Vijesti

MINI REVIEW

Ispostava protiv raka: univerzalni markeri samo za rak

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

1Shanghai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd, Šangaj 200233, Kina;2 Odeljenje za opštu hirurgiju, Prva pridružena bolnica Medicinskog univerziteta u Harbinu, Harbin 150001, Kina;3Shandong Epiprobe Medical Laboratory Co., Ltd, Heze 274108, Kina;4 Narodna bolnica Ningxia Hui autonomne regije, Ningxia Medical University, Yinchuan 750002, Kina;5Klinički centar javnog zdravlja u Šangaju i odjel za opštu hirurgiju, bolnica Huashan i Institut za metastaze raka i laboratorija za epigenetiku RNA, Instituti za biomedicinske nauke, Šangajski medicinski koledž, Univerzitet Fudan, Šangaj 200032, Kina

SAŽETAK

Rak je vodeći uzrok smrti širom svijeta.Rano otkrivanje raka može smanjiti smrtnost od svih vrsta raka;međutim, za većinu vrsta raka nedostaju efikasni biomarkeri za rano otkrivanje.Metilacija DNK je oduvijek bila glavna meta interesovanja jer se metilacija DNK obično događa prije drugih genetskih promjena koje se mogu otkriti.Dok se istražuju uobičajene karakteristike raka pomoću novog vodiča za sekvenciranje pozicioniranja za metilaciju DNK, pojavio se niz univerzalnih samo markera raka (UCOMs) kao jaki kandidati za efikasno i precizno rano otkrivanje raka.Dok je klinička vrijednost trenutnih biomarkera raka umanjena niskom osjetljivošću i/ili niskom specifičnošću, jedinstvene karakteristike UCOM-a osiguravaju klinički značajne rezultate.Validacija kliničkog potencijala UCOM-a kod karcinoma pluća, grlića materice, endometrija i urotelija dalje podržava primjenu UCOM-a u više vrsta karcinoma i različitim kliničkim scenarijima.U stvari, primjene UCOM-a su trenutno pod aktivnom istragom uz daljnju evaluaciju u ranom otkrivanju raka, pomoćnoj dijagnozi, efikasnosti liječenja i praćenju recidiva.Molekularni mehanizmi pomoću kojih UCOM otkrivaju rak su sljedeće važne teme koje treba istražiti.Primjena UCOM-a u scenarijima iz stvarnog svijeta također zahtijeva implementaciju i usavršavanje.

KLJUČNE RIJEČI

Detekcija raka;skrining raka;DNK metilacija;epigenetika raka;biomarkeri raka

Zašto nam hitno treba novo biomarkeri?

Nakon više od jednog veka borbe protiv raka, rak je i dalje najsmrtonosnija biološka pretnja čovečanstvu.Rak ostaje globalni zdravstveni problem sa 19,3 miliona novih slučajeva i skoro 10 miliona smrtnih slučajeva procijenjenih u 20201. Procjenjuje se da je 2020. godine u Kini dijagnosticirano 4,6 miliona novih slučajeva raka, što čini 23,7% novih slučajeva raka u svijetu prema GLOBOCAN1.Nadalje, oko 3 miliona smrtnih slučajeva pripisano je raku u Kini 2020. godine, što je činilo 30% globalnih smrtnih slučajeva povezanih s rakom1.Ove statistike su pokazale da je Kina na prvom mjestu po učestalosti i stopi smrtnosti od raka.Štaviše, petogodišnja stopa preživljavanja od raka iznosi 40,5%, što je 1,5 puta niže od petogodišnje stope preživljavanja u Sjedinjenim Državama2,3.Relativno niže preživljavanje i veće stope mortaliteta u Kini nego u zemljama sa višim indeksima humanog razvoja ukazuju na to da je hitno potreban efikasan i isplativ sistem prevencije i nadzora raka.Rano otkrivanje raka jedan je od najkritičnijih elemenata u zdravstvenom sistemu.Rano otkrivanje raka može poboljšati prognozu i preživljavanje u ranoj fazi kod gotovo svih tipova raka4.Uspješne strategije skrininga dovele su do značajnog pada incidencije i stope mortaliteta od karcinoma grlića materice, dojke, kolorektalnog karcinoma i raka prostate.

Međutim, rano otkrivanje raka nije lak zadatak.Istraživanje biologije i prognoze ranog raka, identifikacija i validacija pouzdanih biomarkera za rano otkrivanje i razvoj pristupačnih i tačnih tehnologija ranog otkrivanja uvijek su bile najveće prepreke u tom procesu4.Precizno otkrivanje karcinoma može razlikovati benigne od malignih lezija, što pomaže u izbjegavanju nepotrebnih procedura i olakšava dalje liječenje bolesti.Trenutne strategije ranog otkrivanja uključuju biopsije zasnovane na endoskopu, medicinsko snimanje, citologiju, imunotestove i testove biomarkera5-7.Budući da su intruzivne i skupe, biopsije zasnovane na endoskopu nose inherentno težak teret kao glavna medicinska procedura koja se oslanja na profesionalno osoblje.Poput citologije, obje metode skrininga zavise od medicinskih stručnjaka i temelje se na ličnom prosuđivanju sa učinkom koji je daleko od idealnog8.Nasuprot tome, imunološki testovi su vrlo neprecizni, s obzirom na visoku stopu lažno pozitivnih.Medicinsko snimanje, kao taktika skrininga, zahtijeva skupu opremu i specijalizirane tehničare.Stoga je medicinsko snimanje izuzetno ograničeno zbog niske pristupačnosti.Zbog svih ovih razloga, čini se da su biomarkeri bolja opcija za rano otkrivanje raka.

Dopisivanje sa: Yinshan Li i Wenqiang Yu

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

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

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

Primljeno 22. avgusta 2023.;prihvaćeno 12. oktobra 2023.;

objavljeno na mreži 28. novembra 2023.

Dostupno na www.cancerbiomed.org

Attribution-NonCommercial 4.0 Međunarodna licenca

Biomarkeri su trenutno kategorizirani kao proteini, markeri DNK mutacije, epigenetski markeri, hromozomske abnormalnosti, RNK markeri izvedeni direktno iz tumora ili fragmenti tumora dobijeni indirektno iz tjelesnih tekućina.Proteinski markeri su najrasprostranjeniji biomarkeri u skriningu i dijagnostici raka.Proteinski biomarkeri, kao skrining biomarkeri, ograničeni su tendencijom da budu zahvaćeni benignim lezijama, što dovodi do pretjerane dijagnoze i pretjeranog liječenja, kao što je prijavljeno za α-fetoprotein i prostata-specifični antigen (PSA)9,10.RNK markeri uključuju genetičke ekspresijske obrasce i druge nekodirajuće RNA markere. Kombinacija genetskih ekspresijskih RNA markera može se otkriti pomoću uzoraka urina, čija je osjetljivost bila daleko od zadovoljavajuće (60%) za primarne tumore, a detekcija može na njih utiče priroda lake degradacije RNK u normalnom okruženju11.I genetski i epigenetski markeri suočavaju se s problemom prevalencije tumora i ograničenja na tipove raka.

Metilacija DNK bila je jak kandidat za biomarker za rano otkrivanje otkako ju je Feinberg prvi put povezao sa rakom 1983. godine12. Aberacije metilacije DNK uočene su u svim stadijumima raka, već u prekanceroznom stadijumu.Aberantna hipermetilacija DNK obično se odvija na CpG ostrvima u promotorima gena kako bi se suprotstavili tumorskim supresorima13,14.Studije su također sugerirale da abnormalna hipermetilacija DNK uključuje pojačanu regulaciju razvojnih regulatora15.Dolina metilacije DNK, koja se obično povezuje s regulatorima razvoja i hipermetiliranim karcinomima, može prebaciti način ekspresije gena na stabilniji način ovisan o metilaciji DNK i smanjiti vezu s metiliranim histonom H3K27me3 i povezanim polikomb proteinima16,17.

Među velikim brojem objavljenih markera metilacije DNK, nekoliko ih je uspješno debitovalo na tržištu;međutim, sadašnji komercijalizovani markeri metilacije DNK i dijagnostički paneli tek treba da u potpunosti otključaju potencijal ranog otkrivanja raka iz više razloga18.Iako uglavnom pokazuju prihvatljive performanse koristeći informacije baze podataka, ovi biomarkeri obično rade manje idealno u stvarnom svijetu zbog činjenice da su uzorci iz stvarnog svijeta često složeniji i nisu toliko reprezentativni kao oni odabrani u bazama podataka.Pokazalo se da rano otkrivanje metilacije više karcinoma bazirano na sekvenciranju nove generacije ima samo 16,8% odnosno 40,4% osjetljivosti u stadijumu raka I i II, respektivno19.Testovi za rano otkrivanje zahtijevaju veću stabilnost i preciznije biomarkere.

Otkrivanje univerzalnog markera samo za rak (UCOM) pomoću sekvenciranja vodiča za pozicioniranje (GPS)

Uprkos decenijama istraživanja raka, zadovoljavajuća prevencija i liječenje nisu realizovani.Potrebne su nove metodologije kako bi se omogućilo istraživačima da temeljno procijene rak.U posljednje 23 godine, 6 obilježja raka, kao što su izbjegavanje apoptoze, invazija tkiva i metastaze, itd., prošireno je na 14 uključivanjem karakteristika poput nemutacijskog epigenetskog reprogramiranja i polimorfnih mikrobioma20,21.Kako se otkriva više detalja koji se tiču raka, sve više perspektiva se uvodi u istraživanje raka.Istraživanje raka postepeno je ušlo u noviju eru u dva pravca (zajedništvo i individualnost).S razvojem precizne onkologije u posljednjih nekoliko godina, fokus istraživanja raka se naginje ka individualiziranoj ciljanoj terapiji i heterogenosti raka22.Stoga su nedavno identificirani biomarkeri raka fokusirani uglavnom na specifične tipove raka, kao što su PAX6 forcervikalni karcinom23 i BMP3 za kolorektalni karcinom24.Učinak ovih biomarkera specifičnih za tipove karcinoma varira, ali još uvijek nije moguće da se osjetljivi pojedinci podvrgnu skriningu za sve vrste raka istovremeno zbog ograničenja uzimanja bioloških uzoraka i visoke cijene.Bilo bi idealno kada bismo mogli da identifikujemo jedan, robustan biomarker koji je efikasan za sve vrste raka u ranoj fazi.

Da bi se postigao takav idealan cilj, sa liste potencijalnih tipova biomarkera mora se odabrati bolji kandidat za biomarker.Poznato je da su aberacije metilacije DNK, među svim genetskim i epigenetskim profilima, povezane s rakom i neke su od najranijih, ako ne i prvih, abnormalnosti povezanih s rakom koje se javljaju kronološki.Istraživanje metilacije DNK počelo je rano, ali je ometano nedostatkom istraživačkih metoda.Među 28 miliona potencijalnih metiliranih CpG mjesta u genomu, broj kojim se može upravljati mora biti otkriven i usklađen s genomom kako bi se bolje razumjela tumorigeneza.Bisulfitno sekvenciranje cijelog genoma (WGBS), koje se smatra zlatnim standardom sekvenciranja metilacije DNK, može pokriti samo 50% Cs u stanicama raka zbog prirode tretmana bisulfitom koji razbija fragmente DNK i smanjuje kompleksnost genoma tokom transformacija Cs-u-Ts25.Druge metode, poput 450k čipova, pokrivaju samo 1,6% metilacije genoma.Na osnovu 450.000 podataka, panel za detekciju metilacije DNK ima 35,4% osjetljivosti za 6 tipova kancera u stadijumu I26.Ograničenja tipova karcinoma, loše performanse i buka koju stvaraju metode detekcije u analitičkom procesu postale su najveće prepreke za panele za otkrivanje pan-kancera.

Da bismo bolje istražili epigenetske obrasce ćelija tokom tumorigeneze i metastaza, razvili smo jedinstveni GPS za detekciju metilacije DNK na nivou genoma, koji pokriva do 96% CpG mesta u 0,4 milijarde čitanja25.GPS je metoda bilateralnog sekvenciranja koja koristi 3′ kraj fragmenta DNK nekonvertibilnih metil-citozina nakon tretmana bisulfitom koji vodi izračunavanje poravnanja DNK metilacije 5′ kraja kroz sekvenciranje u paru (Slika 1)25.Vodeći lanac metil-citozina, koji djeluje kao šablonski lanac, pomaže u usklađivanju regiona visokog GC-a koje obnavlja najviše napuštene podatke sekvenciranja u tradicionalnom WGBS.Značajka visoke pokrivenosti GPS-a pruža ogromnu količinu informacija o metilaciji DNK, što nam omogućava da ispitamo profile metilacije raka sa znatno većom rezolucijom u prethodno nedovoljno istraživanim regijama.

GPS nam pruža moćan alat za istraživanje homogenosti raka, koji može uvelike pojednostaviti istraživanje raka i potencijalno pronaći univerzalno objašnjenje za tumorigenezu i metastaze.Prilikom analize GPS podataka o ćelijskim linijama raka, često se susreće s jedinstvenim fenomenom.Bilo je nekoliko regija za koje se činilo da su abnormalno hipermetilirane u više vrsta uzoraka raka.Ovaj neočekivani nalaz je naknadno potvrđen da služi kao UCOM.Analizirano je više od 7.000 uzoraka iz 17 vrsta raka u bazi podataka Cancer Genome Atlas (TCGA), među kojima smo identificirali prvi UCOM, HIST1H4F, gen vezan za histon koji je hipermetiliran u svim vrstama raka27.Serija UCOM-a je potom pronađena i potvrđena u bazi podataka TCGA, bazi podataka Gene Expression Omnibus (GEO) i kliničkim uzorcima iz stvarnog svijeta.Do sada su HIST1H4F, PCDHGB7 i SIX6 pronađeni i potvrđeni kao UCOM-i.Neočekivano otkriće UCOM-a nudi moćan odgovor na potrebu za ranim otkrivanjem raka.UCOM-i pružaju rješenje za detekciju višestrukih karcinoma jednim markerom.

Karakteristike UCOM-a

Nakon validacije, pokazalo se da UCOM-i pokazuju četiri glavne karakteristike koje omogućavaju UCOM-ima da nadmaše efikasnost trenutnih biomarkera (Slika 2).

Jedinstveno za malignitet

UCOM su jedinstvene za kancerogene ili prekancerozne lezije i na njih ne utiču normalne fiziološke promjene.Neki od trenutnih markera vezanih za rak koji se široko primjenjuju u ranom otkrivanju i/ili skriningu doveli su do pretjerane dijagnoze.Povišeni nivoi PSA, klinički akreditovanog alata za skrining, takođe se otkrivaju u benignim stanjima, kao što su hiperplazija prostate i prostatitis10.Prekomjerna dijagnoza i rezultirajuća pretjerana terapija dovode do smanjene kvalitete života zbog crijevnih, urinarnih i seksualnih komplikacija28.Drugi biomarkeri bazirani na proteinima i široko korišteni u kliničkom okruženju, kao što je CA-125, nisu dali značajne koristi dok su doveli do pretjerane dijagnoze i pretjeranog liječenja29.Visoka specifičnost UCOM-a za maligne bolesti izbjegava ove nedostatke.UCOM, PCDHGB7, efikasno razlikuje skvamozne intraepitelne lezije visokog stepena (HSIL) i rak grlića materice od normalnih uzoraka i skvamoznih intraepitelnih lezija niskog stepena (LSIL), dok većina drugih biomarkera može samo razlikovati rak grlića materice od normalnih uzoraka30.Iako PCDHGB7 ne otkriva značajne razlike između normalnog endometrijuma i hiperplazije endometrija, otkrivene su značajne razlike između normalnog endometrijuma i atipične hiperplazije, a još veće razlike su otkrivene između normalnog endometrijuma i raka endometrijuma (EC) na osnovu PCDHGB731.UCOM-i su jedinstveni za maligne lezije u bazama podataka i kliničkim uzorcima.Iz perspektive pacijenta, jedinstveni UCOM-i smanjuju prag za razumijevanje složenih indikacija različitih nestabilnih biomarkera lošeg učinka i odgovarajuće anksioznosti tokom procesa evaluacije.Iz perspektive kliničara, jedinstveni UCOM-i razlikuju maligne od benignih lezija, što pomaže u trijaži pacijenata i smanjuje nepotrebne medicinske procedure i pretjerano liječenje.Stoga, jedinstveni UCOM-ovi smanjuju redundanciju medicinskog sistema, ublažavaju probleme sistema i stavljaju na raspolaganje više medicinskih resursa onima kojima je potrebno.

Slika 1 Šema GPS toka rada za detekciju metilacije DNK25.Siva linija: ulazna sekvenca DNK;crvena linija: DNK tretirana T4 DNK polimerazom, zamjenjujući citozin sa 5′-metilcitozinom na 3′ kraju ulaza;plavi C sa Me: metilirani citozin;plavi C: nemetilirani citozin;žuti T: timin25.

Sve ili ništa

UCOM su prisutni samo u ćelijama raka i stabilno se detektuju u skoro svim ćelijama raka.HIST1H4F je potvrđen kao hipermetiliran u gotovo svim tipovima tumora, ali ne i u normalnim uzorcima27.Slično se pokazalo da su PCDHGB7 i SIX6 hipermetilirani u svim uzorcima tumora, ali ne i u normalnim uzorcima30-32.Ova jedinstvena karakteristika značajno poboljšava performanse UCOM-a u pogledu granice detekcije i osjetljivosti.Samo 2% ćelija raka može se razlikovati u uzorcima, što UCOM čini mnogo osetljivijim biomarkerom od većine postojećih biomarkera30. Kao biomarker koji se koristi za otkrivanje kolorektalnog karcinoma, KRAS mutacije postoje samo u približno 36% slučajeva kolorektalnog karcinoma, što ukazuje na slab dijagnostički potencijal33.Niska prevalencija KRAS mutacija u kolorektalnom karcinomu ograničava KRAS u kombinaciji s drugim biomarkerima.Zapravo, kombinacija biomarkera u početku može izgledati obećavajuće, ali ne daje uvijek zadovoljavajući rezultat dok pokazuje mnogo veći šum u analizi detekcije i obično uključuje složenije eksperimentalne procedure.Nasuprot tome, PCDHGB7 i drugi UCOM-i postoje kod svih karcinoma.UCOM-i detektuju kancerogene komponente u različitim tipovima uzoraka raka sa najvećom preciznošću dok eliminišu složene procese analize za poništavanje buke.Nije teško otkriti rak u velikom uzorku, ali je izuzetno izazovno otkriti rak u malom uzorku.UCOM-i su sposobni da otkriju male količine raka.

Slika 2 Karakteristike UCOM-a.

Otkrivanje karcinoma koji prethodi patološkim promjenama

UCOM se mogu otkriti u prekanceroznoj fazi prije patoloških promjena.Kao epigenetski biomarkeri, UCOM abnormalnosti se javljaju u ranijoj fazi od fenotipskih abnormalnosti i mogu se otkriti tokom tumorigeneze, progresije i metastaza34,35.Osetljivost UCOM-a tokom vremena poboljšava performanse UCOM-a u otkrivanju raka u ranom stadijumu i predkanceroznih lezija.Detekcija ranog raka na osnovu biopsije i citologije može biti teško čak i za najiskusnije patologe.Jedna biopsija dobijena kolposkopijom prijavljena je kao pozitivna u 60,6% HSIL+ uzoraka.Za višestruke lezije potrebne su dodatne biopsije kako bi se povećala osjetljivost36.Nasuprot tome, UCOM, PCDHGB7, ima osjetljivost od 82% za HSIL+ uzorke, nadmašujući osjetljivost biopsija i većine biomarkera30.Marker metilacije, FAM19A4, ima osjetljivost od 69% za CIN2+, što je slično citologiji, ali ne može razlikovati CIN1 od normalnih uzoraka37.Pokazalo se da su UCOM-i mnogo osjetljiviji biomarker za rano otkrivanje.U poređenju sa patolozima zasnovanim na iskustvu, UCOM-i imaju superiornu osetljivost na otkrivanje karcinoma u ranoj fazi, što zauzvrat doprinosi poboljšanju prognoze raka i preživljavanju30.Osim toga, UCOM-ovi nude platformu za detekciju koja je dostupna područjima u kojima nedostaju iskusni patolozi i uvelike poboljšava efikasnost detekcije.Uz jednoobrazne procedure uzorkovanja i detekcije, UCOM detekcija daje stabilne rezultate lako za tumačenje koji bolje odgovaraju protokolu skrininga koji zahtijeva manje stručnog osoblja i medicinskih resursa.

Lako se detektuje

Trenutne metode za detekciju metilacije DNK su komplikovane i dugotrajne.Većina metoda zahtijeva transformaciju bisulfita, što uzrokuje gubitak u kvaliteti uzorka i moguće je da daje nestabilne i netočne rezultate.Loša ponovljivost uzrokovana tretmanom bisulfitom potencijalno dovodi do konfuzije za liječnike i pacijente i dodatno ometa praćenje i/ili strategije liječenja.Stoga smo dodatno modificirali metodu UCOM detekcije kako bismo izbjegli problematičnu obradu uzoraka bisulfitom, prilagodili zahtjevima kliničke primjene i poboljšali dostupnost.Razvili smo novu metodu koristeći restrikcijske enzime osjetljive na metilaciju u kombinaciji s fluorescentnim kvantitativnim PCR-om u realnom vremenu (Me-qPCR) za kvantifikaciju statusa metilacije UCOM-a u roku od 3 h koristeći procedure koje se lako rukuju (slika 3).Me-qPCR može prihvatiti više tipova uzoraka, kao što je kliničko sakupljanje tjelesnih tekućina i uzorci urina koji se sami prikupljaju.Prikupljeni klinički uzorci mogu se obraditi, pohraniti i lako nastaviti s otkrivanjem koristeći standardiziranu i automatiziranu ekstrakciju DNK.Ekstrahirana DNK se zatim može direktno primijeniti na Me-qPCR platformu za reakciju u jednom loncu i rezultate kvantifikacije izlaza.Nakon jednostavne analize rezultata korištenjem dijagnostičkih modela prilagođenih i validiranih za specifične tipove karcinoma, konačno određivanje rezultata UCOM detekcije se tumači i predstavlja kao semi-kvantitativna vrijednost.Me-qPCR platforma nadmašuje tradicionalno bisulfitno-pirosekvenciju u detekciji UCOM-a uz uštedu od 3 h konverzije bisulfita, prema protokolu EZ DNA Methylation-Gold kita.Inovativna platforma za detekciju metilacije čini UCOM detekciju stabilnijom, preciznijom i pristupačnijom30.

Slika 3 Proces detekcije UCOM-a.Tipovi uzoraka uključuju profesionalno uzorkovani BALF, Papa četkicu i/ili samosakupljeni urin.Proces ekstrakcije DNK može se smjestiti u automatski ekstraktor, čiji se proizvod može direktno detektirati qPCR-om.

Primjena UCOM-a

Rak pluća

Rak pluća je drugi najčešće dijagnostikovani i najsmrtonosniji rak u svijetu, čineći 11,4% novooboljelih i 18,0% novih smrtnih slučajeva1.Među svim dijagnozama, 85% je karcinom nemalih ćelija pluća (NSCLC), a 15% je karcinom malih ćelija pluća (SCLC), koji ima viši nivo maligniteta38.Skeniranje niskom dozom kompjuterizovane tomografije (LDCT) je trenutno preporučena metoda skrininga za rak pluća i pokazalo se da poboljšava rano otkrivanje i smanjuje smrtnost6;međutim, zbog niske specifičnosti i loše dostupnosti, LDCT tek treba da posluži kao zadovoljavajuća metoda skrininga, kao i drugi uobičajeni markeri raka, kao što je CEA39.Troškovi i potencijal za promašene dijagnoze i pogrešne dijagnoze strategije LDCT skrininga ometaju napredak promocije skrininga raka pluća40.HIST1H4F, UCOM, ima ogroman potencijal kao biomarker za rano otkrivanje u uzorcima bronhoalveolarne tekućine (BALF)27.HIST1H4F je hipermetiliran u adenokarcinomu pluća i plućnom karcinomu skvamoznih ćelija, sa specifičnošću detekcije od 96,7% i osjetljivošću od 87,0% (Slika 4A), i izuzetnim učinkom za rak I stadija27.HIST1H4F ima specifičnost od 96,5% i osjetljivost od 85,4% za NSCLC, odnosno 96,5% i 95,7% za SCLC27.Uz to, uzorci osam drugih tipova karcinoma, uključujući karcinom gušterače i kolorektalni karcinom, potvrdili su da je HIST1H4F hipermetiliran u svih osam tipova27.

Rak grlića maternice

Rak grlića materice bio je četvrti najčešće dijagnostikovani rak i četvrti vodeći uzrok smrti od raka kod žena u 2020. godini, čineći 3,1% novooboljelih i 3,4% smrtnih slučajeva povezanih s rakom u svijetu1.Kako bi se eliminirao rak grlića materice do 2030. godine, kako je predložila SZO, neophodno je rano otkrivanje raka grlića materice.Ako se otkrije u ranoj fazi, petogodišnja stopa preživljavanja dostiže 92% kod invazivnog karcinoma grlića materice41.Smjernice Američkog društva za rak (ACS) predlažu citološke testove grlića materice, primarne HPV testove ili skupne testove za skrining42.Cervikalna citologija je invazivna i može otkriti samo 63,5% slučajeva CIN2+37.

PCDHGB7 je, nasuprot tome, pokazao mnogo bolje rezultate koristeći Papa testove i vaginalni sekret, i može efikasno razlikovati HSIL od LSIL u ultra-ranoj fazi.Sam PCDHGB7 ima osjetljivost od 100,0% i specifičnost od 88,7% za rak grlića materice (Slika 4B), i 82,1% osjetljivost i 88,7% specifičnost za HSIL+ uzorke30.PCDHGB7 također ima 90,9% osjetljivosti i 90,4% specifičnosti u uzorcima vaginalnog sekreta za rak grlića materice, koje je mnogo lakše prikupiti30.U kombinaciji sa visokorizičnim (hr)HPV testom ili Thinprep citološkim testom (TCT), PCDHGB7 ima povećanu osjetljivost od 95,7% i specifičnost od 96,2%, značajno nadmašujući hrHPV test (20,3%), TCT (51,2% ), i dva kombinovana (57,8%) za rak grlića materice30.Takođe se pokazalo da je PCDHGB7 hipermetiliran u 17 tipova raka iz TCGA baze podataka, što ukazuje na njegovu prikladnost u UCOM porodici30.

Slika 4 UCOM-i su potvrđeni za četiri tipa raka u velikim kliničkim studijama.A. Učinak HIST1H4F, UCOM-a, u otkrivanju raka pluća 508 uzoraka.B. Učinak PCDHGB7, UCOM, u otkrivanju raka grlića materice 844 uzorka.C. Performanse PCDHGB7, UCOM, u detekciji karcinoma endometrijuma 577 uzoraka Papa i Tao četkica endometrijuma.D. Performanse SIX6, UCOM, u detekciji raka urotela 177 uzoraka.

EK je jedan od najčešćih karcinoma ženskog reproduktivnog sistema širom svijeta, sa procijenjenim 4,2 miliona novih slučajeva i 1% smrtnih slučajeva povezanih s rakom godišnje1.Uz uspješnu dijagnozu u ranoj fazi, EC je izlječiv i ima 5-godišnju stopu preživljavanja od 95% za stadijum I raka.Pacijentice koje imaju simptome, kao što je abnormalno krvarenje iz materice, primaju periodičnu kliničku procjenu i podvrgavaju se invazivnim i bolnim procedurama biopsije, unatoč tome što samo 5%-10% na kraju razvije EC43.Transvaginalni ultrazvuk, kao uobičajena metoda detekcije, vrlo je nepouzdan zbog svoje nesposobnosti da razlikuje benigne od malignih promjena endometrijuma i visoke stope lažno pozitivnih44.

Urađeno je paralelno poređenje serumskog CA-125, široko primijenjenog EC biomarkera, i PCDHGB7.Serum CA-125 imao je osjetljivost od 24,8%, što sugerira da je CA-125 neadekvatan marker za EC uprkos specifičnosti od 92,3%31.Detekcija PCDHGB7 pomoću uzoraka Pap četkica dala je osjetljivost od 80,65% i specifičnost od 82,81% za ECatall faze, dok je Tao četkica imala osjetljivost od 61,29% i specifičnost od 95,31%31.Dijagnostički model PCDHGB7, zasnovan na Me-qPCR, dao je osjetljivost od 98,61%, specifičnost od 60,5% i ukupnu preciznost od 85,5%, koristeći uzorke Pap i Tao četkice (Slika 4C)31.

Urotelni rak

Urotelni karcinom, koji se sastoji od karcinoma mokraćne bešike, bubrežne karlice i mokraćovoda, bio je sedmi najčešće dijagnostikovani karcinom u 2020. godini u svijetu, uzrokujući 5,2% novooboljelih i 3,9% smrtnih slučajeva1.Urotelni karcinomi, od kojih je više od 50% karcinom mokraćne bešike, bili su četvrti najčešće dijagnostikovani rak u Sjedinjenim Državama 2022. godine, čineći 11,6% novodijagnostikovanih slučajeva3.Otprilike 75% karcinoma mokraćne bešike klasifikovano je kao nemišićno invazivni karcinom mokraćne bešike ograničen na mukozu ili submukozu45.Cistoskopska biopsija je zlatni standard za dijagnosticiranje urotelnog karcinoma koji se provodi fluorescentnom in situ hibridizacijom (FISH) i citološkim testovima.FISH i citologija imaju slabe dijagnostičke performanse, a cistoskopija je intruzivna i ima osnovni rizik od propuštanja mikrolezija, pogrešnog tumačenja lezija i potencijalnog izazivanja širenja ili recidiva raka46.Prethodno validirani UCOM, PCDHGB7, takođe je pokazao da je hipermetiliran kod urotelnog karcinoma, sa površinom ispod krive od 0,86, što ukazuje na potencijalnu dijagnostičku sposobnost30.Da bi se dodatno potvrdilo više UCOM-ova i bolje prilagodilo više tipova uzoraka, SIX6, novi UCOM, je ispitan i pokazao odličan dijagnostički potencijal u ranom otkrivanju raka urotela koristeći uzorke urina na Me-qPCR platformi.Detekcija SIX6 pomoću uzoraka urina pokazala je konkurentnu osjetljivost od 86,7% i specifičnost od 90,8% (slika 4D), dok je bila neinvazivna i laka za preuzimanje32.Potencijal SIX6 u praćenju metastaza i evaluaciji efikasnosti liječenja trenutno se istražuje.

Budućnost i izazovi

UCOM-i imaju jak učinak u dijagnostičkom potencijalu višestrukih karcinoma, ali ima još mnogo posla.Proširujemo listu UCOM-a i aktivno potvrđujemo UCOM-e u više vrsta raka, uključujući one koje je tradicionalno teško otkriti.Rezultati validacije iz TCGA baza podataka dodatno su potvrdili primenu UCOM-a u više vrsta raka i u više situacija.U preliminarnom istraživanju, pokazalo se da UCOM-i imaju snažan dijagnostički potencijal za holangiokarcinome i adenokarcinome pankreasa, koje je gotovo nemoguće dijagnosticirati u ranoj fazi trenutnim metodama skrininga32,47.Sposobnost otkrivanja rijetkih karcinoma pomoću UCOM-a može se koristiti s cirkulirajućom DNK tumora (ctDNA) pomoću poboljšane platforme za tečnu biopsiju48.Studija koja je uključivala panel za otkrivanje pan-karcinoma zasnovanog na DNK plazme dala je osjetljivost od 57,9%49.Uprkos visokoj specifičnosti, sveukupne performanse otkrivaju da još ima prostora za poboljšanje.

Jedinstvene karakteristike UCOM-a su također podržale istraživanje potencijala UCOM-a u evaluaciji efikasnosti liječenja i praćenju recidiva.Prema Kriterijumima za evaluaciju odgovora kod solidnih tumora (RECIST), medicinsko snimanje je preporučena metodologija za praćenje recidiva i evaluaciju efikasnosti lečenja, dok se tumorski markeri koriste sami za procenu50.U stvarnosti, međutim, na pristupe oslikavanju uvelike utiču učestalost i tajming, te stoga izlažu pacijente većem riziku i troškovima51,52.SIX6 je validiran da služi kao prediktor za metastaze raka dojke32.Praćenje ctDNK zasnovano na tečnoj biopsiji omogućava nadzor u realnom vremenu tokom minimalnih rezidualnih bolesti mjesecima prije radiološkog otkrivanja, idealno odgađajući i sprječavajući progresiju raka povezanog s recidivom53.Preliminarni rezultati sugeriraju da UCOM odražavaju nivo hipermetilacije raka u realnom vremenu neposredno nakon operacije i liječenja32.Visoka osjetljivost koju pokazuju UCOM-i i primjenjivost u višestrukim neintruzivnim tipovima uzoraka omogućavaju UCOM-ima da služe kao precizan biomarker za praćenje recidiva uz održavanje visoke usklađenosti pacijenata.

Istovremeno, javna dostupnost testa je još jedno veliko pitanje koje zahtijeva dodatne napore.Dok je UCOM saradnja u otkrivanju usvojena u više bolnica u nadi da će imati koristi od većeg broja pacijenata, pro bono otkrivanje i skrining aktivno se obavljaju u ruralnoj Kini.UCOM-i zahtijevaju poboljšanu dostupnost da bi se kvalifikovali kao izvodljiv alat za skrining, posebno za nerazvijena područja.

Iako rezultati aplikacije UCOM u ranom otkrivanju obećavaju, postoje mnoge nepoznanice o UCOM-u.Uz aktivno istraživanje, dodatna istraživanja su opravdana o tome zašto su UCOM-i univerzalno prisutni kod karcinoma.Osnovni mehanizmi epigenetske regulacije koji leže u osnovi UCOM-a su vrijedni daljnjeg istraživanja, što bi moglo opravdati novi smjer za terapiju raka.Vraćajući se na interakciju između homogenosti i heterogenosti tumora, zanima nas zašto UCOM-i mogu biti izuzetak od većine biomarkera raka koji su usko povezani sa specifičnim tipovima raka.Uloga aberacija metilacije DNK identificiranih UCOM-om u tumorigenezi, progresiji tumora i metastazama nije utvrđena u procesu gubitka i vraćanja ćelijskog identiteta i zahtijeva detaljnu inspekciju.Drugi veliki interes leži u opsegu inkorporacije osobine homogenosti UCOM-a sa tkivnim jedinstvenim markerima u nadi da će se približiti preciznom otkrivanju tragova raka i identifikaciji porijekla tumorskog tkiva na obrnuti način.UCOM-i mogu biti idealno sredstvo za prevenciju raka, otkrivanje raka i potencijalnu odbranu i eliminaciju raka.

Grant support

Ovaj rad je podržan od strane Nacionalnog ključnog programa za istraživanje i razvoj Kine (Grant br. 2022BEG01003), Nacionalne fondacije za prirodne nauke Kine (br. grantova 32270645 i 32000505), granta od strane zdravstvene komisije provincije Heilongjiang (grant br. 2020-111) , i grant od Heze Instituta za nauku i tehnologiju (Grant br. 2021KJPT07).

Izjava o sukobu interesa

Wei Li je direktor istraživanja i razvoja za Shanghai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd. Wenqiang Yu je član Naučnog savjetodavnog odbora Epiprobea.W. Yu i Epiprobe su odobrili patente na čekanju u vezi sa ovim radom.Svi ostali autori izjavljuju da nemaju suprotstavljene interese.

Doprinosi autora

Osmislili i dizajnirali projekat: Chengchen Qian i Wenqiang Yu.

Napisao je rad: Chengchen Qian.

Napravio ilustracije: Chengchen Qian.

Recenzirao i uredio rukopis: Xiaolong Zou, Wei Li, Yinshan Li i Wenqiang Yu.

Reference

1. Sung H, Ferlay J, Siegel RL, LaversanneM, Soerjomataram I, Jemal A, et al.Globalna statistika raka 2020: GLOBOCAN procjene od

incidencija i smrtnost širom svijeta za 36 karcinoma u 185 zemalja.CA Cancer J Clin.2021;71: 209-49.

2. Xia C, Dong X, Li H, Cao M, Sun D, He S, et al.Statistika raka u Kini i Sjedinjenim Državama, 2022: profili, trendovi i determinante.Chin MedJ (Engl).2022;135: 584-90.

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

4. Crosby D, BhatiaS, Brindle KM, Coussens LM, Dive C, Emberton M, et al.Rano otkrivanje raka.Nauka.2022;375: eaay9040.

5. Ladabaum U, Dominitz JA, KahiC, Schoen RE.Strategije za

skrining raka debelog crijeva.Gastroenterologija.2020;158: 418-32.

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

7. Bouvard V, WentzensenN, Mackie A, Berkhof J, BrothertonJ, Giorgi-Rossi P, et al.Perspektiva IARC-a na skrining raka grlića materice.N EnglJ Med.2021;385: 1908-18.

8. Xue P, Ng MTA, QiaoY.Izazovi kolposkopije za skrining raka grlića materice u LMIC-ima i rješenja umjetnom inteligencijom.BMC Med.2020;18:169.

9. Johnson P, Zhou Q, Dao DY, Lo YMD.Cirkulirajući biomarkeri u dijagnozi i liječenju hepatocelularnog karcinoma.Nat Rev Gastroenterol Hepatol.2022;19: 670-81.

10. Van PoppelH, Albreht T, Basu P, HogenhoutR, CollenS, Roobol M. Rano otkrivanje raka prostate na bazi seruma PSA u Evropi i globalno: prošlost, sadašnjost i budućnost.Nat Rev Urol.2022;19:

562-72.

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

et al.Razvoj multipleks RNA testa urina za detekciju i stratifikaciju karcinoma prelaznih ćelija mokraćne bešike.Clin Cancer Res.2008;14: 742-9.

12. Feinberg AP, Vogelstein B. Hipometilacija razlikuje gene nekih ljudskih karcinoma od njihovih normalnih kolega.Priroda.1983;301: 89-92.

13. Ng JM, Yu J. Hipermetilacija tumora supresorskih gena kao potencijalni biomarkeri u kolorektalnom karcinomu.IntJ Mol Sci.2015;16: 2472-96.

14. Esteller M. Epigenomika raka: DNK metilomi i mape modifikacije histona.Nat Rev Genet.2007;8: 286-98.

15. Nishiyama A, Nakanishi M. Kretanje kroz krajolik metilacije DNK raka.Trends Genet.2021;37: 1012-27.

16. Xie W, Schultz MD, ListerR, Hou Z, Rajagopal N, Ray P, et al.Epigenomska analiza višelinijske diferencijacije ljudskih embrionalnih matičnih ćelija.Cell.2013;153: 1134-48.

17. Li Y, Zheng H, Wang Q, Zhou C, WeiL, Liu X, et al.Analize u cijelom genomu otkrivaju ulogu Polycomba u promoviranju hipometilacije dolina metilacije DNK.Genome Biol.2018;19:18.

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

et al.Analiza metilacije DNK kod raka: ponovno posjećena lokacija.Nat Rev Clin Oncol.2018;15: 459-66.

19. KleinEA, Richards D, Cohn A, TummalaM, Lapham R, Cosgrove D, et al.Klinička validacija ciljanog testa za rano otkrivanje višestrukih karcinoma zasnovanog na metilaciji pomoću nezavisnog skupa za validaciju.Ann Oncol.2021;32: 1167-77.

20. Hanahan D, Weinberg RA.Obilježja raka.Cell.2000;100: 57-70.

21. Hanahan D. Obilježja raka: nove dimenzije.Cancer Discov.2022;12: 31-46.

22. Schwartzberg L, Kim ES, Liu D, Schrag D. Precizna onkologija: ko, kako, šta, kada, a kada ne?Am Soc Clin Oncol Educ Book.2017: 160-9.

23. Liu H, Meng X, Wang J. Kvantitativna metilacija u realnom vremenu

otkrivanje PAX1 gena u skriningu raka grlića materice.IntJ Gynecol Cancer.2020;30: 1488-92.

24. Imperiale TF, RansohoffDF, Itzkowitz SH, Levin TR, Lavin P, Lidgard GP, et al.Multitargetstool DNK testiranje za skrining kolorektalnog karcinoma.N EnglJ Med.2014;370: 1287-97.

25. Li J, Li Y, Li W, Luo H, Xi Y, Dong S, et al.Vodič za pozicioniranje

sekvenciranje identifikuje aberantne obrasce metilacije DNK koji mijenjaju ćelijski identitet i mreže nadzora imunog tumora.Genom

Res.2019;29: 270-80.

26. Gao Q, LinYP, Li BS, Wang GQ, Dong LQ, Shen BY, et al.Nenametljivo otkrivanje više karcinoma cirkulirajućim sekvenciranjem DNK metilacije bez ćelija (THUNDER): razvoj i nezavisne studije validacije.Ann Oncol.2023;34: 486-95.

27. Dong S, Li W, Wang L, Hu J, Song Y, Zhang B, et al.Geni vezani za histon su hipermetilirani kod raka pluća i hipermetilirani

HIST1H4F bi mogao poslužiti kao biomarker karcinoma.Cancer Res.2019;79: 6101-12.

28. HeijnsdijkEA, Wever EM, AuvinenA, Hugosson J, Ciatto S, Nelen V, et al.Efekti skrininga na prostatu specifičnog antigena na kvalitet života.N EnglJ Med.2012;367: 595-605.

29. LuzakA, Schnell-Inderst P, Bühn S, Mayer-Zitarosa A, Siebert U. Klinička efikasnost testova biomarkera za skrining raka koji se nude kao samoplaćajuća zdravstvena usluga: sistematski pregled.Eur J Javno zdravlje.2016;26: 498-505.

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

Hipermetilirani PCDHGB7 kao jedini univerzalni marker raka i njegova primjena u ranom skriningu raka grlića materice.Clin Transl Med.2021;11: e457.

31. Yuan J, Mao Z, Lu Q, Xu P, Wang C, Xu X, et al.Hipermetilirani PCDHGB7 kao biomarker za rano otkrivanje karcinoma endometrija u uzorcima endometrijalne četkice i struganjima cerviksa.Front Mol Biosci.2022;8: 774215.

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

ekskluzivna epigenetska modifikacija na SIX6 sa hipermetilacijom za praćenje prekanceroznog stadijuma i pojavljivanja metastaza.Signal Transduct Target Ther.2022;7: 208.

33. Huang L, Guo Z, Wang F, Fu L. KRAS mutacija: od nelijekovite do ljekovite kod raka.Signal Transduct Target Ther.2021;6: 386.

34. Belinsky SA, Nikula KJ, PalmisanoWA, MichelsR, SaccomannoG, GabrielsonE, et al.Aberantna metilacija p16(INK4a) je rani događaj kod raka pluća i potencijalni biomarker za ranu dijagnozu.Proc Natl Acad Sci U SA.1998;95: 11891-6.

35. Robertson KD.Metilacija DNK i ljudska bolest.Nat Rev Genet.2005;6: 597-610.

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

Mathews C, et al.Višestruke biopsije i otkrivanje prekursora raka grlića materice na kolposkopiji.J Clin Oncol.2015;33: 83-9.

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

PJ, Steenbergen RD, et al.Analiza metilacije FAM19A4

gen u struganju grlića materice je vrlo efikasan u otkrivanju cerviksa

karcinomi i uznapredovale CIN2/3 lezije.Cancer Prev Res (Phila).2014;7: 1251-7.

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

39. Grunnet M, Sorensen JB.Karcinoembrionalni antigen (CEA) kao tumorski marker u karcinomu pluća.Rak pluća.2012;76: 138-43.

40. Wood DE, KazerooniEA, Baum SL, EapenGA, EttingerDS, Hou L, et al.Skrining karcinoma pluća, verzija 3.2018, NCCN smjernice za kliničku praksu u onkologiji.J Natl Compr Canc Netw.2018;16: 412-41.

41. Američko društvo za borbu protiv raka.Činjenice i brojke o raku.Atlanta, GA, SAD: American Cancer Society;2023. [ažurirano 1. marta 2023.;citirano 22. avgusta 2023.].

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

Herzig A, et al.Skrining raka grlića materice za osobe sa prosječnim rizikom: ažurirane smjernice Američkog društva za rak za 2020.CA Cancer J Clin.2020;70: 321-46.

43. Clarke MA, Long BJ, Del Mar MorilloA, Arbyn M, Bakkum-Gamez JN, Wentzensen N. Povezanost rizika od raka endometrijuma sa krvarenjem u postmenopauzi kod žena: sistematski pregled i metaanaliza.JAMA Intern Med.2018;178: 1210-22.

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

Sharma A, et al.Osetljivost transvaginalnog ultrazvučnog skrininga

za rak endometrija kod žena u postmenopauzi: studija slučaj-kontrola unutar UKCTOCS kohorte.Lancet Oncol.2011;12: 38-48.

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

PalouJ, et al.Europsko udruženje uroloških smjernica o neinvazivnom karcinomu mokraćne bešike (TaT1 i karcinom in situ) -

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

46. Aragon-Ching JB.Izazovi i napredak u dijagnostici, biologiji i liječenju karcinoma urotelnog gornjeg trakta i mokraćne bešike.Urol Oncol.2017;35: 462-4.

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

Holangiokarcinom – evoluirajući koncepti i terapijske strategije.Nat Rev Clin Oncol.2018;15: 95-111.

48. Ye Q, Ling S, Zheng S, Xu X. Tečna biopsija u hepatocelularnoj

karcinom: cirkulirajuće tumorske ćelije i cirkulirajuća tumorska DNK.Mol Cancer.2019;18:114.

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

otkrivanje cirkulirajuće DNK tumora kod preko 10.000 kineskih pacijenata.Nat Commun.2021;12:11.

50. Eisenhauer EA, Therasse P, BogaertsJ, Schwartz LH, Sargent D, Ford R, et al.Novi kriteriji za evaluaciju odgovora kod solidnih tumora: revidirana RECIST smjernica (verzija 1.1).Eur J Rak.2009;45: 228-47.

51. LitièreS, Collette S, de Vries EG, Seymour L, BogaertsJ.RECIST - učenje iz prošlosti za izgradnju budućnosti.Nat Rev Clin Oncol.

2017;14: 187-92.

52. Seymour L, BogaertsJ, Perrone A, FordR, Schwartz LH, Mandrekar S, et al.iRECIST: smjernice za kriterije odgovora za korištenje u ispitivanjima

testiranje imunoterapeutika.Lancet Oncol.2017;18: e143-52.

53. PantelK, Alix-Panabières C. Tečna biopsija i minimalna rezidualna bolest – najnovija dostignuća i implikacije za izlječenje.Nat Rev Clin Oncol.2019;16: 409-24.

Citirajte ovaj članak kao: Qian C, Zou X, Li W, Li Y, Yu W. Ispostava protiv raka: univerzalni samo markeri raka.Cancer Biol Med.2023;20: 806-815.

doi: 10.20892/j.issn.2095-3941.2023.0313

Vrijeme objave: 07.05.2024

Ispostava protiv raka: univerzalni markeri samo za rak