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液体活检新技术：让肿瘤耐药性基因通通显形！

首页 » 《转》译 2019-09-17 转化医学网赞(4)

导读	肿瘤异质性是恶性肿瘤的特征之一,可使肿瘤的生长速度、侵袭与转移、药物敏感性等多方面产生差异。之前的研究表明，液体活检(特别是cfDNA (无细胞DNA))可以很好地检测获得性耐药的肿瘤异质性。但该方法尚缺少大规模队列验证。

导读：肿瘤异质性是恶性肿瘤的特征之一,可使肿瘤的生长速度、侵袭与转移、药物敏感性等多方面产生差异。之前的研究表明，液体活检(特别是cfDNA (无细胞DNA))可以很好地检测获得性耐药的肿瘤异质性。但该方法尚缺少大规模队列验证。

近日，由包括麻省总医院、麻省理工学院布罗德研究所、哈佛大学及IBM Research等在内的多家顶级癌症研究单位合作，在《Nature Medicine》发表了最新研究成果。通过前瞻性队列研究，直接比较了优化后的cfDNA方法和标准肿瘤活检方法的有效性差异，这也是迄今为止规模最大的相关研究。
研究发现优化后的cfDNA方法(ctDNA)能够更准确地检测出临床相关的耐药性改变，甚至可以找到未发现的耐药性改变，而78%的阳性病例在对应的肿瘤活检中未检测到耐药性改变。他们还通过结合循环cfDNA的全外显子组测序、肿瘤活组织检查和快速尸检技术，证明肿瘤病灶间存在重要的分布和进化差异。该研究对肿瘤靶向治疗具有重要意义，也通过大数据实证了cfDNA液体活检技术在针对获得性耐药样本进行组织活检的潜在优势。

近几十年中，联合化疗已经成为治疗恶性肿瘤的标准疗法。但是，很多肿瘤在化疗过程中会产生对化疗药物的耐药性(获得性耐药)，最终导致化疗失败。因此肿瘤耐药性是目前临床治疗肿瘤的最大障碍之一，目前除了缺乏有效方法克服耐药性，也缺少有效技术可以及时检出病例组织中的耐药性突变。

同时，随着肿瘤研究的不断深入，人们开始逐渐认识到个体肿瘤存在一种典型的性质——异质性。肿瘤异质性是指同一肿瘤组织中存在不同类型的亚克隆肿瘤细胞, 这些亚克隆从基因型到表型上都存在差异，并在进化演变中存在高度复杂性和多样性。也有研究发现，肿瘤异质性可能是肿瘤耐药性的主要特征之一。因此设计出可以有效检测肿瘤耐药性基因和异质性变化的组织活检技术非常关键。
然而，目前临床上常规使用的单病灶组织活检方法只能在单个肿瘤中看到一个位置，因此并不能满足肿瘤异质性和耐药性检测的需求。近年来，有研究团队设计了一种新的液体活检技术(即cfDNA(无细胞DNA ))，这个技术结合了来自多个肿瘤病变的细胞和遗传信息，可以有效检测到多个获得性耐药的肿瘤异质性，是一种很有前景的活检替代方案，但由于缺乏大规模样本的有效性验证，因此并没有再临床上得到推广使用。

针对这一问题，由麻省总医院联合麻省理工学院布罗德研究所、哈佛大学、IBM Research等研究机构团队，根据之前报道的cfDNA检测技术进行优化，提出一种新的肿瘤取样方法(液体生物组织法)，即从含有肿瘤脱落DNA的病人身上提取血液样本进行肿瘤组织分离和分析，称为循环肿瘤DNA(ctDNA检测)，即优化后的cfDNA检测技术。

为了比较ctDNA检测方法与传统病灶肿瘤活检的有效性差异，研究团队根据分子方法定义的胃肠道肿瘤和靶向治疗后出现获得性耐药的统一性标准，将42名肿瘤患者纳入研究队列。其中，队列样本还包括了23例处于疾病末期的肿瘤活检样本。
除了通过ctDNA检测和单灶组织活检对所有样本分别进行肿瘤耐药和异质性评估外，研究人员还通过二代测序技术(NGS)对血浆中分离到的ctDNA进行了高通量筛查，用来发现肿瘤预处理或ctDNA检测中未筛到的突变基因。当检测到的ctDNA中肿瘤组织的核酸比例超过总核酸量的5%时，样本还将进行全外显子组测序(WES)分析。研究人员同时采用了新的计算软件（PhylogicNDT）来分析肿瘤DNA及其抗性突变。

液体活检与组织活检对获得性耐药机制的鉴定结果

结果表明，在42例患者中，通过ctDNA检测，有32例(76%)样本发现了至少一种先前确定的耐药性位点。其中，17例(53%)(占所有患者的40%)显示出超过1种可检测到的耐药性改变，这说明肿瘤异质性与获得性耐药确实密切相关。在通过NGS或WES测序分析后的23例病例中，有11例病例在肿瘤活检中发现了比ctDNA检测到的更少的耐药性突变，而20例(87%)患者采用ctDNA检测后发现了至少一种耐药性改变。此外，23例患者中仅有2例(9%)在组织活检中发现了多重耐药改变，而近40%的患者样本在ctDNA检测中都筛查到多重耐药性改变，其中单个患者样本中可检测到最多高达9个耐药性位点。值得一提的是， ctDNA检测方法还在18例患者样本中检测出在其他临床研究中还未被发现的部分耐药性基因位点。
该研究证明了在近80％的病例中，液体活检技术可以检测到与肿瘤耐药性相关的遗传变异，而这一结果在标准组织活检中均无法识别。并且，研究还发现获得性耐药通常是以严重的肿瘤异质性为特征的，并且在患者个体中出现多个耐药性变异是“规则”，而非“例外”。

该研究还发现，液体活检技术可以更准确地描述患者癌症的遗传多样性以及肿瘤如何在分子水平上产生耐药性，这一技术突破为癌症耐药性产生并难以打破提供了直接证据，并且还提出了潜在的耐药性分子机制，这可能为新的和更个性化的癌症诊断治疗指明了道路。

针对肿瘤耐药性产生的机制，目前已经出现了很多治疗方法，包括新的抗癌药、耐药性的调节、多功能纳米载体的应用以及RNA干扰治疗。为了提高癌症患者的生存率，延长其生存时间，提高临床化疗效果，需要全球科学家共同努力深入探究新的耐药机制，寻找新的抗癌药物，减少甚至逆转肿瘤的耐药性。而液体活检技术的提出和有效性验证，将成为癌症耐药性研究的一项重要进展，液体活检也可能成为评估患者肿瘤在对治疗产生抗药性后如何进化的首选临床方法。”

参考文献：

Aparna R. Parikh et al, Liquid versus tissue biopsy for detecting acquired resistance and tumor heterogeneity in gastrointestinal cancers, Nature Medicine (2019). DOI: 10.1038/s41591-019-0561-9