【Adv. Sci.】华中科技大学合作发文：发现癌症新的预测性生物标记物

9月25日，华中科技大学与深圳华大生命科学研究院、国家妇产疾病临床医学研究中心以及江南大学的研究人员合作在期刊《Advanced Science》上发表了题为“Plasma Cell-Free DNA Concentration and Fragmentomes Predict Neoadjuvant Chemotherapy Response in Cervical Cancer Patients”的研究论文，本研究中，研究人员分析了84例宫颈癌患者的285份血浆游离DNA（cfDNA）样本的浓度，并探讨了新辅助化疗（NACT）治疗期间cfDNA片段组学特征的临床意义。与有良好响应的患者相比，对NACT治疗有不良响应的患者在初始治疗周期后的cfDNA水平显著升高。在初始血浆中观察到具有不同NACT响应的患者之间cfDNA端位谱和启动子覆盖的不同特征。值得注意的是，DNASE1L3分析进一步证明了cfDNA特征与化疗抵抗之间的内在联系。此外，启动子周围的转录起始位点（TSS）覆盖揭示了与化疗抵抗相关的生物学过程的改变，并反映了预测化疗响应潜力的价值。这些预测性生物标志物的研究成果可以优化宫颈癌患者的治疗选择，减少不必要的治疗，并有助于制定个性化的治疗策略。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202309422

背景知识

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宫颈癌（CC）仍然是全球女性最常见的癌症和主要的死亡原因之一，2020年全球约有60.4万例新诊断病例，导致34.2万例死亡。尽管局部CC的预后相对较好，但晚期、转移性或复发性CC的5年生存率仅为16.5%。此外，盆腔放疗会给癌症幸存者带来许多潜在的长期后果，严重影响他们的整体生活质量。因此，迫切需要探索替代治疗方案和生物标志物，以有效应对这一致命肿瘤并改善预后结果。

自1980年代以来，辅助性化疗（NACT）已被广泛应用于治疗各种实体肿瘤。越来越多的临床试验证据支持NACT在改善早期和晚期癌症患者生存结果方面的优越性。同时，在宫颈癌中，以紫杉醇为基础的化疗也显示出良好的疗效。NACT的使用提供了几个潜在的优势，包括提高局部控制、消除微小转移和与同期放化疗相比具有更有利的毒性特征。然而，尽管有这些优点，仍有一些患者对这种治疗方案的响应不佳，导致手术日期推迟和严重的不良响应。因此，建立早期预测治疗响应的指标以确保每个患者的有效响应、减少不必要的毒性并改善患者预后至关重要。

近年来，细胞游离DNA（cfDNA）技术的发展为肿瘤负荷评估和癌症治疗效果评估提供了新的途径。研究人员报告称，手术时血液中DNA水平较高的患者通常患有更具侵袭性的疾病。研究人员发现，在局部进展性肝细胞癌患者中，cfDNA水平的倍增程度越高，预后越差。cfDNA定量被认为是评估侵袭性疾病的有价值的工具，并且cfDNA水平的倍增程度越高，预后越差。

临床特征和cfDNA特征对NACT响应的预测性能

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为了探索临床特征和cfDNA特征在预测NACT疗效方面的价值，研究人员使用ROC曲线分析评估了临床变量（年龄、肿瘤分期、肿瘤大小和SCC-Ag）和cfDNA参数（cfDNA比值和motif比值）在区分宫颈癌对NACT无响应患者方面的临床效能。在对两组（非响应者15例和响应者24例）的所有基线临床变量（年龄、分期、肿瘤大小和血清SCC-Ag水平）进行预测NACT响应时，年龄、分期、肿瘤大小和SCC-Ag的AUC值显著较低，范围为0.52至0.63。采用多因素逻辑回归建立基于年龄、分期、肿瘤大小和血清SCC-Ag水平（基线）的NACT响应预测模型。基于四个临床变量的临床分类器对区分非响应者和响应者的预测能力较差，其AUC值为0.62（95%置信区间为0.43至0.81）。相比之下，如图1a所示，cfDNA比值在两组1和2中均表现出良好的临床性能，其AUC值分别为0.85和0.83。来自第2组的非应答者（n=8）和应答者（n=12）的初始血浆样本中，模式比值的预测鉴别性能也很好（AUC=0.81）。

图1：临床变量和cfDNA特征在预测非应答者中的应用

CC患者细胞内和细胞外DNASE1L3活性

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已经证明，DNASE1L3在血浆cfDNA的降解和带有C端的cfDNA的产生中发挥着重要作用。研究人员使用ELISA法测量了8例宫颈癌患者初始血浆中的DNASE1L3水平（如图2a所示）。cfDNA分子的C端比例与DNASE1L3水平呈显著正相关（Spearman r = 0.738, p = 0.046）。血浆中cfDNA的A/T/G片段频率与DNASE1L3水平无显著相关性。这一观察结果证实了DNASE1L3在塑造人类cfDNA特征方面的作用。考虑到非响应者中以“C”开头的模式有显著下调，研究人员进一步探索了DNASE1L3在宫颈癌中的表达及其对化疗敏感性和肿瘤进展的影响。使用组织芯片（TMA）评估了DNASE1L3在肿瘤（n = 99）和正常（n = 17）宫颈组织中的表达及其预后意义（见实验部分）。图2b展示了肿瘤和正常宫颈组织中DNASE1L3表达的代表性免疫组织化学染色结果。根据图2c，肿瘤组织的DNASE1L3 IHC评分显著低于正常组织（中位数：2.0 vs 4.5，p值<0.0001），表明肿瘤组织中DNASE1L3表达水平显著降低。研究人员进一步分析了TCGA数据库中306例宫颈癌患者的肿瘤组织和22例正常宫颈组织的转录组数据。结果显示，与正常宫颈样本相比，宫颈癌样本中DNASE1L3表达同样显著降低，这表明DNASE1L3的失调可能在宫颈癌的发展和进展中发挥作用。

图2：DNASE1L3是影响肿瘤发生、进展和cfDNA特征形成的关键因素

然后研究人员根据DNASE1L3表达值的阈值将患者分为高表达组和低表达组。如图2e所示，展示了高表达（IHC评分≥3）和低表达（IHC评分<3）的代表性免疫组织化学染色结果。对机构数据库进行生存分析发现，肿瘤组织中DNASE1L3低表达与患者显著降低的无病生存期（DFS）（Log-rank p=0.0037）和总生存期（OS）（Log-rank p=0.0009）相关，如图2f所示。此外，研究人员分析了TCGA数据库中患者的预后情况，将他们分为高表达组（n=73，前25%）和低表达组（n=73，后25%）。同样，低DNASE1L3表达的患者显示出降低的无病生存期（Log-rank p=0.015）和总生存期（Log-rank p=0.02）。为了进一步研究DNASE1L3表达在化疗响应中的功能意义，研究人员在两个宫颈癌细胞系中进行了DNASE1L3的siRNA敲低实验。结果证实，DNASE1L3表达水平低会导致对紫杉醇/顺铂的耐药性，如在SiHa和CaSki细胞系中进行的细胞存活试验所示（图2g和2h）。

研究小结

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综上，本研究为cfDNA比值和cfDNA片段组（包括端序列和TSS覆盖）在宫颈癌中预测对NACT的治疗响应和监测治疗响应的潜在临床应用提供了支持。未来的研究方案有望验证cfDNA特征与患者响应之间的关联。（转化医学网360zhyx.com）

【参考资料】

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202309422

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