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

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）。

※ 直击临床痛点——直肠癌nCRT治疗后需准确预测pCR

※ ctDNA突变和mrTRG联合模型精准预测pCR

※ 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

※ 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。

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。

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)。

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。

图4 ctDNA特征与病理特征相结合预测无疾病生存期(RFS)

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。

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).