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液体活检|cfDNA和CTC在肿瘤检测中的研究比较

2019-5-17 22:13| 编辑: 小桔灯网| 查看: 3332| 评论: 0|来源: 百迈客医学

摘要: 众所周知,液体活检技术正在蓬勃发展中,cfDNA和CTC检测都是比较火热的液体活检方法,那么二者间孰优孰劣呢?下面我们来看一篇Nature文献中关于多发性骨髓瘤中cfDNA和CTC检测的比较研究。研究背景多发性骨髓瘤(multi ...

众所周知,液体活检技术正在蓬勃发展中,cfDNA和CTC检测都是比较火热的液体活检方法,那么二者间孰优孰劣呢?下面我们来看一篇Nature文献中关于多发性骨髓瘤中cfDNA和CTC检测的比较研究。



研究背景


多发性骨髓瘤(multiple myeloma,MM)是一种起源于浆细胞的血液系统恶性肿瘤,其特征表现为克隆性异常增殖的浆细胞的骨髓浸润。由癌前阶段演变为有症状的MM,由于固有的和获得性治疗抵抗而无法治愈。提升跟踪MM中克隆进化的方法有助于临床管理,越来越多的证据表明循环肿瘤细胞(circulating tumor cells,CTC)和游离DNA(cell-free DNA,cfDNA)可实现包括MM在内的癌症微创和基因组特征研究。然而,CTC和cfDNA很少在一起进行比较分析,因此CTC和cfDNA是否反映相同的肿瘤克隆以及与传统肿瘤活检的相关性如何尚不清楚。作者推断超低深度全基因组测序(ultra-low pass whole-genome sequencing,ULP-WGS)可以提供快速且经济的筛查和监测工具,以检测cfDNA和CTC中的肿瘤分数和拷贝数改变(CNA),而来自同一个MM患者相匹配的CTC、cfDNA和骨髓活检组织全外显子组测序(WES)将有助于解决上述克隆相关性和液体活检在MM患者基因组监测中的作用。


取样方法



研究结果


MM中CTC和cfDNA的可检测性

1

使用ichorCNA检测SCNA并根据ULP-WGS数据估计肿瘤分数(tumor fraction),并根据肿瘤纯度为WES选择样本。利用上述方法对疾病进展不同阶段的107个cfDNA样品和56个CTC样品进行了分析,其中包括意义未明丙种球蛋白血症(MGUS,n=9 cfDNA样品 / n=11 CTC样品)、冒烟型骨髓瘤( SMM,n=28 / n=6)、新诊断的多发性骨髓瘤MM (n=26 / n=14) 和复发性MM(n=44 / n=25)。


作者首先分析了从28位MM患者抽取的相同血液样本中匹配的cfDNA以及CTC的肿瘤分数。除MM_2205患者外,cfDNA与CTC分析得到肿瘤分数存在很大差异。Pearson相关性分析发现cfDNA与CTC分析得到肿瘤分数之间没有相关性。使用cfDNA或CTC肿瘤分数≥10%(样本进行WES的置信度百分比)时,可在35%的样本中检测到肿瘤DNA,增加一些未被单独的CTC或cfDNA检测到的样本。这表明,分析cfDNA和CTC可能会扩大液体活检对MM患者的适用性,前提是cfDNA和CTC产生相似的基因组图谱。


MM中CTC和cfDNA的临床相关性

2

为了进一步证实患者肿瘤分数的变异性以及与临床分期的潜在相关性,作者分析了来自所有患者的107个cfDNA样本和56个CTC样本。新诊断和复发性MM患者的70个cfDNA和39个CTC样本中,cfDNA样本中肿瘤分数为≥3%、5%和10%的比例分别为76%、41%和24%。相比之下,100%、62%和31%的CTC样品分别具有≥3%、5%和10%的肿瘤分数。将MGUS和SMM患者纳入cfDNA和CTC样本组中时,58%、28%和17%的cfDNA样本的肿瘤分数≥3%、5%和10%,以及96%、50%和21%的CTC样本分别具有≥3%、5%和10%的肿瘤分数,表明肿瘤分数随着疾病进展而增加,由于MGUS和SMM处于较早的临床阶段前期,MGUS和SMM患者具有低肿瘤分数。

经过Kruskal-Wallis检验,cfDNA和CTCs的肿瘤分数与疾病的临床分期显著相关。 cfDNA与修订的国际分期系统(R-ISS)和血清游离轻链比值(FLC)也有很强的相关性,而CTC仅与血清游离轻链比值相关,但与R-ISS分期无关。总之,这些结果表明液体活组检中的肿瘤分数与已知的MM生物标志物如血清游离轻链比值和R-ISS分期有很强的关联。




用cfDNA进行临床监测

3

为了确定cfDNA是否可用于追踪疾病进展或对疗法的反应,作者分析了连续取样的cfDNA样品。MM_0231患者在CD38抗体Daratumumab治疗的2个月随访期间显示疾病进展,其肿瘤分数从11%增加到46%,这与血清游离轻链比值升高正相关。MM_2323患者具有相似的变化。

而MM_2205患者对卡非佐米、雷利度胺和地塞米松具有非常好的部分应答,其cfDNA肿瘤分数从22%降低到2%。

MM_2326患者连续取样的样本检测结果是一致的,并且当患者中存在稳定的疾病负荷时相隔数周后取样可获得可重复性数据。


这4个案例强调了在将来的研究中可通过在治疗期间连续取样,使用cfDNA作为疾病应答/进展的潜在生物标志物进行监测,而骨髓活检样本由于取材不易很难实现监测。


克隆异质性的综合概况

4


为了研究cfDNA和CTC的基因组图谱的一致性,作者首先检测了ULP-WGS可检测的大片段(1 Mb)CNAs,且将重点放在肿瘤分数≥10%的样本。作者鉴定了MM_2205患者的cfDNA和CTC样品中13q拷贝数缺失,MM_2213患者中1p和13q拷贝数缺失以及1q拷贝数增加,MM_2214中1p拷贝数缺失和11q拷贝数增加。利用ULP-WGS检测匹配的cfDNA和CTC中大片段CNV,以及利用WES对tDNA(骨髓活检样本BM)检测大片段CNA,检测结果具强相关性,如下图MM_2205患者。


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注:红色为拷贝数增加,绿色为拷贝数缺失,蓝色为拷贝数正常。


接下来,为下一步评估cfDNA或CTCs或两者是否可以反应MM的遗传多样性,作者对24个患者进行了WES,其中包含了9个具有匹配cfDNA和tDNA的病例以及4个具有匹配的cfDNA、CTC和tDNA的病例,并测了所有患者的胚系对照样本(WBC白细胞)。不同类型的样本的目标区域具有相似的覆盖深度,平均深度为204×。且3种类型的样本间具有相似的突变特征,克隆和亚克隆SNVs均以CpG位点的C> T转换为主,这种突变过程被报道与衰老或APOBEC(载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽)有关。就克隆异质性而言,在同时具有3种类型样本的4个患者中,tDNA中99%的克隆突变被证实存在于cfDNA或CTC中。相反,在cfDNA或CTC中存在的突变仅94%在tDNA中得到证实。具有较高肿瘤纯度的CTC或cfDNA样品倾向于揭示更多突变,包含了更大比例的存在于肿瘤活组织检查中的突变。对于具有相似cfDNA和CTC肿瘤分数的患者(MM_2205和MM_2017),CTC和cfDNA的测序结果仍然发现了各自独有的突变。


注:海军蓝表示克隆突变,而黄色表示亚克隆突变。每个样本下面的左维恩图,绿色圈为骨髓活检/tDNA中存在的克隆突变数目,橙色圈表示在cfDNA或CTC样品中证实的tDNA克隆突变数目;右维恩图中橙色圈中为存在于cfDNA或CTC样品中克隆突变数目,绿色圈为经骨髓活检证实的克隆突变数目。


为进一步探索cfDNA,CTC和tDNA之间的克隆异质性,作者对匹配的样本进行了聚类分析。大部分突变位于所有病例共享的克隆群中,多数情况3种类型样本均可鉴定出亚克隆突变群,而在某些情况下,仅在某一种类型的样本中可检测到亚克隆。表明这些亚克隆突变的等位基因在待检测的肿瘤活检样品中频率过低,或者特定亚克隆不存在于骨髓活检部位,而仅存在于远端骨髓或髓外部位。结合CTC和cfDNA能够检测到骨髓活检样本中发现的几乎所有克隆性突变,并检测到骨髓中未发现的其他亚克隆,例如仅在MM_2017患者的cfDNA和CTC中检测到TP53亚克隆。cfDNA中存在的非沉默克隆突变平均96%在CTC中被证实,而CTC中存在的84%非沉默克隆突变在cfDNA中被证实。

在9个匹配的cfDNA和tDNA中观察到,tDNA中存在的非沉默克隆突变平均有83%在cfDNA中被证实,而tDNA中88%的非沉默克隆突变被证实存在于cfDNA中。


MM患者中匹配的cfDNA、CTC和/或tDNA样本中,鉴定到大多数MM复发性突变基因(例如KRAS、NRAS、BRAF和TP53)以及泛癌症突变和体细胞拷贝数变异SCNAs。


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小结

本研究表明cfDNA和CTCs外显子测序可以获得骨髓瘤的突变景观,并提供MM中克隆异质性的综合概况,使用液体活检能够非侵入性地分析肿瘤进化。这种液体活检检测方法可能对骨髓活检样本中未鉴定到的克隆和亚克隆检测更为敏感,这可能是由于骨髓取样部位的限制。未来的研究使用更大的前瞻性队列将有助于确定这种方法在临床实践中的作用。


参考文献

Manier S, Park J, Capelletti M, et al. Whole-exome sequencing of cell-free DNA and circulating tumor cells in multiple myeloma[J]. Nature communications, 2018, 9.

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