学术快讯16 |《Nat Rev Clin Oncol》发表循环肿瘤细胞（CTCs）用于癌症的早期检测的重要综述

2023年6月，伦敦玛丽女王大学巴茨癌症研究所（BCI）、德国汉堡-埃彭多夫大学医疗中心（UKE）在《Nature Reviews Clinical Oncology》（IF=78.8）期刊发表循环肿瘤细胞（CTCs）在癌症早期检测方面的综述文献，系统地阐述了研究癌细胞早期血行转移的临床意义，强调了CTCs在癌症早期检测方面具有的巨大潜力，并进一步探讨了CTCs检测技术与未来的发展方向。

论文题图

 

    癌症是全球范围内第二大常见死因，而癌症相关死亡通常是晚期才被确诊的结果，此外，癌症晚期确诊严重限制了相关治疗方案的选择，通常会导致预后不良，因此，癌症的早期检测对于改善患者预后至关重要。目前，全球已开展多项针对癌症早期检测的战略规划项目，包括欧盟委员会主导的欧洲战胜癌症计划（Europe’s Beating Cancer Plan）、英国研究与创新署的加速疾病检测挑战（Accelerating detection of disease）、美国国立卫生研究院/国家癌症研究所主导的癌症登月计划（Cancer Moonshot）等。

 

    

全球代表性癌症早期检测项目

 

    目前癌症诊断的金标准是组织病理学，主要针对实体瘤组织进行侵入性活检，无法从没有癌症相关临床证据，或不适合接受组织活检的患者中获得活检样本；而以核磁共振成像（MRI）、正电子发射断层成像（PET-CT）等为代表的影像学技术只能检测已经发展成熟的原发性肿瘤或转移灶，这些方法均严重限制了早期发现癌症的能力。近年来，学界越来越关注癌症的早期检测的问题，基于液体活检的早筛技术也得到了迅速的发展，相关技术可以以微创或非侵入的方式对来自原发灶和转移灶的肿瘤循环标志物进行重复取样，以评估肿瘤发生发展情况、治疗反应、疾病进展情况等，且能够更好地代表异质性的肿瘤细胞群体。

 

癌症转移

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    癌症转移步骤始于原发性肿瘤细胞对周围微环境的侵袭行为，随后通过内皮屏障迁移，内渗（Intravasation）到血液或者淋巴系统中。进入血液的循环肿瘤细胞（CTCs）可以通过血液循环进入身体其他部位，并通过外渗（Extravasation）在新的组织中增殖，导致转移病灶的产生；或者进入休眠状态，驻留在骨髓等远端器官中，并在几个月甚至长达几年的潜伏期后恢复增殖能力，并建立转移性病变。因此，CTCs是癌症转移早期阶段的第一个指标，可以通过微创方式监测这一过程，并用作侵袭性癌症早期检测的工具。

 

癌症转移的关键步骤

 

    癌细胞可以经历上皮到间充质的转化（Epithelial–mesenchymal transition，EMT），以促进它们从原发肿瘤中分离并渗入血液循环，EMT过程伴随着上皮特征的丢失（例如E-cadherin下调）以及间质特征的获得（例如表达Vimentin）。有研究表明EMT过程通过TGFβ，Wnt和Notch信号介导，并由转录因子SNAI1、SNAI2、TWIST1和FOXC2控制。癌细胞的侵袭过程可能以单个细胞或者细胞团的形式发生，有研究表明单细胞内渗通过TGFβ信号介导，细胞团内渗则由原发肿瘤缺氧导致，CTCs外渗通过整合素黏附介导，并与周围的血管内皮细胞相互作用。

 

癌细胞早期扩散

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    有研究证明癌细胞扩散是肿瘤发生的早期事件，早在19世纪50年代的工作中，研究者就已经发现直径小于5mm的原发肿瘤可以在诊断前数月甚至数年转移至多个部位。此外，在早期胃癌、浸润性乳腺癌、原位导管癌等癌种中均检测出了播散性肿瘤细胞（disseminated tumour cells，DTCs），也有研究报道胰腺癌肿瘤检测前可以在血液中检测到具有间充质特征的CTCs，此外，基于二代测序（NGS）技术的研究证明早期微转移是许多人类癌症的共同特征。这些证据均表明癌细胞的扩散过程先于肿瘤被发现。

    DTCs处于休眠状态可能是较晚检测出转移的原因，DTCs休眠期间通常具有较低的增殖指数，G0-G1期有丝分裂停滞，通常在多年后恢复增殖能力并建立转移病变。约40%接受根治性前列腺癌切除术的患者会复发，因此，即使在手术时，也存在DTCs或检测不到的微转移。有研究认为，初次切除术后多年检测到的DTCs，可能来自于术前侵袭到血液中，并在后期形成的微转移。虽然DTCs休眠可能会导致转移复发，阻碍癌症的有效根除，但休眠期也提供了一个在转移灶建立之前进行治疗的机会窗口。因此，进一步了解癌细胞的休眠机制对预测转移至关重要。

 

循环肿瘤细胞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    CTCs是从实体瘤脱落并进入循环系统的细胞，有证据表明，CTCs的某些亚型（间质型或上皮-间质混合型）具有更大的转移潜能，与各类癌症患者预后不良有关，近期的研究发现CTCs在睡眠或休息时数量增加，转移能力也更强。 此外，CTC簇也在转移中起到重要作用，同型CTC簇仅由CTCs组成，异型CTC簇则包含各种基质细胞，如成纤维细胞、血小板、免疫细胞等，有研究表明异型CTC簇中的非癌细胞可以保护CTCs免受血液中的剪切应力与免疫细胞的攻击，由于具有更大的尺寸，CTC簇更易被困在毛细血管中，增加了在次级部位外渗的可能。

 

CTCs的不同亚型

 

    CTCs包含遗传学、表观遗传学、蛋白质等多组学信息。CTCs单细胞全外显子组测序（WES）可以揭示数千种单核苷酸变异（SNVs）、插入/缺失（indels）、拷贝数变异（CNVs）等，它们能够帮助理解转移形成的过程，并反映治疗前后相关通路的变化。CTCs遗传分析可以提供有关肿瘤突变负荷、患者一致性信息等，此外，在高达54%的乳腺癌早期患者中，CTC SOX17基因出现高甲基化，CTCs表观遗传学分析也开始在临床上发挥作用。对CTCs进行分析有助于理解EMT、肿瘤内渗和肿瘤细胞休眠机制，并帮助区分潜伏性和侵袭性癌症。

 

对CTC的表征以增加对转移的理解并改善癌症患者的临床管理

 

 

 

CTCs在癌症早期筛查中的应用

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   癌细胞的局部侵袭和内渗过程可以在数小时的时间范围内迅速发生，因此CTC检测可能先于临床癌症诊断。尽管目前发表的大多数关于CTCs的研究都集中在晚期癌症的预后能力上，但对CTCs在癌症早期筛查的研究正在增加。这些研究表明，CTCs可用于临床相关癌症的早期筛查或诊断。目前许多正在进行的临床试验研究了CTCs在癌症早期筛查中的应用，例如前列腺癌PROLIPSY试验（NCT04556916）、乳腺癌（NCT03511859），非小细胞肺癌（NCT02380196），结直肠癌（NCT05127096）和胰腺癌（PANCAID）试验等，进一步推进CTCs用于癌症早期筛查成为现实。

 

CTCs癌症早期检测相关研究

 

 

 

未来方向

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   综述认为，未来CTCs用于癌症早期检测的方向包括：

• 优化抗原非依赖性CTCs分离策略。
• 通过改变血液采集部位以提高CTCs捕获量（如对癌症高风险个体，使用肿瘤引流静脉采血）。
• 通过单采术或抗体包被的血管可插入装置等方法增加血液采样量，以便从静脉血液中捕获CTCs。
• 优化血液采样时间（可能通过在夜间或休息阶段采样），以确保最大程度地捕获CTCs。
• 开发可注射的CTCs探针、可穿戴检测设备等活体成像方法。
• 进一步对CTCs进行分子层面的分析，以更好地识别临床相关的侵袭性癌症，并最大限度地减少对惰性肿瘤的过度诊断。
• 通过机器学习和人工智能分析大型数据集，以最大限度地减少观察者之间和实验室之间的差异。
• 基于CTCs制定泛癌种早期筛查策略，随后使用器官特异性肿瘤标志物/靶向成像进行进一步的诊断检查。

 

 

    在将CTCs用于普通人群癌症筛查之前，可首先根据遗传风险因素、生活方式因素/临床和家族病史，对高风险人群进行更有针对性的风险分级筛查。随后对检测到CTCs的个体进行进一步检查，例如针对乳腺癌高危人群的X射线检查、肺癌高危人群的低剂量CT检查；针对前列腺癌高危患者的血清PSA检查、针对胰腺癌高危患者的CA19-9等肿瘤标志物检查及ctDNA、miRNA检测等；或者进一步对CTCs进行分子分析，例如肿瘤特异性抗原检测、DNA甲基化分析或拷贝数变异检测等。将这些检测结果与患者临床信息整合后，可以综合组织活检取样的可行性、生物标志物检测准确性等因素，在对疑似肿瘤部位进行活检/不进行活检的情况下做出诊断。

 

CTCs用于癌症早期检测的未来展望

 

 

 

 

结论

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   在CTCs液体活检这个快速发展的领域，人们在了解癌症早期扩散和转移过程方面已经取得了巨大进展。越来越多的证据表明癌症发展的早期阶段伴随着微转移的形成与CTCs的产生。因此，CTCs在癌症早期检测方面具有巨大潜力，能够识别临床相关肿瘤，同时避免对惰性肿瘤的过度诊断。当前的挑战在于开发可靠CTCs采集和分析技术。综述认为，随着技术的进一步发展，CTCs检测将改变当前癌症早期检测的方式，并大幅改善患者的预后。

 

文案撰写：晶准生物医学（深圳）医学事务部

 

参考文献：

[1] Lawrence R, Watters M, Davies CR, Pantel K, Lu YJ. Circulating tumour cells for early detection of clinically relevant cancer. Nat Rev Clin Oncol. 2023;20(7):487-500. doi:10.1038/s41571-023-00781-y

 

晶准医学核心产品CTC100技术平台（NMPA II类&CE认证）以自主专利的微流控芯片技术为临床提供较高的样本目标细胞分筛效率，精准分离富集高纯度的循环肿瘤细胞（CTC），结合了多重肿瘤标记物的严谨鉴定方式，同时保持了细胞活性高及完整性的特点，灵敏度高，特异性高。同时，利用晶准医学液体活检多平台的特点，CTC技术创新性地结合数字PCR以及NGS测序技术，解决了CTC计数分型临床复合率差、单细胞测序、靶向蛋白检测、细胞培养、PCR等下游应用场景无法开展的难题，为肿瘤液体活检提供整体全面的解决方案。

 

 

 

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