Nat Commun | ctDNA可揭示转移性乳腺癌中的复杂生物学特征及临床相关性

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关键词：生物DNA揭示临床Nat癌

资讯来源：基因谷

发布时间： 2023-03-20

导读

基因组测序为精确肿瘤学带来了许多新的生物标志物和治疗可能。体细胞基因突变、扩增和基因融合检测可以在多种癌症类型中提供靶向治疗的靶点；对血液样本中的肿瘤DNA（如ctDNA）进行测序（即液体活检）则能够在任何给定时间内获得一些基于肿瘤的遗传信息，这种方法可避免实体肿瘤侵入性活检及相关并发症。

癌症是高度复杂疾病，除了在临床上鉴定肿瘤DNA改变，往往还需要额外的生物学信息来完善患者预后、预测治疗获益。在癌症早期，基于多基因转录组信息的预后检测是有效的，并被临床指南所推荐；在癌症晚期，基于转录组的分析正成为一种有前景的预后和预测工具。遗憾的是，晚期癌症患者的组织样本不易获得，此外，转移器官或部位的类型可能会影响从转录组中获得的表达模式，不能反映患者肿瘤的异质性。

为解决上述难题，2019年，西班牙IDIBAPS生物医学研究所的研究团队报道了一种基于监督学习的综合计算方法，其利用来自DNA拷贝数改变（CNA）的数据预测基于RNA的肿瘤表达特征值。具体而言，研究团队发现了150个基于DNA的多特征标签，可跟踪各种乳腺癌生物学过程，具有较高的预测性能。这一发现为使用血液中ctDNA信息来获取单一基因改变和肿瘤部分以外的临床相关信息提供了可能。

近日，该研究团队延续了前期的工作，进行了更深入的分析，并将相关成果发表在Nature Communications上，文章题为“Circulating tumor DNA reveals complex biological features with clinical relevance in metastatic breast cancer”。研究表明，复杂的肿瘤表型特征可以在ctDNA中被识别，并可能与晚期乳腺癌的临床相关。基于ctDNA的多基因标记方法为发现和鉴定生物标志物开辟了潜在途径，特别是在液体活检变得普遍的晚期疾病场景中。

文章发表在Nature Communications

主要研究内容

血浆肿瘤组分

为证明ctDNA可以捕获复杂的肿瘤表型，研究团队将150个先前被定义的基于DNA多特征标签应用于血浆-1队列中，其由246个血浆样本组成。其中，大多数样本（n = 209）来自174例晚期HR+/HER2-乳腺癌患者。除此之外，还有其他临床亚型的样本，包括来自16名晚期HER2阳性（HER2+）患者的19个血浆样本，来自16名晚期三阴性乳腺癌（TNBC）患者的17个血浆样本，以及来自1名晚期HR和HER2状态未知患者的血浆样本。

根据ichorCNA工具，246个血浆样本中有178个肿瘤细胞分数（TF）≥3%，表明其存在肿瘤。在TF≥3%的血浆样本中，研究团队检测了514个DNA片段的信号，确定了先前报道的150个DNA标签的得分，以预测肿瘤RNA和蛋白质表型。与预期一致，作为一个连续变量，TF被发现与每个样本中CNA片段数量具有很强的相关性。

图1. 该研究用到的队列。来源：Nature Communications

血浆和基于组织DNA的特征

接下来，研究团队在8周（或8周以上）时间范围内，使用血浆ctDNA（经TF调整）检测了150个DNA标签与54例患者肿瘤组织DNA的相关性。在150个DNA标签中，肿瘤和血浆之间的平均相关系数为0.40；两个高度相关的DNA标签是UNC_8q_Amplicon和UNC_Scorr_P53_Mutation。以上结果表明，在不同的时间点和DNA测序方法之间，ctDNA和肿瘤DNA特征存在中度关联。

为进一步证明血浆中基于CNA的数据可以用于识别与组织中相似的生物学状态，研究团队计算了54个配对样本（肿瘤组织与血浆）中基于CNA的514个DNA片段信号的患者内部相关性。结果显示，57%的患者血浆与组织之间存在大于0.50的相关系数；当对29例血浆TF>10%的患者进行评估时，该相关系数增加到83%。上述结果表明，血浆ctDNA能够可靠地从肿瘤组织中捕获CNA信号。

图2. 转移性乳腺癌中的ctDNA。来源：Nature Communications

转移性HR+/HER2-疾病中的ctDNA

为评估每个基于ctDNA的标签与患者预后的相关性，研究团队分析了124例接受内分泌治疗和CDK4/6抑制剂治疗的晚期HR+/HER2乳腺癌患者的基线治疗前血浆样本（CDK-Validation-1队列）。在150个基于ctDNA的标签（经TF调整）中，有36个和37个分别与无进展生存期（PFS）和总生存期（OS）显著相关；有27个与PFS和OS均有明显关联。

得分较高的追踪RB-LOH（19）的ctDNA标签被发现是与不良预后和治疗反应相关的生物标志物之一。多变量分析显示，RB-LOH标签与PFS和OS相关，与TF、CDK4/6抑制剂的类型、治疗方案、内脏疾病的存在和转移位点的数量无关。

图3. ctDNA可预测患者预后。来源：Nature Communications

基于ctDNA对转移性乳腺癌患者分型

为确定150个基于ctDNA的标签（经TF调整）是否可以识别具有临床相关性的乳腺癌亚型，研究团队对178个TF≥3%血浆样本中的150个标签进行了无监督的分层聚类分析，共确定了四个主要聚类。

研究团队评估了4个基于ctDNA的肿瘤组在CDK-Validation 1和2队列中的预后价值。与聚类1（中位PFS = 18.3个月）相比，聚类2、3和4的PFS明显较差（中位PFS分别为10.2、2.9和6.4个月）。聚类1和聚类2未达到OS中位数，而聚类3和聚类4的OS中位数分别为16.8和17.8个月。与聚类1相比，聚类3与更差的PFS和OS显著相关。

图4. 基于ctDNA对转移性乳腺癌患者分型。来源：Nature Communications

结语

此前，通过对癌症基因组图谱（TCGA）早期乳腺癌数据集的计算机辅助监督学习分析，研究团队已确定了150个基于DNA拷贝数的多特征预测因子。在该最新研究中，研究团队使用转移性乳腺癌患者的血液样本预测了复杂的肿瘤表型，探索了上述预测因子是否适用于ctDNA液体活检。结果表明，复杂的肿瘤表型性状可以在ctDNA中鉴定，并可能提供临床价值。总而言之，基于ctDNA的多基因标记方法为生物标志物的发现、验证和其在肿瘤学中的应用带来了新的机会。

参考文献：

1. Prat, A., Brasó-Maristany, F., Martínez-Sáez, O. et al. Circulating tumor DNA reveals complex biological features with clinical relevance in metastatic breast cancer. Nat Commun 14, 1157 (2023).

2. Prat, A. et al. Correlative biomarker analysis of intrinsic subtypes and efficacy across the MONALEESA Phase III studies. J. Clin. Oncol. 39, 1458–1467 (2021).

3. Martínez-Sáez, O. & Prat, A. Current and future management of HER2-positive metastatic breast cancer. JCO Oncol. Pract. 17, 594–604 (2021).