Аванпост против рака: универсальные маркеры рака

МИНИ ОБЗОР

Аванпост против рака: универсальные маркеры рака

Чэнчэнь Цянь1, Сяолун Цзоу2, Вэй Ли1,3, Иньшань Ли4, Вэньцян Юй5

1Шанхайская компания Epiprobe Biotechnology Co., Ltd, Шанхай 200233, Китай;2 Отделение общей хирургии Первой дочерней больницы Харбинского медицинского университета, Харбин 150001, Китай;3Shandong Epiprobe Medical Laboratory Co., Ltd, Хэцзэ 274108, Китай;4 Народная больница Нинся-Хуэйского автономного района, Медицинский университет Нинся, Иньчуань 750002, Китай;5Шанхайский клинический центр общественного здравоохранения и отделение общей хирургии, больница Хуашань, институт метастазирования рака и лаборатория РНК-эпигенетики, институты биомедицинских наук, Шанхайский медицинский колледж, университет Фудань, Шанхай 200032, Китай

АБСТРАКТНЫЙ

Рак является основной причиной смертности во всем мире.Раннее выявление рака может снизить смертность от всех типов рака;однако для большинства типов рака отсутствуют эффективные биомаркеры раннего обнаружения.Метилирование ДНК всегда было основной целью интереса, поскольку метилирование ДНК обычно происходит до других обнаруживаемых генетических изменений.В ходе исследования общих особенностей рака с использованием нового секвенирования направляющего позиционирования для метилирования ДНК ряд универсальных маркеров рака (UCOM) стал сильным кандидатом на эффективное и точное раннее обнаружение рака.Хотя клиническая ценность современных биомаркеров рака снижается из-за низкой чувствительности и/или низкой специфичности, уникальные характеристики UCOM обеспечивают клинически значимые результаты.Проверка клинического потенциала UCOM при раке легких, шейки матки, эндометрия и уротелия дополнительно поддерживает применение UCOM при нескольких типах рака и различных клинических сценариях.Фактически, применение UCOM в настоящее время активно исследуется с дальнейшей оценкой в ​​​​раннем выявлении рака, вспомогательной диагностике, эффективности лечения и мониторинге рецидивов.Молекулярные механизмы, с помощью которых UCOM обнаруживают рак, являются следующей важной темой, которую предстоит изучить.Применение UCOM в реальных сценариях также требует внедрения и доработки.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

Обнаружение рака;скрининг рака;метилирование ДНК;эпигенетика рака;биомаркеры рака

Почему нам срочно нужны новые биомаркеры?

После более чем столетней борьбы с раком рак по-прежнему остается самой смертельной биологической угрозой для человечества.По оценкам GLOBOCAN1, в 2020 году в Китае было диагностировано 4,6 миллиона новых случаев рака, что составляет 23,7% новых случаев рака во всем мире.Кроме того, в 2020 году в Китае от рака было связано около 3 миллионов смертей, что составило 30% всех смертей, связанных с раком в мире1.Эти статистические данные показали, что Китай занимает первое место по заболеваемости и смертности от рака.Более того, 5-летняя выживаемость при раке составляет 40,5%, что в 1,5 раза ниже, чем 5-летняя выживаемость в США2,3.Сравнительно более низкие показатели выживаемости и более высокие показатели смертности в Китае, чем в странах с более высокими индексами человеческого развития, позволяют предположить, что срочно необходима эффективная и экономически выгодная система профилактики и наблюдения за раком.Раннее выявление рака является одним из важнейших элементов системы здравоохранения.Раннее выявление рака может улучшить прогноз и выживаемость на ранней стадии практически при всех типах рака4.Успешные стратегии скрининга привели к значительному снижению заболеваемости и смертности от рака шейки матки, молочной железы, колоректального рака и рака простаты.

Однако добиться раннего выявления рака – непростая задача.Исследование биологии и прогноза раннего рака, выявление и проверка надежных биомаркеров раннего выявления, а также разработка доступных и точных технологий раннего выявления всегда были самыми большими препятствиями в этом процессе4.Точное обнаружение рака позволяет отличить доброкачественные образования от злокачественных, что помогает избежать ненужных процедур и облегчает дальнейшее лечение заболевания.Текущие стратегии раннего выявления включают биопсию с помощью эндоскопа, медицинскую визуализацию, цитологию, иммуноанализы и тесты на биомаркеры5-7.Будучи интрузивной и дорогостоящей, биопсия с использованием эндоскопа по своей сути является тяжелой медицинской процедурой, требующей профессионального персонала.Как и цитология, оба метода скрининга зависят от медицинских работников и основаны на личном суждении, а их эффективность далека от идеала8.Напротив, иммуноанализы очень неточны, учитывая высокий уровень ложноположительных результатов.Медицинская визуализация как метод скрининга требует дорогостоящего оборудования и специализированных технических специалистов.Следовательно, медицинская визуализация крайне ограничена из-за низкой доступности.По всем этим причинам биомаркеры кажутся лучшим вариантом для раннего выявления рака.

Переписка: Иньшань Ли и Вэньцян Юй.

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

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

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

Поступила 22 августа 2023 г.;принят 12 октября 2023 г.;

опубликовано онлайн 28 ноября 2023 г.

Доступно на сайте www.cancerbiomed.org.

©2023 Биология и медицина рака.Творческое сообщество

Международная некоммерческая лицензия 4.0 с указанием авторства

Биомаркеры в настоящее время подразделяются на белки, маркеры мутаций ДНК, эпигенетические маркеры, хромосомные аномалии, маркеры РНК, полученные непосредственно из опухолей, или фрагменты опухолей, полученные косвенно из жидкостей организма.Белковые маркеры являются наиболее широко применяемыми биомаркерами при скрининге и диагностике рака.Белковые биомаркеры, как скрининговые биомаркеры, ограничены склонностью к воздействию доброкачественных поражений, что приводит к гипердиагностике и чрезмерному лечению, как сообщалось в отношении альфа-фетопротеина и простат-специфического антигена (ПСА)9,10.Маркеры РНК включают в себя генетические паттерны экспрессии и другие некодирующие РНК-маркеры. Комбинацию генетических экспрессирующих РНК-маркеров можно обнаружить с использованием образцов мочи, чувствительность которых далека от удовлетворительной (60%) для первичных опухолей и обнаружение которых может подвержены влиянию легкой деградации РНК в нормальной среде11.Как генетические, так и эпигенетические маркеры сталкиваются с проблемой распространенности опухолей и ограничения типов рака.

Метилирование ДНК было сильным кандидатом в качестве биомаркера раннего обнаружения с тех пор, как Фейнберг впервые связал его с раком в 1983 году12. Нарушения метилирования ДНК наблюдаются на всех стадиях рака, даже на предраковой стадии.Аберрантное гиперметилирование ДНК обычно происходит на CpG-островках промоторов генов для противодействия опухолевым супрессорам13,14.Исследования также показали, что аномальное гиперметилирование ДНК приводит к усилению регуляции регуляторов развития15.Долина метилирования ДНК, которая обычно связана с регуляторами развития и гиперметилированным раком, может переключить режим экспрессии генов на более стабильный, зависимый от метилирования ДНК, и уменьшить связь с метилированным гистоном H3K27me3 и связанными с ним полисотовыми белками16,17.

Среди большого количества опубликованных маркеров метилирования ДНК несколько успешно дебютировали на рынке;однако нынешние коммерческие маркеры метилирования ДНК и диагностические панели еще не полностью раскрыли потенциал раннего выявления рака по множеству причин18.Хотя эти биомаркеры в основном демонстрируют приемлемую эффективность при использовании информации из базы данных, они обычно работают менее идеально в реальном мире из-за того, что реальные образцы часто более сложны и не так репрезентативны, как те, которые выбраны в базах данных.Было показано, что раннее обнаружение мультиракового метилирования на основе секвенирования нового поколения имеет чувствительность всего лишь 16,8% и 40,4% при раке I и II стадии соответственно19.Тесты раннего выявления требуют большей стабильности и более точных биомаркеров.

Открытие универсального маркера рака (UCOM) с использованием секвенирования позиционирования направляющих (GPS)

Несмотря на десятилетия исследований рака, удовлетворительная профилактика и лечение так и не были реализованы.Необходимы новые методологии, которые позволят исследователям тщательно оценить рак.За последние 23 года 6 признаков рака, таких как уклонение от апоптоза, тканевая инвазия и метастазирование и т. д., были расширены до 14 за счет включения таких признаков, как немутационное эпигенетическое перепрограммирование и полиморфные микробиомы20,21.По мере того, как раскрывается все больше деталей, связанных с раком, в исследованиях рака появляется больше перспектив.Исследования рака постепенно вступили в новую эру в двух направлениях (общность и индивидуальность).С развитием прецизионной онкологии в последние годы основное внимание в исследованиях рака уделяется индивидуализированной таргетной терапии и гетерогенности рака22.Таким образом, недавно идентифицированные биомаркеры рака были сосредоточены в основном на конкретных типах рака, таких как PAX6 при раке шейки матки23 и BMP3 при колоректальном раке24.Эффективность этих биомаркеров, специфичных для типов рака, варьируется, но восприимчивые люди по-прежнему не могут пройти скрининг на все виды рака одновременно из-за ограничений на получение биологических образцов и высокой стоимости.Было бы идеально, если бы мы могли определить единственный надежный биомаркер, эффективный для всех типов рака на ранней стадии.

Для достижения такой идеальной цели необходимо выбрать лучшего кандидата в биомаркеры из списка потенциальных типов биомаркеров.Известно, что аберрации метилирования ДНК среди всех генетических и эпигенетических профилей связаны с раком и являются одними из самых ранних, если не первыми, аномалиями, связанными с раком, возникающими в хронологическом порядке.Исследование метилирования ДНК началось рано, но было затруднено из-за отсутствия методов исследования.Среди 28 миллионов потенциальных метилированных сайтов CpG в геноме необходимо обнаружить определенное количество и сопоставить его с геномом, чтобы лучше понять онкогенез.Полногеномное бисульфитное секвенирование (WGBS), которое считается золотым стандартом секвенирования метилирования ДНК, может покрыть только 50% Cs в раковых клетках из-за природы обработки бисульфитом, которая разрушает фрагменты ДНК и снижает сложность генома во время процесса. превращение Cs в Ts25.Другие методы, такие как чипы 450k, покрывают только 1,6% метилирования генома.На основе 450 тыс. данных панель обнаружения метилирования ДНК имеет чувствительность 35,4% для 6 типов рака I стадии26.Ограничения по типам рака, низкая производительность и шум, создаваемый методами обнаружения в аналитическом процессе, стали самыми большими препятствиями для групп по выявлению пан-рака.

Чтобы лучше исследовать эпигенетические закономерности клеток во время онкогенеза и метастазирования, мы разработали уникальный GPS для полногеномного обнаружения метилирования ДНК, который охватывает до 96% сайтов CpG в 0,4 миллиарда чтений25.GPS — это метод двустороннего секвенирования с использованием 3'-конца фрагмента ДНК неконвертируемых метилцитозинов после обработки бисульфитом, который определяет выравнивание расчета метилирования ДНК на 5'-конце посредством парного секвенирования (рис. 1)25.Направляющая цепь метилцитозина, действуя как матричная цепь, способствует выравниванию областей с высоким содержанием GC, что позволяет восстановить наиболее забытые данные секвенирования в традиционном WGBS.Высокая степень охвата GPS обеспечивает огромный объем информации о метилировании ДНК, что позволяет нам изучать профили метилирования рака со значительно более высоким разрешением в ранее недостаточно исследованных регионах.

GPS предоставляет нам мощный инструмент для исследования однородности рака, который может значительно упростить исследования рака и потенциально найти универсальное объяснение опухолевого процесса и метастазирования.При анализе данных GPS о линиях раковых клеток часто сталкивался с уникальным явлением.Был ряд областей, которые, по-видимому, были аномально гиперметилированы в нескольких типах образцов рака.Это неожиданное открытие впоследствии было подтверждено для использования в качестве UCOM.Было проанализировано более 7000 образцов от 17 типов рака в базе данных Атласа генома рака (TCGA), среди которых мы идентифицировали первый UCOM, HIST1H4F, ген, связанный с гистонами, который гиперметилируется при всех типах рака27.Затем была обнаружена и проверена серия UCOM в базе данных TCGA, базе данных Gene Expression Omnibus (GEO) и реальных клинических образцах.На данный момент HIST1H4F, PCDHGB7 и SIX6 обнаружены и подтверждены как UCOM.Неожиданное открытие UCOM предлагает мощный ответ на необходимость раннего выявления рака.UCOM предоставляют решение для обнаружения одного маркера множественных видов рака.

Характеристики UCOM

Было показано, что после валидации UCOM проявляют четыре основные характеристики, которые позволяют UCOM превзойти эффективность существующих биомаркеров (рис. 2).

Уникально для злокачественных опухолей

UCOMs уникальны для раковых или предраковых поражений и не подвержены нормальным физиологическим изменениям.Некоторые из нынешних маркеров, связанных с раком, которые широко применяются для раннего выявления и/или скрининга, привели к гипердиагностике.Повышенный уровень ПСА (клинически признанный инструмент скрининга) также выявляется при доброкачественных состояниях, таких как гиперплазия предстательной железы и простатит10.Гипердиагностика и, как следствие, чрезмерное лечение приводят к снижению качества жизни из-за осложнений со стороны кишечника, мочевыделительной системы и сексуальной сферы28.Другие белковые биомаркеры, широко используемые в клинических условиях, такие как CA-125, не дали существенных преимуществ, хотя и вызывают гипердиагностику и чрезмерное лечение29.Высокая специфичность UCOM к злокачественным новообразованиям позволяет избежать этих недостатков.UCOM, PCDHGB7, эффективно отличает плоскоклеточные интраэпителиальные поражения высокой степени злокачественности (HSIL) и рак шейки матки от нормальных образцов и плоскоклеточные интраэпителиальные поражения низкой степени злокачественности (LSIL), в то время как большинство других биомаркеров могут дифференцировать только рак шейки матки от нормальных образцов30.Хотя PCDHGB7 не обнаруживает существенных различий между нормальным эндометрием и гиперплазией эндометрия, существенные различия обнаруживаются между нормальным эндометрием и атипической гиперплазией, и еще большие различия обнаруживаются между нормальным эндометрием и раком эндометрия (EC) на основе PCDHGB731.UCOMs уникальны для злокачественных поражений в базах данных и клинических образцах.С точки зрения пациента, уникальные UCOM снижают порог понимания сложных показаний различных неэффективных нестабильных биомаркеров и соответствующей тревоги во время процесса оценки.С точки зрения врача, уникальные UCOM позволяют дифференцировать злокачественные новообразования от доброкачественных поражений, что помогает в сортировке пациентов и сокращает количество ненужных медицинских процедур и чрезмерного лечения.Таким образом, уникальные UCOM уменьшают избыточность медицинской системы, облегчают ее сбои и предоставляют больше медицинских ресурсов тем, кто в них нуждается.

Рисунок 1. Схема рабочего процесса GPS для обнаружения метилирования ДНК25.Серая линия: входная последовательность ДНК;красная линия: ДНК, обработанная ДНК-полимеразой Т4, с заменой цитозина на 5'-метилцитозин на 3'-конце входного сигнала;синий C с Me: метилированный цитозин;синий C: неметилированный цитозин;желтый Т: тимин25.

Все или ничего

UCOMs присутствуют только в раковых клетках и стабильно обнаруживаются почти во всех раковых клетках.Было подтверждено, что HIST1H4F гиперметилирован почти во всех типах опухолей, но не в нормальных образцах27.Аналогичным образом было показано, что PCDHGB7 и SIX6 гиперметилированы во всех образцах опухолей, но не в нормальных образцах30-32.Эта уникальная характеристика значительно улучшает характеристики UCOM в отношении предела обнаружения и чувствительности.В образцах можно дифференцировать всего лишь 2% раковых клеток, что делает UCOM гораздо более чувствительным биомаркером, чем большинство существующих биомаркеров30. В качестве биомаркера, используемого для выявления колоректального рака, мутации KRAS существуют только примерно в 36% случаев колоректального рака. что указывает на плохой диагностический потенциал33.Низкая распространенность мутаций KRAS при колоректальном раке ограничивает KRAS в сочетании с другими биомаркерами.Фактически, комбинация биомаркеров может показаться многообещающей на начальном этапе, но не всегда дает удовлетворительный результат, демонстрируя при этом гораздо больший шум при анализе обнаружения, и обычно включает более сложные экспериментальные процедуры.Напротив, PCDHGB7 и другие UCOMs существуют при всех видах рака.UCOM обнаруживают раковые компоненты в различных типах раковых образцов с предельной точностью, устраняя при этом сложные процессы анализа с шумоподавлением.Нетрудно обнаружить рак в большом количестве образцов, но чрезвычайно сложно обнаружить рак в небольшом образце.UCOM способны обнаруживать небольшие количества рака.

Рисунок 2. Характеристики UCOM.

Выявление рака, предшествующего патологическим изменениям

UCOMs можно обнаружить на предраковой стадии до появления патологических изменений.Как эпигенетические биомаркеры, аномалии UCOM возникают на более ранней стадии, чем фенотипические аномалии, и выявляются на протяжении онкогенеза, прогрессирования и метастазирования34,35.Чувствительность UCOM с течением времени повышает эффективность UCOM при обнаружении рака на ранних стадиях и предраковых поражений.Обнаружение рака на ранней стадии на основе биопсии и цитологии может быть затруднено даже для самых опытных патологов.Сообщалось, что однократная биопсия, полученная с помощью кольпоскопии, оказалась положительной в 60,6% образцов HSIL+.Для повышения чувствительности при множественных поражениях необходимы дополнительные биопсии36.Напротив, UCOM, PCDHGB7, имеет чувствительность 82% для образцов HSIL+, превосходя чувствительность биопсий и большинства биомаркеров30.Маркер метилирования FAM19A4 имеет чувствительность 69% к CIN2+, что аналогично цитологическим данным, но не позволяет дифференцировать CIN1 от нормальных образцов37.Было показано, что UCOM являются гораздо более чувствительным биомаркером раннего обнаружения.По сравнению с патологоанатомами, имеющими опыт, UCOM обладают более высокой чувствительностью к обнаружению рака на ранних стадиях, что, в свою очередь, способствует улучшению прогноза рака и выживаемости30.Кроме того, UCOM предлагают платформу обнаружения, которая доступна для областей, где не хватает опытных патологоанатомов, и значительно повышает эффективность обнаружения.Благодаря единообразным процедурам отбора проб и обнаружения обнаружение UCOM дает стабильные и простые для интерпретации результаты, которые лучше подходят для протокола скрининга, требующего меньшего количества профессионального персонала и медицинских ресурсов.

Легко обнаружить

Современные методы обнаружения метилирования ДНК сложны и требуют много времени.Большинство методов требуют трансформации бисульфита, что приводит к снижению качества проб и, возможно, к нестабильным и неточным результатам.Плохая воспроизводимость, вызванная лечением бисульфитом, потенциально приводит к путанице врачей и пациентов и еще больше мешает стратегии последующего наблюдения и/или лечения.Поэтому мы дополнительно модифицировали метод обнаружения UCOM, чтобы избежать проблемной обработки образцов бисульфитом, удовлетворить требования клинического применения и повысить доступность.Мы разработали новый метод с использованием чувствительных к метилированию ферментов рестрикции в сочетании с флуоресцентной количественной ПЦР в реальном времени (Me-qPCR) для количественной оценки статуса метилирования UCOM в течение 3 часов с использованием простых процедур обработки (рис. 3).Me-qPCR может обрабатывать несколько типов образцов, например, клинический сбор жидкостей организма и образцы мочи, собранные самостоятельно.Собранные клинические образцы можно обрабатывать, хранить и легко приступать к обнаружению с помощью стандартизированной и автоматизированной экстракции ДНК.Затем экстрагированную ДНК можно напрямую нанести на платформу Me-qPCR для проведения реакции в одном сосуде и получения результатов количественного анализа.После простого анализа результатов с использованием диагностических моделей, адаптированных и проверенных для конкретных типов рака, окончательные результаты обнаружения UCOM интерпретируются и представляются как полуколичественные значения.Платформа Me-qPCR превосходит традиционное бисульфит-пиросеквенирование при обнаружении UCOM, экономя при этом 3 часа конверсии бисульфита, согласно протоколу набора EZ DNA Mmethylation-Gold.Инновационная платформа обнаружения метилирования делает обнаружение UCOM более стабильным, точным и доступным30.

Рисунок 3. Процесс обнаружения UCOM.Типы проб включают профессионально взятую ЖБЖ, мазок с помощью мазка и/или мочу, собранную самостоятельно.Процесс экстракции ДНК можно провести с помощью автоматического экстрактора, продукт которого можно непосредственно обнаружить с помощью количественной ПЦР.

Применение УКОМов

Рак легких

Рак легких является вторым наиболее часто диагностируемым и самым смертоносным раком в мире, на его долю приходится 11,4% новых случаев и 18,0% новых случаев смерти1.Среди всех диагнозов 85% составляют немелкоклеточный рак легкого (НМРЛ) и 15% — мелкоклеточный рак легкого (МРЛ), который имеет более высокий уровень злокачественности38.Низкодозная компьютерная томография (LDCT) в настоящее время является рекомендуемым методом скрининга рака легких и, как было показано, улучшает раннее выявление и снижает смертность6;однако из-за низкой специфичности и плохой доступности LDCT еще не стал удовлетворительным методом скрининга, как и другие распространенные маркеры рака, такие как CEA39.Затраты и возможность ошибочной постановки диагноза и неправильного диагноза в рамках стратегии скрининга LDCT препятствуют прогрессу в продвижении скрининга рака легких40.HIST1H4F, UCOM, имеет огромный потенциал в качестве биомаркера раннего обнаружения в образцах бронхоальвеолярной жидкости (БАЛ)27.HIST1H4F гиперметилирован при аденокарциноме легких и плоскоклеточном раке легких со специфичностью обнаружения 96,7% и чувствительностью 87,0% (рис. 4А), а также исключительной эффективностью при раке I стадии27.HIST1H4F имеет специфичность 96,5% и чувствительность 85,4% для НМРЛ и 96,5% и 95,7% соответственно для МРЛ27.Кроме того, образцы восьми других типов рака, включая рак поджелудочной железы и колоректальный рак, подтвердили, что HIST1H4F гиперметилирован во всех восьми типах27.

Рак шейки матки

Рак шейки матки был четвертым наиболее часто диагностируемым видом рака и четвертой по значимости причиной смертности от рака у женщин в 2020 году, на его долю пришлось 3,1% новых случаев и 3,4% смертей, связанных с раком, во всем мире1.Для ликвидации рака шейки матки к 2030 году, как предлагает ВОЗ, необходимо раннее выявление рака шейки матки.При обнаружении на ранней стадии 5-летняя выживаемость при инвазивном раке шейки матки достигает 92%41.Рекомендации Американского онкологического общества (ACS) предлагают проводить цитологические исследования шейки матки, первичные тесты на ВПЧ или совместные тесты для скрининга42.Цервикальная цитология является инвазивной и может обнаружить только 63,5% случаев CIN2+37.

PCDHGB7, напротив, показал гораздо лучшие результаты при использовании мазков Папаниколау и вагинальных выделений и может эффективно дифференцировать HSIL от LSIL на ультраранней стадии.Один только PCDHGB7 имеет чувствительность 100,0% и специфичность 88,7% для рака шейки матки (рис. 4B), а также чувствительность 82,1% и специфичность 88,7% для образцов HSIL+30.PCDHGB7 также имеет чувствительность 90,9% и специфичность 90,4% в образцах вагинального секрета при раке шейки матки, которые гораздо легче собрать30.В сочетании с тестом высокого риска (hr)ВПЧ или цитологическим тестом Thinprep (TCT) PCDHGB7 имеет повышенную чувствительность 95,7% и специфичность 96,2%, значительно превосходя чувствительность теста hrHPV (20,3%), TCT (51,2%). ), и оба вместе (57,8%) – по раку шейки матки30.Также было показано, что PCDHGB7 гиперметилирован при 17 типах рака из базы данных TCGA, что указывает на его пригодность для семейства UCOM30.

Рисунок 4. UCOM были проверены при четырех типах рака в ходе крупномасштабных клинических исследований.А. Эффективность HIST1H4F, UCOM, при обнаружении рака легких в 508 образцах.B. Эффективность PCDHGB7, UCOM, при обнаружении рака шейки матки в 844 образцах.C. Эффективность PCDHGB7, UCOM, при обнаружении рака эндометрия в 577 образцах эндометрия Pap и Tao.D. Эффективность SIX6, UCOM, при обнаружении уротелиального рака в 177 образцах.

EC

РЭ является одним из наиболее распространенных видов рака женской репродуктивной системы во всем мире: ежегодно регистрируется 4,2 миллиона новых случаев и 1% смертей, связанных с раком1.При успешной диагностике на ранней стадии РЭ излечим, а 5-летняя выживаемость при раке I стадии составляет 95%.Пациентки с симптомами, такими как аномальное маточное кровотечение, проходят периодическое клиническое обследование и подвергаются инвазивным и болезненным процедурам биопсии, несмотря на то, что только у 5–10% в конечном итоге развивается EC43.Трансвагинальное УЗИ, как распространенный метод обнаружения, крайне ненадежно из-за его неспособности дифференцировать доброкачественные и злокачественные изменения эндометрия и высокой частоты ложноположительных результатов44.

Было проведено параллельное сравнение сывороточного CA-125, широко используемого биомаркера ЕС, и PCDHGB7.Сывороточный CA-125 имел чувствительность 24,8%, что позволяет предположить, что CA-125 является неадекватным маркером EC, несмотря на специфичность 92,3%31.Обнаружение PCDHGB7 с использованием образцов щетки Pap дало чувствительность 80,65% и специфичность 82,81% для стадий ECatall, тогда как щетка Tao имела чувствительность 61,29% и специфичность 95,31%31.Диагностическая модель PCDHGB7, основанная на Me-qPCR, дала чувствительность 98,61%, специфичность 60,5% и общую точность 85,5% при использовании образцов кистей Pap и Tao (рис. 4C)31.

Уротелиальный рак

Уротелиальный рак, включающий рак мочевого пузыря, почечной лоханки и мочеточника, был седьмым наиболее часто диагностируемым раком в 2020 году во всем мире, вызывая 5,2% новых случаев и 3,9% смертей1.Уротелиальный рак, более 50% из которых приходится на рак мочевого пузыря, был четвертым наиболее часто диагностируемым раком в США в 2022 году, на его долю приходилось 11,6% новых диагностированных случаев3.Примерно 75% случаев рака мочевого пузыря классифицируются как неинвазивный рак мочевого пузыря, ограниченный слизистой или подслизистой оболочкой45.Цистоскопическая биопсия является золотым стандартом диагностики уротелиального рака, осуществляемым с помощью флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) и цитологических тестов.FISH и цитология имеют низкую диагностическую эффективность, а цистоскопия является интрузивной и сопряжена с риском пропуска микропоражений, неправильной интерпретации очагов поражения и потенциальной причиной распространения или рецидива рака46.Было также показано, что ранее проверенный UCOM, PCDHGB7, гиперметилирован при уротелиальном раке с площадью под кривой 0,86, что указывает на потенциальную диагностическую возможность30.Для дальнейшей проверки большего количества UCOM и лучшего размещения большего количества типов образцов был исследован SIX6, новый UCOM, который показал отличный диагностический потенциал в раннем выявлении уротелиального рака с использованием образцов мочи на платформе Me-qPCR.Обнаружение SIX6 с использованием образцов мочи продемонстрировало конкурентную чувствительность 86,7% и специфичность 90,8% (рис. 4D), будучи при этом неинвазивным и простым в получении32.Потенциал SIX6 в мониторинге метастазов и оценке эффективности лечения в настоящее время исследуется.

Будущее и вызовы

UCOM обладают сильным потенциалом в диагностике множественных видов рака, но предстоит еще много работы.Мы расширяем список UCOM и активно проверяем UCOM при большем количестве типов рака, включая те, которые традиционно трудно обнаружить.Результаты проверки из баз данных TCGA еще раз подтвердили применение UCOM при большем количестве типов рака и в большем количестве ситуаций.В предварительном исследовании было показано, что UCOM обладают мощным диагностическим потенциалом для холангиокарциномы и аденокарциномы поджелудочной железы, которые практически невозможно диагностировать на ранней стадии с помощью современных методов скрининга32,47.Способность выявлять редкие виды рака с помощью UCOM можно использовать с циркулирующей опухолевой ДНК (цДНК) с помощью усовершенствованной платформы жидкой биопсии48.Исследование, в котором использовалась панель обнаружения панрака на основе ДНК плазмы, показало чувствительность 57,9%49.Несмотря на высокую специфичность, общие показатели показывают, что еще есть возможности для улучшения.

Уникальные характеристики UCOM также способствовали исследованию потенциала UCOM в оценке эффективности лечения и мониторинге рецидивов.Согласно критериям оценки ответа при солидных опухолях (RECIST), медицинская визуализация является рекомендуемым методом мониторинга рецидивов и оценки эффективности лечения, тогда как для оценки используются только опухолевые маркеры50.В действительности, однако, на методы визуализации сильно влияют частота и время проведения, и поэтому подвергают пациентов более высокому риску и затратам51,52.Было подтверждено, что SIX6 служит предиктором метастазирования рака молочной железы32.Мониторинг ктДНК на основе жидкой биопсии позволяет в режиме реального времени наблюдать за минимальными остаточными заболеваниями за несколько месяцев до рентгенологического обнаружения, что в идеале задерживает и предотвращает прогрессирование рака, связанное с рецидивом53.Предварительные результаты показывают, что UCOM отражают уровень ракового гиперметилирования в реальном времени сразу после операции и лечения32.Высокая чувствительность, демонстрируемая UCOM, и возможность применения в различных неинтрузивных типах образцов позволяет UCOM служить точным биомаркером мониторинга рецидивов, сохраняя при этом высокую приверженность пациентов.

В то же время публичная доступность теста является еще одним важным вопросом, требующим дополнительных усилий.В то время как сотрудничество UCOM по выявлению вируса было внедрено в большем количестве больниц в надежде принести пользу большему количеству пациентов, в сельских районах Китая активно проводились бесплатные выявление и скрининг.UCOM требуют улучшенной доступности, чтобы считаться реальным инструментом проверки, особенно для слаборазвитых территорий.

Хотя результаты применения UCOM в области раннего обнаружения являются многообещающими, о UCOM существует много неизвестных.При активном исследовании необходимы дополнительные исследования того, почему UCOM повсеместно присутствуют при раке.Механизмы эпигенетической регуляции, лежащие в основе UCOM, заслуживают дальнейшего исследования, которое может оправдать новое направление терапии рака.Возвращаясь к взаимодействию между гомогенностью и гетерогенностью опухоли, нас интересует, почему UCOM могут быть исключением из большинства биомаркеров рака, которые тесно связаны с конкретными типами рака.Роль выявленных с помощью UCOM нарушений метилирования ДНК в онкогенезе, опухолевой прогрессии и метастазировании не определена в процессе утраты и восстановления идентичности клеток и требует тщательного изучения.Другой важный интерес заключается в возможности объединения признака гомогенности UCOM с ткане-уникальными маркерами в надежде приблизиться к точному обнаружению следов рака и идентификации происхождения опухолевой ткани обратным способом.UCOM могут стать идеальным инструментом для предотвращения рака, выявления рака и потенциально защиты и устранения рака.

Грантовая поддержка

Эта работа была поддержана Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая (грант № 2022BEG01003), Национальным фондом естественных наук Китая (гранты № 32270645 и 32000505), грантом Комиссии здравоохранения провинции Хэйлунцзян (грант № 2020-111). и грант Института науки и технологий Хэцзэ (грант № 2021KJPT07).

Заявление о конфликте интересов

Вэй Ли — директор по исследованиям и разработкам Shanghai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd. Вэньцян Юй входит в состав Научно-консультативного совета Epiprobe.W. Yu и Epiprobe одобрили ожидающие рассмотрения патенты, связанные с этой работой.Все остальные авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Вклад авторов

Задумали и спроектировали проект: Чэнчэнь Цянь и Вэньцян Юй.

Написал статью: Чэнчен Цянь.

Иллюстрации сделал: Чэнчен Цянь.

Рецензировали и редактировали рукопись: Сяолун Цзоу, Вэй Ли, Иньшань Ли и Вэньцян Юй.

Рекомендации

1. Сунг Х., Ферлей Дж., Сигел Р.Л., ЛаверсаннМ., Суржоматарам И., Джемал А. и др.Глобальная статистика рака 2020: оценки GLOBOCAN

заболеваемость и смертность во всем мире от 36 видов рака в 185 странах.CA Рак J Clin.2021 год;71: 209-49.

2. Ся С., Донг Х., Ли Х., Цао М., Сунь Д., Хэ С. и др.Статистика рака в Китае и США, 2022 г.: характеристики, тенденции и определяющие факторы.Chin MedJ (Англ.).2022 год;135: 584-90.

3. Сигел Р.Л., Миллер К.Д., WagleNS, JemalA.Статистика рака, 2023 г. CA Cancer J Clin.2023 год;73:17-48.

4. Кросби Д., БхатиаС, Бриндл К.М., Куссенс Л.М., Дайв С., Эмбертон М. и др.Раннее выявление рака.Наука.2022 год;375: eaay9040.

5. Ладабаум У, Доминиц Дж.А., КахиК, Шон Р.Е.Стратегии

скрининг колоректального рака.Гастроэнтерология.2020;158: 418-32.

6. Тануэ Л.Т., Таннер Н.Т., Гулд М.К., Сильвестри Г.А.Скрининг рака легких.Am J Respir Crit Care Med.2015 г.;191: 19-33.

7. Бувар В., Вентценсен Н., Маки А., Беркхоф Дж., Браттон Дж., Джорджи-Росси П. и др.Взгляд МАИР на скрининг рака шейки матки.N EnglJ Med.2021 год;385: 1908-18.

8. Сюэ П, Нг МТА, ЦяоЮ.Проблемы кольпоскопии для скрининга рака шейки матки в странах с низким и средним уровнем дохода и решения с помощью искусственного интеллекта.БМК Мед.2020;18: 169.

9. Джонсон П., Чжоу К., Дао Д.И., Ло Ю.М.Д.Циркулирующие биомаркеры в диагностике и лечении гепатоцеллюлярной карциномы.Nat Rev Гастроэнтерол Гепатол.2022 год;19: 670-81.

10. Ван Поппель Х., Альбрехт Т., Басу П., Хогенхаут Р., Коллен С., Рубол М. Раннее выявление рака предстательной железы на основе сывороточного ПСА в Европе и во всем мире: прошлое, настоящее и будущее.Нат преподобный Урол.2022 год;19:

562-72.

11. Холиоке А., О'Салливан П., Поллок Р., Бест Т., Ватанабе Дж., КадзитаY,

и другие.Разработка мультиплексного РНК-теста мочи для выявления и стратификации переходно-клеточного рака мочевого пузыря.Клин Рак Рез.2008 г.;14:742-9.

12. Фейнберг А.П., Фогельштейн Б. Гипометилирование отличает гены некоторых видов рака человека от их нормальных аналогов.Природа.1983 год;301: 89-92.

13. Нг Дж. М., Ю. Дж. Гиперметилирование промотора генов-супрессоров опухолей как потенциальные биомаркеры при колоректальном раке.IntJ Mol Sci.2015 г.;16: 2472-96.

14. Эстеллер М. Эпигеномика рака: метиломы ДНК и карты модификаций гистонов.Нат преподобный Жене.2007 г.;8: 286-98.

15. Нисияма А., Наканиси М. Исследование ландшафта метилирования ДНК при раке.Тенденции Жене.2021 год;37:1012-27.

16. Се В., Шульц М.Д., Листер Р., Хоу З., Раджагопал Н., Рэй П. и др.Эпигеномный анализ мультилинейной дифференцировки эмбриональных стволовых клеток человека.Клетка.2013;153: 1134-48.

17. Ли Ю, Чжэн Х, Ван Ц, Чжоу С, ВэйЛ, Лю Х и др.Полногеномный анализ показывает роль Polycomb в стимулировании гипометилирования долин метилирования ДНК.Геном Биол.2018 год;19:18.

18. Кох А, ЙоостенСК, Фэн З, де Рюйтер ТЦ, DrahtMX, MelotteV,

и другие.Анализ метилирования ДНК при раке: пересмотр места.Nat Rev Clin Oncol.2018 год;15: 459-66.

19. Кляйн Э.А., Ричардс Д., Кон А., ТуммалаМ., Лэпэм Р., Косгроув Д. и др.Клиническая валидация целевого теста раннего выявления нескольких видов рака на основе метилирования с использованием независимого набора валидации.Энн Онкол.2021 год;32: 1167-77.

20. Ханахан Д., Вайнберг Р.А.Признаки рака.Клетка.2000 г.;100:57-70.

21. Ханахан Д. Признаки рака: новые измерения.Рак Дисков.2022 год;12:31-46.

22. Шварцберг Л., Ким Э.С., Лю Д., Шраг Д. Прецизионная онкология: кто, как, что, когда, а когда нет?Учебная книга Am Soc Clin Oncol.2017: 160-9.

23. Лю Х, Мэн Икс, Ван Дж. Количественное метилирование в реальном времени.

обнаружение гена PAX1 при скрининге рака шейки матки.IntJ Гинекол Рак.2020;30: 1488-92.

24. Империале Т.Ф., РансохоффД.Ф., Ицковиц Ш.Х., Левин Т.Р., Лавин П., Лидгард Г.П. и др.Многоцелевое ДНК-тестирование стула для скрининга колоректального рака.N EnglJ Med.2014 г.;370: 1287-97.

25. Ли Дж, Ли Ю, Ли В, Луо Х, Си Ю, Донг С и др.Руководство по позиционированию

секвенирование выявляет аберрантные закономерности метилирования ДНК, которые изменяют идентичность клеток и сети наблюдения за опухолевым иммунитетом.Геном

Рез.2019 год;29: 270-80.

26. Гао Q, LinYP, Ли BS, Ван GQ, Донг LQ, Шен BY и др.Неинтрузивное обнаружение множественного рака с помощью секвенирования метилирования циркулирующей бесклеточной ДНК (THUNDER): разработки и независимые проверочные исследования.Энн Онкол.2023 год;34: 486-95.

27. Донг С., Ли В., Ван Л., Ху Дж., Сун Ю., Чжан Б. и др.Гены, связанные с гистонами, гиперметилированы при раке легких и гиперметилированы.

HIST1H4F может служить биомаркером панрака.Рак Рез.2019 год;79:6101-12.

28. Хейнсдейк Э.А., Вевер Э.М., Аувинен А., Хьюгоссон Дж., Чиатто С., Нелен В. и др.Влияние скрининга простатспецифических антигенов на качество жизни.N EnglJ Med.2012 г.;367: 595-605.

29. Лузак А., Шнелл-Индерст П., Бюн С., Майер-Зитароса А., Зиберт У. Клиническая эффективность биомаркерных тестов для скрининга рака, предлагаемых в качестве самостоятельных медицинских услуг: систематический обзор.Европейское здравоохранение.2016 г.;26: 498-505.

30. Донг С., Лу Ц, Сюй П, Чен Л, Дуань Х, Мао З и др.

Гиперметилированный PCDHGB7 как универсальный маркер рака и его применение при раннем скрининге рака шейки матки.Клин Трансл Мед.2021 год;11: е457.

31. Юань Дж, Мао З, Лу Ц, Сюй П, Ван С, Сюй С и др.Гиперметилированный PCDHGB7 как биомаркер для раннего выявления рака эндометрия в образцах кистей эндометрия и соскобах шейки матки.Фронт Мол Биосци.2022 год;8:774215.

32. Донг С., Ян З, Сюй П, Чжэн В, Чжан Б, Фу Ф и др.Взаимно

эксклюзивная эпигенетическая модификация SIX6 с гиперметилированием для предраковой стадии и отслеживание появления метастазов.Цель передачи сигнала Ther.2022 год;7:208.

33. Хуан Л., Го Цзы, Ван Ф., Фу Л. Мутация KRAS: от неизлечимого к лекарственному лечению рака.Цель передачи сигнала Ther.2021 год;6: 386.

34. Белинский С.А., Никула К.Дж., Палмисано В.А., МихельсР., СаккоманноГ., ГабриэльсонЭ. и др.Аберрантное метилирование p16(INK4a) является ранним событием рака легких и потенциальным биомаркером для ранней диагностики.Proc Natl Acad Sci U SA.1998 год;95:11891-6.

35. Робертсон К.Д.Метилирование ДНК и болезни человека.Нат преподобный Жене.2005 г.;6: 597-610.

36. Вентценсен Н., Уокер Дж.Л., Голд М.А., Смит К.М., ZunaRE,

Мэтьюз С. и др.Множественная биопсия и выявление предвестников рака шейки матки при кольпоскопии.Дж. Клин Онкол.2015 г.;33:83-9.

37. Де Струпер Л.М., Мейер С.Дж., Беркхоф Дж., Хесселинк А.Т., Снейдерс.

П.Дж., Стинберген Р.Д. и др.Анализ метилирования FAM19A4

Ген в соскобах шейки матки очень эффективен при обнаружении цервикального

карциномы и распространенные поражения CIN2/3.Рак Prev Res (Фила).2014 г.;7: 1251-7.

38. Тай А.А., Соломон Б.Дж., Секвист Л.В., Гейнор Дж.Ф., Хейст Р.С.Рак легких.Ланцет.2021 год;398: 535-54.

39. Груннет М, Соренсен Дж.Б.Раково-эмбриональный антиген (СЕА) как опухолевый маркер при раке легких.Рак легких.2012 г.;76: 138-43.

40. Вуд Д.Е., Казеруни Е.А., Баум С.Л., ИпенГА, ЭттингерДС, Хоу Л. и др.Скрининг рака легких, версия 3.2018, Рекомендации NCCN по клинической практике в онкологии.J Natl Compr Canc Netw.2018 год;16: 412-41.

41. Американское онкологическое общество.Факты и цифры о раке.Атланта, Джорджия, США: Американское онкологическое общество;2023 г. [обновлено 1 марта 2023 г.;дата: 22 августа 2023 г.].

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

Герциг А. и др.Скрининг рака шейки матки у лиц со средним риском: обновление рекомендаций Американского онкологического общества на 2020 год.CA Рак J Clin.2020;70: 321-46.

43. Кларк М.А., Лонг Б.Дж., Дель Мар Морилло А., Арбин М., Баккум-Гамес Дж.Н., Вентценсен Н. Связь риска рака эндометрия с кровотечением в постменопаузе у женщин: систематический обзор и метаанализ.JAMA Стажер Мед.2018 год;178: 1210-22.

44. Джейкобс И., Джентри-Махарадж А., Бернелл М., Манчанда Р., Сингх Н.,

Шарма А. и др.Чувствительность трансвагинального ультразвукового скрининга

рака эндометрия у женщин в постменопаузе: исследование случай-контроль в когорте UKCTOCS.Ланцет Онкол.2011 г.;12:38-48.

45. БабюкМ, Бургер М, CompératEM, Гонтеро П, МостафидАХ,

ПалуДж и др.Рекомендации Европейской ассоциации урологов по немышечно-инвазивному раку мочевого пузыря (TaT1 и карцинома in situ) -

Обновление 2019 года.Эур Урол.2019 год;76: 639-57.

46. ​​Арагон-Чинг Ж.Б.Проблемы и достижения в диагностике, биологии и лечении уротелиальных карцином верхних путей и мочевого пузыря.Урол Онкол.2017 год;35: 462-4.

47. Ризви С., ХанСА, Халлемейер К.Л., Келли Р.К., Горс Г.Дж.

Холангиокарцинома – развивающиеся концепции и терапевтические стратегии.Nat Rev Clin Oncol.2018 год;15:95-111.

48. Ye Q, Ling S, Zheng S, Xu X. Жидкостная биопсия гепатоцеллюлярной системы.

карцинома: циркулирующие опухолевые клетки и циркулирующая опухолевая ДНК.Мол Рак.2019 год;18: 114.

49. Чжан Ю, Яо Ю, Сюй Ю, Ли Л, Гун Ю, Чжан К. и др.Пан-рак

обнаружение ДНК циркулирующей опухоли у более чем 10 000 китайских пациентов.Нац Коммун.2021 год;12:11.

50. Эйзенхауэр Э.А., Терасс П., Богертс Дж., Шварц Л.Х., Сарджент Д., Форд Р. и др.Новые критерии оценки ответа при солидных опухолях: пересмотренное руководство RECIST (версия 1.1).Eur J Рак.2009 г.;45: 228-47.

51. Литьер, Коллетт С., де Врис Э.Г., Сеймур Л., Богертс Дж.RECIST – учимся на прошлом, чтобы строить будущее.Nat Rev Clin Oncol.

2017 год;14: 187-92.

52. Сеймур Л., Богертс Дж., Перрон А., Форд Р., Шварц Л. Х., Мандрекар С. и др.iRECIST: рекомендации по критериям ответа для использования в исследованиях

тестирование иммунотерапевтических препаратов.Ланцет Онкол.2017 год;18: е143-52.

53. PantelK, Alix-Panabières C. Жидкая биопсия и минимальная остаточная болезнь – последние достижения и последствия для лечения.Nat Rev Clin Oncol.2019 год;16: 409-24.

Цитируйте эту статью как: Qian C, Zou X, Li W, Li Y, Yu W. Аванпост против рака: универсальные маркеры рака.Рак Биол Мед.2023 год;20: 806-815.

doi: 10.20892/j.issn.2095-3941.2023.0313