Vijesti

MINI RECENZIJA

Predstraža protiv raka: univerzalni markeri samo za rak

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

1Shanghai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd, Šangaj 200233, Kina;2 Odjel opće kirurgije, Prva pridružena bolnica Harbinskog medicinskog sveučilišta, Harbin 150001, Kina;3Shandong Epiprobe Medical Laboratory Co., Ltd, Heze 274108, Kina;4 Narodna bolnica autonomne regije Ningxia Hui, medicinsko sveučilište Ningxia, Yinchuan 750002, Kina;5 Klinički centar za javno zdravstvo u Šangaju i odjel opće kirurgije, bolnica Huashan i institut za metastaze raka i laboratorij za epigenetiku RNK, instituti biomedicinskih znanosti, medicinski fakultet u Šangaju, sveučilište Fudan, Šangaj 200032, Kina

SAŽETAK

Rak je vodeći uzrok smrti u cijelom svijetu.Rano otkrivanje raka može smanjiti smrtnost od svih vrsta raka;međutim, učinkoviti biomarkeri za rano otkrivanje nedostaju za većinu vrsta raka.DNA metilacija je uvijek bila glavna meta interesa jer se DNA metilacija obično događa prije drugih vidljivih genetskih promjena.Tijekom istraživanja uobičajenih obilježja raka korištenjem novog vodiča za pozicioniranje sekvenciranja za metilaciju DNK, niz univerzalnih markera samo za rak (UCOM) pojavio se kao jaki kandidati za učinkovito i točno rano otkrivanje raka.Dok je klinička vrijednost trenutnih biomarkera raka smanjena zbog niske osjetljivosti i/ili niske specifičnosti, jedinstvene karakteristike UCOM-a osiguravaju klinički značajne rezultate.Validacija kliničkog potencijala UCOM-a u karcinomima pluća, vrata maternice, endometrija i urotela dodatno podupire primjenu UCOM-a u više tipova raka i različitim kliničkim scenarijima.Zapravo, primjena UCOM-a trenutno se aktivno istražuje s daljnjom procjenom ranog otkrivanja raka, pomoćne dijagnoze, učinkovitosti liječenja i praćenja recidiva.Molekularni mehanizmi pomoću kojih UCOM otkrivaju rak sljedeće su važne teme koje treba istražiti.Primjena UCOM-ova u scenarijima stvarnog svijeta također zahtijeva implementaciju i doradu.

KLJUČNE RIJEČI

Otkrivanje raka;probir raka;metilacija DNA;epigenetika raka;biomarkeri raka

Zašto nam hitno treba novo biomarkeri?

Nakon više od stoljeća borbe protiv raka, rak je još uvijek najsmrtonosnija biološka prijetnja čovječanstvu.Rak je i dalje globalni zdravstveni problem s 19,3 milijuna novih slučajeva i gotovo 10 milijuna smrtnih slučajeva procijenjenih u 20201. U 2020. procjenjuje se da je 4,6 milijuna novih slučajeva raka dijagnosticirano u Kini, što čini 23,7% novih slučajeva raka u svijetu prema GLOBOCAN-u1.Nadalje, oko 3 milijuna smrtnih slučajeva pripisano je raku u Kini 2020., što je bilo 30% globalnih smrtnih slučajeva povezanih s rakom1.Ove statistike pokazuju da je Kina na prvom mjestu po učestalosti i stopi smrtnosti od raka.Štoviše, petogodišnja stopa preživljenja od raka je 40,5%, što je 1,5 puta niže od petogodišnje stope preživljenja u Sjedinjenim Državama2,3.Usporedno niže stope preživljavanja i više stope smrtnosti u Kini nego u zemljama s višim indeksom ljudskog razvoja sugeriraju da je hitno potreban učinkovit i isplativ sustav prevencije raka i nadzora.Rano otkrivanje raka jedan je od najkritičnijih elemenata u zdravstvenom sustavu.Rano otkrivanje raka može poboljšati prognozu i preživljavanje u ranoj fazi u gotovo svim vrstama raka4.Uspješne strategije probira dovele su do značajnog pada incidencije i stope smrtnosti od raka grlića maternice, dojke, debelog crijeva i prostate.

Međutim, postići rano otkrivanje raka nije lak zadatak.Istraživanje biologije i prognoze ranog raka, identificiranje i potvrđivanje pouzdanih biomarkera za rano otkrivanje i razvoj dostupnih i točnih tehnologija ranog otkrivanja uvijek su bile najveće prepreke u procesu4.Preciznom detekcijom raka moguće je razlikovati benigne od malignih lezija, što pomaže u izbjegavanju nepotrebnih zahvata i olakšava daljnje liječenje bolesti.Trenutne strategije ranog otkrivanja uključuju biopsije temeljene na endoskopu, medicinsko oslikavanje, citologiju, imunološke testove i testove biomarkera5-7.Budući da su intruzivne i skupe, biopsije temeljene na endoskopu nose inherentno veliki teret kao veliki medicinski postupak koji se oslanja na stručno osoblje.Kao i citologija, obje metode probira ovise o medicinskim stručnjacima i temelje se na osobnoj prosudbi s izvedbom koja je daleko od idealne8.Nasuprot tome, imunotestovi su vrlo neprecizni, s obzirom na visoke stope lažno pozitivnih rezultata.Medicinsko snimanje, kao taktika probira, zahtijeva skupu opremu i specijalizirane tehničare.Stoga je medicinsko snimanje krajnje ograničeno zbog niske dostupnosti.Zbog svih ovih razloga, čini se da su biomarkeri bolja opcija za rano otkrivanje raka.

Dopisivanje za: Yinshan Li i Wenqiang Yu

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

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

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

Primljeno 22. kolovoza 2023.;prihvaćeno 12. listopada 2023.;

objavljeno online 28. studenog 2023.

Dostupno na www.cancerbiomed.org

Attribution-NonCommercial 4.0 Međunarodna licenca

Biomarkeri se trenutno kategoriziraju kao proteini, markeri mutacije DNA, epigenetski markeri, kromosomske abnormalnosti, RNA markeri izvedeni izravno iz tumora ili fragmenti tumora dobiveni neizravno iz tjelesnih tekućina.Proteinski markeri su biomarkeri koji se najčešće primjenjuju u probiru i dijagnozi raka.Proteinski biomarkeri, kao biomarkeri probira, ograničeni su tendencijom da budu zahvaćeni benignim lezijama, što dovodi do pretjerane dijagnoze i pretjeranog liječenja, kao što je prijavljeno za α-fetoprotein i prostata-specifični antigen (PSA)9,10.RNA markeri uključuju obrasce genetske ekspresije i druge nekodirajuće RNA markere. Kombinacija genetskih ekspresijskih RNA markera može se detektirati pomoću uzoraka urina, čija je osjetljivost bila daleko od zadovoljavajuće (60%) za primarne tumore, a detekcija kojih se može biti pod utjecajem prirode lake razgradnje RNA u normalnom okruženju11.I genetski i epigenetski markeri suočavaju se s problemom prevalencije u tumorima i ograničenjem na vrste raka.

Metilacija DNA je jak kandidat kao biomarker za rano otkrivanje otkako ju je Feinberg prvi put povezao s rakom 1983. godine12. Aberacije metilacije DNA opažene su u svim stadijima raka, čak i u prekanceroznom stadiju.Aberantna hipermetilacija DNA obično se odvija na CpG otocima u promotorima gena kako bi se suprotstavili supresorima tumora13,14.Studije su također pokazale da abnormalna hipermetilacija DNA utječe na regulaciju razvojnih regulatora15.Dolina metilacije DNA, koja se obično povezuje s razvojnim regulatorima i hipermetiliranim karcinomima, mogla bi prebaciti način ekspresije gena na stabilniji način ovisan o metilaciji DNA i smanjiti vezu s metiliranim histonom H3K27me3 i povezanim polikomb proteinima16,17.

Među velikim brojem objavljenih DNA metilacijskih markera, nekoliko ih je uspješno debitiralo na tržištu;međutim, trenutni komercijalizirani markeri metilacije DNA i dijagnostički paneli tek trebaju u potpunosti otključati potencijal ranog otkrivanja raka iz više razloga18.Iako većinom pokazuju prihvatljivu izvedbu korištenjem informacija iz baze podataka, ovi biomarkeri obično rade manje idealno u stvarnom svijetu zbog činjenice da su uzorci iz stvarnog svijeta često složeniji i nisu tako reprezentativni kao oni odabrani u bazama podataka.Pokazalo se da rano otkrivanje metilacije više karcinoma temeljeno na sekvencioniranju sljedeće generacije ima samo 16,8% odnosno 40,4% osjetljivost u stadiju I i II raka19.Testovi ranog otkrivanja zahtijevaju veću stabilnost i preciznije biomarkere.

Otkrivanje univerzalnog markera samo za rak (UCOM) pomoću sekvenciranja pozicioniranja vodiča (GPS)

Unatoč desetljećima istraživanja raka, zadovoljavajuća prevencija i liječenje nisu ostvareni.Potrebne su nove metodologije koje će istraživačima omogućiti temeljitu procjenu raka.Tijekom posljednje 23 godine, 6 obilježja raka, kao što su izbjegavanje apoptoze, invazija tkiva i metastaze itd., prošireno je na 14 uključivanjem značajki poput nemutacijskog epigenetskog reprogramiranja i polimorfnih mikrobioma20,21.Kako se otkriva više detalja koji uključuju rak, uvodi se više perspektiva u istraživanje raka.Istraživanje raka postupno je ušlo u novije doba u dva smjera (zajedničko i individualno).S razvojem precizne onkologije posljednjih godina, fokus istraživanja raka naginje prema individualiziranoj ciljanoj terapiji i heterogenosti raka22.Stoga su nedavno identificirani biomarkeri raka usmjereni uglavnom na specifične tipove raka, kao što je PAX6 forcervikalni rak23 i BMP3 za kolorektalni rak24.Učinkovitost ovih biomarkera specifičnih za vrste raka varira, ali još uvijek nije moguće da se osjetljive osobe podvrgnu probiru za sve vrste raka istovremeno zbog ograničenja prikupljanja bioloških uzoraka i visoke cijene.Bilo bi idealno kada bismo mogli identificirati jedan, robustan biomarker koji je učinkovit za sve vrste raka u ranoj fazi.

Da bi se postigao takav idealan cilj, s popisa potencijalnih vrsta biomarkera mora se odabrati bolji kandidat za biomarker.Poznato je da su aberacije metilacije DNA, među svim genetskim i epigenetskim profilima, povezane s rakom i neke su od najranijih, ako ne i prve, abnormalnosti povezane s rakom koje su se kronološki pojavile.Istraživanje metilacije DNA počelo je rano, ali je ometeno nedostatkom istraživačkih metoda.Među 28 milijuna potencijalnih metiliranih CpG mjesta u genomu, broj koji se može kontrolirati mora se otkriti i uskladiti s genomom kako bi se bolje razumjela tumorigeneza.Bisulfitno sekvenciranje cijelog genoma (WGBS), koje se smatra zlatnim standardom sekvenciranja metilacije DNA, može pokriti samo 50% Cs u stanicama raka zbog prirode tretmana bisulfitom koji razbija fragmente DNA i smanjuje kompleksnost genoma tijekom transformacija Cs-u-Ts25.Druge metode, kao što je 450k čipova, pokrivaju samo 1,6% metilacije genoma.Na temelju 450 tisuća podataka, ploča za otkrivanje metilacije DNA ima 35,4% osjetljivosti za 6 tipova raka I. stupnja26.Ograničenja tipova raka, loša izvedba i buka koju stvaraju metode detekcije u analitičkom procesu postali su najveće prepreke za panele za otkrivanje raka.

Kako bismo bolje istražili epigenetske obrasce stanica tijekom tumorigeneze i metastaza, razvili smo jedinstveni GPS za otkrivanje metilacije DNA na cijelom genomu, koji pokriva do 96% CpG mjesta u 0,4 milijarde čitanja25.GPS je bilateralna metoda sekvenciranja koja koristi 3' kraj fragmenta DNA nekonvertibilnih metil-citozina nakon tretmana bisulfitom koji vodi poravnanje izračuna metilacije DNA 5' kraja kroz sekvenciranje na kraju para (Slika 1)25.Vodeći lanac metil-citozina, koji djeluje kao lanac predloška, pomaže u poravnanju regije s visokim GC-om koje obnavlja većinu napuštenih podataka sekvenciranja u tradicionalnom WGBS-u.Značajka visoke pokrivenosti GPS-a pruža ogromnu količinu informacija o metilaciji DNA, što nam omogućuje ispitivanje profila metilacije raka sa znatno većom rezolucijom u prethodno nedovoljno istraženim regijama.

GPS nam daje moćan alat za istraživanje homogenosti raka, koji može uvelike pojednostaviti istraživanje raka i potencijalno pronaći univerzalno objašnjenje za nastanak tumora i metastaze.Tijekom analize GPS podataka staničnih linija raka često se susretalo s jedinstvenim fenomenom.Bilo je nekoliko regija koje su se činile abnormalno hipermetiliranima u više vrsta uzoraka raka.Ovo neočekivano otkriće naknadno je potvrđeno da služi kao UCOM.Analizirano je više od 7000 uzoraka iz 17 vrsta raka u bazi podataka The Cancer Genome Atlas (TCGA), među kojima smo identificirali prvi UCOM, HIST1H4F, gen povezan s histonom koji je hipermetiliran u svim vrstama raka27.Niz UCOM-ova je potom pronađen i potvrđen u bazi podataka TCGA, bazi podataka Gene Expression Omnibus (GEO) i kliničkim uzorcima iz stvarnog svijeta.Do sada su HIST1H4F, PCDHGB7 i SIX6 pronađeni i potvrđeni kao UCOM.Neočekivano otkriće UCOM-a nudi snažan odgovor na potrebu ranog otkrivanja raka.UCOM-ovi pružaju rješenje za otkrivanje jednog markera više vrsta raka.

Karakteristike UCOM-a

Nakon validacije pokazalo se da UCOM pokazuju četiri glavne karakteristike koje omogućuju UCOM-u da nadmaši učinkovitost trenutnih biomarkera (Slika 2).

Jedinstveno malignosti

UCOM-ovi su jedinstveni za kancerozne ili prekancerozne lezije i na njih ne utječu normalne fiziološke promjene.Neki od trenutnih markera povezanih s rakom koji se naširoko primjenjuju u ranom otkrivanju i/ili probiru doveli su do pretjerane dijagnoze.Povišene razine PSA, klinički akreditirani alat za probir, također se otkrivaju u benignim stanjima, kao što su hiperplazija prostate i prostatitis10.Pretjerana dijagnoza i rezultirajuće pretjerano liječenje dovode do smanjene kvalitete života zbog crijevnih, urinarnih i spolnih komplikacija28.Drugi biomarkeri koji se temelje na proteinima i naširoko korišteni u kliničkom okruženju, kao što je CA-125, nisu dali nikakve značajne koristi iako su uzrokovali pretjerano dijagnosticiranje i pretjerano liječenje29.Visoka specifičnost UCOM-a za maligne bolesti izbjegava ove nedostatke.UCOM, PCDHGB7, učinkovito razlikuje skvamozne intraepitelne lezije visokog stupnja (HSIL) i rak grlića maternice od normalnih uzoraka i skvamoznih intraepitelnih lezija niskog stupnja (LSIL), dok većina drugih biomarkera može samo razlikovati rak grlića maternice od normalnih uzoraka30.Iako PCDHGB7 ne otkriva značajne razlike između normalnog endometrija i hiperplazije endometrija, značajne razlike se otkrivaju između normalnog endometrija i atipične hiperplazije, a još veće razlike se otkrivaju između normalnog endometrija i raka endometrija (EC) na temelju PCDHGB731.UCOM-ovi su jedinstveni za maligne lezije u bazama podataka i kliničkim uzorcima.Iz pacijentove perspektive, jedinstveni UCOM smanjuju prag za razumijevanje složenih indikacija različitih nestabilnih biomarkera lošeg učinka i odgovarajuće tjeskobe tijekom procesa evaluacije.Iz perspektive kliničara, jedinstveni UCOM-ovi razlikuju maligne od benignih lezija, što pomaže u trijaži pacijenata i smanjuje nepotrebne medicinske postupke i prekomjerno liječenje.Stoga jedinstveni UCOM-ovi smanjuju redundantnost medicinskog sustava, otklanjaju probleme u sustavu i stavljaju na raspolaganje više medicinskih resursa onima kojima je to potrebno.

Slika 1. Shema tijeka rada GPS-a za detekciju metilacije DNA25.Siva linija: ulazni slijed DNK;crvena linija: DNA tretirana s T4 DNA polimerazom, zamjenjujući citozin s 5'-metilcitozinom na 3' kraju ulaza;plava C s Me: metilirani citozin;plava C: nemetilirani citozin;žuta T: timin25.

Sve ili ništa

UCOM su prisutni samo u stanicama raka i detektiraju se stabilno u gotovo svim stanicama raka.Potvrđeno je da je HIST1H4F hipermetiliran u gotovo svim tipovima tumora, ali ne i u normalnim uzorcima27.Slično, pokazalo se da su PCDHGB7 i SIX6 hipermetilirani u svim uzorcima tumora, ali ne i u normalnim uzorcima30-32.Ova jedinstvena karakteristika značajno poboljšava performanse UCOM-a s obzirom na granicu detekcije i osjetljivost.Samo 2% stanica raka može se razlikovati u uzorcima, čineći UCOM mnogo osjetljivijim biomarkerom od većine postojećih biomarkera30. Kao biomarker koji se koristi za otkrivanje kolorektalnog raka, KRAS mutacije postoje samo u približno 36% slučajeva kolorektalnog raka, što ukazuje na loš dijagnostički potencijal33.Niska prevalencija KRAS mutacija u kolorektalnom karcinomu ograničava KRAS u kombinaciji s drugim biomarkerima.Zapravo, kombinacija biomarkera u početku bi se mogla činiti obećavajućom, ali ne daje uvijek zadovoljavajuće rezultate dok pokazuje mnogo veći šum u analizi detekcije i obično uključuje kompliciranije eksperimentalne postupke.Nasuprot tome, PCDHGB7 i drugi UCOM postoje u svim vrstama raka.UCOM detektira kancerogene komponente u različitim vrstama uzoraka raka s najvećom preciznošću dok iskorjenjuje složene procese analize za poništavanje buke.Nije teško detektirati rak u obilnom uzorku, ali je izuzetno izazovno otkriti rak u malom uzorku.UCOM-i mogu otkriti male količine raka.

Slika 2. Karakteristike UCOM-a.

Detekcija raka koja prethodi patološkim promjenama

UCOM se mogu otkriti u prekanceroznom stadiju prije patoloških promjena.Kao epigenetski biomarkeri, UCOM abnormalnosti pojavljuju se u ranijoj fazi od fenotipskih abnormalnosti i mogu se otkriti tijekom tumorigeneze, progresije i metastaza34,35.Osjetljivost UCOM-a tijekom vremena poboljšava učinkovitost UCOM-a u otkrivanju ranog stadija raka i prekanceroznih lezija.Otkrivanje ranog raka na temelju biopsije i citologije može biti teško čak i za najiskusnije patologe.Jedna biopsija dobivena kolposkopijom prijavljena je kao pozitivna u 60,6% HSIL+ uzoraka.Za povećanje osjetljivosti potrebne su dodatne biopsije za višestruke lezije36.Nasuprot tome, UCOM, PCDHGB7, ima osjetljivost od 82% za HSIL+ uzorke, nadmašujući osjetljivost biopsija i većine biomarkera30.Marker metilacije, FAM19A4, ima osjetljivost od 69% za CIN2+, što je slično citologiji, ali ne može razlikovati CIN1 od normalnih uzoraka37.Pokazalo se da su UCOM mnogo osjetljiviji biomarkeri za rano otkrivanje.U usporedbi s patolozima koji se temelje na iskustvu, UCOM-ovi imaju superiornu osjetljivost otkrivanja karcinoma u ranom stadiju, što zauzvrat doprinosi poboljšanoj prognozi raka i preživljavanju30.Osim toga, UCOM nudi platformu za otkrivanje koja je dostupna područjima u kojima nedostaju iskusni patolozi i uvelike poboljšava učinkovitost otkrivanja.S jedinstvenim postupcima uzorkovanja i detekcije, UCOM detekcija daje stabilne rezultate jednostavne za tumačenje koji bolje odgovaraju protokolu probira koji zahtijeva manje stručnog osoblja i medicinskih resursa.

Lako se otkriva

Sadašnje metode za detekciju metilacije DNA su komplicirane i dugotrajne.Većina metoda zahtijeva transformaciju bisulfitom, što uzrokuje gubitak kvalitete uzorka i može proizvesti nestabilne i netočne rezultate.Loša ponovljivost uzrokovana liječenjem bisulfitom potencijalno dovodi do zbunjenosti liječnika i pacijenata i dodatno ometa praćenje i/ili strategije liječenja.Stoga smo dodatno modificirali metodu otkrivanja UCOM-a kako bismo izbjegli problematičnu obradu uzoraka bisulfitom, prilagodili zahtjeve kliničke primjene i poboljšali dostupnost.Razvili smo novu metodu korištenjem restrikcijskih enzima osjetljivih na metilaciju u kombinaciji s fluorescentnim kvantitativnim PCR-om u stvarnom vremenu (Me-qPCR) za kvantificiranje statusa metilacije UCOM-ova unutar 3 sata korištenjem jednostavnih postupaka rukovanja (Slika 3).Me-qPCR može prihvatiti više vrsta uzoraka, kao što je kliničko prikupljanje tjelesnih tekućina i vlastitih uzoraka urina.Prikupljeni klinički uzorci mogu se obraditi, pohraniti i jednostavno nastaviti s detekcijom pomoću standardizirane i automatizirane ekstrakcije DNK.Ekstrahirana DNK se zatim može izravno primijeniti na Me-qPCR platformu za reakciju u jednoj posudi i izlazne rezultate kvantifikacije.Nakon jednostavne analize rezultata korištenjem dijagnostičkih modela prilagođenih i potvrđenih za specifične tipove raka, konačno određivanje rezultata otkrivanja UCOM-a tumači se i prikazuje kao polu-kvantitativna vrijednost.Me-qPCR platforma nadmašuje tradicionalnu bisulfitnu pirosekvenciju u detekciji UCOM-a dok štedi 3 h konverzije bisulfita, prema protokolu kompleta EZ DNA Methylation-Gold.Inovativna platforma za detekciju metilacije čini UCOM detekciju stabilnijom, preciznijom i pristupačnijom30.

Slika 3. Proces otkrivanja UCOM-ova.Vrste uzoraka uključuju profesionalno uzorkovani BALF, Papa četkicu i/ili vlastiti urin.Proces ekstrakcije DNK može se prilagoditi automatskom ekstraktoru, čiji se produkt može izravno detektirati qPCR-om.

Primjena UCOM-a

Rak pluća

Rak pluća drugi je najčešće dijagnosticiran i najsmrtonosniji rak u svijetu, s 11,4% novih slučajeva i 18,0% novih smrtnih slučajeva1.Od svih dijagnoza, 85% je karcinom pluća nemalih stanica (NSCLC), a 15% je karcinom pluća malih stanica (SCLC), koji ima višu razinu malignosti38.Kompjuterizirana tomografija niske doze (LDCT) trenutno je preporučena metoda probira za rak pluća i pokazalo se da poboljšava rano otkrivanje i smanjuje smrtnost6;međutim, zbog niske specifičnosti i loše dostupnosti, LDCT tek treba poslužiti kao zadovoljavajuća metoda probira, kao i drugi uobičajeni markeri raka, poput CEA39.Troškovi i potencijal za propuštene dijagnoze i pogrešne dijagnoze strategije probira LDCT sprječavaju napredak promicanja probira raka pluća40.HIST1H4F, UCOM, ima ogroman potencijal kao biomarker za rano otkrivanje u uzorcima bronhoalveolarne tekućine (BALF)27.HIST1H4F je hipermetiliran u adenokarcinomu pluća i karcinomu skvamoznih stanica pluća, sa specifičnošću detekcije od 96,7% i osjetljivošću od 87,0% (Slika 4A), te iznimnom učinkovitošću za stadij I raka27.HIST1H4F ima specifičnost od 96,5% i osjetljivost od 85,4% za NSCLC, odnosno 96,5% odnosno 95,7%, za SCLC27.Dodatno, uzorci osam drugih tipova raka, uključujući rak gušterače i debelog crijeva, potvrdili su da je HIST1H4F hipermetiliran u svih osam tipova27.

Rak grlića maternice

Rak grlića maternice bio je četvrti najčešće dijagnosticirani rak i četvrti vodeći uzrok smrti od raka u žena u 2020., što je činilo 3,1% novih slučajeva i 3,4% smrtnih slučajeva povezanih s rakom na globalnoj razini1.Kako bi se eliminirao rak vrata maternice do 2030. godine, kako predlaže WHO, nužno je rano otkrivanje raka vrata maternice.Ako se otkrije u ranoj fazi, stopa 5-godišnjeg preživljenja doseže 92% s invazivnim rakom vrata maternice41.Smjernice Američkog društva za rak (ACS) predlažu cervikalne citološke testove, primarne HPV testove ili kotestove za probir42.Cervikalna citologija je invazivna i može otkriti samo 63,5% slučajeva CIN2+37.

PCDHGB7, nasuprot tome, pokazao je mnogo bolje rezultate upotrebom Papa testova i vaginalnog sekreta i može učinkovito razlikovati HSIL od LSIL-a u ultra-ranoj fazi.Sam PCDHGB7 ima osjetljivost od 100,0% i specifičnost od 88,7% za rak vrata maternice (Slika 4B), te 82,1% osjetljivost i 88,7% specifičnost za HSIL+ uzorke30.PCDHGB7 također ima 90,9% osjetljivost i 90,4% specifičnost u uzorcima vaginalnog sekreta za rak grlića maternice, koje je mnogo lakše prikupiti30.U kombinaciji s visokorizičnim (hr)HPV testom ili Thinprep citološkim testom (TCT), PCDHGB7 ima povećanu osjetljivost od 95,7% i specifičnost od 96,2%, značajno nadmašujući hrHPV test (20,3%), TCT (51,2% ), a njih dvoje zajedno (57,8%) za rak vrata maternice30.Također se pokazalo da je PCDHGB7 hipermetiliran u 17 tipova raka iz TCGA baze podataka, što ukazuje na njegovu prikladnost u obitelji UCOM30.

Slika 4 UCOM-ovi su potvrđeni u četiri vrste raka u velikim kliničkim studijama.A. Učinkovitost HIST1H4F, UCOM, u otkrivanju raka pluća od 508 uzoraka.B. Učinkovitost PCDHGB7, UCOM-a, u otkrivanju raka vrata maternice od 844 uzorka.C. Učinkovitost PCDHGB7, UCOM, u otkrivanju raka endometrija 577 uzoraka Papa i Tao četkica endometrija.D. Učinkovitost SIX6, UCOM-a, u detekciji urotelnog karcinoma 177 uzoraka.

EC je jedan od najčešćih karcinoma ženskog reproduktivnog sustava u svijetu, s procijenjenih 4,2 milijuna novih slučajeva i 1% smrtnih slučajeva povezanih s rakom godišnje1.Uz uspješnu dijagnozu u ranom stadiju, EC je izlječiv i ima 5-godišnju stopu preživljenja od 95% za stadij I raka.Pacijentice koje imaju simptome, kao što je abnormalno krvarenje iz maternice, dobivaju periodičnu kliničku procjenu i podvrgavaju se invazivnim i bolnim postupcima biopsije, unatoč tome što samo 5%-10% na kraju razvije EC43.Transvaginalni ultrazvuk, kao uobičajena metoda otkrivanja, vrlo je nepouzdan zbog nemogućnosti razlikovanja benignih od malignih promjena endometrija i visoke stope lažno pozitivnih44.

Provedena je paralelna usporedba seruma CA-125, naširoko primijenjenog EC biomarkera, i PCDHGB7.Serum CA-125 imao je osjetljivost od 24,8%, što sugerira da je CA-125 neadekvatan marker za EC unatoč specifičnosti od 92,3%31.Detekcija PCDHGB7 pomoću uzoraka Pap četkice dala je osjetljivost od 80,65% i specifičnost od 82,81% za ECatall stadije, dok je Tao četkica imala osjetljivost od 61,29% i specifičnost od 95,31%31.Dijagnostički model PCDHGB7, temeljen na Me-qPCR-u, dao je osjetljivost od 98,61%, specifičnost od 60,5% i ukupnu točnost od 85,5%, korištenjem Papa i Tao uzoraka četkica (Slika 4C)31.

Rak urotela

Urotelni rak, koji se sastoji od raka mokraćnog mjehura, bubrežne zdjelice i uretera, bio je sedmi najčešće dijagnosticiran rak u 2020. u svijetu, uzrokujući 5,2% novih slučajeva i 3,9% smrti1.Urotelni karcinomi, od kojih je više od 50% rak mokraćnog mjehura, bili su četvrti najčešće dijagnosticirani rak u Sjedinjenim Državama 2022., čineći 11,6% novodijagnosticiranih slučajeva3.Otprilike 75% karcinoma mokraćnog mjehura klasificirano je kao nemišićno invazivni rak mokraćnog mjehura ograničen na sluznicu ili submukozu45.Cistoskopska biopsija je zlatni standard za dijagnosticiranje karcinoma urotela koji se provodi fluorescentnom in situ hibridizacijom (FISH) i citološkim testovima.FISH i citologija imaju lošu dijagnostičku izvedbu, a cistoskopija je intruzivna i nosi temeljni rizik od propuštanja mikrolezija, pogrešnog tumačenja lezija i potencijalnog izazivanja širenja ili recidiva raka46.Prethodno potvrđeni UCOM, PCDHGB7, također se pokazao hipermetiliranim u urotelnom karcinomu, s površinom ispod krivulje od 0,86, što ukazuje na potencijalnu dijagnostičku sposobnost30.Kako bi se dodatno potvrdilo više UCOM-ova i bolje prilagodilo više tipova uzoraka, ispitan je SIX6, novi UCOM, koji je pokazao izvrstan dijagnostički potencijal u ranom otkrivanju raka urotela korištenjem uzoraka urina na platformi Me-qPCR.SIX6 detekcija pomoću uzoraka urina pokazala je kompetitivnu osjetljivost od 86,7% i specifičnost od 90,8% (Slika 4D), dok je neinvazivna i laka za dobivanje32.Potencijal SIX6 u praćenju metastaza i procjeni učinkovitosti liječenja trenutno se istražuje.

Budućnost i izazovi

UCOM-ovi imaju snažnu izvedbu u dijagnostičkom potencijalu višestrukih vrsta raka, ali preostalo je još mnogo posla.Proširujemo popis UCOM-ova i aktivno potvrđujemo UCOM-ove za više vrsta raka, uključujući one koje je tradicionalno teško otkriti.Rezultati validacije iz baza podataka TCGA dodatno su potvrdili primjenu UCOM-a u više vrsta raka i više situacija.U preliminarnom istraživanju pokazalo se da UCOM imaju snažan dijagnostički potencijal za kolangiokarcinome i adenokarcinome gušterače, koje je gotovo nemoguće dijagnosticirati u ranoj fazi s trenutnim metodama probira32,47.Sposobnost otkrivanja rijetkih vrsta raka pomoću UCOM-a može se iskoristiti s cirkulirajućom tumorskom DNK (ctDNA) pomoću poboljšane platforme za tekuću biopsiju48.Studija koja je uključivala ploču za otkrivanje raka na bazi DNK plazme dala je osjetljivost od 57,9%49.Unatoč visokoj specifičnosti, ukupna izvedba otkriva da još ima prostora za napredak.

Jedinstvene karakteristike UCOM-a također su podržale istraživanje potencijala UCOM-a u procjeni učinkovitosti liječenja i praćenju recidiva.Prema Kriterijima za procjenu odgovora kod solidnih tumora (RECIST), medicinsko oslikavanje je preporučena metodologija za praćenje recidiva i procjenu učinkovitosti liječenja, dok se za procjenu koriste samo tumorski markeri50.U stvarnosti, međutim, pristupi oslikavanju uvelike su pod utjecajem učestalosti i vremena, te stoga izlažu pacijente većem riziku i troškovima51,52.Za SIX6 je potvrđeno da služi kao prediktor metastaza raka dojke32.Praćenje ctDNA temeljeno na tekućoj biopsiji omogućuje nadzor u stvarnom vremenu nad minimalnom zaostalom bolešću mjesecima prije radiološke detekcije, idealno odgađajući i sprječavajući napredovanje raka povezano s recidivom53.Preliminarni rezultati sugeriraju da UCOM odražavaju razinu kancerogene hipermetilacije u stvarnom vremenu neposredno nakon operacije i liječenja32.Visoka osjetljivost koju pokazuju UCOM-ovi i primjenjivost u višestrukim neintruzivnim vrstama uzoraka omogućuje UCOM-ovima da služe kao precizni biomarker za praćenje recidiva uz održavanje visoke suradljivosti pacijenata.

U isto vrijeme, javna dostupnost testa još je jedan veliki problem koji zahtijeva dodatne napore.Dok je UCOM suradnja na otkrivanju usvojena u više bolnica u nadi da će koristiti većem broju pacijenata, pro bono otkrivanja i probira aktivno se provode u ruralnoj Kini.UCOM-ovi zahtijevaju poboljšanu dostupnost kako bi se kvalificirali kao izvediv alat za provjeru, posebno za nerazvijena područja.

Iako su rezultati aplikacije UCOM u ranom otkrivanju obećavajući, postoje mnoge nepoznanice o UCOM-u.Uz aktivno istraživanje, dodatno istraživanje je opravdano o tome zašto su UCOM-ovi univerzalno prisutni u karcinomima.Mehanizmi epigenetske regulacije koji leže u pozadini UCOM-a vrijedni su daljnjeg istraživanja, što bi moglo opravdati novi smjer za terapiju raka.Vraćajući se na međuigru između homogenosti i heterogenosti tumora, zanima nas zašto UCOM mogu biti iznimka od većine biomarkera raka koji su usko povezani s određenim vrstama raka.Uloga aberacija metilacije DNA identificiranih s UCOM-om u nastanku tumora, progresiji tumora i metastazama nije utvrđena u procesu gubitka i ponovnog stjecanja identiteta stanice i zahtijeva temeljitu inspekciju.Drugi veliki interes leži u opsegu ugradnje karakteristike homogenosti UCOM-a s markerima jedinstvenim za tkivo u nadi da će se pristupiti preciznom otkrivanju tragova raka i identifikaciji podrijetla tumorskog tkiva na obrnuti način.UCOM može biti idealan alat za prevenciju raka, otkrivanje raka te potencijalnu obranu i eliminaciju raka.

Dodjela potpore

Ovaj rad je podržan od strane Kineskog nacionalnog ključnog programa istraživanja i razvoja (dotacija br. 2022BEG01003), Nacionalne zaklade za prirodne znanosti Kine (dotacija br. 32270645 i 32000505), potpore Zdravstvene komisije pokrajine Heilongjiang (dotacija br. 2020-111) , i potporu Instituta za znanost i tehnologiju Heze (potpora br. 2021KJPT07).

Izjava o sukobu interesa

Wei Li je direktor istraživanja i razvoja za Shanghai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd. Wenqiang Yu je član Znanstvenog savjetodavnog odbora Epiprobea.W. Yu i Epiprobe odobrili su patente na čekanju koji se odnose na ovaj rad.Svi ostali autori izjavljuju da nema suprotstavljenih interesa.

Autorski prilozi

Osmislili i dizajnirali projekt: Chengchen Qian i Wenqiang Yu.

Napisao rad: Chengchen Qian.

Napravio ilustracije: Chengchen Qian.

Pregledali i uredili rukopis: Xiaolong Zou, Wei Li, Yinshan Li i Wenqiang Yu.

Reference

1. Sung H, Ferlay J, Siegel RL, LaversanneM, Soerjomataram I, Jemal A, et al.Globalna statistika raka 2020: GLOBOCAN procjene od

učestalost i smrtnost u svijetu za 36 vrsta raka u 185 zemalja.CA Cancer J Clin.2021.;71: 209-49.

2. Xia C, Dong X, Li H, Cao M, Sun D, He S, et al.Statistika raka u Kini i Sjedinjenim Državama, 2022.: profili, trendovi i determinante.Chin MedJ (Engl).2022;135: 584-90.

3. Siegel RL, Miller KD, WagleNS, JemalA.Statistika raka, 2023. CA Cancer J Clin.2023;73: 17-48.

4. Crosby D, BhatiaS, Brindle KM, Coussens LM, Dive C, Emberton M, et al.Rano otkrivanje raka.Znanost.2022;375: eaay9040.

5. Ladabaum U, Dominitz JA, KahiC, Schoen RE.Strategije za

probir raka debelog crijeva.Gastroenterologija.2020.;158: 418-32.

6. Tanoue LT, Tanner NT, Gould MK, Silvestri GA.Probir raka pluća.Am J Respir Crit Care Med.2015.;191: 19-33.

7. Bouvard V, WentzensenN, Mackie A, Berkhof J, BrothertonJ, Giorgi-Rossi P, et al.Gledište IARC-a o probiru raka vrata maternice.N EnglJ Med.2021.;385: 1908-18.

8. Xue P, Ng MTA, QiaoY.Izazovi kolposkopije za probir raka vrata maternice u LMIC-ovima i rješenja umjetne inteligencije.BMC Med.2020.;18: 169.

9. Johnson P, Zhou Q, Dao DY, Lo YMD.Cirkulirajući biomarkeri u dijagnostici i liječenju hepatocelularnog karcinoma.Nat Rev Gastroenterol Hepatol.2022;19: 670-81.

10. Van PoppelH, Albreht T, Basu P, HogenhoutR, CollenS, Roobol M. Rano otkrivanje raka prostate temeljeno na serumu PSA u Europi i globalno: prošlost, sadašnjost i budućnost.Nat Rev Urol.2022;19:

562-72 (prikaz, ostalo).

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

et al.Razvoj multipleks RNA testa urina za otkrivanje i stratifikaciju karcinoma prijelaznih stanica mokraćnog mjehura.Clin Cancer Res.2008.;14: 742-9.

12. Feinberg AP, Vogelstein B. Hipometilacija razlikuje gene nekih vrsta raka kod ljudi od njihovih normalnih kopija.Priroda.1983;301: 89-92.

13. Ng JM, Yu J. Promotor hipermetilacije tumor supresorskih gena kao potencijalnih biomarkera u kolorektalnom karcinomu.IntJ Mol Sci.2015.;16: 2472-96.

14. Esteller M. Epigenomika raka: DNK metilomi i karte modifikacije histona.Nat Rev Genet.2007.;8: 286-98.

15. Nishiyama A, Nakanishi M. Navigacija krajolikom DNK metilacije raka.Trendovi Genet.2021.;37: 1012-27.

16. Xie W, Schultz MD, ListerR, Hou Z, Rajagopal N, Ray P, et al.Epigenomska analiza višelinijske diferencijacije ljudskih embrionalnih matičnih stanica.Ćelija.2013.;153: 1134-48.

17. Li Y, Zheng H, Wang Q, Zhou C, WeiL, Liu X, et al.Analize na razini genoma otkrivaju ulogu Polycomba u promicanju hipometilacije dolina metilacije DNA.Genome Biol.2018.;19:18.

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

et al.Analiza metilacije DNA kod raka: ponovno posjećeno mjesto.Nat Rev Clin Oncol.2018.;15: 459-66.

19. KleinEA, Richards D, Cohn A, TummalaM, Lapham R, Cosgrove D, et al.Klinička validacija ciljanog testa ranog otkrivanja više karcinoma koji se temelji na metilaciji korištenjem neovisnog skupa validacije.Ann Oncol.2021.;32: 1167-77.

20. Hanahan D, Weinberg RA.Obilježja raka.Ćelija.2000;100: 57-70.

21. Hanahan D. Obilježja raka: nove dimenzije.Cancer Discov.2022;12: 31-46.

22. Schwartzberg L, Kim ES, Liu D, Schrag D. Precizna onkologija: tko, kako, što, kada i kada ne?Am Soc Clin Oncol Educ Book.2017: 160-9.

23. Liu H, Meng X, Wang J. Kvantitativna metilacija u stvarnom vremenu

otkrivanje gena PAX1 u probiru raka vrata maternice.IntJ Gynecol Cancer.2020.;30: 1488-92.

24. Imperiale TF, RansohoffDF, Itzkowitz SH, Levin TR, Lavin P, Lidgard GP, et al.Multitargetstool DNA testiranje za probir raka debelog crijeva.N EnglJ Med.2014.;370: 1287-97.

25. Li J, Li Y, Li W, Luo H, Xi Y, Dong S, et al.Pozicioniranje vodiča

sekvenciranje identificira nenormalne obrasce metilacije DNA koji mijenjaju identitet stanice i mreže nadzora tumora i imunološkog sustava.Genom

Res.2019.;29: 270-80.

26. Gao Q, LinYP, Li BS, Wang GQ, Dong LQ, Shen BY, et al.Nenametljivo otkrivanje više karcinoma cirkulirajućim sekvenciranjem metilacije DNA bez stanica (THUNDER): razvojne i neovisne validacijske studije.Ann Oncol.2023;34: 486-95.

27. Dong S, Li W, Wang L, Hu J, Song Y, Zhang B, et al.Geni povezani s histonima hipermetilirani su kod raka pluća i hipermetilirani

HIST1H4F bi mogao poslužiti kao biomarker pan-raka.Cancer Res.2019.;79: 6101-12.

28. HeijnsdijkEA, Wever EM, AuvinenA, Hugosson J, Ciatto S, Nelen V, et al.Učinci probira prostata-specifičnog antigena na kvalitetu života.N EnglJ Med.2012.;367: 595-605.

29. LuzakA, Schnell-Inderst P, Bühn S, Mayer-Zitarosa A, Siebert U. Klinička učinkovitost testova biomarkera za probir raka koji se nude kao samoplaćajuće zdravstvene usluge: sustavni pregled.Eur J Javno zdravstvo.2016.;26: 498-505.

30. Dong S, Lu Q, Xu P, Chen L, Duan X, Mao Z, et al.

Hipermetilirani PCDHGB7 kao univerzalni marker samo za rak i njegova primjena u ranom probiru raka vrata maternice.Clin Transl Med.2021.;11: e457.

31. Yuan J, Mao Z, Lu Q, Xu P, Wang C, Xu X, et al.Hipermetilirani PCDHGB7 kao biomarker za rano otkrivanje raka endometrija u uzorcima četkica endometrija i strugotinama vrata maternice.Front Mol Biosci.2022;8: 774215.

32. Dong S, Yang Z, Xu P, Zheng W, Zhang B, Fu F, et al.Međusobno

ekskluzivna epigenetska modifikacija na SIX6 s hipermetilacijom za prekancerozni stadij i praćenje pojave metastaza.Signal Transduct Target Ther.2022;7: 208.

33. Huang L, Guo Z, Wang F, Fu L. KRAS mutacija: od nelijekova do lijekova kod raka.Signal Transduct Target Ther.2021.;6: 386.

34. Belinsky SA, Nikula KJ, PalmisanoWA, MichelsR, SaccomannoG, GabrielsonE, et al.Aberantna metilacija p16(INK4a) rani je događaj kod raka pluća i potencijalni biomarker za ranu dijagnozu.Proc Natl Acad Sci U SA.1998.;95: 11891-6.

35. Robertson KD.Metilacija DNA i ljudska bolest.Nat Rev Genet.2005;6: 597-610.

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

Mathews C, et al.Višestruke biopsije i otkrivanje prekursora raka vrata maternice na kolposkopiji.J Clin Oncol.2015.;33: 83-9.

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

PJ, Steenbergen RD, et al.Analiza metilacije FAM19A4

gen u strugotinama cerviksa vrlo je učinkovit u otkrivanju cerviksa

karcinomi i uznapredovale CIN2/3 lezije.Rak Prev Res (Phila).2014.;7: 1251-7.

38. Thai AA, Solomon BJ, Sequist LV, Gainor JF, Heist RS.Rak pluća.Lanceta.2021.;398: 535-54.

39. Grunnet M, Sorensen JB.Karcinoembrionalni antigen (CEA) kao tumorski biljeg u raku pluća.Rak pluća.2012.;76: 138-43.

40. Wood DE, KazerooniEA, Baum SL, EapenGA, EttingerDS, Hou L, et al.Probir raka pluća, verzija 3.2018, NCCN smjernice kliničke prakse u onkologiji.J Natl Compr Canc Netw.2018.;16: 412-41.

41. Američko društvo za rak.Činjenice i brojke o raku.Atlanta, GA, SAD: Američko društvo za borbu protiv raka;2023. [ažurirano 1. ožujka 2023.;citirano 2023. 22. kolovoza].

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

Herzig A, et al.Probir raka grlića maternice za osobe s prosječnim rizikom: ažurirane smjernice za 2020. od Američkog društva za rak.CA Cancer J Clin.2020.;70: 321-46.

43. Clarke MA, Long BJ, Del Mar MorilloA, Arbyn M, Bakkum-Gamez JN, Wentzensen N. Povezanost rizika od raka endometrija s krvarenjem u postmenopauzi kod žena: sustavni pregled i meta-analiza.JAMA Intern Med.2018.;178: 1210-22.

44. Jacobs I, Gentry-MaharajA, Burnell M, ManchandaR, Singh N,

Sharma A, et al.Osjetljivost transvaginalnog ultrazvučnog pregleda

za rak endometrija u žena u postmenopauzi: studija slučaja-kontrole unutar skupine UKCTOCS.Lancet Oncol.2011.;12: 38-48.

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

PalouJ, et al.Smjernice Europskog urološkog udruženja o nemišićno-invazivnom raku mokraćnog mjehura (TaT1 i karcinom in situ) -

Ažuriranje za 2019.Eur Urol.2019.;76: 639-57.

46. Aragon-Ching JB.Izazovi i napredak u dijagnozi, biologiji i liječenju urotelnih karcinoma gornjeg trakta i mokraćnog mjehura.Urol Oncol.2017.;35: 462-4.

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

Kolangiokarcinom – koncepti u razvoju i terapijske strategije.Nat Rev Clin Oncol.2018.;15: 95-111.

48. Ye Q, Ling S, Zheng S, Xu X. Tekuća biopsija u hepatocelularnoj

karcinom: cirkulirajuće tumorske stanice i cirkulirajuća tumorska DNA.Mol Rak.2019.;18: 114.

49. Zhang Y, Yao Y, Xu Y, Li L, Gong Y, Zhang K, et al.Pan-rak

otkrivanje DNK cirkulirajućeg tumora u preko 10 000 kineskih pacijenata.Nat Commun.2021.;12:11.

50. Eisenhauer EA, Therasse P, BogaertsJ, Schwartz LH, Sargent D, Ford R, et al.Novi kriteriji za procjenu odgovora kod solidnih tumora: revidirana RECIST smjernica (verzija 1.1).Eur J Rak.2009.;45: 228-47.

51. LitièreS, Collette S, de Vries EG, Seymour L, BogaertsJ.RECIST - učenje iz prošlosti za izgradnju budućnosti.Nat Rev Clin Oncol.

2017.;14: 187-92.

52. Seymour L, BogaertsJ, Perrone A, FordR, Schwartz LH, Mandrekar S, et al.iRECIST: smjernice za kriterije odgovora za korištenje u ispitivanjima

testiranje imunoterapeutika.Lancet Oncol.2017.;18: e143-52.

53. PantelK, Alix-Panabières C. Tekuća biopsija i minimalna rezidualna bolest – najnoviji napredak i implikacije za izlječenje.Nat Rev Clin Oncol.2019.;16: 409-24.

Citirajte ovaj članak kao: Qian C, Zou X, Li W, Li Y, Yu W. Predstraža protiv raka: univerzalni markeri samo za rak.Cancer Biol Med.2023;20: 806-815.

doi: 10.20892/j.issn.2095-3941.2023.0313

Vrijeme objave: 7. svibnja 2024

Predstraža protiv raka: univerzalni markeri samo za rak