循环肿瘤细胞的分子特性:个性化癌症治疗的必杀技?
2015/11/17
通过简单的血液采集,循环肿瘤细胞(CTCs)可以用作“液体活检”和对系统性疗法反应的早期标志物,但是CTCs的分子特性很有可能转化为个性化靶向治疗。多项研究表明检测和计算癌症患者血液中的CTC与不良预后有关,现在还有很多临床试验评估CTC的临床重要性。


一方面,经典的活检方法无法监测原发性肿瘤随着时间的变化;另一方面,现实原因使得检验人员并不总能对转移部位采样。

CTCs:从早期标志物到个性化靶向治疗的转变

通过简单的血液采集,循环肿瘤细胞(CTCs)可以用作“液体活检”和对系统性疗法反应的早期标志物,但是CTCs的分子特性很有可能转化为个性化靶向治疗。多项研究表明检测和计算癌症患者血液中的CTC与不良预后有关,现在还有很多临床试验评估CTC的临床重要性。

CTCs面临的挑战:量少

然而,CTCs是非常罕见的,只是血液中循环细胞的一小部分,因此除了计数以外的分子分析从技术上来说非常具有挑战性。发现CTC生物学的全貌有助于靶定特异性细胞亚型,从而实现准确用药和个性化治疗的梦想。这不是一件容易的事,因为CTCs不仅罕见,而且即使是同一名患者也具有异质性。

CTCs的最新研究进展

在2014年10月期的临床化学杂志中,对于CTC分子特性在临床中的潜在效用,有2个不同的欧洲群体给出非常有趣的数据。虽然他们采用完全不同的实验方法,也关注不同的癌症类型,但是2个群体清楚地表明理解CTC生物学可能是使癌症患者受益的关键因素。Neves等人设计了一个工作流程,以有效地净化通过FDA批准的CellSearch™系统捕获的临床样品的单个CTC。

CellSearch™系统是自动化的并广泛应用于临床实验室进行CTC计数,因为其在乳腺癌、结直肠癌和前列腺癌转移测试中给出临床重要的信息。但是,CellSearch系统具有局限性,因为它是一个用于检测和计算EpCAM+/CK+/CD45-/DAPI+ CTCs的封闭系统(EpCAM=上皮细胞黏附分子,CK=细胞角蛋白,DAPI=4′,6-二脒基-2-苯基吲哚)。

CellSearch不能激活CTCs的下游分子特性,除了附加的荧光通道可用于评价CTCs附加标志物的表达,例如人表皮生长因子受体2(HER2)。此外,CellSearch试剂盒捕获的CTCs受到高背景的造血细胞污染。Neves等人现在证明流式分选可提供快速、自动化、有效的方法从CellSearch试剂盒中分离出个体CTCs,优于显微操作技术,主要优势在于直接使用CellSearch系统的标准荧光染色。

为了做到这点,研究人员采用了一种特殊设备(MoFlo XDP)从CellSearch试剂盒中准确分离出个体CTCs,然后将其作为独立事件进一步分析。通过采用广泛应用的CellSearch试剂盒,用这种方法对单个细胞水平进行深入综合遗传分析,从而深刻了解CTCs的基因组变化。研究人员采用了基于单细胞阵列的比较基因组杂交法筛查单个CTCs的完整基因组是否具有拷贝数变异。另外,分析用这种方法分离出的单个CTCs的DNA扩增序列,查看是否存在PIK3CA(磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸3-激酶,催化亚基α)和TP53(肿瘤蛋白p53)基因的突变。

该研究的结果证实了即使是同一名患者也存在CTC异质性,因为在所有案例中都明确发现了个体CTCs之间的拷贝数变异。提议的这种方法可用于从CellSearch捕获的临床样品中系统性分离出单个CTCs,经济实惠。用这种方法进行下游分析可促进罕见CTCs的进一步分子特性,有助于更好地理解其生物学,并用作在临床环境下进行分子筛查的基础。

Swennenhuis等人首次描述了用荧光激活细胞分选法(FACS)进行单个细胞分选的可能性与CTCs经过CellSearch捕获后进行全基因组扩增。这两种方法的主要局限性在于只有EpCAM阳性的上皮细胞可以被分离和分析,因为这是CellSearch采用的分离系统,但是没有分析经过上皮间质转化的CTCs的侵略性表型。

同样,在同期临床化学杂志中,CTC分子特性的临床效用被延伸为对卵巢癌–铂抗性疾病检测而言最受公认的临床挑战。Kuhlmann等人评价,卵巢癌患者血液中是否存在切除修复交叉互补基因1(ERCC1)阳性CTCs可作为铂抗性的预测生物标志物。这种方法依靠AdnaTestTM平台检测CTC,基于2个上皮表位EpCAM(CellSearch方法常用的分离手段)和MUC1(粘蛋白1,细胞表面相关的)通过免疫磁性富集分离CTCs,并用多重RT-PCR对CTCs进行进一步下流分析,将EpCAM、MUC1、癌症抗原(CA)-125和ERCC1转录本作为目标。

卵巢癌治疗:ERCC1+CTCs构成了总生存期和无进展生存期的独立预测指标

根据该研究的结果,在卵巢癌患者中,ERCC1+CTCs构成了总生存期和无进展生存期的独立预测指标。该研究令人注目的发现是初步诊断存在ERCC1+CTCs是铂抗性的独立预测指标,但是对应初生组织中的ERCC1表达不能预测铂抗性,也不能提供临床重要信息。CTCs中存在ERCC1表达可用作初步诊断时对铂类化疗反应分层和指导个性化治疗决定的新型、非侵略性血液生物标志物。这是第一次评价卵巢癌患者CTCs中的这种标志物。然而,由于患者数量有限,该研究属于探索性质,其令人振奋的结果需要在大规模患者群体中确认。

CTCs的分子特性可以为识别这些细胞的治疗靶标和抗性机制,以及患者分层和实时监测系统疗法提供重要的信息,尤其是在单细胞分析与下一代测序技术结合使用时。此外,CTCs的分离、活体外培养和特性描述使非侵略性监测个体患者药物敏感性的变化模式成为可能,因为他们的肿瘤获得了新的突变。在近期的概念验证研究中,Yu等人确定了雌激素受体阳性乳腺癌患者的CTC培养。对这些具有多重突变的CTC细胞系进行药物敏感性测试,结果显示潜在的新治疗靶标。这种技术可能有助于在个体癌症患者病程期间确定最佳疗法。

其他肿瘤来源遗传物质:循环肿瘤DNA、循环miRNAs等

除了CTCs,近期发现的技术通过详细分析从循环肿瘤DNA、循环miRNAs和外来体获得的肿瘤来源遗传物质,也可以提取原发性肿瘤的分析信息。所有这些液体活检方法很有可能提供肿瘤基因组随着时间变化的详细信息,通过简单的血液采集就可连续监测患者。

基于CTC分子特性的优势,可成为个性化癌症治疗的基本组成

但是,与循环无细胞DNA和外来体相比,CTC分析作为液体活检方法具有明显的优势;其面向的是活细胞,并不只是个体肿瘤生物标志物的简单载体,还代表活的肿瘤细胞实体,可提供有关突变和药物敏感性分析变化、可被特异性药物靶定的新兴肿瘤亚克隆信息。

由此看来,CTC分子特性可以提供个性化癌症治疗的基本组成。研究人员坚信在不久的将来,可根据CTC分子特性在不断变化的肿瘤分子图谱和这些细胞的药物敏感性模式的基础上做出治疗决定。在这个背景下,10月期的临床化学杂志的这两篇文章指出了正确的方向。

在常规临床实践实施液体活检方法之前,有几个重要问题有待解决:分析前问题、血液采集系统和分析步骤应该严格标准化,并彻底经过内部和外部质量控制体系检验。另外,CTC分析检测在临床实践之前,多中心临床试验通过规定终点比如总生存期确认CTC分析检测的临床效用绝对是必须的。

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