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液态活检的“当家花旦”:cfDNA和CTC

2016/03/12 来源:数字PCR的可能性
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导读
液态活检(liquid biopsy)已经成为临床肿瘤学的一门“显学”,其学术意义和临床应用前景也越来越明朗。液态活检按照检测对象分类,主要可以分为核酸层面的ctDNA和细胞层面的循环肿瘤细胞(CTC)。


液态活检(liquid biopsy)已经成为临床肿瘤学的一门“显学”,其学术意义和临床应用前景也越来越明朗。液态活检按照检测对象分类,主要可以分为核酸层面的ctDNA和细胞层面的循环肿瘤细胞(CTC)。

胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)是一种恶性肿瘤,患者被确诊时往往已处于晚期,甚至病灶已经转移。临床上可通过手术切除进行治疗的病人约为15~20%,早期PDAC患者的五年生存率仅为5%左右。目前虽然五年生存率已经提高到27%,但80%的病人仍然面临着治疗后的复发。

目前临床上广泛采用的PDAC肿瘤标志物是CA19–9,其检测灵敏度是79%,特异性是82%。但CA19-9还不是最理想的检测标志物,例如在急性胰腺炎等状况下CA19-9也会升高。本研究中,西班牙科学家以临床上确诊的PDAC病人为研究对象,对其外周血中的总cfDNA、肿瘤特异的ctDNA和CTC分别进行了分析,并将结果与患者总生存期(overall survival, OS)之间的相关性进行了分析。

1.患者血浆中cfDNA的总含量

31名患者血浆中纯化得到DNA,对RNaseP基因进行定量检测,以RNaseP的含量作为血浆中cfDNA总含量的指标(RNaseP的含量通过微滴式数字PCR分析得到)。在20ul血浆中RNaseP总含量的平均值为93个拷贝(范围:6~1,663)。分析显示病人血浆中cfDNA总含量随着肿瘤的发展而升高,但两者间并没有统计学意义上的相关性,和患者的总生存期也不存在相关性。具体结果见下图。

2.血浆中肿瘤特异性ctDNA(KRAS突变)的检测

根据COSMIC数据库,本研究对血浆中PDAC相关的ctDNA以KRAS突变为检测对象,检测的突变位点分别是:G12D,G12R和G12V,检测直接采用了Bio-Rad公司的PrimePCR KRAS检测试剂盒。选择这三个位点作为检测对象的原因是G12D,G12R和G12V分别占到PDAC原发肿瘤突变的51 %, 29 %和12 %。
  
实验前分别对三个位点检测试剂盒的特异性进行了测试。其中G12D和G12R试剂盒之间不存在非特异的检测结果,而G12V试剂盒会产生G12D非特异性的检出。所以本研究中,每个样品对应的突变阳性微滴在3个以上才被判定为阳性。
  
对患者样品检测前,将含有G12D突变的胰腺癌细胞系SUIT-2以250ng,100ng,50ng 和25ng DNA的含量加入正常人1ml的血浆中,纯化后利用PrimePCR KRAS G12D ddPCR检测试剂盒进行检测。结果显示在模拟条件下,ddPCR的实测结果与理论值的correlation coefficient为0.99(p<0.01)。检测下限为0.5ng SUIT-2细胞系DNA(相当于37个G12D突变分子)。
  
对31名患者血浆中KRAS突变位点的分析结果如下:其中8名患者的血浆中含有KRAS突变,检出率为26%。其中G12D突变的为6人,G12R和G12V的病人各1人。3名为可通过手术治疗,1名为未转移晚期,4名为转移患者。由于PDAC还有其他低频的KRAS突变位点,因此本研究中26%的检出率有可能被低估。3名可通过手术治疗的病人中检出KRAS突变意味着在还未发生病灶转移及释放CTC进入血液循环的情况下,就可检测到ctDNA。
  
KRAS突变位点检测呈阳性患者血浆中cfDNA的含量显著高于阴性患者。KRAS检测阳性患者的总生存期显著短于阴性患者,前者为60天,后者为772天(p = 0.001)。分析结果见下图。

3.PDAC原发病灶中KRAS突变位点的检测

上述31名患者中的12名取得了原发灶的组织块,提取DNA后进行了毛细管电泳测序。测序结果表明:5名血浆中KRAS检测呈阳性的病人,其中3名在原发灶组织中也检测到了相同的突变,另外2名组织块的测序结果显示为阴性。

  

上述血浆检测和原发灶测序结果的比较意义有二:首先,由于胰腺癌病灶一般通过超声内腔镜下细针抽吸活检术(endoscopic ultrasound-guided fine-needle aspiration,EUS-FNA)获得,因此并非每个病人都能获得原发病灶组织,所以血液的ctDNA检测能作为一种无创检测的方式了解肿瘤(相关阅读请直接回复数字“006”);其次,即使获得了病灶组织,不可避免其中会混有来自诸如基质组织等的大量正常细胞,由于毛细管测序的灵敏度限制往往会造成漏检。

4.PDAC患者中的CTC分析

对35名PDAC患者CTC的分析结果如下:其中7名患者检测到CTC,检出率为20%。其中1名为可通过手术治疗,6名为转移患者。前者仅检测到1个CTC,后者分别检测到1~13个CTC。

  

CTC检测呈阳性患者的总生存期显著短于阴性患者,前者为88天,后者为393天(p = 0.0108)。分析结果见下图。

相比于其他实体瘤,PDAC患者中CTC的检出率是较低的。例如结直肠癌病人中,同样采用强生公司CellSearch系统,CTC的检出率为36%。另一方面,测得的CTC个数PDAC也少于其他肿瘤。如本研究中PDAC患者中测得的CTC数为1~13个,相比于前列腺癌和乳腺癌,约57%和25%的病人能够检测出至少5个CTC。

  

在PDAC患者中CTC低检出率的另一个原因是CellSearch系统的检测方法。CellSearch系统是根据EpCAM和CK来识别CTC的,最近一项小鼠模型的研究表明PDAC肿瘤细胞中仅有27%表达EpCAM,约有40%的细胞表达间质分子标志物Zeb1。这说明对处于上皮-间质转化(epithelial to mesenchymal transition, EMT)的CTC而言,由于其低表达水平的EpCAM和CK,也许需要其他的CTC检测方式。

5.ctDNA与CTC分析结果的一致性

21名同时有ctDNA和CTC检测数据的患者,其中5名CTC检测为阳性的患者中4名检测到了KRAS突变的ctDNA,其中1名ctDNA检测为阳性的患者CTC结果呈阴性。总体上,ctDNA和CTC分析具有一致性。

  

6.化疗对ctDNA检测的影响

1. 7名病人在检测前接受了gemcitabine治疗,其中仅一名患者的ctDNA检测呈KRAS突变阳性,其余均为阴性。

2. 4例原发灶组织通过测序检测为KRAS突变阳性,其中仅1例的血浆中ctDNA检测也呈阳性,其余3例血浆检测为阴性,这3例患者在血液检测前都接受了gemcitabine治疗。

  

7.总结

1. 对于PDAC,ctDNA是肿瘤早期检测和预后评估的有效分子标志物。

2. cfDNA总含量有望成为肿瘤分期的参考指标,但需更大规模的群体研究。

3. CellSearch系统对PDAC患者CTC的检出率较低,对病灶转移的晚期患者更有效,这种情况下对临床治疗的帮助不大。

4. 对于PDAC患者的CTC检测,需要依赖于更多的细胞标志物。

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