传学(DNA甲基化和片段组学)、基因组学(超深度靶向测序或全基因组测序)的创新性、高灵敏度、高特异度的检测技术。我们期待ColonAiQ®继续组织大规模临床研究,可以成为一个兼具可及性、高性能和经济性的MRD检测新指标,能广泛应用于常规临床实践中。”

参考文献

[1] Mo S, Ye L, Wang D, Han L, Zhou S, Wang H, Dai W, Wang Y, Luo W, Wang R, Xu Y, Cai S, Liu R, Wang Z, Cai G. Early Detection of Molecular Residual Disease and Risk Stratification for Stage I to III Colorectal Cancer via Circulating Tumor DNA Methylation. JAMA Oncol. 2023 Apr 20.

[2]《中国人群结直肠癌疾病负担:近年是否有变?》,《中华流行病学杂志》2020年10月第41卷第10期.

[3] Tarazona N, Gimeno-Valiente F, Gambardella V, et al. Targeted next-generation sequencing of circulating-tumor DNA for tracking minimal residual disease in localized colon cancer. Ann Oncol. Nov 1, 2019;30(11):1804-1812.

[4] Taieb J, André T, Auclin E. Refining adjuvant therapy for non-metastatic colon cancer, new standards and perspectives. Cancer Treat Rev. 2019;75:1-11.



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