Forposten mod kræft: universelle markører kun for kræft

MINIANMELDELSE

Forposten mod kræft: universelle markører kun for kræft

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

1Shanghai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd, Shanghai 200233, Kina;2 Department of General Surgery, det første tilknyttede hospital ved Harbin Medical University, Harbin 150001, Kina;3Shandong Epiprobe Medical Laboratory Co., Ltd, Heze 274108, Kina;4 People's Hospital of Ningxia Hui Autonome Region, Ningxia Medical University, Yinchuan 750002, Kina;5Shanghai Public Health Clinical Center & Department of General Surgery, Huashan Hospital & Cancer Metastasis Institute & Laboratory of RNA Epigenetics, Institutes of Biomedical Sciences, Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai 200032, Kina

ABSTRAKT

Kræft er den største dødsårsag på verdensplan.Tidlig opdagelse af kræft kan sænke dødeligheden af ​​alle typer kræft;der mangler imidlertid effektive biomarkører til tidlig påvisning for de fleste kræftformer.DNA-methylering har altid været et stort mål af interesse, fordi DNA-methylering normalt sker før andre påviselige genetiske ændringer.Mens man undersøgte de fælles træk ved kræft ved hjælp af en ny vejledningspositioneringssekvensering til DNA-methylering, er en række universelle kræftmarkører (UCOM'er) dukket op som stærke kandidater til effektiv og præcis tidlig påvisning af kræft.Mens den kliniske værdi af nuværende cancerbiomarkører formindskes af lav sensitivitet og/eller lav specificitet, sikrer de unikke karakteristika ved UCOM'er klinisk meningsfulde resultater.Validering af det kliniske potentiale af UCOM'er i lunge-, livmoderhals-, endometrie- og urothelial cancer understøtter yderligere anvendelsen af ​​UCOM'er i flere cancertyper og forskellige kliniske scenarier.Faktisk er anvendelserne af UCOM'er i øjeblikket under aktiv undersøgelse med yderligere evaluering i tidlig påvisning af kræft, hjælpediagnose, behandlingseffektivitet og overvågning af tilbagefald.De molekylære mekanismer, hvorved UCOM'er opdager kræftformer, er de næste vigtige emner, der skal undersøges.Anvendelsen af ​​UCOM'er i scenarier i den virkelige verden kræver også implementering og forfining.

SØGEORD

Påvisning af kræft;kræftscreening;DNA-methylering;kræft epigenetik;kræft biomarkører

Derfor har vi akut brug for nyt biomarkører?

Efter at have bekæmpet kræft i over et århundrede er kræft stadig den mest dødelige biologiske trussel mod menneskeheden.Kræft er fortsat et globalt sundhedsproblem med 19,3 millioner nye tilfælde og næsten 10 millioner dødsfald anslået i 20201. I 2020 blev anslået 4,6 millioner nye tilfælde af kræft diagnosticeret i Kina, hvilket svarer til 23,7 % af nye kræfttilfælde globalt ifølge GLOBOCAN1.Desuden blev omkring 3 millioner dødsfald tilskrevet kræft i Kina i 2020, hvilket var 30 % af de globale kræftrelaterede dødsfald1.Disse statistikker viste, at Kina rangerer først i forekomsten og dødeligheden af ​​kræft.Desuden er 5-års kræftoverlevelsesraten 40,5 %, hvilket er 1,5 gange lavere end 5-års overlevelsesraten i USA2,3.Den forholdsvis lavere overlevelse og højere dødelighed i Kina end i lande med højere menneskelig udviklingsindeks tyder på, at der er et presserende behov for et effektivt og omkostningseffektivt kræftforebyggelse- og overvågningssystem.Tidlig opdagelse af kræft er et af de mest kritiske elementer i et sundhedssystem.Tidlig opdagelse af kræft kan forbedre prognosen og overlevelsen på et tidligt stadium i næsten alle kræfttyper4.Succesfulde screeningsstrategier har ført til et betydeligt fald i forekomsten og dødeligheden af ​​livmoderhals-, bryst-, kolorektal- og prostatacancer.

At opnå en tidlig opdagelse af kræft er dog ikke en let opgave.Undersøgelse af biologien og prognosen for tidlig cancer, identifikation og validering af pålidelige biomarkører for tidlig påvisning og udvikling af tilgængelige og nøjagtige teknologier til tidlig påvisning har altid været de største forhindringer i processen4.Præcis påvisning af kræft kan skelne godartede fra ondartede læsioner, hvilket hjælper med at undgå unødvendige procedurer og letter yderligere sygdomsbehandling.Aktuelle tidlige detektionsstrategier omfatter endoskop-baserede biopsier, medicinsk billeddannelse, cytologi, immunoassays og biomarkørtest5-7.Endoskopbaserede biopsier er påtrængende og kostbare og bærer en iboende tung byrde som en større medicinsk procedure, der er afhængig af professionelt personale.Ligesom cytologi er begge screeningsmetoder afhængige af læger og er baseret på personlig bedømmelse med en ydeevne, der er langt fra ideel8.I modsætning hertil er immunoassays meget unøjagtige, givet de høje falsk-positive rater.Medicinsk billeddannelse, som en screeningstaktik, kræver dyrt udstyr og specialiserede teknikere.Derfor er medicinsk billeddannelse ekstremt begrænset på grund af den lave tilgængelighed.Af alle disse grunde ser biomarkører ud til at være en bedre mulighed for tidlig påvisning af kræft.

Korrespondance til: Yinshan Li og Wenqiang Yu

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

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

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

Modtaget 22. august 2023;accepteret 12. oktober 2023;

offentliggjort online 28. november 2023.

Tilgængelig på www.cancerbiomed.org

©2023 Kræftbiologi og medicin.Kreative fællesheder

Attribution-NonCommercial 4.0 International License

Biomarkører er i øjeblikket kategoriseret som proteiner, DNA-mutationsmarkører, epigenetiske markører, kromosomale abnormiteter, RNA-markører afledt direkte fra tumorer eller tumorfragmenter opnået indirekte fra kropsvæsker.Proteinmarkører er de mest udbredte biomarkører i kræftscreening og diagnose.Proteinbiomarkører, som screeningsbiomarkører, er begrænset af tendensen til at blive påvirket af benigne læsioner, hvilket fører til overdiagnosticering og overbehandling, som det er blevet rapporteret for α-føtoprotein og prostataspecifikt antigen (PSA)9,10.RNA-markører omfatter genetiske ekspressionsmønstre og andre ikke-kodende RNA-markører. En kombination af genetiske ekspressions-RNA-markører kan påvises ved hjælp af urinprøver, hvis følsomhed var langt fra tilfredsstillende (60 %) for primære tumorer, og påvisningen af ​​disse kan være påvirket af den lette nedbrydning af RNA i det normale miljø11.Genetiske og epigenetiske markører står begge over for problemet med prævalens i tumorer og begrænsning til cancertyper.

DNA-methylering har været en stærk kandidat som biomarkør for tidlig påvisning, siden den første gang blev forbundet med kræft af Feinberg i 198312. DNA-methyleringsaberrationer observeres i alle stadier af kræft, så tidligt som i det præcancerøse stadium.Aberrant DNA-hypermethylering finder normalt sted på CpG-øer i genpromotorer for at modvirke tumorundertrykkere13,14.Undersøgelser har også antydet, at unormal DNA-hypermethylering engagerer sig i opreguleringen af ​​udviklingsregulatorer15.DNA-methyleringsdalen, som almindeligvis er forbundet med udviklingsregulatorer og hypermethylerede kræftformer, kan skifte genekspressionstilstanden til en mere stabil DNA-methyleringsafhængig tilstand og mindske forbindelsen til methyleret histon H3K27me3 og associerede polycomb-proteiner16,17.

Blandt det store antal publicerede DNA-methyleringsmarkører har flere med succes debuteret på markedet;dog har de nuværende kommercialiserede DNA-methyleringsmarkører og diagnostiske paneler endnu ikke fuldt ud låst potentialet for tidlig påvisning af cancer af flere årsager18.Selvom de for det meste viser acceptabel ydeevne ved hjælp af databaseinformation, fungerer disse biomarkører normalt mindre ideelt i den virkelige verden på grund af det faktum, at prøver fra den virkelige verden ofte er mere komplekse og ikke så repræsentative som dem, der er udvalgt i databaserne.Næste generations sekvenseringsbaseret multi-cancer methylering tidlig påvisning har vist sig at have kun 16,8 % og 40,4 % følsomhed i henholdsvis stadium I og II kræftformer19.Tidlige detektionstests kræver større stabilitet og mere nøjagtige biomarkører.

Universal cancer only markør (UCOM) opdagelse ved hjælp af guide positioning sequencing (GPS)

På trods af årtiers kræftforskning er tilfredsstillende forebyggelse og behandling ikke blevet realiseret.Nye metoder er nødvendige for at sætte forskere i stand til grundigt at evaluere kræft.I løbet af de sidste 23 år er 6 kræftkendetegn, såsom at undgå apoptose, vævsinvasion og metastaser osv., blevet udvidet til 14 ved at inkludere funktioner som ikke-mutationel epigenetisk omprogrammering og polymorfe mikrobiomer20,21.Efterhånden som flere detaljer, der involverer kræft, afsløres, introduceres flere perspektiver i kræftforskningen.Kræftforskningen er efterhånden kommet ind i en nyere tid i to retninger (fællesskab og individualitet).Med udviklingen af ​​præcision onkologi i de senere år læner fokus for kræftforskning sig mod individualiseret målrettet terapi og kræftens heterogenitet22.Således har nyligt identificerede cancerbiomarkører hovedsageligt fokuseret på specifikke kræfttyper, såsom PAX6 kræftkræft23 og BMP3 for tyktarmskræft24.Ydeevnen af ​​disse biomarkører, der er specifikke for kræfttyper, varierer, men det er stadig ikke muligt for modtagelige individer at gennemgå screening for alle kræftformer samtidigt på grund af begrænsningen af ​​biologisk prøveindsamling og de høje omkostninger.Det ville være ideelt, hvis vi kunne identificere en enkelt, robust biomarkør, der er effektiv for alle typer kræft på et tidligt stadium.

For at opnå et sådant ideelt mål skal en bedre biomarkørkandidat vælges fra listen over potentielle biomarkørtyper.DNA-methyleringsafvigelser, blandt alle genetiske og epigenetiske profiler, er kendt for at være relateret til cancer og er nogle af de tidligste, hvis ikke første, cancerrelaterede abnormiteter, der opstår kronologisk.Undersøgelsen af ​​DNA-methylering startede tidligt, men er blevet hæmmet af manglen på forskningsmetoder.Blandt 28 millioner potentielle methylerede CpG-steder i genomet skal et håndterbart antal påvises og tilpasses genomet for bedre at forstå tumorigenese.Helgenom-bisulfit-sekventering (WGBS), som anses for at være guldstandarden for DNA-methyleringssekventering, kan kun dække 50 % af Cs i kræftceller på grund af arten af ​​bisulfitbehandling, der bryder DNA-fragmenter og sænker genomets kompleksitet under transformationen af ​​Cs-til-Ts25.Andre metoder, såsom 450.000 chips, dækker kun 1,6% af genomets methylering.Baseret på 450.000 data har et DNA-methyleringsdetektionspanel en følsomhed på 35,4 % for 6 typer af stadium I kræftformer26.Begrænsninger af kræfttyper, dårlig ydeevne og støj genereret af detektionsmetoder i den analytiske proces er blevet de største hindringer for pan-cancer detektionspaneler.

For bedre at undersøge de epigenetiske mønstre af celler under tumorigenese og metastase udviklede vi en unik GPS til genom-dækkende DNA-methyleringsdetektion, som dækker op til 96% af CpG-steder i 0,4 milliarder læsninger25.GPS er en bilateral sekventeringsmetode, der bruger et 3'-ende af DNA-fragmentet af ikke-konverterbare methylcytosiner efter bisulfitbehandling, der styrer justeringen af ​​DNA-methyleringsberegningen af ​​5'-enden gennem par-ende-sekventering (Figur 1)25.Den methyl-cytosin-styrende streng, der fungerer som en skabelonstreng, hjælper med justering af høj GC-region, der genvinder de mest forladte sekventeringsdata i traditionel WGBS.GPS'ens høje dækningsfunktion giver en enorm mængde DNA-methyleringsinformation, som giver os mulighed for at undersøge cancermethyleringsprofiler med en betydeligt højere opløsning i tidligere undersøgte områder.

GPS giver os et stærkt værktøj til at undersøge kræftens homogenitet, hvilket i høj grad kan forenkle kræftforskningen og potentielt finde en universel forklaring på svulstdannelse og metastaser.Mens man analyserede GPS-data for cancercellelinjer, stødte man ofte på et unikt fænomen.Der var en række regioner, der så ud til at være unormalt hypermethylerede i flere typer kræftprøver.Dette uventede fund blev efterfølgende valideret til at fungere som UCOM'er.Mere end 7.000 prøver fra 17 typer kræft i The Cancer Genome Atlas (TCGA) database er blevet analyseret, blandt hvilke vi identificerede den første UCOM, HIST1H4F, et histonrelateret gen, der er hypermethyleret i alle typer kræft27.En række UCOM'er blev derefter fundet og valideret i TCGA-databasen, Gene Expression Omnibus-databasen (GEO) og kliniske prøver fra den virkelige verden.Fra nu af er HIST1H4F, PCDHGB7 og SIX6 blevet fundet og valideret som UCOM'er.Den uventede opdagelse af UCOM'er tilbyder et kraftfuldt svar på behovet for tidlig opdagelse af kræft.UCOM'er giver en løsning til enkeltmarkørdetektion af flere kræftformer.

Karakteristika for UCOM'er

Efter validering har UCOM'er vist sig at udvise fire hovedkarakteristika, der gør det muligt for UCOM'er at overgå effektiviteten af ​​nuværende biomarkører (figur 2).

Unikt for malignitet

UCOM'er er unikke for kræft- eller præ-cancerøse læsioner og påvirkes ikke af normale fysiologiske ændringer.Nogle af de nuværende kræftrelaterede markører, der er blevet brugt i vid udstrækning til tidlig opsporing og/eller screening, har ført til overdiagnosticering.Forhøjede PSA-niveauer, et klinisk akkrediteret screeningsværktøj, påvises også ved benigne tilstande, såsom prostatahyperplasi og prostatitis10.Overdiagnosticeringen og den resulterende overbehandling fører til nedsat livskvalitet på grund af tarm-, urin- og seksuelle komplikationer28.Andre proteinbaserede og udbredte biomarkører i kliniske omgivelser, såsom CA-125, har ikke givet nogen væsentlige fordele, mens de har pådraget sig overdiagnosticering og overbehandling29.Den høje specificitet af UCOM'er for maligniteter undgår disse mangler.UCOM, PCDHGB7, skelner effektivt højgradige pladeepitellæsioner (HSIL'er) og livmoderhalskræft fra normale prøver og lavgradige pladeepitellæsioner (LSIL'er), mens de fleste andre biomarkører kun kan skelne livmoderhalskræft fra normale prøver30.Selvom PCDHGB7 ikke påviser signifikante forskelle mellem normal endometrium og endometriehyperplasi, påvises signifikante forskelle mellem normal endometrium og atypisk hyperplasi, og endnu større forskelle påvises mellem normal endometrium og endometriecancer (EC) baseret på PCDHGB731.UCOM'er er unikke for maligne læsioner i databaser og kliniske prøver.Fra en patients perspektiv reducerer unikke UCOM'er tærsklen for at forstå komplekse indikationer på forskellige dårligt fungerende ustabile biomarkører og den tilsvarende angst under evalueringsprocessen.Fra klinikerens perspektiv adskiller unikke UCOM'er maligniteter fra benigne læsioner, hvilket hjælper med triage af patienter og reducerer unødvendige medicinske procedurer og overbehandling.Derfor reducerer unikke UCOM'er redundans i medicinske systemer, lindrer systemnød og stiller flere medicinske ressourcer til rådighed for dem i nød.

Figur 1 Skematisk af GPS-arbejdsgang for DNA-methyleringsdetektion25.Grå linje: input DNA-sekvens;rød linje: DNA behandlet med T4 DNA-polymerase, der erstatter cytosin med 5'-methylcytosin i 3'-enden af ​​inputtet;blå C med Me: methyleret cytosin;blå C: umethyleret cytosin;gul T: thymin25.

Alt eller intet

UCOM'er er kun til stede i kræftceller og detekteres stabilt i næsten alle kræftceller.HIST1H4F blev valideret til at være hypermethyleret i næsten alle tumortyper, men ikke i normale prøver27.Tilsvarende har PCDHGB7 og SIX6 også vist sig at være hypermethylerede i alle tumorprøver, men ikke i normale prøver30-32.Denne unikke egenskab forbedrer UCOM'ers ydeevne betydeligt med hensyn til grænsen for detektion og følsomhed.Så få som 2 % af kræftcellerne kan differentieres i prøver, hvilket gør UCOM'er til en meget mere følsom biomarkør end de fleste eksisterende biomarkører30. Som en biomarkør, der bruges til påvisning af kolorektal cancer, eksisterer KRAS-mutationer kun i ca. 36 % af tilfældene af tyktarmskræft, tyder på dårligt diagnostisk potentiale33.Den lave forekomst af KRAS-mutationer i kolorektal cancer begrænser KRAS i kombination med andre biomarkører.Faktisk kan en kombination af biomarkører virke lovende i starten, men genererer ikke altid et tilfredsstillende resultat, mens den demonstrerer meget større støj i detektionsanalyse og involverer normalt mere komplicerede eksperimentelle procedurer.I modsætning hertil findes PCDHGB7 og andre UCOM'er i alle kræftformer.UCOM'er detekterer kræftkomponenter i forskellige typer kræftprøver med den største præcision, mens de udrydder komplekse støjreducerende analyseprocesser.Det er ikke svært at opdage kræft i en rigelig prøve, men det er ekstremt udfordrende at opdage kræft i en lille prøve.UCOM'er er i stand til at opdage små mængder kræft.

Figur 2 Karakteristika for UCOM'er.

Kræftpåvisning forud for patologiske ændringer

UCOM'er kan påvises i det præ-cancerøse stadium før patologiske ændringer.Som epigenetiske biomarkører forekommer UCOM-abnormaliteter i et tidligere stadium end fænotypiske abnormiteter og kan påvises gennem hele tumorgenese, progression og metastase34,35.Følsomheden af ​​UCOM over tid forbedrer UCOMs ydeevne ved påvisning af tidlige stadier af kræft og præ-cancerøse læsioner.Påvisning af tidlig cancer baseret på biopsier og cytologi kan være vanskelig for selv de mest erfarne patologer.En enkelt biopsi erhvervet via kolposkopi er blevet rapporteret som positiv i 60,6 % af HSIL+ prøverne.Yderligere biopsier er nødvendige for flere læsioner for at øge følsomheden36.I modsætning hertil har UCOM, PCDHGB7, en følsomhed på 82 % for HSIL+ prøver, hvilket overgår følsomheden af ​​biopsier og de fleste biomarkører30.Methyleringsmarkøren, FAM19A4, har en følsomhed på 69 % for CIN2+, hvilket svarer til cytologi, men kan ikke differentiere CIN1 fra normale prøver37.UCOM'er har vist sig at være en meget mere følsom biomarkør for tidlig påvisning.Sammenlignet med erfaringsbaserede patologer har UCOM'er overlegen detektionsfølsomhed for kræft i tidlige stadier, hvilket igen bidrager til forbedret kræftprognose og overlevelse30.Derudover tilbyder UCOM'er en detektionsplatform, der er tilgængelig for områder, der mangler erfarne patologer og i høj grad forbedrer detektionseffektiviteten.Med ensartede prøveudtagnings- og detektionsprocedurer giver UCOM-detektion stabile og lette at fortolke resultater, der passer bedre til en screeningsprotokol, der kræver færre professionelt personale og medicinske ressourcer.

Let at opdage

Nuværende metoder til påvisning af DNA-methylering er komplicerede og tidskrævende.De fleste af metoderne kræver omdannelse af bisulfit, hvilket forårsager tab i prøvekvaliteten og muligvis producerer ustabile og unøjagtige resultater.Den dårlige reproducerbarhed forårsaget af bisulfitbehandling fører potentielt til forvirring for læger og patienter og forstyrrer yderligere opfølgnings- og/eller behandlingsstrategierne.Derfor modificerede vi metoden til UCOM-detektion yderligere for at undgå problematisk bisulfitbehandling af prøverne, imødekomme de kliniske anvendelseskrav og forbedre tilgængeligheden.Vi udviklede en ny metode ved hjælp af methyleringsfølsomme restriktionsenzymer kombineret med real-time fluorescerende kvantitativ PCR (Me-qPCR) for at kvantificere methyleringsstatus for UCOM'er inden for 3 timer ved hjælp af nemme håndteringsprocedurer (figur 3).Me-qPCR kan rumme flere prøvetyper, såsom klinisk indsamling af kropsvæsker og selvopsamlede urinprøver.Indsamlede kliniske prøver kan behandles, opbevares og nemt fortsætte til detektion ved hjælp af standardiseret og automatiseret DNA-ekstraktion.Det ekstraherede DNA kan derefter påføres direkte på Me-qPCR platformen for en one-pot reaktion og output kvantificeringsresultater.Efter simpel resultatanalyse ved hjælp af diagnostiske modeller tilpasset og valideret til specifikke cancertyper, fortolkes og præsenteres den endelige bestemmelse af UCOM-detektionsresultater som en semikvantitativ værdi.Me-qPCR-platformen udkonkurrerer den traditionelle bisulfit-pyrosequencing i UCOM-detektion, mens den sparer 3 timers bisulfitkonvertering i henhold til EZ DNA Methylation-Gold kit-protokollen.Den innovative methyleringsdetektionsplatform gør UCOM-detektion mere stabil, mere præcis og mere tilgængelig30.

Figur 3 Detektionsproces af UCOM'er.Prøvetyper omfatter professionelt udtaget BALF, Pap-børste og/eller selvopsamlet urin.DNA-ekstraktionsprocessen kan rummes til en automatisk ekstraktor, hvis produkt kan påvises direkte ved qPCR.

Anvendelse af UCOM'er

Lungekræft

Lungekræft er den næsthyppigst diagnosticerede og mest dødelige kræft på verdensplan og tegner sig for 11,4 % af nye tilfælde og 18,0 % af nye dødsfald1.Blandt alle diagnoser er 85 % ikke-småcellet lungekræft (NSCLC) og 15 % er småcellet lungekræft (SCLC), som har et højere niveau af malignitet38.Lav-dosis computertomografi (LDCT) scanning er den i øjeblikket anbefalede screeningsmetode for lungekræft og har vist sig at forbedre tidlig påvisning og reducere dødeligheden6;Men på grund af lav specificitet og dårlig tilgængelighed har LDCT endnu ikke fungeret som en tilfredsstillende screeningsmetode, ligesom andre almindelige cancermarkører, såsom CEA39.Omkostningerne og potentialet for ubesvarede diagnoser og fejldiagnoser af LDCT-screeningsstrategien hæmmer fremskridtene af lungekræftscreeningsfremme40.HIST1H4F, en UCOM, har et enormt potentiale som en tidlig påvisningsbiomarkør i bronchoalveolær væske (BALF) prøver27.HIST1H4F er hypermethyleret i lungeadenokarcinom og lungepladecellecarcinom med en detektionsspecificitet på 96,7 % og sensitivitet på 87,0 % (Figur 4A) og en enestående præstation for stadium I-kræftformer27.HIST1H4F har en specificitet på 96,5 % og en sensitivitet på 85,4 % for NSCLC og henholdsvis 96,5 % og 95,7 % for SCLC27.Derudover har prøver af otte andre typer kræft, herunder bugspytkirtel- og tyktarmskræft, valideret, at HIST1H4F er hypermethyleret i alle otte typer27.

Livmoderhalskræft

Livmoderhalskræft var den fjerde hyppigst diagnosticerede kræftsygdom og den fjerde hyppigste årsag til kræftdødsfald hos kvinder i 2020, og tegnede sig for 3,1 % af nye tilfælde og 3,4 % af kræftrelaterede dødsfald globalt1.For at eliminere livmoderhalskræft inden 2030, som foreslået af WHO, er tidlig påvisning af livmoderhalskræft en nødvendighed.Hvis det opdages på et tidligt stadium, når 5-års overlevelsesraten 92% med invasiv livmoderhalskræft41.American Cancer Society (ACS) retningslinjer foreslår livmoderhalscytologiske tests, primære HPV-tests eller cotests til screening42.Cervikal cytologi er invasiv og kan kun påvise 63,5 % af CIN2+ tilfælde37.

PCDHGB7 har derimod klaret sig meget bedre ved brug af Pap-smears og skedesekret og kan effektivt differentiere HSIL fra LSIL i et ultra-tidligt stadium.PCDHGB7 alene har en sensitivitet på 100,0 % og en specificitet på 88,7 % for livmoderhalskræft (figur 4B) og en sensitivitet på 82,1 % og 88,7 % specificitet for HSIL+ prøver30.PCDHGB7 har også en 90,9 % sensitivitet og 90,4 % specificitet i vaginale sekretprøver for livmoderhalskræft, som er meget nemmere at indsamle30.Når det kombineres med højrisiko (hr) HPV-testen eller Thinprep Cytology Test (TCT), har PCDHGB7 en øget sensitivitet på 95,7 % og specificitet på 96,2 %, hvilket signifikant overgår hrHPV-testen (20,3 %), TCT (51,2 %) ), og de to kombineret (57,8%) for livmoderhalskræft30.PCDHGB7 har også vist sig at være hypermethyleret i 17 typer kræft fra TCGA-databasen, hvilket indikerer dets egnethed i UCOM-familien30.

Figur 4 UCOM'er er blevet valideret i fire typer kræft i store kliniske undersøgelser.A. Ydeevne af HIST1H4F, en UCOM, i lungekræftdetektion af 508 prøver.B. Ydelse af PCDHGB7, en UCOM, til påvisning af livmoderhalskræft af 844 prøver.C. Ydeevne af PCDHGB7, en UCOM, i endometriecancer påvisning af 577 endometrie Pap og Tao børsteprøver.D. Ydelse af SIX6, en UCOM, i urothelial cancer detektion af 177 prøver.

EC

EC er en af ​​de mest almindelige kræftformer i det kvindelige reproduktive system på verdensplan med anslået 4,2 millioner nye tilfælde og 1 % af kræftrelaterede dødsfald årligt1.Med en vellykket diagnose på et tidligt stadium er EC helbredelig og har en 5-års overlevelsesrate på 95 % for stadium I kræft.Patienter, der er symptomatiske, såsom unormal uterinblødning, modtager periodisk klinisk evaluering og gennemgår invasive og smertefulde biopsiprocedurer, på trods af at kun 5%-10% til sidst udvikler EC43.Transvaginal ultralyd, som den almindelige detektionsmetode, er meget upålidelig på grund af dens manglende evne til at skelne benigne fra ondartede endometrielle forandringer og den høje falsk-positive rate44.

En parallel sammenligning af serum CA-125, en bredt implementeret EC-biomarkør, og PCDHGB7 blev udført.Serum CA-125 havde en sensitivitet på 24,8 %, hvilket tyder på, at CA-125 er en utilstrækkelig markør for EC på trods af en specificitet på 92,3 %31.PCDHGB7-detektion ved brug af Pap-børsteprøver gav en sensitivitet på 80,65 % og en specificitet på 82,81 % for ECatall-stadier, mens en Tao-børste havde en sensitivitet på 61,29 % og en specificitet på 95,31 %31.Den diagnostiske model PCDHGB7, baseret på Me-qPCR, gav en sensitivitet på 98,61 %, en specificitet på 60,5 % og en samlet nøjagtighed på 85,5 % ved brug af Pap- og Tao-børsteprøver (Figur 4C)31.

Urothelial cancer

Urothelial kræft, bestående af blære-, nyrebækken- og urinlederkræft, var den syvende hyppigst diagnosticerede kræft i 2020 på verdensplan og forårsagede 5,2 % af nye tilfælde og 3,9 % af dødsfaldene1.Urotheliale kræftformer, hvoraf mere end 50 % er blærekræft, var den fjerde hyppigst diagnosticerede kræftsygdom i USA i 2022, og tegnede sig for 11,6 % af de nydiagnosticerede tilfælde3.Cirka 75 % af blærekræfttilfældene er klassificeret som ikke-muskelinvasiv blærekræft begrænset til slimhinden eller submucosa45.En cystoskopibiopsi er guldstandarden for diagnosticering af urothelial cancer implementeret ved fluorescens in situ hybridisering (FISH) og cytologitests.FISH og cytologi har dårlig diagnostisk ydeevne, og cystoskopi er påtrængende og har den underliggende risiko for manglende mikrolæsioner, fejlfortolkning af læsioner og potentielt forårsage spredning eller tilbagefald af cancer46.Den tidligere validerede UCOM, PCDHGB7, blev også vist at være hypermethyleret i urothelial cancer, med et areal under kurven på 0,86, hvilket tyder på en potentiel diagnostisk evne30.For yderligere at validere flere UCOM'er og bedre rumme flere prøvetyper, blev SIX6, en ny UCOM, undersøgt og viste fremragende diagnostisk potentiale i den tidlige påvisning af urothelial cancer ved hjælp af urinprøver på Me-qPCR platformen.SIX6-detektion ved brug af urinprøver viste en konkurrencefølsomhed på 86,7 % og en specificitet på 90,8 % (figur 4D), mens den var ikke-invasiv og nem at erhverve32.Potentialet af SIX6 i metastaseovervågning og evaluering af behandlingseffektivitet er i øjeblikket under undersøgelse.

Fremtiden og udfordringer

UCOM'er har en stærk præstation i det diagnostiske potentiale for flere kræftformer, men der er meget arbejde tilbage at gøre.Vi har udvidet listen over UCOM'er og har aktivt valideret UCOM'er i flere typer kræft, inklusive dem, der traditionelt er svære at opdage.Valideringsresultater fra TCGA-databaser har yderligere bekræftet anvendelsen af ​​UCOM'er i flere typer kræft og flere situationer.I en foreløbig undersøgelse har UCOM'er vist sig at have et robust diagnostisk potentiale for cholangiocarcinomer og pancreas-adenocarcinomer, som er næsten umulige at diagnosticere på et tidligt stadium med nuværende screeningsmetoder32,47.Evnen til at påvise sjældne kræftformer med UCOM'er kan udnyttes med cirkulerende tumor-DNA (ctDNA) af en forbedret flydende biopsiplatform48.En undersøgelse, der involverede et plasma-DNA-baseret pan-cancer-detektionspanel, gav en følsomhed på 57,9 %49.På trods af den høje specificitet afslører den overordnede ydeevne, at der stadig er plads til forbedringer.

De unikke egenskaber ved UCOM'er har også understøttet undersøgelsen af ​​UCOM-potentiale i evaluering af behandlingseffektivitet og overvågning af tilbagefald.Ifølge Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST) er medicinsk billeddannelse den anbefalede metode til overvågning af tilbagefald og evaluering af behandlingseffektivitet, mens tumormarkører anvendes alene til vurdering50.I virkeligheden er billeddiagnostiske tilgange imidlertid stærkt påvirket af frekvensen og timingen og udsætter derfor patienterne for højere risiko og omkostninger51,52.SIX6 er blevet valideret til at fungere som en prædiktor for brystkræftmetastaser32.Flydende biopsi-baseret ctDNA-overvågning muliggør overvågning i realtid over minimale resterende sygdomsmåneder forud for radiologisk påvisning, hvilket ideelt set forsinker og forhindrer tilbagefaldsrelateret cancerprogression53.Foreløbige resultater tyder på, at UCOM'er afspejler niveauet af cancerøs hypermethylering i realtid umiddelbart efter operation og behandling32.Den høje følsomhed, der udvises af UCOM'er og anvendeligheden i flere ikke-påtrængende prøvetyper, gør det muligt for UCOM'er at tjene som en præcis gentagelsesmonitorerende biomarkør, samtidig med at høj patientcompliance opretholdes.

Samtidig er offentlighedens adgang til testen et andet stort problem, som kræver en ekstra indsats.Mens UCOM-detektionssamarbejder er blevet vedtaget på flere hospitaler i håbet om at gavne flere patienter, er pro bono-detektioner og -screeninger blevet aktivt udført i landdistrikterne i Kina.UCOM'er kræver forbedret tilgængelighed for at kvalificere sig som et gennemførligt screeningsværktøj, især for underudviklede områder.

Mens UCOM-applikationens resultater i tidlig opdagelse er lovende, eksisterer der mange ubekendte om UCOM.Med aktiv udforskning er yderligere forskning berettiget om, hvorfor UCOM'er er universelt til stede i kræftformer.De underliggende epigenetiske reguleringsmekanismer, der ligger til grund for UCOM'er, er værdige til yderligere undersøgelse, hvilket kunne retfærdiggøre en ny retning for cancerterapi.For at vende tilbage til samspillet mellem tumorhomogenitet og heterogenitet, er vi interesserede i, hvorfor UCOM'er kan være en undtagelse fra størstedelen af ​​cancerbiomarkører, der er tæt knyttet til specifikke cancertyper.Rollen af ​​UCOM-identificerede DNA-methyleringsaberrationer i tumorgenese, tumorprogression og metastase er ikke blevet bestemt i processen med at miste og genvinde celleidentitet og nødvendiggør en grundig inspektion.En anden stor interesse ligger i omfanget af inkorporeringen af ​​homogenitetsegenskaben af ​​UCOM'er med vævsunike markører i håbet om at nærme sig præcis påvisning af cancerspor og identifikation af tumorvævsoprindelse på en omvendt måde.UCOM'er kan være et ideelt værktøj til at forebygge kræft, opdage kræft og potentielt forsvare og eliminere kræft.

Giv støtte

Dette arbejde blev støttet af Kinas nationale nøgle-R&D-program (tilskud nr. 2022BEG01003), Kinas nationale naturvidenskabelige fond (tilskud nr. 32270645 og 32000505), et tilskud fra Heilongjiang Provincial Health Commission (tilskud nr. 2020-111) , og et tilskud fra Heze Science and Technology Institute (tilskud nr. 2021KJPT07).

Erklæring om interessekonflikt

Wei Li er R&D-direktør for Shanghai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd. Wenqiang Yu er medlem af Epiprobes Scientific Advisory Board.W. Yu og Epiprobe har godkendt verserende patenter relateret til dette arbejde.Alle andre forfattere erklærer ingen konkurrerende interesser.

Forfatterbidrag

Udtænkt og designet projektet: Chengchen Qian og Wenqiang Yu.

Skrev papiret: Chengchen Qian.

Lavede illustrationerne: Chengchen Qian.

Gennemgået og redigeret manuskriptet: Xiaolong Zou, Wei Li, Yinshan Li og Wenqiang Yu.

Referencer

1. Sung H, Ferlay J, Siegel RL, Laversanne M, Soerjomataram I, Jemal A, et al.Global Cancer Statistics 2020: GLOBOCAN estimater af

forekomst og dødelighed på verdensplan for 36 kræfttilfælde i 185 lande.CA Cancer J Clin.2021;71: 209-49.

2. Xia C, Dong X, Li H, Cao M, Sun D, ​​He S, et al.Kræftstatistik i Kina og USA, 2022: profiler, tendenser og determinanter.Chin MedJ (eng.2022;135: 584-90.

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

4. Crosby D, BhatiaS, Brindle KM, Coussens LM, Dive C, Emberton M, et al.Tidlig opdagelse af kræft.Videnskab.2022;375: eaay9040.

5. Ladabaum U, Dominitz JA, KahiC, Schoen RE.Strategier for

screening for kolorektal cancer.Gastroenterologi.2020;158: 418-32.

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

7. Bouvard V, Wentzensen N, Mackie A, Berkhof J, Brotherton J, Giorgi-Rossi P, et al.IARC's perspektiv på livmoderhalskræftscreening.N EnglJ Med.2021;385: 1908-18.

8. Xue P, Ng MTA, QiaoY.Udfordringerne ved kolposkopi til screening af livmoderhalskræft i LMIC'er og løsninger med kunstig intelligens.BMC Med.2020;18:169.

9. Johnson P, Zhou Q, Dao DY, Lo YMD.Cirkulerende biomarkører i diagnosticering og behandling af hepatocellulært karcinom.Nat Rev Gastroenterol Hepatol.2022;19: 670-81.

10. Van PoppelH, Albreht T, Basu P, HogenhoutR, CollenS, Roobol M. Serum PSA-baseret tidlig påvisning af prostatacancer i Europa og globalt: fortid, nutid og fremtid.Nat Rev Urol.2022;19:

562-72.

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

et al.Udvikling af en multipleks RNA-urintest til påvisning og stratificering af overgangscellekarcinom i blæren.Clin Cancer Res.2008;14: 742-9.

12. Feinberg AP, Vogelstein B. Hypomethylering adskiller gener fra nogle humane kræftformer fra deres normale modstykker.Natur.1983;301: 89-92.

13. Ng JM, Yu J. Promoter-hypermethylering af tumorsuppressorgener som potentielle biomarkører i kolorektal cancer.IntJ Mol Sci.2015;16: 2472-96.

14. Esteller M. Cancer epigenomics: DNA-methylomer og histonmodifikationskort.Nat Rev Genet.2007;8: 286-98.

15. Nishiyama A, Nakanishi M. Navigering i kræftens DNA-methyleringslandskab.Trends Genet.2021;37: 1012-27.

16. Xie W, Schultz MD, ListerR, Hou Z, Rajagopal N, Ray P, et al.Epigenomisk analyse af multilineage differentiering af humane embryonale stamceller.Celle.2013;153: 1134-48.

17. Li Y, Zheng H, Wang Q, Zhou C, WeiL, Liu X, et al.Genomomfattende analyser afslører Polycombs rolle i at fremme hypomethylering af DNA-methyleringsdale.Genom Biol.2018;19:18.

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

et al.Analyse af DNA-methylering i cancer: placering genbesøgt.Nat Rev Clin Oncol.2018;15: 459-66.

19. KleinEA, Richards D, Cohn A, TummalaM, Lapham R, Cosgrove D, et al.Klinisk validering af en målrettet methyleringsbaseret multi-cancer tidlig detektionstest ved hjælp af et uafhængigt valideringssæt.Ann Oncol.2021;32: 1167-77.

20. Hanahan D, Weinberg RA.Kræftens kendetegn.Celle.2000;100:57-70.

21. Hanahan D. Kræftens kendetegn: nye dimensioner.Cancer Discover.2022;12:31-46.

22. Schwartzberg L, Kim ES, Liu D, Schrag D. Præcisionsonkologi: hvem, hvordan, hvad, hvornår og hvornår ikke?Am Soc Clin Oncol Educ-bog.2017: 160-9.

23. Liu H, Meng X, Wang J. Kvantitativ methylering i realtid

påvisning af PAX1-gen i livmoderhalskræftscreening.IntJ Gynecol Cancer.2020;30: 1488-92.

24. Imperiale TF, RansohoffDF, Itzkowitz SH, Levin TR, Lavin P, Lidgard GP, et al.Multitarget-stool DNA-test til kolorektal cancer screening.N EnglJ Med.2014;370: 1287-97.

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

sekventering identificerer afvigende DNA-methyleringsmønstre, der ændrer celleidentitet og tumor-immune overvågningsnetværk.Genom

Res.2019;29: 270-80.

26. Gao Q, LinYP, Li BS, Wang GQ, Dong LQ, Shen BY, et al.Upåtrængende multi-cancer-detektion ved cirkulerende cellefri DNA-methyleringssekventering (THUNDER): udvikling og uafhængige valideringsundersøgelser.Ann Oncol.2023;34: 486-95.

27. Dong S, Li W, Wang L, Hu J, Song Y, Zhang B, et al.Histon-relaterede gener hypermethyleres i lungekræft og hypermethyleres

HIST1H4F kunne tjene som en pan-cancer biomarkør.Cancer Res.2019;79: 6101-12.

28. Heijnsdijk EA, Wever EM, Auvinen A, Hugosson J, Ciatto S, Nelen V, et al.Livskvalitetseffekter af prostataspecifik antigenscreening.N EnglJ Med.2012;367: 595-605.

29. LuzakA, Schnell-Inderst P, Bühn S, Mayer-Zitarosa A, Siebert U. Klinisk effektivitet af biomarkørtest for cancerscreening, der tilbydes som selvbetalende sundhedstjeneste: en systematisk gennemgang.Eur J Folkesundhed.2016;26: 498-505.

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

Hypermethyleret PCDHGB7 som en universel kræftmarkør og dens anvendelse i tidlig livmoderhalskræftscreening.Clin Transl Med.2021;11: e457.

31. Yuan J, Mao Z, Lu Q, Xu P, Wang C, Xu X, et al.Hypermethyleret PCDHGB7 som en biomarkør til tidlig påvisning af endometriecancer i endometriebørsteprøver og livmoderhalsafskrabninger.Front Mol Biosci.2022;8: 774215.

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

eksklusiv epigenetisk modifikation på SIX6 med hypermethylering til sporing af præcancerøse stadier og metastasefremkomst.Signal Transduct Target Ther.2022;7: 208.

33. Huang L, Guo Z, Wang F, Fu L. KRAS mutation: fra undrugbar til druggable i cancer.Signal Transduct Target Ther.2021;6: 386.

34. Belinsky SA, Nikula KJ, PalmisanoWA, MichelsR, SaccomannoG, GabrielsonE, et al.Aberrant methylering af p16(INK4a) er en tidlig begivenhed i lungekræft og en potentiel biomarkør for tidlig diagnose.Proc Natl Acad Sci U SA.1998;95: 11891-6.

35. Robertson KD.DNA-methylering og menneskelig sygdom.Nat Rev Genet.2005;6: 597-610.

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

Mathews C, et al.Flere biopsier og påvisning af forstadier til livmoderhalskræft ved kolposkopi.J Clin Oncol.2015;33: 83-9.

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

PJ, Steenbergen RD, et al.Methyleringsanalyse af FAM19A4

gen i livmoderhalsafskrabninger er meget effektiv til at påvise livmoderhalsen

karcinomer og fremskredne CIN2/3 læsioner.Cancer Prev Res (Phila).2014;7: 1251-7.

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

39. Grunnet M, Sørensen JB.Carcinoembryonalt antigen (CEA) som tumormarkør ved lungekræft.Lungekræft.2012;76: 138-43.

40. Wood DE, KazerooniEA, Baum SL, EapenGA, EttingerDS, Hou L, et al.Lungekræftscreening, Version 3.2018, NCCN Clinical Practice Guidelines in Oncology.J Natl Compr Canc Netw.2018;16: 412-41.

41. American Cancer Society.Kræft fakta og tal.Atlanta, GA, USA: American Cancer Society;2023 [opdateret 2023 1. marts;citeret 2023 22. august].

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

Herzig A, et al.Livmoderhalskræftscreening for personer med gennemsnitlig risiko: 2020-retningslinjeopdatering fra American Cancer Society.CA Cancer J Clin.2020;70: 321-46.

43. Clarke MA, Long BJ, Del Mar MorilloA, Arbyn M, Bakkum-Gamez JN, Wentzensen N. Sammenslutning af endometriecancerrisiko med postmenopausal blødning hos kvinder: en systematisk gennemgang og meta-analyse.JAMA Praktikant Med.2018;178: 1210-22.

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

Sharma A, et al.Følsomhed ved transvaginal ultralydsscreening

for endometriecancer hos postmenopausale kvinder: et case-kontrolstudie inden for UKCTOCS-kohorten.Lancet Oncol.2011;12:38-48.

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

PalouJ, et al.European Association of Urology Guidelines on non-muskel-invasive blærekræft (TaT1 og carcinoma in situ) -

2019 opdatering.Eur Urol.2019;76: 639-57.

46. ​​Aragon-Ching JB.Udfordringer og fremskridt inden for diagnosticering, biologi og behandling af urotheliale øvre kanal- og blærekarcinomer.Urol Oncol.2017;35: 462-4.

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

Cholangiocarcinom - udviklende koncepter og terapeutiske strategier.Nat Rev Clin Oncol.2018;15:95-111.

48. Ye Q, Ling S, Zheng S, Xu X. Flydende biopsi i hepatocellulær

karcinom: cirkulerende tumorceller og cirkulerende tumor-DNA.Mol Cancer.2019;18:114.

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

cirkulerende tumor-DNA-detektion hos over 10.000 kinesiske patienter.Nat Commun.2021;12:11.

50. Eisenhauer EA, Therasse P, Bogaerts J, Schwartz LH, Sargent D, Ford R, et al.Nye responsevalueringskriterier i solide tumorer: revideret RECIST guideline (version 1.1).Eur J Kræft.2009;45: 228-47.

51. LitièreS, Collette S, de Vries EG, Seymour L, BogaertsJ.RECIST - at lære af fortiden for at bygge fremtiden.Nat Rev Clin Oncol.

2017;14: 187-92.

52. Seymour L, Bogaerts J, Perrone A, FordR, Schwartz LH, Mandrekar S, et al.iRECIST: retningslinjer for responskriterier til brug i forsøg

test af immunterapi.Lancet Oncol.2017;18: e143-52.

53. PantelK, Alix-Panabières C. Flydende biopsi og minimal resterende sygdom - seneste fremskridt og implikationer for helbredelse.Nat Rev Clin Oncol.2019;16: 409-24.

Citer denne artikel som: Qian C, Zou X, Li W, Li Y, Yu W. Forposten mod cancer: universelle markører kun for cancer.Cancer Biol Med.2023;20: 806-815.

doi: 10.20892/j.issn.2095-3941.2023.0313