学术快讯 06| 循环肿瘤细胞转录组分析可用于替代转移性乳腺癌的组织活检

南加州大学的Lang JE团队于2022年1月在《Annals of Surgical Oncology》杂志发表题为"Circulating Tumor Cell Transcriptomics as Biopsy Surrogates in Metastatic Breast Cancer"的论文。团队揭示了循环肿瘤细胞（CTC）与转移性乳腺癌（MBC）组织的生物标志物表达的高度一致性。CTC能够预测乳腺癌患者在治疗后转移的风险，进一步支持了CTC检测可作为组织活检的临床替代方案，以实时评估肿瘤进化过程。

 

 

转移性乳腺癌（MBC）以及导致肿瘤转移的循环肿瘤细胞（CTC）与原发性乳腺癌有本质上的不同，美国临床肿瘤学会指南（ASCO）要求对乳腺癌患者的转移灶进行组织活检，通过其生物标志物的检测结果指导治疗决策，但并非所有转移部位都适合接受活检穿刺。分析肿瘤的分子特征可以指导靶向治疗，但原发肿瘤组织或单一转移灶活检的基因检测结果可能无法反映多处转移灶的基因特点。

 

CTC检测作为微创的液体活检手段，在实时评估病人的肿瘤生物学和异质性方面具有巨大的潜力。CTC的预后作用已被多项研究证明，52%-71%的MBC患者血液中可以检测到CTC，但CTC检测目前还未被广泛用于指导治疗决策。目前临床上大多数测序方法都集中在DNA测序上，但并非所有DNA变异都会表达。随着RNA测序（RNA-Seq）技术的崛起，目前除了能对CTC进行基因检测，还有望通过液体活检预测治疗效果。该研究探讨了CTC辨别潜在治疗目标的可能性。对CTC进行全转录组RNA测序并分析分子特征，可观察到MBC患者的肿瘤异质性。同时，CTC转录组测序结果可用于辨别MBC生物标记物，有助于新靶点的发现和耐药机制的研究。

 

为了评估CTC全转录组RNA测序结果能否作为MBC乳腺癌活检的替代方案，团队对19例新诊断的MBC患者转移灶进行组织活检，并对转移灶组织、CTC和外周血（PB）进行了RNA测序。主成分分析（PCA）显示，PC1中大多数CTC、转移灶组织和外周血分离，而PC2中CTC则和转移灶组织、外周血分离。维恩图显示了CTC、转移灶和外周血基因表达的组间对比。通过选出每两组样本中5个上调或下调幅度最大的基因并进行比较后发现，RNA-Seq可以在CTC中检测到与转移灶组织和外周血不同的基因表达特征。

 

 患者的CTC检测结果与对应的首次复发器官分布图

 

团队进一步分析了CTC、转移灶和外周血中与免疫反应相关的基因的表达。相比转移灶组织，CTC中过表达的肿瘤免疫应答相关的差异基因数量更多（转移灶 vs. CTC，15 vs.131）；CTC和转移灶组织中共同拥有12个过表达基因和15个下调表达基因，且表达情况一致。与外周血相比，PD-L1在CTC和转移灶组织中的表达量都显著降低（CTC vs. 外周血，p=3.5×10−5；CTC vs 转移灶组织，p=0.004；转移灶组织 vs. 外周血，p=0.004）。

 

在CTC、转移灶组织和PB中与免疫反应相关的基因的绝对标准化表达量（RPKM）

 

研究者发现78%的潜在临床靶基因在CTC和对应的转移灶组织中表达情况相似，但没有基因在所有样本组（CTC以及转移灶组织）中出现一致地过表达或下调。仅有4.7%的基因在CTC与转移灶组织中的表达有统计学意义上的差异（AKT3，p=0.018；CCND1，p=0.025；FOXA1，p=0.034）。在3个具有代表性的患者样本中（下图b），与外周血对照相比，大多数CTC和转移灶组织均具有这些潜在靶基因的过度表达，少数基因例外。该结果表明，CTC有望为发生远端转移的乳腺癌患者辨别潜在用药靶点。

 

CTC和转移灶中的潜在靶基因的表达情况

 

4例患者在另一时间点再次接受了CTC样本采集，同时也提供了的相关的影像学结果和治疗方案信息（第一个和第二个CTC采集节点之间的平均时间为4±0.8个月）。下图a，b为患者1（ER/PR阳性，HER2阴性），该患者在接受他莫西芬（Tamoxifen）治疗后，CTC上激素受体基因在不同节点中均显示下调，且CTC上受体（p = 0.014）和细胞周期基因（p = 0.0005）在不同节点的表达情况也均具有统计学差异。

 

患者1不同节点时CTC和转移灶组织内的标志物基因表达情况

 

下图c，d为患者15（ER阳性，PR/HER2阴性），该患者第二个节点的CTC样本显示，在使用多柔比星（Doxorubicin）治疗后，DNA损伤修复基因出现上调（下图d）。两位患者的CTC样本在第二个节点均被观察到了细胞周期基因表达下调。这些数据揭示了在治疗压力下每个患者生物特征的演变，对临床管理具有意义。

 

患者15不同节点时CTC和转移灶组织内的标志物基因表达情况

 

在所纳入的样本中，1754个基因检测到了单核苷酸变异（SNVs），转移灶组织中有31%的SNVs存在于CTC。所有样本中共检测到2258个体细胞突变， CTC中检测到的SNVs数量（2041）是转移灶组织（217）的9.4倍（p = 0.01）。通过COSMIC、cBioPortal数据库，研究人员确定了样本中突变频率最高的20个基因，其中‍有17个在乳腺癌样本中产生突变，变异等位基因频率为0.2～9%不等。转移性和非转移性病例之间的SNVs存在显著差异（p=0.009），单个基因的差异高达10倍。将该研究的RNA-Seq数据库与IntOGen-mutations平台确认的184个乳腺癌驱动基因进行对比，团队发现34/44（77.3%）的SNVs只存在于CTC中，4/44（9.1%）的SNVs只存在于转移灶组织中，5/44（11.4%）的SNVs同时存在于CTC和转移灶组织。分析结果表明，CTC中可检测到的SNVs比转移灶组织更多。与潜在靶点相比，CTC和转移灶组织的SNVs的分析结果一致性较低，该分析方式还需要在未来进一步验证。目前暂时没有通过RNA-Seq分析SNVs的统一标准，研究者们需要开发更好的工具从复杂的样本（如CTC）中分析SNVs。

 

CTC与转移灶组织中检测到的单核苷酸变异（SNVs）

 

总结：该研究结果表明，与转移灶组织活检相比，CTC中的体细胞突变数量更多，CTC中的SNVs数量随时间推移而增加，CTC的RNA-Seq结果可用于检测MBC患者的驱动基因突变。CTC单细胞测序通过微创、实时的检测方式辅助诊断策略的定制，帮助患者得到精准治疗。液体活检有望代替组织活检，用于检测潜在的临床靶向基因表达和突变，纵向评估患者癌症的演变。

 

作者：孟静嘉 校对：王源、郭司雨

 

参考文献：

[1] Ring, Alexander et al. “Circulating Tumor Cell Transcriptomics as Biopsy Surrogates in Metastatic Breast Cancer.” Annals of surgical oncology vol. 29,5 (2022): 2882-2894. doi:10.1245/s10434-021-11135-2

 

 

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