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PLOS Medicine: ctDNA MRD预测直肠癌新辅助放化疗反应和预后评估

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导 读


复旦大学附属肿瘤医院章真教授团队,采用世和基因ctDNA液体活检技术,对119例接受新辅助放化疗(nCRT)的局部晚期直肠癌(LARC)患者进行ctDNA检测,探究了连续ctDNA动态监测在预测直肠癌新辅助放化疗病理完全缓解(pCR)和复发风险中的巨大价值,相关研究成果近期发表于PLOS Medicine(IF=11.069)。


专家简介

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章真 教授

复旦大学附属肿瘤医院


  • 复旦大学肿瘤医院放疗中心主任,博士生导师

  • 中华医学会放射治疗专委会副主任委员

  • 中国医师协会放射治疗分会副会长

  • CSCO放射治疗专委会副主任委员

  • 上海医学会放疗专委会主任委员

  • 上海市抗癌协会放疗专委会主任委员

  • 上海市领军人才

  • NCI直肠癌工作组成员

  • NRG Non-CRC委员会委员

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王雅琪 博士

复旦大学附属肿瘤医院


  • 临床医学八年制博士

  • 复旦大学附属肿瘤医院放疗科,住院医师

  • 主要从事消化道恶性肿瘤放射及综合治疗

  • 多次国内、国际肿瘤会议口头、壁报展示

  • 发表SCI论文5篇


研究亮点


※ 直击临床痛点——直肠癌nCRT治疗后需准确预测pCR

新辅放化疗大大改善了直肠癌术后生存,尤其是pCR患者,无病生存期(RFS)和总生存期(OS)均显著获益。目前,Watch-and-Wait策略被用于提高nCRT治疗后获临床完全缓解(cCR)患者的生活质量。然而,对于存在微小残留病灶(MRD)的患者,单纯采用W&W策略可能增加复发风险。在这方面,pCR预测比cCR评估能更准确地指导W&W患者群的筛选,临床亟待发现更有效的pCR预测生物标记物。

※ ctDNA突变和mrTRG联合模型精准预测pCR

本研究结果显示,基线ctDNA突变特征、ctDNA动态变化均与nCRT治疗疗效相关,其中 ctDNA 清零预测pCR的OR低至0.11, 并创新性地将ctDNA与磁共振肿瘤退缩分级(mrTRG)相结合,构建联合模型,相较单一特征预测能显著提高pCR预测的准确率( 联合模型AUC=0.886 )。


※ ctDNA与病理特征相结合实现对LARC患者的精准分层

本研究再次证实术后ctDNA状态与RFS的相关性,将ctDNA高复发风险特征与病理高复发风险特征相结合,为实现对LARC患者的精准分层和个性化管理提供了有效手段。


※ 将MRD检测从术后拓展到新辅助治疗,为ctDNA作为围手术期标志物添加新证据

以往肠癌MRD研究主要集中在术后复发风险预测,本研究探究了MRD检测在直肠癌新辅助放化疗中的价值,为ctDNA检测在肠癌新辅治疗疗效监测方面的应用提供了坚实证据。

研究内容


本研究纳入119例LARC患者(cT3-4/N0-2,M0)。患者均接受了nCRT(50gy/25次;卡培他滨联合伊立替康方案)和一个周期的间隔化疗(卡培他滨联合伊立替康方案),然后进行TME和5个周期的辅助化疗(卡培他滨联合奥沙利铂方案)。根据2010年美国癌症联合委员会(AJCC)TRG系统进行肿瘤反应评估,包括pCR和肿瘤退缩分级(TRG)。术前MRI所评估的肿瘤退缩分级(mrTRG)由2名以上的放射学专家独立评估,如出现不一致时引入第三名专家评估。血浆样本采集时间包括:nCRT治疗前(时间1)、nCRT治疗第15次(时间2)和第25次(时间3)、术前0-1d(时间4)和术后5-12d(时间5)。其中104例患者采集到所有5个时间点血浆,15例患者仅基线血浆。对以上所有535份血浆样本运用世和ctDNA检测进行靶向高深度测序。


研究结论


※ POLD1/TP53/APC基因突变和HRR/HMT信号通路基因突变是nCRT潜在的疗效预测因子

本研究119例患者中,84%患者在基线ctDNA中检出体细胞突变,基线ctDNA检出状态与nCRT治疗疗效和术后无复发生存期(RFS)均无相关性。直肠癌中最常见的基因突变是TP53、APC和KRAS,其他突变频率较高的基因包括KMT2B、NOTCH1和POLD1等。其中POLD1基因在pCR组中的突变频率明显高于non-pCR组,且POLD1突变频率从TRG0到TRG3显著下降(p=0.03)。与此相反,TP53和APC基因突变频率在non-pCR组中高于pCR组,且TP53和APC突变频率从TRG0到TRG3显著上升(p=0.04;p=0.04)。进一步的KEGG通路分析发现,同源重组修复(HRR) 和组蛋白甲基转移酶(HMT)信号通路基因突变与nCRT治疗反应相关,pCR组患者突变频率显著高于non-pCR组(p=0.02;p=0.03),相关基因突变频率从TRG0到TRG3显著下降(p=0.002;p=0.06),提示携带HRR和HMT通路突变的肿瘤细胞对放化疗更敏感。


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图1 LARC患者基线突变特征与nCRT治疗疗效的相关性


※ ctDNA动态变化可预测LARC患者nCRT治疗缓解和疗效

本研究运用基线ctDNA检出突变的清零状态来评估患者nCRT治疗疗效,结果显示在时间点2/3/4均出现ctDNA清零的患者,相较于未清零患者,pCR的可能性更高(OR=0.11, 95%CI=0.01-0.6, p=0.04)。在不同肿瘤退缩分级患者中也观察到同样的现象,pTRG 0-3级患者ctDNA清零率呈显著降低趋势,分别为95.7%、77.8%、71.15%和66.7%(p=0.008)。同时本研究还观察到部分患者nCRT治疗中检出新发突变(如TP53等),且检出新发突变的患者在non-pCR组占比更高(OR=5.56, 95%CI=1.03-103.31,p=0.1),pTRG 0-3级患者新发突变检出率也呈显著升高趋势(3.8%、8.3%、19.2%和 23.1%,p=0.02)。以上研究结果表明ctDNA动态变化可预测LARC患者nCRT治疗缓解和疗效,non-pCR患者nCRT治疗后不仅基线突变清零率较pCR患者低,且可能出现更多新发突变


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图2 ctDNA动态变化与nCRT治疗疗效的相关性


※ ctDNA与mrTRG的联合模型较单一特征显著提高pCR预测性能

基于基线突变特征和ctDNA清零状态与nCRT治疗反应的相关性结果,本研究筛选出5种ctDNA特征(包括基线TP53突变、HRR信号通路突变、HMT信号通路突变、时间点2/3/4 ctDNA清零和新发突变),联合mrTRG信息建立了pCR多特征预测模型。结果显示ctDNA和mrTRG联合模型较单一特征,pCR和non-pCR差异性最高,联合模型预测pCR的准确性显著高于单一特征模型其中联合模型、mrTRG和ctDNA预测性能AUC分别为0.886、0.729(p<0.001)和0.818(p=0.008)


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图3 ctDNA和mrTRG联合模型与单一特征预测pCR性能对比


※  ctDNA与病理特征相结合实现对LARC患者的复发风险评估和分层

本研究进一步评估了ctDNA检测对LARC患者预后的预测潜力。与以往研究相同,本研究证实pCR患者RFS更佳(p=0.0025);神经侵袭、肿瘤沉积、血管侵犯、淋巴结转移等病理特征跟更高的复发风险相关((p=0.014、0.0016、 0.003 和p<0.001)。同时,本研究还发现基线检出TP53或KRAS突变也提示更高的复发风险(p<0.001;p=0.02)。研究者将具有以上任一6个分子或病理高复发风险因素的患者定义为高复发风险特征(high-risk feature, HR特征)阳性,研究结果表明,non-pCR组中20例已复发患者,有18例均为HR特征阳性,表明筛选出的高复发风险特征可有效预测non-pCR患者复发风险


此外,研究者还探讨了持续的ctDNA监测在风险评估和患者分层中的价值。研究发现术前ctDNA状态与患者复发风险无显著相关性(p=0.65),但术后ctDNA检测阳性与更差的RFS相关。尤其是术后ctDNA中驱动突变检测与HR特征联合能更准确地预测复发风险,两者均为阳性的6例患者均出现复发或转移。基于术后ctDNA驱动突变检测和HR特征,将患者分为3种复发风险组,其中低风险组2项风险特征均为阴性,2年RFS为95.5%;中风险组HR特征阳性但驱动突变检测阴性,2年RFS为76.5%,与低风险组相比,HR为5.71(95%CI=1.28-25.54,p=0.02);高风险组2项风险特征均为阳性,2年RFS为0,与低风险组相比,HR为90.29(95%CI=17.01-479.26,p<0.001)。Cox多因素分析显示术后驱动突变检出和HR特征阳性是术后复发风险的独立预测因子。


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图4 ctDNA特征与病理特征相结合预测无疾病生存期(RFS)


小结


本研究发现基线POLD1/TP53/APC基因突变、HRR/HMT信号通路基因突变以及ctDNA动态变化都是LARC患者nCRT治疗的潜在预测因子。ctDNA清零能够准确预测pCR,而基于ctDNA和mrTRG的联合模型比单一特征能更进一步准确地预测pCR,该pCR预测模型将显著改善临床选择W&W策略患者的能力。同时本研究还证实了术后ctDNA状态尤其是驱动突变检出与否与RFS显著相关,进一步与其他高复发风险的分子特征和病理特征相结合,能有效对患者进行复发风险评估和分层,有望实现对LARC患者的个性化治疗和管理。


参考文献

Wang YQ, Yang LF, Bao H, Fan XJ, Xia F , Wan JF, Shen LJ, Guan Y ,Bao HR, Wu X, Xu Y, Shao Y, Sun YQ, Tong T,Li XX, Li XX , Xu Y, Cai SJ, Zhu J, Zhang Z. Utility of ctDNA in Predicting Response to Neoadjuvant Chemoradiotherapy and Prognosis Assessment in Locally Advanced Rectal Cancer:A Prospective Cohort Study. PLOS Medicine (2021).


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世和基因致力于肿瘤精准医疗、伴随诊断及临床转化研究,为医院提供一站式NGS解决方案;中国独角兽企业


NGS及液体活检实验室获CAP / CLIA / ISO15189三重国际认证,197次通过国家卫健委临检中心室间质评


公司核心技术人员参与发表以及公司参与临床研究项目发表SCI论文共420多篇,总影响因子(IF)超3500分;2020年度江苏省科学技术二等奖:“肺癌精准医学高通量测序检测技术的创新与产业化”项目;拥有发明专利22项(其中境内20项),其中形成主营业务收入的发明专利19项


2018年,公司研发的“EGFR / ALK / ROS1 / BRAF / KRAS / HER2基因突变检测试剂盒(可逆末端终止测序法)”获得国家药监局注册审批,系国内同期首批获准上市的肿瘤伴随诊断高通量基因检测产品之一


基于ATG-Seq等液体活检技术的CALIBRATE系列多癌种围术期大型临床研究成果相继发表。2021年5月,前瞻性多中心早中期肠癌术后ctDNA MRD大型临床研究(CALIBRATE-CRC)成果发表于J Hematol Oncol(IF=23.2);2021年9月,液体活检预测直肠癌新辅疗效的大型临床研究(CALIBRATE-RC-nCRT)成果发表于PLoS Med(IF=11.6);2021年11月,前瞻性早中期肺癌术后ctDNA MRD大型临床研究(CALIBRATE-NSCLC)成果发表于Nature Comms(IF=17.7);2022年5月,ctDNA预测局晚期NSCLC精准放化疗疗效大型临床研究(CALIBRATE-LC/EC-CRT)成果发表于Mol Cancer(IF=41.4)


基于MERCURY多组学液体活检技术的DECIPHER系列多癌种早筛研究成果相继发表。2021年10月,大型肠癌早筛临床研究(DECIPHER-Colon)成果发表于J Hematol Oncol(IF=23.2);2021年12月,大型肝癌早筛临床研究(DECIPHER-Liver)成果发表于Hepatology(IF=17.3);2022年6月,国内首个大型泛癌种早筛研究(DECIPHER-Multi)成果发表于Mol Cancer(IF=41.4);2022年6月,大型肺癌早筛临床研究(DECIPHER-Lung)成果发表于eBioMedicine(IF=11.2)