Функцијата против ракот: универзални само маркери за рак

МИНИ ПРЕГЛЕД

Функцијата против ракот: универзални само маркери за рак

Ченгчен Киан1, Ксијаолонг Зоу2, Веи Ли1,3, Јиншан Ли4, Венчијанг Ју5

1Shanghai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd, Шангај 200233, Кина;2 Оддел за општа хирургија, Првата поврзана болница на Медицинскиот универзитет Харбин, Харбин 150001, Кина;3Shandong Epiprobe Medical Laboratory Co., Ltd, Heze 274108, Кина;4 Народна болница на автономниот регион Нингсија Хуи, Медицинскиот универзитет Нингсија, Јинчуан 750002, Кина;5 Шангајски клинички центар за јавно здравје и Оддел за општа хирургија, болница Хуашан и институт за метастази на рак и лабораторија за епигенетика на РНК, Институти за биомедицински науки, Медицински колеџ во Шангај, Универзитет Фудан, Шангај 200032, Кина

АПСТРАКТ

Ракот е водечка причина за смрт во светот.Раното откривање на ракот може да ја намали смртноста од сите видови рак;сепак, недостасуваат ефективни биомаркери за рано откривање за повеќето видови на рак.Метилацијата на ДНК отсекогаш била главна цел на интерес затоа што метилацијата на ДНК обично се случува пред другите генетски промени што може да се детектираат.Додека се истражуваат заедничките карактеристики на ракот со користење на нов водич за секвенционирање на позиционирање за метилација на ДНК, серија универзални маркери само за рак (UCOMs) се појавија како силни кандидати за ефективно и точно рано откривање на ракот.Додека клиничката вредност на сегашните биомаркери за рак е намалена поради ниската чувствителност и/или ниската специфичност, уникатните карактеристики на UCOM обезбедуваат клинички значајни резултати.Валидацијата на клиничкиот потенцијал на UCOM кај белодробните, цервикалните, ендометријалните и уротелијалните карциноми дополнително ја поддржува примената на UCOM во повеќе видови рак и различни клинички сценарија.Всушност, апликациите на UCOM во моментов се под активно испитување со понатамошна евалуација во раното откривање на ракот, помошната дијагноза, ефикасноста на третманот и следењето на повторувањата.Молекуларните механизми со кои UCOMs откриваат рак се следните важни теми што треба да се истражат.Примената на UCOM во реални сценарија исто така бара имплементација и префинетост.

КЛУЧНИ ЗБОРОВИ

Откривање на рак;скрининг за рак;ДНК метилација;рак епигенетика;биомаркери за рак

Зошто итно ни треба ново биомаркери?

По борбата против ракот повеќе од еден век, ракот сè уште е најсмртоносната биолошка закана за човештвото.Ракот останува глобална здравствена грижа со 19,3 милиони нови случаи и речиси 10 милиони смртни случаи проценети во 20201 година. Во 2020 година во Кина беа дијагностицирани околу 4,6 милиони нови случаи на рак, што претставува 23,7% од новите случаи на рак на глобално ниво според GLOBOCAN1.Понатаму, приближно 3 милиони смртни случаи беа припишани на рак во Кина во 2020 година, што беше 30% од глобалните смртни случаи поврзани со рак1.Оваа статистика покажа дека Кина е на прво место по инциденца и стапка на смртност од рак.Згора на тоа, 5-годишното преживување од рак е 40,5%, што е 1,5 пати пониско од 5-годишното преживување во САД2,3.Релативно пониското преживување и повисоките стапки на смртност во Кина отколку во земјите со повисоки индекси на човечки развој сугерираат дека итно е потребен ефикасен и рентабилен систем за превенција и надзор на ракот.Раното откривање на ракот е еден од најкритичните елементи во здравствениот систем.Раното откривање на ракот може да ја подобри прогнозата и преживувањето во рана фаза кај скоро сите типови на рак4.Успешните стратегии за скрининг доведоа до значителен пад на инциденцата и стапките на смртност од рак на грлото на матката, дојката, колоректалниот и простатата.

Сепак, да се постигне рано откривање на ракот, не е лесна задача.Истражувањето на биологијата и прогнозата на раниот карцином, идентификувањето и потврдувањето на веродостојните биомаркери за рано откривање и развојот на достапни и точни технологии за рано откривање отсекогаш биле најголемите пречки во процесот4.Прецизното откривање на ракот може да ги разликува бенигните од малигните лезии, што помага да се избегнат непотребните процедури и го олеснува понатамошното управување со болеста.Тековните стратегии за рано откривање вклучуваат биопсии базирани на ендоскоп, медицински слики, цитологија, имуноанализи и тестови за биомаркери5-7.Бидејќи се наметливи и скапи, биопсиите базирани на ендоскоп носат инхерентно тежок товар како главна медицинска процедура која се потпира на стручен персонал.Како и цитологијата, и двата методи на скрининг зависат од медицинските професионалци и се засноваат на лично расудување со перформанси кои се далеку од идеални8.Спротивно на тоа, имуноанализите се многу неточни, со оглед на високите лажно позитивни стапки.Медицинското снимање, како тактика за скрининг, бара скапа опрема и специјализирани техничари.Оттука, медицинската слика е крајно ограничена поради малата пристапност.Поради сите овие причини, биомаркерите се чини дека се подобра опција за рано откривање на ракот.

Кореспонденција до: Јиншан Ли и Венчијанг Ју

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

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

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

Примено на 22 август 2023 година;прифатено на 12 октомври 2023 година;

објавено онлајн на 28 ноември 2023 година.

Достапно на www.cancerbiomed.org

©2023 Биологија и медицина на ракот.Криејтив комонс

Наведи извор-Некомерцијална 4.0 меѓународна лиценца

Биомаркерите моментално се категоризираат како протеини, маркери за мутации на ДНК, епигенетски маркери, хромозомски абнормалности, РНК маркери добиени директно од тумори или туморски фрагменти добиени индиректно од телесни течности.Протеинските маркери се најраспространетите биомаркери во скрининг и дијагноза на рак.Протеинските биомаркери, како скрининг биомаркери, се ограничени со тенденцијата да бидат засегнати од бенигни лезии, што доведува до прекумерна дијагноза и претерана терапија, како што е пријавено за α-фетопротеинот и специфичниот антиген на простатата (PSA)9,10.РНК маркерите вклучуваат модели на генетска експресија и други некодирачки РНК маркери. Комбинација на маркери на генетска експресија на РНК може да се открие со користење на примероци урина, чија чувствителност била далеку од задоволителна (60%) за примарните тумори, а чие откривање може да бидат погодени од природата на лесно разградување на РНК во нормалната средина11.И генетските и епигенетските маркери се соочуваат со проблемот на преваленца кај туморите и ограничување на типовите на рак.

Метилацијата на ДНК е силен кандидат како биомаркер за рано откривање откако Фејнберг за првпат ја поврзал со ракот во 1983 година12. Аберациите на метилацијата на ДНК се забележани во сите фази на ракот, уште во преканцерозната фаза.Аберантната ДНК хиперметилација обично се одвива на CpG островите во генските промотери за да се спротивстават на супресорите на туморот13,14.Студиите, исто така, сугерираат дека абнормалната хиперметилација на ДНК се вклучува во регулацијата на развојните регулатори15.Долината на метилацијата на ДНК, која вообичаено се поврзува со регулатори на развој и хиперметилирани карциноми, може да го префрли режимот на генска експресија на постабилен режим зависен од ДНК метилација и да ја намали врската со метилираниот хистон H3K27me3 и поврзаните поликомб протеини16,17.

Меѓу големиот број објавени маркери за метилација на ДНК, неколку успешно дебитираа на пазарот;сепак, сегашните комерцијализирани маркери за метилација на ДНК и дијагностички панели допрва треба целосно да го отклучат потенцијалот за рано откривање на ракот од повеќе причини18.Иако главно покажуваат прифатливи перформанси користејќи информации за базата на податоци, овие биомаркери обично работат помалку идеално во реалниот свет поради фактот што примероците од реалниот свет се често посложени и не се толку репрезентативни како оние избрани во базите на податоци.Раното откривање на мулти-канцер метилација базирано на секвенционирање на следната генерација се покажа дека има само 16,8% и 40,4% чувствителност кај ракот во стадиум I и II, соодветно19.Тестовите за рано откривање бараат поголема стабилност и попрецизни биомаркери.

Откривање на универзален маркер само за рак (UCOM) со помош на секвенционирање на водич за позиционирање (GPS)

И покрај децениското истражување на ракот, не се реализирани задоволителни превенција и третман.Потребни се нови методологии за да им се овозможи на истражувачите темелно да го проценат ракот.Во текот на последните 23 години, 6 карактеристики на ракот, како што се избегнување на апоптоза, ткивна инвазија и метастази, итн., се проширени на 14 со вклучување карактеристики како немутациско епигенетско репрограмирање и полиморфни микробиоми20,21.Како што се откриваат повеќе детали за ракот, се воведуваат повеќе перспективи во истражувањето на ракот.Истражувањето на ракот постепено дојде во нова ера во две насоки (заедништво и индивидуалност).Со развојот на прецизната онкологија во последниве години, фокусот на истражувањето на ракот е насочен кон индивидуализирана насочена терапија и хетерогеноста на ракот22.Така, неодамна идентификуваните биомаркери за рак се фокусираа главно на специфични типови на рак, како што се PAX6 форцервикалниот карцином23 и BMP3 за колоректален карцином24.Ефикасноста на овие биомаркери специфични за типовите на канцер варира, но сè уште не е возможно подложните индивидуи да се подложат на скрининг за сите видови рак истовремено поради ограничувањето на добивањето биолошки примероци и високата цена.Би било идеално кога би можеле да идентификуваме единствен, робустен биомаркер кој е ефикасен за сите видови рак во рана фаза.

За да се постигне таква идеална цел, подобар кандидат за биомаркер мора да се избере од листата на потенцијални типови биомаркери.Познато е дека аберациите на метилацијата на ДНК, меѓу сите генетски и епигенетски профили, се поврзани со ракот и се едни од најраните, ако не и првите, абнормалности поврзани со ракот што се појавуваат хронолошки.Истрагата за метилацијата на ДНК започна рано, но беше попречена од недостатокот на истражувачки методи.Помеѓу 28 милиони потенцијални метилирани CpG локации во геномот, мора да се открие податлив број и да се усогласи со геномот за подобро да се разбере туморигенезата.Секвенционирањето на бисулфит на целиот геном (WGBS), кое се смета за златен стандард за секвенционирање на метилација на ДНК, може да покрие само 50% од Cs во клетките на ракот поради природата на третманот со бисулфит што ги крши фрагментите на ДНК и ја намалува комплексноста на геномот за време на трансформацијата на Cs-to-Ts25.Другите методи, како што се 450 илјади чипови, покриваат само 1,6% од метилацијата на геномот.Врз основа на 450 илјади податоци, панелот за детекција на метилација на ДНК има 35,4% чувствителност за 6 типа на рак во стадиум I26.Ограничувањата на видовите на рак, слабите перформанси и бучавата генерирана од методите за откривање во аналитичкиот процес станаа најголемите пречки за панелите за откривање на пан-канцер.

За подобро да ги истражиме епигенетските шеми на клетките за време на туморигенезата и метастазите, развивме уникатен GPS за откривање на метилација на ДНК на целиот геном, кој покрива до 96% од CpG-локациите во 0,4 милијарди читања25.ГПС е метод на билатерално секвенционирање со користење на 3' крај на ДНК фрагмент од неконвертибилни метил-цитозини по обработката со бисулфит што го води усогласувањето на пресметката на метилацијата на ДНК на 5' крајот преку секвенционирањето на пар-крајот (Слика 1)25.Водечката жичка на метил-цитозин, која дејствува како шаблон, помага во порамнувањето на регионот со висок GC што ги обновува најнапуштените податоци за секвенционирање во традиционалниот WGBS.Карактеристиката за висока покриеност на GPS обезбедува огромно количество информации за метилација на ДНК, што ни овозможува да ги испитаме профилите на метилација на ракот со значително повисока резолуција во претходно недоволно истражените региони.

ГПС ни дава моќна алатка за истражување на хомогеноста на ракот, што може во голема мера да го поедностави истражувањето на ракот и потенцијално да најде универзално објаснување за туморигенезата и метастазите.При анализата на ГПС податоците на клеточните линии на ракот, често се среќаваше уникатен феномен.Имаше голем број на региони кои се чинеше дека се ненормално хиперметилирани во повеќе типови на примероци од рак.Овој неочекуван наод подоцна беше потврден за да служи како UCOM.Анализирани се повеќе од 7.000 примероци од 17 типови на рак во базата на податоци на Атласот на геномот на ракот (TCGA), меѓу кои го идентификувавме првиот UCOM, HIST1H4F, ген поврзан со хистон кој е хиперметилиран кај сите видови на рак27.Потоа беа пронајдени и потврдени серии на UCOM во базата на податоци TCGA, базата на податоци на Gene Expression Omnibus (GEO) и клинички примероци од реалниот свет.Од сега, HIST1H4F, PCDHGB7 и SIX6 се пронајдени и потврдени како UCOM.Неочекуваното откритие на UCOM нуди моќен одговор на потребата за рано откривање на ракот.UCOM обезбедуваат решение за откривање на повеќекратни видови на рак со еден маркер.

Карактеристики на UCOM

По валидацијата, UCOM се покажа дека покажуваат четири главни карактеристики кои им овозможуваат на UCOM да ја надминат ефикасноста на сегашните биомаркери (Слика 2).

Единствен за малигнитет

UCOM се единствени за канцерогени или предканцерозни лезии и не се засегнати од нормалните физиолошки промени.Некои од тековните маркери поврзани со ракот кои се широко применети во рано откривање и/или скрининг доведоа до прекумерна дијагноза.Зголемените нивоа на PSA, клинички акредитирана алатка за скрининг, исто така се откриени кај бенигни состојби, како што се хиперплазија на простата и простатитис10.Прекумерната дијагноза и претераното лекување доведуваат до намален квалитет на живот поради цревни, уринарни и сексуални компликации28.Други биомаркери засновани на протеини и широко користени во клинички услови, како што е CA-125, не дадоа значителни придобивки додека предизвикуваат прекумерна дијагноза и претерана терапија29.Високата специфичност на UCOM за малигни заболувања ги избегнува овие недостатоци.UCOM, PCDHGB7, ефикасно ги разликува високостепените сквамозни интраепителни лезии (HSIL) и ракот на грлото на матката од нормални примероци и нискостепени сквамозни интраепителни лезии (LSILs), додека повеќето други биомаркери можат само да го разликуваат ракот на грлото на матката од нормалните примероци30.Иако PCDHGB7 не открива значајни разлики помеѓу нормалниот ендометриум и ендометријална хиперплазија, значајни разлики се откриени помеѓу нормалниот ендометриум и атипична хиперплазија, а уште поголеми разлики се откриени помеѓу нормалниот ендометриум и ендометријален карцином (ЕК) врз основа на PCDHGB731.UCOM се единствени за малигните лезии во базите на податоци и клиничките примероци.Од перспектива на пациентот, уникатните UCOM го намалуваат прагот за разбирање на сложени индикации за различни нестабилни биомаркери со слаби перформанси и соодветната анксиозност за време на процесот на евалуација.Од перспектива на клиничарот, уникатните UCOM ги разликуваат малигнитет од бенигните лезии, кои помагаат во тријажата на пациентите и ги намалуваат непотребните медицински процедури и претераното лекување.Затоа, уникатните UCOM го намалуваат вишокот на медицинскиот систем, го ублажуваат системското вознемирување и им даваат на располагање повеќе медицински ресурси на оние на кои им е потребна.

Слика 1 Шема на работниот тек на GPS за детекција на метилација на ДНК25.Сива линија: влезна ДНК секвенца;црвена линија: ДНК третирана со Т4 ДНК полимераза, заменувајќи го цитозинот со 5'-метилцитозин на 3' крајот од влезот;сино C со Me: метилиран цитозин;сина C: неметилиран цитозин;жолта Т: тимин25.

Сè или ништо

UCOM се присутни само во клетките на ракот и стабилно се откриваат во скоро сите канцерогени клетки.HIST1H4F беше потврдено дека е хиперметилиран кај скоро сите типови тумори, но не и во нормални примероци27.Слично на тоа, PCDHGB7 и SIX6, исто така, се покажа дека се хиперметилирани во сите примероци на тумор, но не и во нормални примероци30-32.Оваа единствена карактеристика значително ги подобрува перформансите на UCOM во однос на границата на откривање и чувствителност.Дури 2% од клетките на ракот може да се диференцираат во примероците, што ги прави UCOMs многу почувствителни биомаркери од повеќето постоечки биомаркери30. сугерирајќи лош дијагностички потенцијал33.Ниската преваленца на KRAS мутациите кај колоректалниот карцином го ограничува KRAS во комбинација со други биомаркери.Всушност, комбинацијата на биомаркери на почетокот може да изгледа ветувачка, но не секогаш генерира задоволителен резултат додека демонстрира многу поголема бучава во анализата на откривање и обично вклучува покомплицирани експериментални процедури.Спротивно на тоа, PCDHGB7 и други UCOM постојат кај сите видови на рак.UCOM откриваат канцерогени компоненти во различни типови на примероци од рак со најголема прецизност, притоа искоренувајќи ги сложените процеси на анализа за поништување на бучавата.Не е тешко да се открие рак во изобилен примерок, но исклучително е предизвик да се открие рак во мал примерок.UCOM се способни да детектираат мали количини на рак.

Слика 2 Карактеристики на UCOM.

Откривање на рак што претходи на патолошки промени

UCOM може да се детектираат во предканцерозната фаза пред патолошки промени.Како епигенетски биомаркери, абнормалностите на UCOM се јавуваат во порана фаза од фенотипските абнормалности и се детектираат во текот на туморигенезата, прогресијата и метастазите34,35.Чувствителноста на UCOM со текот на времето ги подобрува перформансите на UCOM во откривањето на рак во рана фаза и предканцерозни лезии.Откривањето на ран карцином врз основа на биопсии и цитологија може да биде тешко дури и за најискусните патолози.Една биопсија добиена преку колпоскопија е пријавена како позитивна во 60,6% од примероците HSIL+.Потребни се дополнителни биопсии за повеќекратни лезии за да се зголеми чувствителноста36.Спротивно на тоа, UCOM, PCDHGB7, има чувствителност од 82% за примероците HSIL+, што ја надминува чувствителноста на биопсиите и повеќето биомаркери30.Маркерот за метилација, FAM19A4, има чувствителност од 69% за CIN2+, што е слично на цитологијата, но не може да го разликува CIN1 од нормалните примероци37.Се покажа дека UCOM се многу почувствителен биомаркер за рано откривање.Во споредба со патолози базирани на искуство, UCOM имаат супериорна чувствителност за откривање на рак во рана фаза, што пак придонесува за подобрување на прогнозата и преживувањето на ракот30.Дополнително, UCOM нудат платформа за откривање која е достапна за области во кои недостасуваат искусни патолози и во голема мера ја подобрува ефикасноста на откривање.Со униформни процедури за земање примероци и откривање, детекцијата на UCOM дава стабилни и лесни за толкување резултати кои подобро одговараат на протоколот за скрининг кој бара помалку стручен персонал и медицински ресурси.

Лесно за откривање

Тековните методи за детекција на метилација на ДНК се комплицирани и одземаат многу време.Повеќето од методите бараат трансформација на бисулфит, што предизвикува губење на квалитетот на примерокот и евентуално произведува нестабилни и неточни резултати.Лошата репродуктивност предизвикана од третманот со бисулфит потенцијално доведува до конфузија кај лекарите и пациентите и дополнително да се меша со стратегиите за следење и/или третман.Затоа, дополнително го модифициравме методот на детекција на UCOM за да избегнеме проблематичен третман со бисулфит на примероците, да ги задоволиме барањата за клиничка примена и да ја подобриме пристапноста.Развивме нов метод користејќи рестриктивни ензими чувствителни на метилација во комбинација со флуоресцентна квантитативна PCR (Me-qPCR) во реално време за да го квантификуваме статусот на метилација на UCOM во рок од 3 часа користејќи процедури за лесно ракување (Слика 3).Me-qPCR може да прими повеќе типови примероци, како што се клиничко собирање на телесни течности и самособрани примероци на урина.Собраните клинички примероци може да се обработат, складираат и лесно да продолжат со откривање користејќи стандардизирана и автоматизирана екстракција на ДНК.Извлечената ДНК потоа може директно да се примени на платформата Me-qPCR за реакција во еден сад и резултати од квантификација на излезот.По едноставна анализа на резултатите користејќи дијагностички модели вградени и потврдени за специфични типови на рак, конечното определување на резултатите од детекцијата на UCOM се толкува и се прикажува како полуквантитативна вредност.Платформата Me-qPCR го надминува традиционалното бисулфитно-пиросеквенционирање во детекцијата на UCOM додека заштедува 3 часа конверзија на бисулфит, според протоколот на комплетот EZ DNA Methylation-Gold.Иновативната платформа за откривање метилација го прави откривањето на UCOM постабилно, попрецизно и подостапно30.

Слика 3 Процес на откривање на UCOM.Видовите примероци вклучуваат професионално земен BALF, четка за пап и/или самособрана урина.Процесот на екстракција на ДНК може да се смести во автоматски екстрактор, чиј производ може директно да се открие со qPCR.

Примена на UCOMs

Рак на белите дробови

Ракот на белите дробови е втор најчесто дијагностициран и најсмртоносен карцином во светот, со 11,4% од новите случаи и 18,0% од новите смртни случаи1.Меѓу сите дијагнози, 85% се неситноклеточен карцином на белите дробови (NSCLC) и 15% се малигноклеточен карцином на белите дробови (SCLC), кој има повисоко ниво на малигнитет38.Скенирањето со ниски дози на компјутерска томографија (LDCT) е моментално препорачаниот скрининг метод за рак на белите дробови и се покажа дека го подобрува раното откривање и ја намалува смртноста6;сепак, поради ниската специфичност и слабата достапност, LDCT допрва треба да служи како задоволителен скрининг метод, како и другите вообичаени маркери за рак, како што е CEA39.Трошоците и потенцијалот за пропуштени дијагнози и погрешни дијагнози на стратегијата за скрининг на LDCT го попречуваат напредокот на промоцијата на скрининг за рак на белите дробови40.HIST1H4F, UCOM, има огромен потенцијал како биомаркер за рано откривање во примероците од бронхоалвеоларната течност (BALF)27.HIST1H4F е хиперметилиран кај белодробен аденокарцином и белодробен сквамозен карцином, со детекциска специфичност од 96,7% и чувствителност од 87,0% (слика 4А) и исклучителни перформанси за рак на стадиум I27.HIST1H4F има специфичност од 96,5% и чувствителност од 85,4% за NSCLC, и 96,5% и 95,7%, соодветно, за SCLC27.Дополнително, примероците од осум други видови на рак, вклучително и панкреасот и колоректалниот карцином, потврдија дека HIST1H4F е хиперметилиран во сите осум типови27.

Рак на матката

Ракот на грлото на матката беше четврти најчесто дијагностициран рак и четврта водечка причина за смртност од рак кај жените во 2020 година, со 3,1% од новите случаи и 3,4% од смртните случаи поврзани со рак на глобално ниво1.За да се елиминира ракот на грлото на матката до 2030 година, како што е предложено од СЗО, рано откривање на ракот на грлото на матката е неопходност.Доколку се открие во рана фаза, стапката на 5-годишно преживување достигнува 92% со инвазивен карцином на грлото на матката41.Упатствата на Американското здружение за рак (ACS) предлагаат цервикални цитолошки тестови, примарни ХПВ тестови или дополнителни тестови за скрининг42.Цитологијата на грлото на матката е инвазивна и може да открие само 63,5% од случаите на CIN2+37.

Спротивно на тоа, PCDHGB7 има многу подобри резултати со користење на ПАП тестови и вагинални секрети и може ефикасно да го разликува HSIL од LSIL во ултра рана фаза.Само PCDHGB7 има чувствителност од 100,0% и специфичност од 88,7% за рак на грлото на матката (слика 4Б), и 82,1% чувствителност и 88,7% специфичност за примероците HSIL+30.PCDHGB7, исто така, има 90,9% чувствителност и 90,4% специфичност во примероците од вагиналната секреција за рак на грлото на матката, кои многу полесно се собираат30.Кога се комбинира со високоризичниот (hr)HPV тест или Thinprep цитолошки тест (TCT), PCDHGB7 има зголемена чувствителност од 95,7% и специфичност од 96,2%, што значително ја надминува онаа на hrHPV тестот (20,3%), TCT (51,2%) ), и двете заедно (57,8%) за рак на грлото на матката30.Исто така, се покажа дека PCDHGB7 е хиперметилиран кај 17 типови на рак од базата на податоци TCGA, што укажува на неговата соодветност во семејството UCOM30.

Слика 4 UCOM се потврдени во четири типа на рак во големи клинички студии.А. Изведба на HIST1H4F, UCOM, при откривање на рак на белите дробови од 508 примероци.Б. Изведба на PCDHGB7, UCOM, при откривање на рак на грлото на матката од 844 примероци.В. Изведба на PCDHGB7, UCOM, при откривање на ендометријален карцином на 577 примероци од ендометријален ПАП и Тао четка.D. Изведба на SIX6, UCOM, при откривање на уротелијален карцином на 177 примероци.

EC

ЕК е еден од најчестите карциноми на женскиот репродуктивен систем во светот, со околу 4,2 милиони нови случаи и 1% од смртните случаи поврзани со рак годишно1.Со успешна дијагноза во рана фаза, ЕК може да се излечи и има 5-годишно преживување од 95% за стадиум I на рак.Пациентите кои се симптоматски, како што е абнормалното крварење на матката, добиваат периодична клиничка евалуација и се подложени на инвазивни и болни процедури за биопсија, и покрај тоа што само 5%–10% на крајот развиле EC43.Трансвагиналниот ултразвук, како вообичаен метод за откривање, е многу несигурен поради неговата неможност да ги разликува бенигните од малигните ендометријални промени и високата стапка на лажно-позитивни44.

Беше спроведена паралелна споредба на серумскиот CA-125, широко имплементиран EC биомаркер и PCDHGB7.Серумот CA-125 имаше чувствителност од 24,8%, што сугерира дека CA-125 е несоодветен маркер за ЕК и покрај специфичноста од 92,3%31.Откривањето PCDHGB7 со помош на примероци од четката Pap даде чувствителност од 80,65% и специфичност од 82,81% за ECatall фазите, додека четката Tao имаше чувствителност од 61,29% и специфичност од 95,31%31.Дијагностичкиот модел PCDHGB7, базиран на Me-qPCR, дал чувствителност од 98,61%, специфичност од 60,5%, и вкупна точност од 85,5%, користејќи примероци од четката Pap и Tao (Слика 4C)31.

Рак на уротелија

Ракот на уротелија, кој се состои од карциноми на мочниот меур, бубрежната карлица и уретрата, беше седми најчесто дијагностициран карцином во 2020 година во светот, предизвикувајќи 5,2% од новите случаи и 3,9% од смртните случаи1.Уротелните карциноми, од кои повеќе од 50% се рак на мочниот меур, беа четврти најчесто дијагностициран рак во Соединетите држави во 2022 година, со 11,6% од новодијагностицираните случаи3.Приближно 75% од карциномот на мочниот меур се класифицирани како не-мускулно инвазивен карцином на мочниот меур ограничен на мукозата или субмукозата45.Цистоскопската биопсија е златен стандард за дијагностицирање на уротелијален карцином имплементиран со флуоресценција in situ хибридизација (FISH) и цитолошки тестови.FISH и цитологијата имаат слаби дијагностички перформанси, а цистоскопијата е наметлива и има основен ризик од пропуштање на микролезии, погрешно толкување на лезиите и потенцијално предизвикување ширење или релапс на ракот46.Претходно потврдениот UCOM, PCDHGB7, исто така, се покажа дека е хиперметилиран кај уротелијален карцином, со површина под кривата од 0,86, што укажува на потенцијална дијагностичка способност30.За понатамошно потврдување на повеќе UCOM и подобро приспособување на повеќе типови примероци, SIX6, нов UCOM, беше испитан и покажа одличен дијагностички потенцијал во рано откривање на уротелијален карцином користејќи примероци од урина на платформата Me-qPCR.Откривањето SIX6 со помош на примероци од урина покажа конкурентна чувствителност од 86,7% и специфичност од 90,8% (Слика 4Д), додека не е инвазивна и лесно се стекнува32.Моментално се истражува потенцијалот на SIX6 во следењето на метастазите и евалуацијата на ефикасноста на третманот.

Иднината и предизвиците

UCOMs имаат силни перформанси во дијагностичкиот потенцијал на повеќекратни видови на рак, но има уште многу работа да се направи.Ја проширувавме листата на UCOM и активно ги потврдуваме UCOM за повеќе видови на рак, вклучувајќи ги и оние кои традиционално тешко се откриваат.Резултатите од валидацијата од базите на податоци на TCGA дополнително ја потврдија примената на UCOM во повеќе видови на рак и повеќе ситуации.Во прелиминарната истрага, UCOM се покажа дека имаат робустен дијагностички потенцијал за холангиокарциноми и аденокарциноми на панкреас, кои се речиси невозможно да се дијагностицираат во рана фаза со тековните скрининг методи32,47.Способноста за откривање на ретки карциноми со UCOM може да се искористи со циркулирачка туморска ДНК (ctDNA) со подобрена платформа за течна биопсија48.Студијата која вклучува панел за откривање на пан-канцер базиран на плазма ДНК даде чувствителност од 57,9%49.И покрај високата специфичност, вкупните перформанси откриваат дека сè уште има простор за подобрување.

Уникатните карактеристики на UCOM го поддржаа и истражувањето на потенцијалот на UCOM во евалуацијата на ефикасноста на третманот и следењето на повторувањата.Според Критериумите за евалуација на одговорот кај цврсти тумори (RECIST), медицинското снимање е препорачаната методологија за следење на повторување и евалуација на ефикасноста на третманот, додека туморските маркери се користат сами за проценка50.Во реалноста, сепак, пристапите на сликање се во голема мера под влијание на фреквенцијата и времето, и затоа ги изложуваат пациентите на поголем ризик и трошоци51,52.SIX6 е потврдено дека служи како предиктор за метастази на рак на дојка32.Мониторингот на ctDNA базиран на течна биопсија овозможува надзор во реално време за минимална резидуална болест неколку месеци пред радиолошката детекција, идеално одложување и спречување на прогресијата на ракот поврзана со релапс53.Прелиминарните резултати сугерираат дека UCOM го одразуваат нивото на канцерогена хиперметилација во реално време веднаш по операцијата и третманот32.Високата чувствителност што ја покажуваат UCOM и применливоста во повеќе ненаметливи типови примероци им овозможуваат на UCOM да служат како прецизен биомаркер за следење на повторување додека одржуваат висока усогласеност на пациентот.

Во исто време, јавната пристапност до тестот е уште едно големо прашање што бара дополнителен напор.Додека соработките за откривање на UCOM се усвоени во повеќе болници со надеж дека ќе имаат корист повеќе пациенти, пробоно откривањата и скринингот активно се изведуваат во рурална Кина.На UCOM им е потребна подобрена пристапност за да се квалификуваат како изводлива алатка за проверка, особено за неразвиените области.

Иако резултатите од апликацијата UCOM во раното откривање се ветувачки, постојат многу непознати за UCOM.Со активно истражување, се гарантираат дополнителни истражувања за тоа зошто UCOM се универзално присутни кај ракот.Основните механизми за епигенетска регулација кои се во основата на UCOM се достојни за понатамошно истражување, што би можело да оправда нова насока за терапија за рак.Враќајќи се на интеракцијата помеѓу хомогеноста и хетерогеноста на туморот, ние сме заинтересирани зошто UCOM може да биде исклучок од повеќето биомаркери за рак кои се тесно поврзани со специфични типови на рак.Улогата на UCOM-идентификуваните аберации на ДНК метилација во туморигенезата, прогресијата на туморот и метастазите не е утврдена во процесот на губење и враќање на идентитетот на клетките и бара темелна инспекција.Друг голем интерес лежи во опсегот на инкорпорирање на особина на хомогеност на UCOM со ткивни уникатни маркери со надеж дека ќе се пристапи кон прецизно откривање на трагите од рак и идентификација на потеклото на туморското ткиво на обратен начин.UCOM може да биде идеална алатка за спречување на рак, откривање на рак и потенцијално одбрана и елиминирање на ракот.

Доделете поддршка

Оваа работа беше поддржана од Националната програма за истражување и развој на клучните клучеви на Кина (Грант бр. 2022BEG01003), Националната природна научна фондација на Кина (бр. грантови 32270645 и 32000505), грант од провинциската здравствена комисија Хеилонгџијанг (Грант бр. 2020-11) , и грант од Институтот за наука и технологија Хезе (Грант бр. 2021KJPT07).

Изјава за конфликт на интереси

Веи Ли е директор за истражување и развој за Shanghai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd. Wenqiang Yu служи во Научниот советодавен одбор на Epiprobe.W. Yu и Epiprobe одобриле патенти кои се во тек поврзани со оваа работа.Сите други автори не изјавуваат конкурентни интереси.

Прилози на авторот

Го осмислија и дизајнираа проектот: Ченгчен Чиан и Венчијанг Ју.

Го напиша трудот: Ченгчен Киан.

Направи илустрации: Ченгчен Киан.

Го прегледа и уредува ракописот: Ксијаолонг Зоу, Веи Ли, Јиншан Ли и Венчијанг Ју.

Референци

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

инциденцата и смртноста во светот за 36 видови на рак во 185 земји.CA Рак Џ Клин.2021 година;71: 209-49.

2. Xia C, Dong X, Li H, Cao M, Sun D, ​​He S, et al.Статистика за рак во Кина и САД, 2022 година: профили, трендови и детерминанти.Chin MedJ (англиски).2022 година;135: 584-90.

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

4. Crosby D, BhatiaS, Brindle KM, Coussens LM, Dive C, Emberton M, et al.Рано откривање на рак.Науката.2022 година;375: eaay9040.

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

скрининг за колоректален карцином.Гастроентерологија.2020 година;158: 418-32.

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

7. Bouvard V, WentzensenN, Mackie A, Berkhof J, BrothertonJ, Giorgi-Rossi P, et al.Перспективата на IARC за скрининг на рак на грлото на матката.N EnglJ Med.2021 година;385: 1908-18.

8. Xue P, Ng MTA, QiaoY.Предизвиците на колпоскопијата за скрининг на рак на грлото на матката во LMIC и решенија со вештачка интелигенција.BMC Med.2020 година;18: 169.

9. Џонсон П, Џоу Кју, Дао ДЈ, Ло ИМД.Циркулирачки биомаркери во дијагнозата и управувањето со хепатоцелуларен карцином.Nat Rev Гастроентерол Хепатол.2022 година;19: 670-81.

10. Van PoppelH, Albreht T, Basu P, HogenhoutR, CollenS, Roobol M. Рано откривање на рак на простата базирано на серум PSA во Европа и на глобално ниво: минатото, сегашноста и иднината.Нат Рев Урол.2022 година;19:

562-72.

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

et al.Развој на мултиплекс РНК уринарен тест за откривање и стратификација на преодниот клеточен карцином на мочниот меур.Clin Cancer Res.2008 година;14: 742-9.

12. Feinberg AP, Vogelstein B. Хипометилацијата ги разликува гените на некои човечки карциноми од нивните нормални колеги.Природата.1983 година;301: 89-92.

13. Ng JM, Yu J. Промотор хиперметилација на туморски супресорни гени како потенцијални биомаркери во колоректален карцином.IntJ Mol Sci.2015 година;16: 2472-96.

14. Esteller M. Епигеномика на ракот: ДНК метиломи и мапи за модификација на хистон.Нат Рев Генет.2007 година;8: 286-98.

15. Нишијама А, Наканиши М. Навигација низ пејзажот на метилација на ДНК на ракот.Трендови Genet.2021 година;37: 1012-27.

16. Xie W, Schultz MD, ListerR, Hou Z, Rajagopal N, Ray P, et al.Епигеномска анализа на повеќеслојна диференцијација на човечки ембрионални матични клетки.Ќелија.2013 година;153: 1134-48.

17. Ли И, Женг Х, Ванг Кју, Џоу Ц, ВеиЛ, Лиу Х и др.Анализите ширум геномот ја откриваат улогата на Polycomb во промовирањето на хипометилацијата на долините на метилацијата на ДНК.Геном Биол.2018 година;19:18.

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

et al.Анализа на метилација на ДНК кај рак: повторно посетена локација.Нат Рев Клин Онкол.2018 година;15: 459-66.

19. KleinEA, Richards D, Cohn A, TummalaM, Lapham R, Cosgrove D, и сор.Клиничка валидација на насочен тест за рано откривање на мулти-канцер базиран на метилација со користење на независен сет за валидација.Ен Онкол.2021 година;32: 1167-77.

20. Ханахан Д, Вајнберг РА.Карактеристики на ракот.Ќелија.2000 година;100: 57-70.

21. Ханахан Д. Карактеристики на ракот: нови димензии.Откријте рак.2022 година;12: 31-46.

22. Schwartzberg L, Kim ES, Liu D, Schrag D. Прецизна онкологија: кој, како, што, кога и кога не?Книга за едукација на Am Soc Clin Oncol.2017: 160-9.

23. Лиу Х, Менг Х, Ванг Ј. квантитативна метилација во реално време

откривање на генот PAX1 при скрининг за рак на грлото на матката.IntJ Гинекол Рак.2020 година;30: 1488-92.

24. Imperiale TF, RansohoffDF, Itzkowitz SH, Levin TR, Lavin P, Lidgard GP, et al.Мултитаргетстол ДНК тест за скрининг на колоректален карцином.N EnglJ Med.2014 година;370: 1287-97.

25. Li J, Li Y, Li W, Luo H, Xi Y, Dong S, и сор.Позиционирање на водич

секвенционирањето ги идентификува аберантните обрасци на метилација на ДНК кои го менуваат идентитетот на клетките и мрежите за надгледување на тумор-имуните.Геном

Рез.2019 година;29: 270-80.

26. Гао Q, LinYP, Li BS, Wang GQ, Dong LQ, Shen BY, и сор.Ненаметливо откривање на мулти-канцер со циркулирачко секвенционирање на метилација на ДНК без клетки (THUNDER): развојни и независни студии за валидација.Ен Онкол.2023 година;34: 486-95.

27. Донг С, Ли В, Ванг Л, Ху Ј, Сонг И, Џанг Б и др.Гените поврзани со хистон се хиперметилирани кај ракот на белите дробови и хиперметилирани

HIST1H4F може да послужи како биомаркер за пан-канцер.Cancer Res.2019 година;79: 6101-12.

28. HeijnsdijkEA, Wever EM, AuvinenA, Hugosson J, Ciatto S, Nelen V, и сор.Ефектите на квалитетот на животот на скрининг на антиген специфичен за простата.N EnglJ Med.2012 година;367: 595-605.

29. LuzakA, Schnell-Inderst P, Bühn S, Mayer-Zitarosa A, Siebert U. Клиничка ефективност на тестовите за биомаркери за скрининг на рак понудени како здравствена услуга самостојно платена: систематски преглед.Еур Ј јавно здравје.2016 година;26: 498-505.

30. Донг С, Лу Кју, Ксу П, Чен Л, Дуан Х, Мао З и сор.

Хиперметилиран PCDHGB7 како универзален маркер само за рак и негова примена во раниот скрининг за рак на грлото на матката.Clin Transl Med.2021 година;11: e457.

31. Јуан Ј, Мао З, Лу Кју, Ксу П, Ванг Ц, Ксу Х и др.Хиперметилиран PCDHGB7 како биомаркер за рано откривање на ендометријален карцином во примероци од ендометријална четка и гребење на грлото на матката.Преден Мол Биосци.2022 година;8: 774215.

32. Донг С, Јанг З, Ксу П, Женг В, Џанг Б, Фу Ф, и др.Заемно

ексклузивна епигенетска модификација на SIX6 со хиперметилација за преканцерозна фаза и следење на појава на метастази.Цел на сигналниот трансдукт Тер.2022 година;7: 208.

33. Хуанг Л, Гуо З, Ванг Ф, Фу Л. КРАС мутација: од неиздржлива до лекувана кај ракот.Цел на сигналниот трансдукт Тер.2021 година;6: 386.

34. Belinsky SA, Nikula KJ, PalmisanoWA, MichelsR, SaccomannoG, GabrielsonE, и сор.Аберантната метилација на p16(INK4a) е рано настан кај ракот на белите дробови и потенцијален биомаркер за рана дијагноза.Proc Natl Acad Sci U SA.1998 година;95: 11891-6.

35. Робертсон К.Д.Метилација на ДНК и човечка болест.Нат Рев Генет.2005 година;6: 597-610.

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

Метјус Ц, и сор.Повеќекратни биопсии и откривање на прекурсори на рак на грлото на матката при колпоскопија.Џеј Клин Онкол.2015 година;33: 83-9.

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

PJ, Steenbergen RD, и сор.Метилациона анализа на FAM19A4

генот во гребење на грлото на матката е многу ефикасен во откривањето на грлото на матката

карциноми и напредни CIN2/3 лезии.Рак Prev Res (Фила).2014 година;7: 1251-7.

38. Тајландски АА, Соломон БЈ, Секвист Л.В., Гејнор Џ.Ф., Хеист Р.С.Рак на белите дробови.Лансет.2021 година;398: 535-54.

39. Грунет М, Соренсен Ј.Б.Карциноембрионски антиген (CEA) како туморски маркер кај ракот на белите дробови.Рак на белите дробови.2012 година;76: 138-43.

40. Wood DE, KazerooniEA, Baum SL, EapenGA, EttingerDS, Hou L, и сор.Скрининг за рак на белите дробови, верзија 3.2018, упатства за клиничка пракса на NCCN во онкологијата.J Natl Compr Canc Netw.2018 година;16: 412-41.

41. Американско здружение за рак.Факти и бројки за ракот.Атланта, ГА, САД: Американско здружение за рак;2023 година [ажурирано на 1 март 2023 година;цитиран 2023, 22 август].

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

Херциг А, и сор.Скрининг за рак на грлото на матката за лица со просечен ризик: ажурирање на упатствата за 2020 година од Американското здружение за рак.CA Рак Џ Клин.2020 година;70: 321-46.

43. Кларк м-р, Лонг БЈ, Дел Мар МорилоА, Арбин М, Бакум-Гамез Ј.Н., Венценсен Н.JAMA практикант Мед.2018 година;178: 1210-22.

44. Џејкобс I, Гентри-МахараџА, Бурнел М, МанчандаР, Синг Н,

Шарма А, и сор.Чувствителност на трансвагинален ултразвучен скрининг

за ендометријален карцином кај жени во постменопауза: студија за контрола на случај во рамките на групата UKCTOCS.Лансет Онкол.2011 година;12: 38-48.

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

PalouJ, и сор.Насоки на Европската асоцијација за урологија за не-мускулно-инвазивен рак на мочниот меур (TaT1 и карцином In Situ) -

Ажурирање за 2019 година.Еур Урол.2019 година;76: 639-57.

46. ​​Арагон-Чинг Ј.Б.Предизвици и напредок во дијагнозата, биологијата и третманот на уротелијалните карциноми на горниот тракт и мочниот меур.Урол Онкол.2017 година;35: 462-4.

47. Ризви С, КанСА, Халемаер КЛ, Кели РК, Горес ГЈ.

Холангиокарцином – еволуирачки концепти и терапевтски стратегии.Нат Рев Клин Онкол.2018 година;15: 95-111.

48. Ye Q, Ling S, Zheng S, Xu X. Течна биопсија во хепатоцелуларна

карцином: циркулирачки туморски клетки и циркулирачка туморска ДНК.Мол Рак.2019 година;18: 114.

49. Жанг И, Јао И, Ксу И, Ли Л, Гонг И, Џанг К и др.Пан-рак

откривање на циркулирачка туморска ДНК кај над 10.000 кинески пациенти.Nat Commun.2021 година;12: 11.

50. Ајзенхауер ЕА, Терас П, БогаертсЈ, Шварц ЛХ, Сарџент Д, Форд Р, и сор.Нови критериуми за евалуација на одговорот кај цврсти тумори: ревидирани упатства RECIST (верзија 1.1).Еур Ј Рак.2009 година;45: 228-47.

51. LitièreS, Collette S, de Vries EG, Seymour L, BogaertsJ.RECIST - учење од минатото за да се изгради иднината.Нат Рев Клин Онкол.

2017 година;14: 187-92.

52. Seymour L, BogaertsJ, Perrone A, FordR, Schwartz LH, Mandrekar S, и сор.iRECIST: упатства за критериуми за одговор за употреба во испитувања

тестирање на имунотерапевти.Лансет Онкол.2017 година;18: е143-52.

53. PantelK, Alix-Panabières C. Течна биопсија и минимална резидуална болест – најнови достигнувања и импликации за лекување.Нат Рев Клин Онкол.2019 година;16: 409-24.

Наведете го овој напис како: Qian C, Zou X, Li W, Li Y, Yu W. Надвор против ракот: универзални маркери само за рак.Cancer Biol Med.2023 година;20: 806-815.

doi: 10.20892/j.issn.2095-3941.2023.0313