Преден пост срещу рака: универсални маркери само за рак

МИНИ РЕВЮ

Преден пост срещу рака: универсални маркери само за рак

Chengchen Qian1, Xiaolong Zou2, Wei Li1,3, Yinshan Li4, Wenqiang Yu5

1 Shanghai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd, Шанхай 200233, Китай;2 Катедра по обща хирургия, Първата свързана болница на Харбинския медицински университет, Харбин 150001, Китай;3Shandong Epiprobe Medical Laboratory Co., Ltd, Heze 274108, Китай;4 Народна болница на автономен регион Нинся Хуей, Медицински университет Нинся, Инчуан 750002, Китай;5 Шанхайски клиничен център за обществено здраве и отделение по обща хирургия, болница Хуашан и институт за ракови метастази и лаборатория по РНК епигенетика, институти по биомедицински науки, медицински колеж в Шанхай, университет Фудан, Шанхай 200032, Китай

РЕЗЮМЕ

Ракът е водеща причина за смърт в световен мащаб.Ранното откриване на рак може да намали смъртността от всички видове рак;въпреки това липсват ефективни биомаркери за ранно откриване за повечето видове рак.ДНК метилирането винаги е било основна цел на интерес, тъй като ДНК метилирането обикновено се случва преди други откриваеми генетични промени.Докато изследвахме общите черти на рака, като използвахме нов наръчник за позициониране на последователността за ДНК метилиране, серия от универсални маркери само за рак (UCOMs) се появиха като силни кандидати за ефективно и точно ранно откриване на рак.Докато клиничната стойност на настоящите ракови биомаркери е намалена от ниска чувствителност и/или ниска специфичност, уникалните характеристики на UCOM гарантират клинично значими резултати.Валидирането на клиничния потенциал на UCOMs при рак на белите дробове, шийката на матката, ендометриума и уротелиалния рак допълнително подкрепя приложението на UCOMs при множество видове рак и различни клинични сценарии.Всъщност приложенията на UCOM в момента са в процес на активно проучване с допълнителна оценка при ранното откриване на рак, спомагателна диагностика, ефикасност на лечението и проследяване на рецидиви.Молекулярните механизми, чрез които UCOM откриват ракови заболявания, са следващите важни теми, които трябва да бъдат изследвани.Прилагането на UCOM в сценарии от реалния свят също изисква внедряване и усъвършенстване.

КЛЮЧОВИ ДУМИ

Откриване на рак;скрининг за рак;ДНК метилиране;епигенетика на рака;ракови биомаркери

Защо спешно се нуждаем от нови биомаркери?

След борба с рака повече от век, ракът все още е най-смъртоносната биологична заплаха за човечеството.Ракът остава световен здравен проблем с 19,3 милиона нови случая и близо 10 милиона смъртни случая, изчислени през 2020 г.1. През 2020 г. приблизително 4,6 милиона нови случая на рак са диагностицирани в Китай, което представлява 23,7% от новите случаи на рак в световен мащаб според GLOBOCAN1.Освен това през 2020 г. приблизително 3 милиона смъртни случая са приписани на рак в Китай, което представлява 30% от глобалните смъртни случаи, свързани с рака1.Тази статистика показва, че Китай е на първо място по заболеваемост и смъртност от рак.Освен това 5-годишната преживяемост при рак е 40,5%, което е 1,5 пъти по-ниска от 5-годишната преживяемост в Съединените щати2,3.Сравнително по-ниската преживяемост и по-високите нива на смъртност в Китай, отколкото в страните с по-високи индекси на човешко развитие, предполагат, че спешно е необходима ефективна и рентабилна система за превенция и наблюдение на рака.Ранното откриване на рак е един от най-критичните елементи в системата на здравеопазването.Ранното откриване на рак може да подобри прогнозата и преживяемостта в ранен стадий при почти всички видове рак4.Успешните стратегии за скрининг са довели до значителен спад в заболеваемостта и смъртността от рак на шийката на матката, гърдата, колоректален рак и рак на простатата.

Постигането на ранно откриване на рак обаче не е лесна задача.Изследването на биологията и прогнозата на ранния рак, идентифицирането и валидирането на надеждни биомаркери за ранно откриване и разработването на достъпни и точни технологии за ранно откриване винаги са били най-големите пречки в процеса4.Прецизното откриване на рак може да различи доброкачествени от злокачествени лезии, което помага да се избегнат ненужни процедури и улеснява по-нататъшното управление на заболяването.Настоящите стратегии за ранно откриване включват ендоскопски биопсии, медицински изображения, цитология, имуноанализ и тестове за биомаркери5-7.Тъй като са натрапчиви и скъпи, ендоскопските биопсии носят по своята същност тежка тежест като основна медицинска процедура, разчитаща на професионален персонал.Подобно на цитологията, и двата метода за скрининг зависят от медицински специалисти и се основават на лична преценка с резултати, които далеч не са идеални8.За разлика от тях, имуноанализите са много неточни, като се имат предвид високите проценти на фалшиво положителни резултати.Медицинските изображения, като тактика за скрининг, изискват скъпо оборудване и специализирани техници.Следователно медицинските изображения са изключително ограничени поради ниската достъпност.Поради всички тези причини биомаркерите изглеждат по-добра възможност за ранно откриване на рак.

Кореспонденция до: Yinshan Li и Wenqiang Yu

Email: liyinshan@nxrmyy.com and wenqiangyu@fudan.edu.cn

ORCID ID: https://orcid.org/0009-0005-3340-6802 и

https://orcid.org/0000-0001-9920-1133

Получено на 22 август 2023 г.;приет 12 октомври 2023 г.;

публикувано онлайн на 28 ноември 2023 г.

Налично на www.cancerbiomed.org

©2023 Ракова биология и медицина.Creative Commons

Attribution-NonCommercial 4.0 Международен лиценз

Понастоящем биомаркерите се категоризират като протеини, маркери за ДНК мутация, епигенетични маркери, хромозомни аномалии, РНК маркери, получени директно от тумори, или туморни фрагменти, получени индиректно от телесни течности.Протеиновите маркери са най-широко прилаганите биомаркери при скрининга и диагностиката на рака.Протеиновите биомаркери, като биомаркери за скрининг, са ограничени от тенденцията да бъдат повлияни от доброкачествени лезии, което води до свръхдиагностика и свръхлечение, както се съобщава за α-фетопротеин и специфичен за простатата антиген (PSA)9,10.РНК маркерите включват модели на генетична експресия и други некодиращи РНК маркери. Комбинация от генетични експресионни РНК маркери може да бъде открита с помощта на проби от урина, чиято чувствителност е далеч от задоволителна (60%) за първични тумори и откриването на които може да бъдат повлияни от природата на лесно разграждане на РНК в нормална среда11.Генетичните и епигенетичните маркери са изправени пред проблема с разпространението на туморите и ограничаването до видовете рак.

Метилирането на ДНК е силен кандидат като биомаркер за ранно откриване, откакто за първи път е свързано с рака от Feinberg през 1983 г.12. Аберациите на метилирането на ДНК се наблюдават във всички стадии на рака, още в предраковия стадий.Анормалното ДНК хиперметилиране обикновено се извършва на CpG острови в генни промотори за противодействие на туморни супресори13,14.Проучванията също предполагат, че анормалното хиперметилиране на ДНК участва в регулирането нагоре на регулаторите на развитието15.Долината на метилиране на ДНК, която обикновено се свързва с регулатори на развитието и хиперметилирани ракови заболявания, може да превключи режима на генна експресия към по-стабилен режим, зависим от метилирането на ДНК, и да намали връзката с метилирания хистон H3K27me3 и свързаните поликомб протеини 16, 17.

Сред големия брой публикувани маркери за ДНК метилиране, няколко успешно дебютираха на пазара;въпреки това настоящите комерсиализирани маркери за метилиране на ДНК и диагностични панели все още не са отключили напълно потенциала за ранно откриване на рак поради множество причини18.Въпреки че най-вече показват приемлива производителност, използвайки информация от базата данни, тези биомаркери обикновено се представят по-малко идеално в реалния свят поради факта, че пробите от реалния свят често са по-сложни и не са толкова представителни, колкото избраните в базите данни.Доказано е, че ранното откриване на многораково метилиране, базирано на секвениране от следващо поколение, има само 16,8% и 40,4% чувствителност съответно при ракови заболявания в стадий I и II19.Тестовете за ранно откриване изискват по-голяма стабилност и по-точни биомаркери.

Откриване на универсален само маркер за рак (UCOM) с помощта на направляващо позициониране (GPS)

Въпреки десетилетия изследвания на рака, задоволителна превенция и лечение не са реализирани.Необходими са нови методологии, които да позволят на изследователите да оценят задълбочено рака.През последните 23 години 6 белега на рака, като избягване на апоптоза, тъканна инвазия и метастази и т.н., бяха разширени до 14 чрез включване на функции като немутационно епигенетично препрограмиране и полиморфни микробиоми20,21.Тъй като се разкриват повече подробности, свързани с рака, се въвеждат повече перспективи в изследванията на рака.Изследването на рака постепенно навлезе в нова ера в две посоки (общност и индивидуалност).С развитието на прецизната онкология през последните години, фокусът на изследванията на рака се насочва към индивидуализираната целева терапия и хетерогенността на рака22.По този начин, наскоро идентифицирани ракови биомаркери са фокусирани главно върху специфични видове рак, като PAX6 рак на маточната шийка23 и BMP3 за колоректален рак24.Ефективността на тези биомаркери, специфични за видовете рак, варира, но все още не е възможно податливите индивиди да преминат скрининг за всички ракови заболявания едновременно поради ограничението на събирането на биологични проби и високата цена.Би било идеално, ако можем да идентифицираме един-единствен стабилен биомаркер, който е ефективен за всички видове рак в ранен стадий.

За да се постигне такава идеална цел, трябва да бъде избран по-добър кандидат за биомаркер от списъка с потенциални видове биомаркери.Известно е, че аберациите на метилирането на ДНК, сред всички генетични и епигенетични профили, са свързани с рака и са едни от най-ранните, ако не и първите, аномалии, свързани с рака, които се появяват хронологично.Изследването на метилирането на ДНК започна рано, но беше възпрепятствано от липсата на изследователски методи.Сред 28 милиона потенциални метилирани CpG места в генома трябва да се открие управляем брой и да се приведе в съответствие с генома, за да се разбере по-добре туморогенезата.Бисулфитното секвениране на целия геном (WGBS), което се счита за златен стандарт за секвениране на ДНК метилиране, може да покрие само 50% от Cs в раковите клетки поради естеството на бисулфитното лечение, което разрушава ДНК фрагменти и намалява сложността на генома по време на трансформацията на Cs-към-Ts25.Други методи, като 450k чипове, покриват само 1,6% от метилирането на генома.Въз основа на 450 000 данни, панелът за откриване на метилиране на ДНК има 35,4% чувствителност за 6 вида рак в стадий I26.Ограниченията на видовете рак, лошата производителност и шумът, генериран от методите за откриване в аналитичния процес, се превърнаха в най-големите пречки за панелите за откриване на рак.

За да изследваме по-добре епигенетичните модели на клетките по време на туморогенеза и метастази, ние разработихме уникален GPS за откриване на метилиране на ДНК в целия геном, който покрива до 96% от CpG местата в 0,4 милиарда четения25.GPS е двустранен метод за секвениране, използващ 3' край на ДНК фрагмент от неконвертируеми метил-цитозини след третиране с бисулфит, който насочва подравняването на изчислението на метилирането на ДНК на 5' края чрез секвениране в края на двойка (Фигура 1)25.Насочващата верига на метил-цитозин, действаща като шаблонна верига, подпомага подравняването на региона с висок GC, което възстановява най-изоставените данни за секвениране в традиционния WGBS.Характеристиката с високо покритие на GPS предоставя огромно количество информация за метилиране на ДНК, което ни позволява да изследваме профилите на метилиране на рак със значително по-висока резолюция в преди това недостатъчно изследвани региони.

GPS ни предоставя мощен инструмент за изследване на хомогенността на рака, който може значително да опрости изследването на рака и потенциално да намери универсално обяснение за туморогенезата и метастазите.При анализиране на GPS данни на ракови клетъчни линии често се среща уникален феномен.Имаше редица региони, които изглеждаха необичайно хиперметилирани в множество видове ракови проби.Това неочаквано откритие впоследствие беше потвърдено, за да служи като UCOM.Бяха анализирани повече от 7000 проби от 17 вида рак в базата данни на Атласа на генома на рака (TCGA), сред които идентифицирахме първия UCOM, HIST1H4F, ген, свързан с хистони, който е хиперметилиран при всички видове рак27.След това бяха открити и валидирани серия от UCOM в базата данни на TCGA, базата данни Gene Expression Omnibus (GEO) и клинични проби от реалния свят.Към момента HIST1H4F, PCDHGB7 и SIX6 са намерени и валидирани като UCOM.Неочакваното откритие на UCOM предлага мощен отговор на необходимостта от ранно откриване на рак.UCOM предоставят решение за откриване на единичен маркер на множество видове рак.

Характеристики на UCOM

При валидиране е показано, че UCOM показват четири основни характеристики, които позволяват на UCOM да надминат ефикасността на настоящите биомаркери (Фигура 2).

Уникален за злокачествено заболяване

UCOMs са уникални за ракови или предракови лезии и не се влияят от нормалните физиологични промени.Някои от настоящите маркери, свързани с рака, които са били широко прилагани при ранно откриване и/или скрининг, са довели до свръхдиагностика.Повишени нива на PSA, клинично акредитиран инструмент за скрининг, се откриват и при доброкачествени състояния, като хиперплазия на простатата и простатит10.Свръхдиагностиката и последващото прекомерно лечение водят до намалено качество на живот поради чревни, уринарни и сексуални усложнения28.Други базирани на протеини и широко използвани биомаркери в клиничната обстановка, като CA-125, не са довели до значителни ползи, докато са предизвикали свръхдиагностика и свръхлечение29.Високата специфичност на UCOM за злокачествени заболявания избягва тези недостатъци.UCOM, PCDHGB7, разграничава ефикасно високостепенните плоскоклетъчни интраепителни лезии (HSILs) и рак на шийката на матката от нормалните проби и плоскоклетъчните интраепителни лезии с ниска степен (LSILs), докато повечето други биомаркери могат само да разграничат рака на шийката на матката от нормалните проби30.Въпреки че PCDHGB7 не открива значителни разлики между нормален ендометриум и хиперплазия на ендометриума, се откриват значителни разлики между нормален ендометриум и атипична хиперплазия и дори по-големи разлики се откриват между нормален ендометриум и рак на ендометриума (EC) въз основа на PCDHGB731.UCOMs са уникални за злокачествени лезии в бази данни и клинични проби.От гледна точка на пациента уникалните UCOM намаляват прага за разбиране на сложни индикации за различни нестабилни биомаркери с лошо представяне и съответното безпокойство по време на процеса на оценка.От гледна точка на клинициста, уникалните UCOM разграничават злокачествените от доброкачествените лезии, което помага при сортирането на пациентите и намалява ненужните медицински процедури и прекомерното лечение.Следователно уникалните UCOM намаляват излишъка на медицинската система, облекчават системния дистрес и предоставят повече медицински ресурси на нуждаещите се.

Фигура 1 Схема на работния процес на GPS за откриване на метилиране на ДНК25.Сива линия: входна ДНК последователност;червена линия: ДНК, третирана с Т4 ДНК полимераза, заместваща цитозин с 5'-метилцитозин в 3' края на входа;синьо C с Me: метилиран цитозин;синьо C: неметилиран цитозин;жълт Т: тимин25.

Всичко или нищо

UCOM присъстват само в раковите клетки и се откриват стабилно в почти всички ракови клетки.HIST1H4F е валидиран като хиперметилиран в почти всички видове тумори, но не и в нормални проби27.По подобен начин е доказано, че PCDHGB7 и SIX6 са хиперметилирани във всички туморни проби, но не и в нормални проби30-32.Тази уникална характеристика значително подобрява работата на UCOM по отношение на границата на откриване и чувствителност.Само 2% от раковите клетки могат да бъдат диференцирани в проби, което прави UCOMs много по-чувствителен биомаркер от повечето съществуващи биомаркери30. Като биомаркер, използван за откриване на колоректален рак, мутациите на KRAS съществуват само в приблизително 36% от случаите на колоректален рак, което предполага лош диагностичен потенциал33.Ниското разпространение на KRAS мутации при колоректален рак ограничава KRAS в комбинация с други биомаркери.Всъщност комбинация от биомаркери първоначално може да изглежда обещаваща, но не винаги генерира задоволителен резултат, докато демонстрира много по-голям шум при анализа на откриването и обикновено включва по-сложни експериментални процедури.Обратно, PCDHGB7 и други UCOM съществуват при всички видове рак.UCOM откриват ракови компоненти в различни видове ракови проби с изключителна прецизност, като същевременно премахват сложните процеси на анализ на шумопотискане.Не е трудно да се открие рак в изобилна проба, но е изключително предизвикателство да се открие рак в малка проба.UCOMs са способни да откриват малки количества рак.

Фигура 2 Характеристики на UCOM.

Откриване на рак предшестващи патологични промени

UCOM могат да бъдат открити в предраковия стадий преди патологичните промени.Като епигенетични биомаркери, аномалиите на UCOM възникват в по-ранен етап от фенотипните аномалии и се откриват по време на туморогенезата, прогресията и метастазите 34, 35.Чувствителността на UCOM с течение на времето подобрява ефективността на UCOM при откриване на ранен стадий на рак и предракови лезии.Откриването на ранен рак въз основа на биопсии и цитология може да бъде трудно дори за най-опитните патолози.Единична биопсия, получена чрез колпоскопия, е отчетена като положителна при 60,6% от HSIL+ пробите.Необходими са допълнителни биопсии за множество лезии, за да се увеличи чувствителността36.Обратно, UCOM, PCDHGB7, има чувствителност от 82% за HSIL+ проби, надминавайки чувствителността на биопсиите и повечето биомаркери30.Маркерът за метилиране, FAM19A4, има чувствителност от 69% за CIN2+, което е подобно на цитологията, но не може да разграничи CIN1 от нормалните проби37.Доказано е, че UCOM са много по-чувствителен биомаркер за ранно откриване.В сравнение с патолозите, базирани на опит, UCOMs имат превъзходна чувствителност на откриване на ракови заболявания в ранен стадий, което от своя страна допринася за подобрена прогноза и преживяемост при рак30.Освен това UCOM предлагат платформа за откриване, която е достъпна за райони, в които липсват опитни патолози, и значително подобрява ефективността на откриване.С еднакви процедури за вземане на проби и откриване, откриването на UCOM дава стабилни и лесни за интерпретиране резултати, които по-добре отговарят на протокол за скрининг, изискващ по-малко професионален персонал и медицински ресурси.

Лесен за откриване

Настоящите методи за откриване на ДНК метилиране са сложни и отнемат много време.Повечето от методите изискват бисулфитна трансформация, което води до загуба на качеството на пробата и вероятно води до нестабилни и неточни резултати.Лошата възпроизводимост, причинена от лечението с бисулфит, потенциално води до объркване за лекарите и пациентите и допълнително пречи на проследяването и/или стратегиите за лечение.Поради това ние допълнително модифицирахме метода за откриване на UCOM, за да избегнем проблемното третиране с бисулфит на пробите, да съобразим изискванията за клинично приложение и да подобрим достъпността.Разработихме нов метод, използващ чувствителни към метилиране рестрикционни ензими, комбинирани с флуоресцентна количествена PCR в реално време (Me-qPCR), за да определим количествено статуса на метилиране на UCOMs в рамките на 3 часа, използвайки лесни процедури за работа (Фигура 3).Me-qPCR може да поеме множество типове проби, като клинично събиране на телесни течности и самостоятелно събрани проби от урина.Събраните клинични проби могат да бъдат обработени, съхранени и лесно да преминат към откриване с помощта на стандартизирана и автоматизирана екстракция на ДНК.Екстрахираната ДНК може след това да се приложи директно към платформата Me-qPCR за реакция в един съд и резултати от количествено определяне.След прост анализ на резултатите с помощта на диагностични модели, монтирани и валидирани за специфични видове рак, окончателното определяне на резултатите от откриването на UCOM се интерпретира и представя като полуколичествена стойност.Платформата Me-qPCR превъзхожда традиционното бисулфитно пиросеквениране при откриване на UCOM, като същевременно спестява 3 часа преобразуване на бисулфит, съгласно протокола на комплекта EZ DNA Methylation-Gold.Иновативната платформа за откриване на метилиране прави откриването на UCOM по-стабилно, по-точно и по-достъпно30.

Фигура 3 Процес на откриване на UCOM.Типовете проби включват професионално взета проба от БАЛФ, четка за Пап и/или самостоятелно събрана урина.Процесът на екстракция на ДНК може да се приспособи към автоматичен екстрактор, чийто продукт може да бъде директно открит чрез qPCR.

Приложение на UCOMs

Рак на белия дроб

Ракът на белия дроб е вторият най-често диагностициран и най-смъртоносен рак в световен мащаб, представляващ 11,4% от новите случаи и 18,0% от новите смъртни случаи1.От всички диагнози 85% са недребноклетъчен рак на белия дроб (NSCLC) и 15% са дребноклетъчен рак на белия дроб (SCLC), който има по-високо ниво на злокачествено заболяване38.Компютърната томография с ниска доза (LDCT) е понастоящем препоръчваният метод за скрининг за рак на белия дроб и е доказано, че подобрява ранното откриване и намалява смъртността6;въпреки това, поради ниската специфичност и лошата достъпност, LDCT все още не служи като задоволителен метод за скрининг, както и други обичайни ракови маркери, като CEA39.Разходите и потенциалът за пропуснати диагнози и погрешни диагнози на стратегията за скрининг на LDCT възпрепятстват напредъка в насърчаването на скрининга за рак на белия дроб40.HIST1H4F, UCOM, има огромен потенциал като биомаркер за ранно откриване в проби от бронхоалвеоларна течност (BALF)27.HIST1H4F е хиперметилиран в белодробен аденокарцином и белодробен плоскоклетъчен карцином, със специфичност на откриване от 96,7% и чувствителност от 87,0% (Фигура 4А) и изключителна ефективност при ракови заболявания в стадий I27.HIST1H4F има специфичност от 96,5% и чувствителност от 85,4% за NSCLC и съответно 96,5% и 95,7% за SCLC27.Освен това, проби от осем други вида рак, включително рак на панкреаса и колоректален рак, потвърдиха, че HIST1H4F е хиперметилиран във всичките осем типа27.

Рак на маточната шийка

Ракът на маточната шийка беше четвъртият най-често диагностициран рак и четвъртата водеща причина за смъртни случаи от рак при жените през 2020 г., което представлява 3,1% от новите случаи и 3,4% от смъртните случаи, свързани с рак в световен мащаб1.За да се елиминира ракът на маточната шийка до 2030 г., както е предложено от СЗО, ранното откриване на рак на маточната шийка е необходимост.Ако се открие в ранен стадий, 5-годишната преживяемост достига 92% при инвазивен цервикален рак41.Насоките на Американското онкологично дружество (ACS) препоръчват цервикални цитологични тестове, първични HPV тестове или съвместни тестове за скрининг42.Цервикалната цитология е инвазивна и може да открие само 63,5% от случаите на CIN2+37.

PCDHGB7, за разлика от тях, се представи много по-добре при използване на цитонамазки и вагинални секрети и може ефективно да диференцира HSIL от LSIL в ултра-ранен стадий.Само PCDHGB7 има чувствителност от 100,0% и специфичност от 88,7% за рак на шийката на матката (Фигура 4B) и 82,1% чувствителност и 88,7% специфичност за HSIL+ проби30.PCDHGB7 също има 90,9% чувствителност и 90,4% специфичност в пробите от вагинален секрет за рак на маточната шийка, които са много по-лесни за събиране30.Когато се комбинира с високорисковия (hr)HPV тест или Thinprep Cytology Test (TCT), PCDHGB7 има повишена чувствителност от 95,7% и специфичност от 96,2%, значително надминавайки тази на hrHPV теста (20,3%), TCT (51,2%) ), и двете комбинирани (57,8%) за рак на маточната шийка30.Доказано е също, че PCDHGB7 е хиперметилиран при 17 вида рак от базата данни на TCGA, което показва неговата пригодност в семейството на UCOM30.

Фигура 4 UCOMs са валидирани при четири вида рак в широкомащабни клинични проучвания.A. Ефективност на HIST1H4F, UCOM, при откриване на рак на белия дроб на 508 проби.B. Ефективност на PCDHGB7, UCOM, при откриване на рак на маточната шийка на 844 проби.C. Ефективност на PCDHGB7, UCOM, при откриване на рак на ендометриума на 577 проби от Pap и Tao четка на ендометриума.D. Ефективност на SIX6, UCOM, при откриване на уротелиален рак на 177 проби.

EC

ЕК е един от най-често срещаните ракови заболявания на женската репродуктивна система в световен мащаб, с приблизително 4,2 милиона нови случая и 1% от смъртните случаи, свързани с рак годишно1.При успешна диагноза в ранен стадий, ЕК е лечим и има 5-годишна преживяемост от 95% за рак в стадий I.Пациентите, които са симптоматични, като необичайно маточно кървене, получават периодична клинична оценка и се подлагат на инвазивни и болезнени процедури за биопсия, въпреки че само 5%–10% в крайна сметка развиват EC43.Трансвагиналният ултразвук, като общ метод за откриване, е силно ненадежден поради неспособността му да разграничи доброкачествени от злокачествени промени на ендометриума и високата честота на фалшиво положителни резултати44.

Проведено е паралелно сравнение на серум CA-125, широко разпространен EC биомаркер, и PCDHGB7.Серумният CA-125 има чувствителност от 24,8%, което предполага, че CA-125 е неадекватен маркер за EC въпреки специфичност от 92,3%31.Откриването на PCDHGB7 с помощта на проби с четка Pap дава чувствителност от 80,65% и специфичност от 82,81% за етапи на ECatall, докато четка Tao има чувствителност от 61,29% и специфичност от 95,31%31.Диагностичният модел PCDHGB7, базиран на Me-qPCR, дава чувствителност от 98,61%, специфичност от 60,5% и обща точност от 85,5%, като се използват проби от четки Pap и Tao (Фигура 4C)31.

Уротелиален рак

Уротелният рак, състоящ се от рак на пикочния мехур, бъбречното легенче и рак на уретера, е седмият най-често диагностициран рак през 2020 г. в световен мащаб, причинявайки 5,2% от новите случаи и 3,9% от смъртните случаи1.Уротелните ракови заболявания, повече от 50% от които са рак на пикочния мехур, са четвъртият най-често диагностициран рак в Съединените щати през 2022 г., което представлява 11,6% от новодиагностицираните случаи3.Приблизително 75% от раковите заболявания на пикочния мехур се класифицират като немускулно инвазивен рак на пикочния мехур, ограничен до лигавицата или субмукозата45.Цистоскопската биопсия е златният стандарт за диагностициране на уротелиален рак, прилаган чрез флуоресцентна in situ хибридизация (FISH) и цитологични тестове.FISH и цитологията имат лоша диагностична ефективност, а цистоскопията е натрапчива и крие основния риск от пропускане на микролезии, погрешно тълкуване на лезии и потенциално причиняване на разпространение или рецидив на рак46.По-рано валидираният UCOM, PCDHGB7, също беше показано, че е хиперметилиран при уротелиален рак, с площ под кривата от 0,86, което предполага потенциална диагностична способност30.За по-нататъшно валидиране на повече UCOM и по-добро приспособяване на повече типове проби, SIX6, нов UCOM, беше изследван и показа отличен диагностичен потенциал при ранното откриване на уротелиален рак с помощта на проби от урина на платформата Me-qPCR.Откриването на SIX6 с помощта на проби от урина демонстрира конкурентна чувствителност от 86,7% и специфичност от 90,8% (Фигура 4D), като същевременно е неинвазивно и лесно за получаване32.Потенциалът на SIX6 при мониторинг на метастази и оценка на ефикасността на лечението в момента се изследва.

Бъдещето и предизвикателствата

UCOM имат силно представяне в диагностичния потенциал на множество ракови заболявания, но има още много работа за вършене.Ние разширяваме списъка с UCOM и активно валидираме UCOM при повече видове рак, включително тези, които традиционно са трудни за откриване.Резултатите от валидирането от базите данни на TCGA допълнително потвърждават приложението на UCOM при повече видове рак и повече ситуации.В предварително разследване е доказано, че UCOM имат силен диагностичен потенциал за холангиокарциноми и аденокарциноми на панкреаса, които са почти невъзможни за диагностициране в ранен стадий с настоящите методи за скрининг 32,47.Способността за откриване на редки видове рак с UCOM може да се използва с циркулираща туморна ДНК (ctDNA) от подобрена платформа за течна биопсия48.Проучване, включващо панел за откриване на панрак на базата на плазмена ДНК, дава чувствителност от 57,9%49.Въпреки високата специфичност, цялостното представяне разкрива, че все още има място за подобрение.

Уникалните характеристики на UCOM също подкрепиха изследването на потенциала на UCOM при оценка на ефикасността на лечението и мониторинг на рецидиви.Според Критериите за оценка на отговора при солидни тумори (RECIST), медицинското изобразяване е препоръчителната методология за проследяване на рецидиви и оценка на ефикасността на лечението, докато туморните маркери се използват самостоятелно за оценка50.В действителност обаче подходите за образна диагностика са силно повлияни от честотата и времето и следователно излагат пациентите на по-висок риск и разходи51,52.SIX6 е валидиран да служи като предиктор за метастази на рак на гърдата32.Мониторингът на ctDNA, базиран на течна биопсия, дава възможност за наблюдение в реално време на минимално остатъчно заболяване месеци преди радиологичното откриване, като в идеалния случай забавя и предотвратява прогресията на рака, свързана с рецидив53.Предварителните резултати предполагат, че UCOMs отразяват нивото на раково хиперметилиране в реално време веднага след операцията и лечението32.Високата чувствителност, проявена от UCOM, и приложимостта в множество неинтрузивни типове проби позволява на UCOM да служи като прецизен биомаркер за наблюдение на рецидиви, като същевременно поддържа високо съответствие на пациента.

В същото време публичният достъп до теста е друг основен проблем, който изисква допълнителни усилия.Докато сътрудничествата за откриване на UCOM бяха възприети в повече болници с надеждата да облагодетелстват повече пациенти, безвъзмездните откривания и скрининги се извършват активно в селските райони на Китай.UCOM изискват подобрена достъпност, за да се квалифицират като осъществим инструмент за скрининг, особено за слабо развитите райони.

Въпреки че резултатите от приложението UCOM за ранно откриване са обещаващи, съществуват много неизвестни за UCOM.При активно проучване са необходими допълнителни изследвания за това защо UCOM присъстват навсякъде в раковите заболявания.Основните механизми за епигенетична регулация, лежащи в основата на UCOMs, заслужават по-нататъшно изследване, което би могло да оправдае нова посока за терапия на рак.Връщайки се към взаимодействието между хомогенността и хетерогенността на тумора, ние се интересуваме защо UCOM могат да бъдат изключение от повечето ракови биомаркери, които са тясно свързани със специфични видове рак.Ролята на идентифицираните от UCOM аберации на метилиране на ДНК в туморогенезата, туморната прогресия и метастазите не е определена в процеса на загуба и възстановяване на клетъчната идентичност и налага задълбочена проверка.Друг основен интерес се крие в обхвата на включването на характеристиката на хомогенността на UCOM с уникални за тъканта маркери с надеждата да се доближи до прецизно откриване на следи от рак и идентифициране на произхода на туморната тъкан по обратен начин.UCOMs може да бъде идеален инструмент за предотвратяване на рак, откриване на рак и потенциална защита и елиминиране на рак.

Безвъзмездна подкрепа

Тази работа беше подкрепена от Националната ключова научноизследователска и развойна програма на Китай (Грант № 2022BEG01003), Националната фондация за природни науки на Китай (Грант № 32270645 и 32000505), грант от Здравната комисия на провинция Хейлундзян (Грант № 2020-111) и грант от Института за наука и технологии Heze (грант № 2021KJPT07).

Изявление за конфликт на интереси

Wei Li е директор за научноизследователска и развойна дейност за Shanghai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd. Wenqiang Yu служи в Научния консултативен съвет на Epiprobe.W. Yu и Epiprobe са одобрили чакащи патенти, свързани с тази работа.Всички други автори декларират липса на конкурентни интереси.

Авторски принос

Замислени и проектирани на проекта: Chengchen Qian и Wenqiang Yu.

Написа статията: Chengchen Qian.

Направи илюстрациите: Chengchen Qian.

Прегледаха и редактираха ръкописа: Xiaolong Zou, Wei Li, Yinshan Li и Wenqiang Yu.

Препратки

1. Sung H, Ferlay J, Siegel RL, LaversanneM, Soerjomataram I, Jemal A, et al.Глобална статистика за рака 2020: Оценки на GLOBOCAN за

заболеваемост и смъртност в световен мащаб за 36 вида рак в 185 страни.CA Cancer J Clin.2021 г.;71: 209-49.

2. Xia C, Dong X, Li H, Cao M, Sun D, ​​He S и др.Статистика за рака в Китай и Съединените щати, 2022 г.: профили, тенденции и детерминанти.Chin MedJ (Engl).2022 г.;135: 584-90.

3. Siegel RL, Miller KD, WagleNS, JemalA.Статистика за рака, 2023 г. CA Cancer J Clin.2023 г.;73: 17-48.

4. Crosby D, BhatiaS, Brindle KM, Coussens LM, Dive C, Emberton M, et al.Ранно откриване на рак.Наука.2022 г.;375: eaay9040.

5. Ladabaum U, Dominitz JA, KahiC, Schoen RE.Стратегии за

скрининг на колоректален рак.Гастроентерология.2020 г.;158: 418-32.

6. Tanoue LT, Tanner NT, Gould MK, Silvestri GA.Скрининг за рак на белия дроб.Am J Respir Crit Care Med.2015 г.;191: 19-33.

7. Bouvard V, WentzensenN, Mackie A, Berkhof J, BrothertonJ, Giorgi-Rossi P, et al.Гледната точка на IARC за скрининга за рак на маточната шийка.N EnglJ Med.2021 г.;385: 1908-18.

8. Xue P, Ng MTA, QiaoY.Предизвикателствата на колпоскопията за скрининг на рак на маточната шийка в LMIC и решения от изкуствен интелект.BMC Med.2020 г.;18: 169.

9. Johnson P, Zhou Q, Dao DY, Lo YMD.Циркулиращи биомаркери в диагностиката и лечението на хепатоцелуларен карцином.Nat Rev Gastroenterol Hepatol.2022 г.;19: 670-81.

10. Van PoppelH, Albreht T, Basu P, HogenhoutR, CollenS, Roobol M. Серумно PSA-базирано ранно откриване на рак на простатата в Европа и в световен мащаб: минало, настояще и бъдеще.Nat Rev Urol.2022 г.;19:

562-72.

11. HolyoakeA, O'Sullivan P, Pollock R, Best T, Watanabe J, KajitaY,

et al.Разработване на мултиплексен РНК тест за урина за откриване и стратификация на преходноклетъчен карцином на пикочния мехур.Clin Cancer Res.2008 г.;14: 742-9.

12. Feinberg AP, Vogelstein B. Хипометилирането разграничава гените на някои човешки ракови заболявания от техните нормални двойници.Природата.1983 г.;301: 89-92.

13. Ng JM, Yu J. Промоторно хиперметилиране на туморни супресорни гени като потенциални биомаркери при колоректален рак.IntJ Mol Sci.2015 г.;16: 2472-96.

14. Esteller M. Епигеномика на рака: ДНК метиломи и карти за модификация на хистони.Nat Rev Genet.2007 г.;8: 286-98.

15. Nishiyama A, Nakanishi M. Навигация в ландшафта на ДНК метилиране на рака.Тенденции Genet.2021 г.;37: 1012-27.

16. Xie W, Schultz MD, ListerR, Hou Z, Rajagopal N, Ray P, et al.Епигеномен анализ на многолинейна диференциация на човешки ембрионални стволови клетки.клетка.2013;153: 1134-48.

17. Li Y, Zheng H, Wang Q, Zhou C, WeiL, Liu X и ​​др.Геномните анализи разкриват ролята на Polycomb в насърчаването на хипометилирането на долините на метилиране на ДНК.Genome Biol.2018 г.;19:18.

18. Koch A, JoostenSC, Feng Z, de Ruijter TC, DrahtMX, MelotteV,

et al.Анализ на ДНК метилиране при рак: преразгледано местоположение.Nat Rev Clin Oncol.2018 г.;15: 459-66.

19. KleinEA, Richards D, Cohn A, TummalaM, Lapham R, Cosgrove D, et al.Клинично валидиране на целеви тест за ранно откриване на много ракови заболявания, базиран на метилиране, с помощта на независим комплект за валидиране.Ан Онкол.2021 г.;32: 1167-77.

20. Hanahan D, Weinberg RA.Отличителните белези на рака.клетка.2000 г.;100: 57-70.

21. Hanahan D. Отличителни белези на рака: нови измерения.Рак Discov.2022 г.;12: 31-46.

22. Schwartzberg L, Kim ES, Liu D, Schrag D. Прецизна онкология: кой, как, какво, кога и кога не?Am Soc Clin Oncol Educ Book.2017: 160-9.

23. Liu H, Meng X, Wang J. Количествено метилиране в реално време

откриване на ген PAX1 при скрининг на рак на маточната шийка.IntJ Gynecol Рак.2020 г.;30: 1488-92.

24. Imperiale TF, RansohoffDF, Itzkowitz SH, Levin TR, Lavin P, Lidgard GP, et al.Многоцелеви ДНК тестове за скрининг на колоректален рак.N EnglJ Med.2014 г.;370: 1287-97.

25. Li J, Li Y, Li W, Luo H, Xi Y, Dong S, et al.Позициониране на ръководство

секвенирането идентифицира аберантни модели на метилиране на ДНК, които променят клетъчната идентичност и мрежите за наблюдение на тумор-имунната система.Геном

Рез.2019 г.;29: 270-80.

26. Gao Q, LinYP, Li BS, Wang GQ, Dong LQ, Shen BY и др.Ненатрапчиво откриване на множество ракови заболявания чрез секвениране на метилиране на циркулираща безклетъчна ДНК (THUNDER): разработване и независими проучвания за валидиране.Ан Онкол.2023 г.;34: 486-95.

27. Dong S, Li W, Wang L, Hu J, Song Y, Zhang B и др.Свързаните с хистони гени са хиперметилирани при рак на белия дроб и хиперметилирани

HIST1H4F може да служи като панраков биомаркер.Cancer Res.2019 г.;79: 6101-12.

28. HeijnsdijkEA, Wever EM, AuvinenA, Hugosson J, Ciatto S, Nelen V, et al.Ефекти върху качеството на живот на скрининга за простатен специфичен антиген.N EnglJ Med.2012 г.;367: 595-605.

29. LuzakA, Schnell-Inderst P, Bühn S, Mayer-Zitarosa A, Siebert U. Клинична ефективност на тестовете за биомаркери за скрининг на рак, предлагани като самоплащаща се здравна услуга: систематичен преглед.Eur J Обществено здраве.2016 г.;26: 498-505.

30. Dong S, Lu Q, Xu P, Chen L, Duan X, Mao Z и др.

Хиперметилиран PCDHGB7 като универсален маркер само за рак и неговото приложение при ранен скрининг на рак на маточната шийка.Clin Transl Med.2021 г.;11: e457.

31. Yuan J, Mao Z, Lu Q, Xu P, Wang C, Xu X и ​​др.Хиперметилиран PCDHGB7 като биомаркер за ранно откриване на рак на ендометриума в проби от ендометриална четка и цервикални изстъргвания.Front Mol Biosci.2022 г.;8: 774215.

32. Dong S, Yang Z, Xu P, Zheng W, Zhang B, Fu F и др.Взаимно

изключителна епигенетична модификация на SIX6 с хиперметилиране за предраков стадий и проследяване на появата на метастази.Signal Transduct Target Ther.2022 г.;7: 208.

33. Huang L, Guo Z, Wang F, Fu L. KRAS мутация: от нелекарствена до медикаментозна при рак.Signal Transduct Target Ther.2021 г.;6: 386.

34. Belinsky SA, Nikula KJ, PalmisanoWA, MichelsR, SaccomannoG, GabrielsonE, et al.Анормалното метилиране на p16 (INK4a) е ранно събитие при рак на белия дроб и потенциален биомаркер за ранна диагностика.Proc Natl Acad Sci U SA.1998 г.;95: 11891-6.

35. Робъртсън К.Д.ДНК метилиране и човешка болест.Nat Rev Genet.2005 г.;6: 597-610.

36. WentzensenN, Walker JL, Gold MA, Smith KM, ZunaRE,

Mathews C, et al.Множество биопсии и откриване на предшественици на рак на шийката на матката при колпоскопия.J Clin Oncol.2015 г.;33: 83-9.

37. De Strooper LM, Meijer CJ, Berkhof J, Hesselink AT, Snijders

PJ, Steenbergen RD, et al.Анализ на метилиране на FAM19A4

ген в цервикални ожулвания е много ефективен при откриване на цервикални

карциноми и напреднали CIN2/3 лезии.Рак Prev Res (Phila).2014 г.;7: 1251-7.

38. Thai AA, Solomon BJ, Sequist LV, Gainor JF, Heist RS.Рак на белия дроб.Ланцет.2021 г.;398: 535-54.

39. Grunnet M, Sorensen JB.Карциноембрионален антиген (CEA) като туморен маркер при рак на белия дроб.Рак на белия дроб.2012 г.;76: 138-43.

40. Wood DE, KazerooniEA, Baum SL, EapenGA, EttingerDS, Hou L, et al.Скрининг на рак на белия дроб, версия 3.2018, Насоки за клинична практика на NCCN в онкологията.J Natl Compr Canc Netw.2018 г.;16: 412-41.

41. Американско дружество за борба с рака.Факти и цифри за рака.Атланта, Джорджия, САЩ: Американско общество за борба с рака;2023 г. [актуализирано на 1 март 2023 г.;цитиран 2023 г. 22 август].

42. FonthamMETH, Wolf AMD, Church TR, EtzioniR, Flowers CR,

Herzig A, et al.Скрининг за рак на шийката на матката при лица със среден риск: актуализация на насоките за 2020 г. от Американското общество за борба с рака.CA Cancer J Clin.2020 г.;70: 321-46.

43. Clarke MA, Long BJ, Del Mar MorilloA, Arbyn M, Bakkum-Gamez JN, Wentzensen N. Асоциация на риска от рак на ендометриума с постменопаузално кървене при жени: систематичен преглед и мета-анализ.JAMA Intern Med.2018 г.;178: 1210-22.

44. Якобс I, Джентри-Махарадж А, Бърнел М, Манчанда Р, Сингх Н,

Sharma A, et al.Чувствителност на трансвагиналния ултразвуков скрининг

за рак на ендометриума при жени в постменопауза: проучване случай-контрола в групата на UKCTOCS.Lancet Oncol.2011 г.;12: 38-48.

45. BabjukM, Burger M, CompératEM, Gontero P, MostafidAH,

PalouJ, et al.Насоки на Европейската асоциация по урология относно немускулно-инвазивен рак на пикочния мехур (TaT1 и карцином in situ) -

Актуализация за 2019 г.Eur Urol.2019 г.;76: 639-57.

46. ​​Арагон-Чинг JB.Предизвикателства и напредък в диагностиката, биологията и лечението на уротелиални карциноми на горния тракт и пикочния мехур.Urol Oncol.2017 г.;35: 462-4.

47. Rizvi S, KhanSA, Hallemeier CL, Kelley RK, Gores GJ.

Холангиокарцином – развиващи се концепции и терапевтични стратегии.Nat Rev Clin Oncol.2018 г.;15: 95-111.

48. Ye Q, Ling S, Zheng S, Xu X. Течна биопсия в хепатоцелуларен

карцином: циркулиращи туморни клетки и циркулираща туморна ДНК.Мол рак.2019 г.;18: 114.

49. Zhang Y, Yao Y, Xu Y, Li L, Gong Y, Zhang K, et al.Пан-рак

откриване на циркулираща туморна ДНК при над 10 000 китайски пациенти.Nat Commun.2021 г.;12:11.

50. Eisenhauer EA, Therasse P, BogaertsJ, Schwartz LH, Sargent D, Ford R, et al.Нови критерии за оценка на отговора при солидни тумори: преработено ръководство RECIST (версия 1.1).Eur J Рак.2009 г.;45: 228-47.

51. LitièreS, Collette S, de Vries EG, Seymour L, BogaertsJ.RECIST - учене от миналото за изграждане на бъдещето.Nat Rev Clin Oncol.

2017 г.;14: 187-92.

52. Seymour L, BogaertsJ, Perrone A, FordR, Schwartz LH, Mandrekar S, et al.iRECIST: насоки за критерии за отговор за използване в опити

тестване на имунотерапевтици.Lancet Oncol.2017 г.;18: e143-52.

53. PantelK, Alix-Panabières C. Течна биопсия и минимално остатъчно заболяване – най-нови постижения и последици за лечението.Nat Rev Clin Oncol.2019 г.;16: 409-24.

Цитирайте тази статия като: Qian C, Zou X, Li W, Li Y, Yu W. Преден пост срещу рака: универсални маркери само за рак.Cancer Biol Med.2023 г.;20: 806-815.

doi: 10.20892/j.issn.2095-3941.2023.0313