美国国立综合癌症网络（NCCN）的临床指南建议通过基于组织的下一代测序（NGS）进行全面的基因组分析。与非靶向治疗相比，通过检测肿瘤样本的关键突变基因可以帮助确定靶向治疗方案。除此之外，通过液体活检对循环肿瘤DNA（ctDNA）进行检测也可用于确定肿瘤的关键突变基因，但指南通常只在有限的病例中推荐使用这种方法。
单独使用基于组织的NGS检测是大多数癌症适应症的护理标准，但其在局限性，包括侵入性手段、样本不足或质量低、无法分析分子异质性等。单独使用ctDNA测序可能会产生低脱落肿瘤的假阴性结果，以及潜在不确定克隆性造血（CHIP）导致的假阳性结果。与使用单一模式检测相比，组织与ctDNA的同步基因组测序可为晚期癌症患者及时做出临床治疗决策提供优势。目前，越来越多的研究表明，组织与ctDNA的并行检测可能对患者有益，这是NCCN非小细胞癌症（NSCLC）指南所支持的。
为此，美国范德比尔特大学医学中心与Tempus公司等单位的联合研究团队进行了一项跨异质临床环境的多癌症队列临床验证研究，以评估与接受单一模式检测的患者相比，接受并行检测的患者是否具有更高的基于NCCN指南的临床可操作变异检出率。该研究成果已发表在JAMA Netw Open上，文章题为《Concurrent Tissue and Circulating Tumor DNA Molecular Profiling to Detect Guideline-Based Targeted Mutations in a Multicancer Cohort》。
研究团队对3209名患有IV期癌症（非小细胞肺癌、乳腺癌、前列腺癌及结直肠癌）的患者同时进行了组织和ctDNA的基因组测序，其中45.1%的患者检测到了基于NCCN指南的基因突变。在这些患者中，9.3%的患者只通过ctDNA测序检测到了变异，24.2%的患者只通过实体组织检测到了变异。根据癌症类型、基因、突变和ctDNA负荷的不同，任一种检测方法在鉴定可操作变异方面存在差异。在352例乳腺癌患者中，20.2%的患者通过ctDNA检测到了独特的可操作变异，其中大多数（55.0%）位于ESR1基因中，这使得与单独组织检测相比，ESR1突变患者的识别增加了24.7%。
来自Tempus多模式数据库的3209名患者数据同时进行了组织和ctDNA测序，其中1448名（45.1%）患者通过一次或两次检测至少检测到了一种基于NCCN指南的临床可操作变异。检测到可操作变异的患者比例因癌症亚型而异，从12.7%的前列腺癌患者到61.2%的结直肠癌患者（图1A）。
组织和ctDNA的测序结果一致性为66.4%（962例，共1448例）。不同癌症亚型的一致性率不同，结直肠癌的一致性最高（75.0%），前列腺癌的一致性最低（51.2%）（图1B）。在检测ctDNA特异性变异时，9.3%的患者至少有1种可通过ctDNA分析唯一检测到的变异，其中结直肠癌中有5.1%的变异，非小细胞肺癌中有5.5%的变异，前列腺癌中有19.5%的变异，乳腺癌中有20.2%的变异（图1B）。同时，24.2%的患者通过组织检测至少检测到1种可操作变异，其中结直肠癌中有19.8%的变异，非小细胞肺癌中有29.0%的变异，前列腺癌中有29.3%的变异，乳腺癌中有24.1%的变异（图1B）。
图1.具有基于NCCN指南的变异的患者百分比
02 ctDNA负荷与组织/ctDNA测序结果一致性的关联
研究团队分析了ctDNA负荷与组织和ctDNA测序结果的阳性百分比一致性（PPA）的关系。结果表明，在ctDNA中检测到的组织检测变异的PPA随着ctDNA负荷的增加而增加（图2A），并且在所有癌症亚型队列中都观察到这种关联。与一致性变异相比，检测到的组织特异性变异与较低的ctDNA负荷显著相关，ctDNA特异性变异与更高的ctDNA负荷显著相关（图2B）。
对于一致性和ctDNA特异性变异组，研究团队还发现，随着ctDNA负荷的增加，检测到的总变异比例增加（图2C、D），在ctDNA负荷最高的患者中检测到的ctDNA特异性变异超过61.7%（图2D）；相反，组织检测到的特异性变异比例随着ctDNA负荷的增加而下降，在ctDNA负荷最低的患者中检测到的组织特异性变异超过49.5%（图2E）。
除了非小细胞肺癌，研究团队没有发现肿瘤纯度与PPA之间的显著关联。在非小细胞肺癌中，ctDNA特异性变异与PPA和较低的肿瘤纯度相关。
图2. ctDNA负荷与组织/ctDNA测序结果一致性的关联
该研究队列中大多数非小细胞肺癌患者有1个可操作变异，4.7%的患者有超过1个以上的可操作变异。在NSCLC可操作队列中，65.7%的组织与ctDNA变异检测结果是一致的，29.0%变异仅在组织中检测到，5.3%变异仅在ctDNA中检测到（图3A）。其中，KRAS（OMIM 190070）是常见的ctDNA特异性变异（29.6%），EGFR（OMIM 131550）是常见的组织特异性变异（40.3%）（图3B）。ctDNA检测的特异性基因比例与组织检测的特异性基因比例没有差异（图3B）。
对每个基因的一致性、组织/ctDNA特异性变异的相对比例分析显示，基因间的一致性差异显著，MET（OMIM 164860）的一致性最小（37.5％），大多数MET变异仅在一种或另一种检测中检测到。除了ROS外，通过组织可检测到所有基因中大多数分析特有的变异（>70％）（图3C）。
此外，研究发现与组织检测相比，并行检测导致可操作基因变异携带患者的比例增加。对于KRAS，与仅组织检测相比，并行检修发现携带可处操作KRAS变异的患者增加了5.4%（图3D），其中EGFR患者人数增加最少（2.0%），ERBB2患者人数增加最多（18.8%）。
图3.在非小细胞肺癌队列中检测到的可操作变异
该研究队列中乳腺癌患者59.4%的组织与ctDNA测序结果是一致的，20.9%仅在组织中检测到，19.7%仅在ctDNA中检测到（图4A、B）。基因间一致性存在显著差异，在组织与ctDNA测序同时检测到的变异中，ESR1变异和ERBB2变异的检出率最高（图4C）。总体而言，晚期乳腺癌的多克隆性与检测之间的关联比非小细胞肺癌高。对于ESR1，并行检测发现携带可操作变异的患者数量增加了24.7%，其中PIK3CA患者数量增加最少（5.2%），BRCA2（OMIM 600185）增加最多（54.5%）（图4D）。
在转移性乳腺癌患者的可操作队列中，65.1%为激素受体（HR）阳性且ERBB2阴性，而73.8%的HR阳性与ERBB2状态无关。在HR阳性乳腺癌患者中，具有高ctDNA负荷的患者更有可能携带ctDNA特异性和并行检测的ESR1变异，相比于组织特异性检测。
此外，研究团队也进行了转移性结直肠癌和前列腺癌的并行检测分析，发现结直肠癌和前列腺癌症患者中可操作变异的比例分别最高和最低（图1B）。在结直肠癌检测到的可操作变异中，KRAS占最大比例（75.7%）。在前列腺癌中，由于该队列中可操作变异的患者数量较低，以及许多基于NCCN指南的前列腺癌症变异可能与CHIP相关，因此很难解释通过检测发现特异性变异的模式，仍需进一步研究。
综上，该研究是迄今为止规模最大的晚期多发性实体瘤研究，在不同的临床环境中同时进行了ctDNA和组织NGS测序。研究结果表明，并行检测对于分析晚期癌症患者中更具可操作性的变异是可行的，并且具有临床益处。并行检测的临床益处在乳腺癌和非小细胞肺癌中最为明显，再次证实了NCCN指南对这些人群进行ctDNA检测的支持。此外，虽然这两种检测方法的变异检测结果基本一致，但癌症亚型的一致性率差异较大。空间异质性可能是影响ctDNA/组织特异性变异检测的主要生物学因素。
Iams WT, Mackay M, Ben-Shachar R, et al. Concurrent Tissue and Circulating Tumor DNA Molecular Profiling to Detect Guideline-Based Targeted Mutations in a Multicancer Cohort. JAMA Netw Open. 2024. doi:10.1001/jamanetworkopen.2023.51700
https://jamanetwork.com/journals/jamanetworkopen/fullarticle/2814120
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