Avanpostul împotriva cancerului: cancer universal numai markeri

MINI RECENZIE

Avanpostul împotriva cancerului: cancer universal numai markeri

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

1Shanghai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd, Shanghai 200233, China;2 Departamentul de Chirurgie Generală, Primul Spital Afiliat al Universității Medicale Harbin, Harbin 150001, China;3Shandong Epiprobe Medical Laboratory Co., Ltd, Heze 274108, China;4 Spitalul Poporului din Regiunea Autonomă Ningxia Hui, Universitatea Medicală Ningxia, Yinchuan 750002, China;5Shanghai Public Health Clinical Center & Department of General Surgery, Huashan Hospital & Cancer Metastasis Institute & Laboratory of ARN Epigenetics, Institutes of Biomedical Sciences, Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai 200032, China

ABSTRACT

Cancerul este principala cauză de deces la nivel mondial.Detectarea precoce a cancerului poate reduce mortalitatea tuturor tipurilor de cancer;cu toate acestea, biomarkerii eficienți de detectare precoce lipsesc pentru majoritatea tipurilor de cancer.Metilarea ADN-ului a fost întotdeauna o țintă majoră de interes, deoarece metilarea ADN-ului are loc de obicei înaintea altor modificări genetice detectabile.În timp ce investighează caracteristicile comune ale cancerului folosind un nou ghid de secvențiere de poziționare pentru metilarea ADN-ului, o serie de markeri universali numai pentru cancer (UCOM) au apărut ca candidați puternici pentru detectarea precoce eficientă și precisă a cancerului.În timp ce valoarea clinică a biomarkerilor actuali ai cancerului este diminuată de sensibilitatea scăzută și/sau specificitatea scăzută, caracteristicile unice ale UCOM asigură rezultate semnificative clinic.Validarea potențialului clinic al UCOM în cancerele pulmonare, cervicale, endometriale și uroteliale sprijină în continuare aplicarea UCOM în mai multe tipuri de cancer și în diferite scenarii clinice.De fapt, aplicațiile UCOM sunt în prezent în curs de investigare activă, cu o evaluare suplimentară în depistarea precoce a cancerului, diagnosticul auxiliar, eficacitatea tratamentului și monitorizarea recidivei.Mecanismele moleculare prin care UCOM detectează cancerele sunt următoarele subiecte importante care trebuie investigate.Aplicarea UCOM-urilor în scenarii din lumea reală necesită, de asemenea, implementare și perfecționare.

CUVINTE CHEIE

Detectarea cancerului;screening-ul cancerului;Metilarea ADN-ului;epigenetica cancerului;biomarkeri de cancer

De ce avem nevoie urgentă de noi biomarkeri?

După ce a luptat împotriva cancerului timp de peste un secol, cancerul este încă cea mai letală amenințare biologică pentru omenire.Cancerul rămâne o problemă de sănătate la nivel mondial, cu 19,3 milioane de cazuri noi și aproape 10 milioane de decese estimate în 20201. În 2020, aproximativ 4,6 milioane de cazuri noi de cancer au fost diagnosticate în China, reprezentând 23,7% din cazurile noi de cancer la nivel global, conform GLOBOCAN1.În plus, aproximativ 3 milioane de decese au fost atribuite cancerului în China în 2020, ceea ce a reprezentat 30% din decesele globale legate de cancer1.Aceste statistici au indicat că China ocupă primul loc în ceea ce privește incidența și rata mortalității prin cancer.Mai mult, rata de supraviețuire a cancerului la 5 ani este de 40,5%, ceea ce este de 1,5 ori mai mică decât rata de supraviețuire la 5 ani din Statele Unite2,3.Supraviețuirea comparativ mai scăzută și ratele mai ridicate ale mortalității în China decât în ​​țările cu indici mai mari de dezvoltare umană sugerează că este nevoie urgentă de un sistem eficient și rentabil de prevenire și supraveghere a cancerului.Detectarea precoce a cancerului este unul dintre elementele cele mai critice într-un sistem de sănătate.Detectarea precoce a cancerului poate îmbunătăți prognosticul și supraviețuirea într-un stadiu incipient în aproape toate tipurile de cancer4.Strategiile de screening de succes au condus la o scădere semnificativă a incidenței și a ratelor de mortalitate a cancerului de col uterin, de sân, colorectal și de prostată.

Pentru a realiza o depistare precoce a cancerului, însă, nu este o sarcină ușoară.Investigarea biologiei și prognosticul cancerului precoce, identificarea și validarea biomarkerilor fiabili de detecție precoce și dezvoltarea unor tehnologii de detecție precoce accesibile și precise au fost întotdeauna cele mai mari obstacole în acest proces4.Detectarea precisă a cancerului poate distinge leziunile benigne de cele maligne, ceea ce ajută la evitarea procedurilor inutile și facilitează gestionarea ulterioară a bolii.Strategiile actuale de detecție precoce includ biopsii pe bază de endoscop, imagistică medicală, citologie, teste imunologice și teste cu biomarkeri5-7.Fiind intruzive și costisitoare, biopsiile pe bază de endoscop poartă o povară în mod inerent grea ca o procedură medicală majoră care se bazează pe personal profesionist.Asemenea citologiei, ambele metode de screening depind de profesioniștii medicali și se bazează pe judecata personală, cu o performanță departe de a fi ideală8.În schimb, imunotestele sunt foarte inexacte, având în vedere ratele ridicate de fals pozitive.Imagistica medicală, ca tactică de screening, necesită echipamente scumpe și tehnicieni specializați.Prin urmare, imagistica medicală este extrem de limitată din cauza accesibilității scăzute.Din toate aceste motive, biomarkerii par a fi o opțiune mai bună pentru depistarea precoce a cancerului.

Corespondență cu: Yinshan Li și Wenqiang Yu

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

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

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

Primit 22 august 2023;acceptat 12 octombrie 2023;

publicat online pe 28 noiembrie 2023.

Disponibil pe www.cancerbiomed.org

©2023 Cancer Biology & Medicine.Creative Commons

Atribuire-NonComercial 4.0 International License

Biomarkerii sunt în prezent clasificați ca proteine, markeri de mutație ADN, markeri epigenetici, anomalii cromozomiale, markeri ARN derivați direct din tumori sau fragmente tumorale obținute indirect din fluidele corporale.Markerii proteici sunt cei mai larg aplicați biomarkeri în depistarea și diagnosticarea cancerului.Biomarkerii proteici, ca biomarkeri de screening, sunt limitați de tendința de a fi afectați de leziuni benigne, ceea ce duce la supradiagnostic și supratratament, așa cum a fost raportat pentru α-fetoproteina și antigenul specific prostatic (PSA)9,10.Markerii ARN includ modele de expresie genetică și alți markeri ARN necodificatori. O combinație de markeri ARN de expresie genetică poate fi detectată folosind probe de urină, a căror sensibilitate a fost departe de a fi satisfăcătoare (60%) pentru tumorile primare și a căror detecție poate fi afectat de natura de degradare ușoară a ARN-ului în mediul normal11.Ambii markeri genetici și epigenetici se confruntă cu problema prevalenței în tumori și limitarea la tipurile de cancer.

Metilarea ADN-ului a fost un candidat puternic ca biomarker de detecție precoce de când a fost legată pentru prima dată de cancer de către Feinberg în 198312. Aberațiile de metilare a ADN-ului sunt observate în toate etapele cancerului, încă de la stadiul precanceros.Hipermetilarea aberantă a ADN-ului are loc de obicei pe insulele CpG în promotorii de gene pentru a contracara supresorii tumorii13,14.Studiile au sugerat, de asemenea, că hipermetilarea anormală a ADN-ului se angajează în reglarea în sus a regulatorilor de dezvoltare15.Valea de metilare a ADN-ului, care este asociată în mod obișnuit cu regulatorii de dezvoltare și cancerele hipermetilate, ar putea comuta modul de exprimare a genei la un mod mai stabil dependent de metilare ADN și ar putea scădea conexiunea la histona metilata H3K27me3 și proteinele polycomb asociate16,17.

Printre numărul mare de markeri de metilare ADN publicati, mai mulți au debutat cu succes pe piață;cu toate acestea, markerii de metilare a ADN-ului actuali și panourile de diagnosticare comercializate nu au deblocat încă pe deplin potențialul de detectare precoce a cancerului din mai multe motive18.Deși în cea mai mare parte arată performanțe acceptabile utilizând informațiile bazei de date, acești biomarkeri de obicei funcționează mai puțin ideal în lumea reală, datorită faptului că eșantioanele din lumea reală sunt adesea mai complexe și nu la fel de reprezentative ca cele selectate în bazele de date.S-a demonstrat că detectarea precoce a metilării multi-cancerului bazată pe secvențierea de generație următoare are o sensibilitate de doar 16,8% și 40,4% în cancerele în stadiul I și, respectiv, II19.Testele de detecție timpurie necesită o stabilitate mai mare și biomarkeri mai precisi.

Descoperirea markerului universal pentru cancer (UCOM) folosind secvențierea poziționării ghidului (GPS)

În ciuda deceniilor de cercetare a cancerului, prevenirea și tratamentul satisfăcător nu au fost realizate.Sunt necesare noi metodologii care să permită cercetătorilor să evalueze temeinic cancerul.În ultimii 23 de ani, 6 semne distinctive ale cancerului, cum ar fi evitarea apoptozei, invazia țesuturilor și metastazele etc., au fost extinse la 14 prin includerea unor caracteristici precum reprogramarea epigenetică nemutațională și microbiomii polimorfi20,21.Pe măsură ce sunt dezvăluite mai multe detalii care implică cancerul, sunt introduse mai multe perspective în cercetarea cancerului.Cercetarea cancerului a intrat treptat într-o nouă eră în două direcții (comunalitate și individualitate).Odată cu dezvoltarea oncologiei de precizie în ultimii ani, accentul cercetării cancerului se înclină către terapia individualizată țintită și eterogenitatea cancerului22.Astfel, biomarkerii cancerului identificați recent s-au concentrat în principal pe tipuri de cancer specifice, cum ar fi cancerul cervical PAX623 și BMP3 pentru cancerul colorectal24.Performanța acestor biomarkeri specifici tipurilor de cancer variază, dar încă nu este posibil ca indivizii susceptibili să fie supuși unui screening pentru toate tipurile de cancer simultan, din cauza limitării achiziției de probe biologice și a costului ridicat.Ar fi ideal dacă am putea identifica un singur biomarker robust, care este eficient pentru toate tipurile de cancer în stadiu incipient.

Pentru a atinge un astfel de obiectiv ideal, un candidat biomarker mai bun trebuie selectat din lista de tipuri potențiale de biomarkeri.Aberațiile de metilare a ADN-ului, dintre toate profilurile genetice și epigenetice, sunt cunoscute a fi legate de cancer și sunt unele dintre cele mai timpurii, dacă nu primele, anomalii legate de cancer care apar cronologic.Investigarea metilării ADN-ului a început devreme, dar a fost împiedicată de lipsa metodelor de cercetare.Printre 28 de milioane de site-uri CpG metilate potențiale din genom, un număr ușor de gestionat trebuie detectat și aliniat la genom pentru a înțelege mai bine tumorigeneza.Secvențierea cu bisulfiți a genomului întreg (WGBS), care este considerată standardul de aur al secvențierii metilării ADN-ului, poate acoperi doar 50% din Cs din celulele canceroase, datorită naturii tratamentului cu bisulfit care sparge fragmentele de ADN și scade complexitatea genomului în timpul transformarea lui Cs-în-Ts25.Alte metode, cum ar fi cipurile de 450k, acoperă doar 1,6% din metilarea genomului.Pe baza a 450.000 de date, un panou de detectare a metilării ADN-ului are o sensibilitate de 35,4% pentru 6 tipuri de cancer în stadiul I26.Limitările tipurilor de cancer, performanța slabă și zgomotul generat de metodele de detectare în procesul analitic au devenit cele mai mari obstacole pentru panourile de detectare a cancerului pan.

Pentru a investiga mai bine modelele epigenetice ale celulelor în timpul tumorigenezei și metastazelor, am dezvoltat un GPS unic pentru detectarea metilării ADN-ului la nivelul întregului genom, care acoperă până la 96% din situsurile CpG în 0,4 miliarde de citiri25.GPS este o metodă de secvențiere bilaterală care utilizează un fragment 3′ al ADN-ului de metil-citozine neconvertibile după tratamentul cu bisulfit, care ghidează alinierea calculului metilării ADN-ului la capătul 5′ prin secvențierea capătului perechilor (Figura 1)25.Catena de ghidare a metil-citozinei, acționând ca un șablon, ajută la alinierea regiunii cu GC înalt care recuperează cele mai abandonate date de secvențiere în WGBS tradițional.Caracteristica de acoperire ridicată a GPS oferă o cantitate enormă de informații despre metilare ADN-ului, ceea ce ne permite să examinăm profilurile de metilare a cancerului cu o rezoluție considerabil mai mare în regiunile anterior subinvestigate.

GPS ne oferă un instrument puternic pentru a investiga omogenitatea cancerului, care poate simplifica foarte mult cercetarea cancerului și poate găsi o explicație universală pentru tumorigeneza și metastaze.În timpul analizei datelor GPS ale liniilor de celule canceroase, a fost frecvent întâlnit un fenomen unic.Au existat o serie de regiuni care păreau a fi hipermetilate anormal în mai multe tipuri de probe de cancer.Această constatare neașteptată a fost validată ulterior pentru a servi drept UCOM.Au fost analizate peste 7.000 de probe din 17 tipuri de cancer din baza de date The Cancer Genome Atlas (TCGA), printre care am identificat primul UCOM, HIST1H4F, o genă legată de histonă, care este hipermetilată în toate tipurile de cancer27.O serie de UCOM-uri au fost apoi găsite și validate în baza de date TCGA, baza de date Gene Expression Omnibus (GEO) și mostre clinice din lumea reală.Începând de acum, HIST1H4F, PCDHGB7 și SIX6 au fost găsite și validate ca UCOM.Descoperirea neașteptată a UCOM-urilor oferă un răspuns puternic la nevoia de detectare precoce a cancerului.UCOM-urile oferă o soluție pentru detectarea cu un singur marker a mai multor tipuri de cancer.

Caracteristicile UCOM-urilor

După validare, s-a demonstrat că UCOM-urile prezintă patru caracteristici majore care permit UCOM-urilor să depășească eficacitatea biomarkerilor actuali (Figura 2).

Unic pentru malignitate

UCOM-urile sunt unice pentru leziunile canceroase sau precanceroase și nu sunt afectate de modificările fiziologice normale.Unii dintre markerii actuali legați de cancer care au fost aplicați pe scară largă în detectarea precoce și/sau screening-ul au condus la supradiagnostic.Nivelurile crescute de PSA, un instrument de screening acreditat clinic, sunt de asemenea detectate în condiții benigne, cum ar fi hiperplazia de prostată și prostatita10.Supradiagnosticul și supratratamentul rezultat conduc la o calitate redusă a vieții din cauza complicațiilor intestinale, urinare și sexuale28.Alți biomarkeri pe bază de proteine ​​și utilizați pe scară largă în cadrul clinic, cum ar fi CA-125, nu au adus beneficii semnificative în timp ce au fost supuși supradiagnosticului și supratratării29.Specificitatea ridicată a UCOM pentru afecțiunile maligne evită aceste deficiențe.UCOM, PCDHGB7, distinge eficient leziunile intraepiteliale scuamoase de grad înalt (HSIL) și cancerul de col uterin de probele normale și leziunile intraepiteliale scuamoase de grad scăzut (LSIL), în timp ce majoritatea celorlalți biomarkeri pot diferenția doar cancerul de col uterin de probele normale30.Deși PCDHGB7 nu detectează diferențe semnificative între endometrul normal și hiperplazia endometrului, sunt detectate diferențe semnificative între endometrul normal și hiperplazia atipică și sunt detectate diferențe chiar mai mari între endometrul normal și cancerul endometrial (EC) pe baza PCDHGB731.UCOM-urile sunt unice pentru leziunile maligne din bazele de date și probele clinice.Din perspectiva pacientului, UCOM-urile unice reduc pragul de înțelegere a indicațiilor complexe ale diferiților biomarkeri instabili cu performanță slabă și anxietatea corespunzătoare în timpul procesului de evaluare.Din perspectiva medicului, UCOM unice diferențiază bolile maligne de leziunile benigne, care ajută la triajul pacienților și reduc procedurile medicale inutile și supratratamentul.Prin urmare, UCOM-urile unice reduc redundanța sistemului medical, ameliorează stresul sistemului și pun la dispoziție mai multe resurse medicale celor care au nevoie.

Figura 1 Schema fluxului de lucru GPS pentru detectarea metilării ADN-ului25.Linie gri: secvența ADN de intrare;linie roșie: ADN tratat cu ADN polimerază T4, înlocuind citozina cu 5′-metilcitozină la capătul 3′ al intrării;albastru C cu Me: citozină metilata;albastru C: citozină nemetilată;galben T: timină25.

Totul sau nimic

UCOM-urile sunt prezente doar în celulele canceroase și sunt detectate stabil în aproape toate celulele canceroase.HIST1H4F a fost validat ca fiind hipermetilat în aproape toate tipurile de tumori, dar nu și în probele normale27.În mod similar, PCDHGB7 și SIX6 s-au dovedit, de asemenea, a fi hipermetilate în toate probele tumorale, dar nu și în probele normale30-32.Această caracteristică unică îmbunătățește semnificativ performanța UCOM-urilor în ceea ce privește limita de detectare și sensibilitate.Aproximativ 2% din celulele canceroase pot fi diferențiate în probe, ceea ce face UCOM un biomarker mult mai sensibil decât majoritatea biomarkerilor existenți30. Ca biomarker utilizat pentru detectarea cancerului colorectal, mutațiile KRAS există doar în aproximativ 36% din cazurile de cancer colorectal, sugerând un potențial de diagnostic slab33.Prevalența scăzută a mutațiilor KRAS în cancerul colorectal limitează KRAS în combinație cu alți biomarkeri.De fapt, o combinație de biomarkeri ar putea părea inițial promițătoare, dar nu generează întotdeauna un rezultat satisfăcător, demonstrând în același timp un zgomot mult mai mare în analiza de detecție și implică de obicei proceduri experimentale mai complicate.În schimb, PCDHGB7 și alte UCOM există în toate tipurile de cancer.UCOM-urile detectează componentele canceroase în diferite tipuri de mostre de cancer cu cea mai mare precizie, eradicând în același timp procesele complexe de analiză de anulare a zgomotului.Nu este dificil să detectați cancerul într-o probă abundentă, dar este extrem de dificil să detectați cancerul într-un eșantion mic.UCOM-urile sunt capabile să detecteze cantități mici de cancer.

Figura 2 Caracteristicile UCOM-urilor.

Detectarea cancerului premergător modificărilor patologice

UCOM-urile pot fi detectate în stadiul precanceros înainte de modificări patologice.Ca biomarkeri epigenetici, anomaliile UCOM apar într-un stadiu mai devreme decât anomaliile fenotipice și sunt detectabile pe parcursul tumorigenezei, progresiei și metastazelor34,35.Sensibilitatea UCOM în timp îmbunătățește performanța UCOM în detectarea cancerului în stadiu incipient și a leziunilor precanceroase.Detectarea cancerului precoce pe baza biopsiilor și citologiei poate fi dificilă chiar și pentru cei mai experimentați patologi.O singură biopsie obținută prin colposcopie a fost raportată ca pozitivă în 60,6% din probele HSIL+.Sunt necesare biopsii suplimentare pentru leziunile multiple pentru a crește sensibilitatea36.În schimb, UCOM, PCDHGB7, are o sensibilitate de 82% pentru probele HSIL+, depășind sensibilitatea biopsiilor și a majorității biomarkerilor30.Markerul de metilare, FAM19A4, are o sensibilitate de 69% pentru CIN2+, care este similar cu citologia, dar nu poate diferenția CIN1 de probele normale37.UCOM-urile s-au dovedit a fi un biomarker mult mai sensibil de detectare precoce.În comparație cu patologii bazați pe experiență, UCOM-urile au o sensibilitate superioară de detectare pentru cancerele în stadiu incipient, care, la rândul său, contribuie la îmbunătățirea prognosticului cancerului și a supraviețuirii30.În plus, UCOM oferă o platformă de detectare care este accesibilă zonelor fără patologi experimentați și îmbunătățește considerabil eficiența detectării.Cu proceduri uniforme de eșantionare și detecție, detecția UCOM oferă rezultate stabile și ușor de interpretat, care se potrivesc mai bine unui protocol de screening care necesită mai puțin personal profesional și resurse medicale.

Ușor de detectat

Metodele actuale pentru detectarea metilării ADN-ului sunt complicate și necesită timp.Majoritatea metodelor necesită transformarea bisulfitului, care provoacă o pierdere a calității probei și poate produce rezultate instabile și inexacte.Reproductibilitatea slabă cauzată de tratamentul cu bisulfit poate duce la confuzie pentru medici și pacienți și interferează în continuare cu strategiile de urmărire și/sau tratament.Prin urmare, am modificat în continuare metoda de detectare a UCOM pentru a evita tratamentul problematic cu bisulfit al probelor, pentru a se adapta cerințelor de aplicare clinică și a îmbunătăți accesibilitatea.Am dezvoltat o nouă metodă folosind enzime de restricție sensibile la metilare combinate cu PCR cantitativă fluorescentă în timp real (Me-qPCR) pentru a cuantifica starea de metilare a UCOM-urilor în decurs de 3 ore folosind proceduri ușoare de manipulare (Figura 3).Me-qPCR poate găzdui mai multe tipuri de probe, cum ar fi colectarea clinică de fluide corporale și mostre de urină auto-colectate.Probele clinice colectate pot fi procesate, stocate și pot trece cu ușurință la detectarea utilizând extracția ADN standardizată și automată.ADN-ul extras poate fi apoi aplicat direct pe platforma Me-qPCR pentru o reacție unică și rezultate de cuantificare a ieșirii.După o analiză simplă a rezultatelor folosind modele de diagnostic adaptate și validate pentru tipuri specifice de cancer, determinarea finală a rezultatelor de detecție UCOM este interpretată și prezentată ca o valoare semi-cantitativă.Platforma Me-qPCR depășește tradiționala pirosecvențiere a bisulfitului în detectarea UCOM, economisind în același timp 3 ore de conversie a bisulfitului, conform protocolului kit-ului EZ DNA Methylation-Gold.Platforma inovatoare de detectare a metilării face detectarea UCOM mai stabilă, mai precisă și mai accesibilă30.

Figura 3 Procesul de detectare a UCOM-urilor.Tipurile de mostre includ BALF eșantionat profesional, perie Papanicolau și/sau urină auto-colectată.Procesul de extracție a ADN-ului poate fi acomodat la un extractor automat, al cărui produs poate fi detectat direct prin qPCR.

Aplicarea UCOM-urilor

Cancer de plamani

Cancerul pulmonar este al doilea cel mai frecvent diagnosticat și cel mai letal cancer la nivel mondial, reprezentând 11,4% din cazurile noi și 18,0% din noile decese1.Dintre toate diagnosticele, 85% sunt cancer pulmonar fără celule mici (NSCLC) și 15% sunt cancer pulmonar cu celule mici (SCLC), care are un nivel mai mare de malignitate38.Scanarea tomografiei computerizate cu doze mici (LDCT) este metoda de screening recomandată în prezent pentru cancerul pulmonar și s-a dovedit că îmbunătățește detectarea precoce și reduce mortalitatea6;cu toate acestea, din cauza specificității scăzute și a accesibilității reduse, LDCT nu a servit încă ca o metodă de screening satisfăcătoare, la fel ca și alți markeri comuni de cancer, cum ar fi CEA39.Costurile și potențialul de diagnosticare ratată și diagnosticare greșite ale strategiei de screening LDCT împiedică progresul promovării screening-ului cancerului pulmonar40.HIST1H4F, un UCOM, are un potențial enorm ca biomarker de detectare precoce în probele de lichid bronhoalveolar (BALF)27.HIST1H4F este hipermetilat în adenocarcinomul pulmonar și carcinomul cu celule scuamoase pulmonare, cu o specificitate de detecție de 96,7% și o sensibilitate de 87,0% (Figura 4A) și o performanță excepțională pentru cancerele în stadiul I27.HIST1H4F are o specificitate de 96,5% și o sensibilitate de 85,4% pentru NSCLC și 96,5% și, respectiv, 95,7% pentru SCLC27.În plus, eșantioane din alte opt tipuri de cancer, inclusiv cancerul pancreatic și colorectal, au validat faptul că HIST1H4F este hipermetilat în toate cele opt tipuri27.

Cancer cervical

Cancerul de col uterin a fost al patrulea cel mai frecvent diagnosticat cancer și a patra cauză de deces prin cancer la femei în 2020, reprezentând 3,1% din cazurile noi și 3,4% din decesele cauzate de cancer la nivel global1.Pentru a elimina cancerul de col uterin până în 2030, așa cum a propus OMS, depistarea precoce a cancerului de col uterin este o necesitate.Dacă este detectată într-un stadiu incipient, rata de supraviețuire la 5 ani ajunge la 92% în cazul cancerului de col uterin invaziv41.Ghidurile Societății Americane de Cancer (ACS) sugerează teste citologice de col uterin, teste HPV primare sau cotesturi pentru screening42.Citologia cervicală este invazivă și poate detecta doar 63,5% din cazurile de CIN2+37.

PCDHGB7, în schimb, a avut rezultate mult mai bune utilizând frotiurile Papanicolau și secrețiile vaginale și poate diferenția eficient HSIL de LSIL într-o etapă ultra-incipiente.Numai PCDHGB7 are o sensibilitate de 100,0% și o specificitate de 88,7% pentru cancerul de col uterin (Figura 4B) și o sensibilitate de 82,1% și o specificitate de 88,7% pentru probele HSIL+30.PCDHGB7 are, de asemenea, o sensibilitate de 90,9% și o specificitate de 90,4% în probele de secreție vaginală pentru cancerul de col uterin, care sunt mult mai ușor de colectat30.Atunci când este combinat cu testul HPV cu risc ridicat (hr) sau testul citologic Thinprep (TCT), PCDHGB7 are o sensibilitate crescută de 95,7% și o specificitate de 96,2%, depășind semnificativ pe cea a testului hrHPV (20,3%), TCT (51,2%) ), iar cele două combinate (57,8%) pentru cancerul de col uterin30.De asemenea, sa demonstrat că PCDHGB7 este hipermetilat în 17 tipuri de cancer din baza de date TCGA, indicând adecvarea sa în familia UCOM30.

Figura 4 UCOM-urile au fost validate în patru tipuri de cancer în studii clinice la scară largă.A. Performanța HIST1H4F, un UCOM, în detectarea cancerului pulmonar a 508 probe.B. Performanța PCDHGB7, un UCOM, în detectarea cancerului de col uterin a 844 de probe.C. Performanța PCDHGB7, un UCOM, în detectarea cancerului endometrial a 577 de probe de perie Papanicolau endometrial și Tao.D. Performanța SIX6, un UCOM, în detectarea cancerului urotelial a 177 de probe.

EC

CE este unul dintre cele mai comune cancere ale sistemului reproductiv feminin la nivel mondial, cu aproximativ 4,2 milioane de cazuri noi și 1% din decesele cauzate de cancer anual1.Cu un diagnostic de succes în stadiul precoce, EC este curabilă și are o rată de supraviețuire la 5 ani de 95% pentru cancerul în stadiul I.Pacienții care sunt simptomatici, cum ar fi sângerarea uterină anormală, primesc evaluare clinică periodică și sunt supuse unor proceduri de biopsie invazive și dureroase, în ciuda faptului că doar 5%-10% dezvoltă EC43.Ecografia transvaginală, ca metodă obișnuită de detecție, este foarte nesigură din cauza incapacității sale de a diferenția modificările endometriale benigne de cele maligne și a ratei ridicate de fals pozitive44.

A fost efectuată o comparație paralelă a serului CA-125, un biomarker EC implementat pe scară largă și PCDHGB7.Serul CA-125 a avut o sensibilitate de 24,8%, ceea ce sugerează că CA-125 este un marker inadecvat pentru EC, în ciuda unei specificități de 92,3%31.Detectarea PCDHGB7 folosind probe de perie Papanicolau a dat o sensibilitate de 80,65% și o specificitate de 82,81% pentru etapele ECatall, în timp ce o perie Tao a avut o sensibilitate de 61,29% și o specificitate de 95,31%31.Modelul de diagnosticare PCDHGB7, bazat pe Me-qPCR, a dat o sensibilitate de 98,61%, o specificitate de 60,5% și o acuratețe generală de 85,5%, folosind probe de perie Papanicolau și Tao (Figura 4C)31.

Cancerul urotelial

Cancerul urotelial, constând din cancere de vezică urinară, pelvis renal și ureter, a fost al șaptelea cancer cel mai frecvent diagnosticat în 2020 la nivel mondial, provocând 5,2% din cazurile noi și 3,9% din decese1.Cancerele uroteliale, dintre care peste 50% sunt cancere de vezică urinară, au fost al patrulea cel mai frecvent diagnosticat cancer în Statele Unite în 2022, reprezentând 11,6% din cazurile nou diagnosticate3.Aproximativ 75% dintre cancerele vezicii urinare sunt clasificate ca cancer vezicii urinare non-invazive musculare limitate la mucoasa sau submucoasa45.O biopsie prin cistoscopie este standardul de aur pentru diagnosticarea cancerului urotelial implementat prin hibridizare in situ fluorescentă (FISH) și teste citologice.FISH și citologia au performanțe diagnostice slabe, iar cistoscopia este intruzivă și are riscul de a lipsi microleziunile, de a interpreta greșit leziunile și de a provoca răspândirea sau recidiva cancerului46.UCOM validat anterior, PCDHGB7, s-a dovedit, de asemenea, a fi hipermetilat în cancerul urotelial, cu o zonă sub curba de 0,86, sugerând o potențială capacitate de diagnostic30.Pentru a valida în continuare mai multe UCOM și pentru a găzdui mai bine mai multe tipuri de probe, SIX6, un nou UCOM, a fost examinat și a arătat un potențial de diagnostic excelent în detectarea precoce a cancerului urotelial folosind probe de urină pe platforma Me-qPCR.Detectarea SIX6 folosind probe de urină a demonstrat o sensibilitate competitivă de 86,7% și o specificitate de 90,8% (Figura 4D), fiind în același timp non-invazivă și ușor de achiziționat32.Potențialul SIX6 în monitorizarea metastazelor și evaluarea eficacității tratamentului este în prezent în curs de investigare.

Viitorul și provocările

UCOM-urile au o performanță puternică în potențialul de diagnostic al cancerelor multiple, dar mai este mult de făcut.Am extins lista UCOM-urilor și am validat în mod activ UCOM-urile în mai multe tipuri de cancer, inclusiv în cele care sunt în mod tradițional dificil de detectat.Rezultatele validării din bazele de date TCGA au coroborat și mai mult aplicarea UCOM-urilor în mai multe tipuri de cancer și mai multe situații.Într-o investigație preliminară, s-a demonstrat că UCOM au un potențial de diagnostic robust pentru colangiocarcinoame și adenocarcinoame pancreatice, care sunt aproape imposibil de diagnosticat în stadiu incipient cu metodele actuale de screening32,47.Capacitatea de a detecta cancere rare cu UCOM poate fi utilizată cu ADN-ul tumoral circulant (ctDNA) printr-o platformă îmbunătățită de biopsie lichidă48.Un studiu care a implicat un panou de detectare a pan-cancerului pe bază de ADN din plasmă a dat o sensibilitate de 57,9%49.În ciuda specificității ridicate, performanța generală dezvăluie că mai există loc de îmbunătățire.

Caracteristicile unice ale UCOM au susținut, de asemenea, investigarea potențialului UCOM în evaluarea eficacității tratamentului și monitorizarea recurenței.Conform Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST), imagistica medicală este metodologia recomandată pentru monitorizarea recidivelor și evaluarea eficacității tratamentului, în timp ce markerii tumorali sunt utilizați singuri pentru evaluare50.În realitate, totuși, abordările imagistice sunt foarte afectate de frecvență și timp și, prin urmare, expun pacienții la riscuri și costuri mai mari51,52.SIX6 a fost validat pentru a servi ca un predictor pentru metastaza cancerului de sân32.Monitorizarea ctDNA pe bază de biopsie lichidă permite supravegherea în timp real a bolii reziduale minime cu luni înainte de detectarea radiologică, în mod ideal, amânând și prevenind progresia cancerului legată de recidivă53.Rezultatele preliminare sugerează că UCOM reflectă nivelul de hipermetilare canceroasă în timp real imediat după intervenție chirurgicală și tratament32.Sensibilitatea ridicată prezentată de UCOM și aplicabilitatea în mai multe tipuri de mostre non-intruzive permite UCOM-urilor să servească drept biomarker precis de monitorizare a recurenței, menținând în același timp complianța ridicată a pacientului.

În același timp, accesibilitatea publicului la test este o altă problemă majoră care necesită efort suplimentar.În timp ce colaborările de detectare UCOM au fost adoptate în mai multe spitale în speranța de a aduce beneficii mai multor pacienți, detectările și screeningurile pro bono au fost efectuate în mod activ în China rurală.UCOM-urile necesită o accesibilitate îmbunătățită pentru a se califica ca instrument de screening fezabil, în special pentru zonele subdezvoltate.

În timp ce rezultatele aplicației UCOM în detectarea timpurie sunt promițătoare, există multe necunoscute despre UCOM.Cu o explorare activă, se garantează cercetări suplimentare despre motivul pentru care UCOM-urile sunt prezente universal în cancere.Mecanismele de reglare epigenetică subiacente care stau la baza UCOM sunt demne de investigații suplimentare, ceea ce ar putea justifica o nouă direcție pentru terapia cancerului.Revenind la interacțiunea dintre omogenitatea și eterogenitatea tumorii, ne interesează de ce UCOM-urile pot fi o excepție de la majoritatea biomarkerilor de cancer care sunt strâns legați de anumite tipuri de cancer.Rolul aberațiilor de metilare a ADN-ului identificate de UCOM în tumorigeneză, progresia tumorii și metastaze nu a fost determinat în procesul de pierdere și recâștigare a identității celulare și necesită o inspecție amănunțită.Un alt interes major constă în domeniul de aplicare al încorporării trăsăturii de omogenitate a UCOM-urilor cu markeri unici pentru țesut, în speranța de a aborda detectarea precisă a urmelor de cancer și identificarea originilor țesutului tumoral într-o manieră inversă.UCOM-urile pot fi instrumentul ideal pentru prevenirea cancerului, detectarea cancerului și, potențial, apărarea și eliminarea cancerului.

Acordați sprijin

Această lucrare a fost susținută de Programul național de cercetare și dezvoltare cheie din China (grant nr. 2022BEG01003), Fundația Națională de Științe Naturale din China (grant nr. 32270645 și 32000505), un grant de la Comisia provincială de sănătate din Heilongjiang (grant nr. 2020-111) și un grant de la Institutul de Știință și Tehnologie Heze (grant nr. 2021KJPT07).

Declarație privind conflictul de interese

Wei Li este director de cercetare și dezvoltare pentru Shanghai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd. Wenqiang Yu face parte din Consiliul consultativ științific al Epiprobe.W. Yu și Epiprobe au aprobat brevete în așteptare legate de această lucrare.Toți ceilalți autori nu declară interese concurente.

Contribuții ale autorului

Au conceput și proiectat proiectul: Chengchen Qian și Wenqiang Yu.

A scris lucrarea: Chengchen Qian.

A realizat ilustrațiile: Chengchen Qian.

A revizuit și a editat manuscrisul: Xiaolong Zou, Wei Li, Yinshan Li și Wenqiang Yu.

Referințe

1. Sung H, Ferlay J, Siegel RL, LaversanneM, Soerjomataram I, Jemal A, et al.Statistici globale de cancer 2020: estimări GLOBOCAN de

incidența și mortalitatea la nivel mondial pentru 36 de cancere în 185 de țări.CA Cancer J Clin.2021;71: 209-49.

2. Xia C, Dong X, Li H, Cao M, Sun D, ​​He S și colab.Statistici despre cancer în China și Statele Unite, 2022: profiluri, tendințe și factori determinanți.Chin MedJ (Engl).2022;135: 584-90.

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

4. Crosby D, BhatiaS, Brindle KM, Coussens LM, Dive C, Emberton M, et al.Detectarea precoce a cancerului.Ştiinţă.2022;375: eaay9040.

5. Ladabaum U, Dominitz JA, KahiC, Schoen RE.Strategii pentru

screening-ul cancerului colorectal.Gastroenterologie.2020;158: 418-32.

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

7. Bouvard V, WentzensenN, Mackie A, Berkhof J, BrothertonJ, Giorgi-Rossi P, et al.Perspectiva IARC asupra screening-ului cancerului de col uterin.N EnglJ Med.2021;385: 1908-18.

8. Xue P, Ng MTA, QiaoY.Provocările colposcopiei pentru screeningul cancerului de col uterin în LMIC-urile și soluțiile prin inteligență artificială.BMC Med.2020;18: 169.

9. Johnson P, Zhou Q, Dao DY, Lo YMD.Biomarkeri circulanți în diagnosticul și managementul carcinomului hepatocelular.Nat Rev Gastroenterol Hepatol.2022;19: 670-81.

10. Van PoppelH, Albreht T, Basu P, HogenhoutR, CollenS, Roobol M. Detectarea precoce pe bază de PSA seric a cancerului de prostată în Europa și la nivel global: trecut, prezent și viitor.Nat Rev Urol.2022;19:

562-72.

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

et al.Dezvoltarea unui test de urină cu ARN multiplex pentru detectarea și stratificarea carcinomului cu celule tranziționale al vezicii urinare.Clin Cancer Res.2008;14: 742-9.

12. Feinberg AP, Vogelstein B. Hipometilarea distinge genele unor cancere umane de omologii lor normale.Natură.1983;301: 89-92.

13. Ng JM, Yu J. Hipermetilarea promotorului genelor supresoare de tumori ca potențiali biomarkeri în cancerul colorectal.IntJ Mol Sci.2015;16: 2472-96.

14. Esteller M. Epigenomica cancerului: metilomi ADN și hărți de modificare a histonelor.Nat Rev Genet.2007;8: 286-98.

15. Nishiyama A, Nakanishi M. Navigarea peisajului de metilare a ADN-ului cancerului.Trends Genet.2021;37: 1012-27.

16. Xie W, Schultz MD, ListerR, Hou Z, Rajagopal N, Ray P și colab.Analiza epigenomică a diferențierii pe mai multe linii a celulelor stem embrionare umane.Celulă.2013;153: 1134-48.

17. Li Y, Zheng H, Wang Q, Zhou C, WeiL, Liu X și colab.Analizele la nivelul genomului dezvăluie rolul Polycomb în promovarea hipometilării văilor de metilare a ADN-ului.Genom Biol.2018;19:18.

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

et al.Analiza metilării ADN-ului în cancer: locația revizuită.Nat Rev Clin Oncol.2018;15: 459-66.

19. KleinEA, Richards D, Cohn A, TummalaM, Lapham R, Cosgrove D, et al.Validarea clinică a unui test de detecție precoce multicancer bazat pe metilare, folosind un set de validare independent.Ann Oncol.2021;32: 1167-77.

20. Hanahan D, Weinberg RA.Semnele distinctive ale cancerului.Celulă.2000;100: 57-70.

21. Hanahan D. Semne distinctive ale cancerului: noi dimensiuni.Cancer Discov.2022;12: 31-46.

22. Schwartzberg L, Kim ES, Liu D, Schrag D. Precision oncology: who, how, what, when, and when not?Am Soc Clin Oncol Educ Book.2017: 160-9.

23. Liu H, Meng X, Wang J. Metilarea cantitativă în timp real

detectarea genei PAX1 în screening-ul cancerului de col uterin.IntJ Gynecol Cancer.2020;30: 1488-92.

24. Imperiale TF, RansohoffDF, Itzkowitz SH, Levin TR, Lavin P, Lidgard GP și colab.Testarea ADN-ului multițintă pentru screeningul cancerului colorectal.N EnglJ Med.2014;370: 1287-97.

25. Li J, Li Y, Li W, Luo H, Xi Y, Dong S și colab.Poziționarea ghidului

secvențierea identifică modele aberante de metilare a ADN-ului care modifică identitatea celulelor și rețelele de supraveghere imună a tumorii.Genomul

Res.2019;29: 270-80.

26. Gao Q, LinYP, Li BS, Wang GQ, Dong LQ, Shen BY și colab.Detectarea neintruzivă a multi-cancerului prin secvențierea de metilare a ADN-ului fără celule circulante (THUNDER): studii de dezvoltare și validare independente.Ann Oncol.2023;34: 486-95.

27. Dong S, Li W, Wang L, Hu J, Song Y, Zhang B și colab.Genele legate de histonă sunt hipermetilate în cancerul pulmonar și hipermetilate

HIST1H4F ar putea servi ca biomarker pan-cancer.Cancer Res.2019;79: 6101-12.

28. HeijnsdijkEA, Wever EM,AuvinenA, Hugosson J, Ciatto S, Nelen V, et al.Efectele asupra calității vieții ale screening-ului antigenului specific prostatic.N EnglJ Med.2012;367: 595-605.

29. LuzakA, Schnell-Inderst P, Bühn S, Mayer-Zitarosa A, Siebert U. Clinical effectiveness of cancer screening biomarker tests offered as self-pay health service: a systematic review.Eur J Sănătate Publică.2016;26: 498-505.

30. Dong S, Lu Q, Xu P, Chen L, Duan X, Mao Z și colab.

PCDHGB7 hipermetilat ca marker universal pentru cancer și aplicarea acestuia în screening-ul precoce al cancerului de col uterin.Clin Transl Med.2021;11: e457.

31. Yuan J, Mao Z, Lu Q,Xu P, Wang C, Xu X și colab.PCDHGB7 hipermetilat ca biomarker pentru detectarea precoce a cancerului endometrial în probe de perie endometrială și răzuire cervicală.Front Mol Biosci.2022;8: 774215.

32. Dong S, Yang Z, Xu P, Zheng W, Zhang B, Fu F și colab.Reciproc

modificare epigenetică exclusivă pe SIX6 cu hipermetilare pentru urmărirea stadiului precanceros și a emergenței metastazelor.Transductul de semnal țintă Ther.2022;7: 208.

33. Huang L, Guo Z, Wang F, Fu L. Mutația KRAS: de la undruggable la druggable în cancer.Transductul de semnal țintă Ther.2021;6: 386.

34. Belinsky SA, Nikula KJ, PalmisanoWA, MichelsR, SaccomannoG, GabrielsonE, et al.Metilarea aberantă a p16 (INK4a) este un eveniment precoce în cancerul pulmonar și un potențial biomarker pentru diagnosticul precoce.Proc Natl Acad Sci U SA.1998;95: 11891-6.

35. Robertson KD.Metilarea ADN-ului și bolile umane.Nat Rev Genet.2005;6: 597-610.

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

Mathews C, și colab.Biopsii multiple și detectarea precursorilor cancerului de col uterin la colposcopie.J Clin Oncol.2015;33: 83-9.

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

PJ, Steenbergen RD, și colab.Analiza de metilare a FAM19A4

gena în zgârieturi cervicale este foarte eficientă în detectarea colului uterin

carcinoame și leziuni CIN2/3 avansate.Cancer Prev Res (Phila).2014;7: 1251-7.

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

39. Grunnet M, Sorensen JB.Antigenul carcinoembrionar (CEA) ca marker tumoral în cancerul pulmonar.Cancer de plamani.2012;76: 138-43.

40. Wood DE, KazerooniEA, Baum SL, EapenGA, EttingerDS, Hou L, et al.Screeningul cancerului pulmonar, versiunea 3.2018, Ghid de practică clinică NCCN în oncologie.J Natl Compr Canc Netw.2018;16: 412-41.

41. Societatea Americană de Cancer.Fapte și cifre despre cancer.Atlanta, GA, SUA: Societatea Americană de Cancer;2023 [actualizat 2023 1 martie;citat 22 august 2023].

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

Herzig A, şi colab.Screeningul cancerului de col uterin pentru persoanele cu risc mediu: actualizare pentru 2020 de la Societatea Americană de Cancer.CA Cancer J Clin.2020;70: 321-46.

43. Clarke MA, Long BJ, Del Mar MorilloA, Arbyn M, Bakkum-Gamez JN, Wentzensen N. Asociația riscului de cancer endometrial cu sângerare postmenopauză la femei: o revizuire sistematică și meta-analiză.JAMA Intern Med.2018;178: 1210-22.

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

Sharma A, și colab.Sensibilitatea screening-ului cu ultrasunete transvaginale

pentru cancerul endometrial la femeile aflate în postmenopauză: un studiu caz-control în cadrul cohortei UKCTOCS.Lancet Oncol.2011;12: 38-48.

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

PalouJ, et al.Ghidurile Asociației Europene de Urologie privind Cancerul vezicii urinare non-invazive musculare (TaT1 și carcinom in situ) -

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

46. ​​Aragon-Ching JB.Provocări și progrese în diagnosticul, biologia și tratamentul carcinoamelor uroteliale superioare și ale vezicii urinare.Urol Oncol.2017;35: 462-4.

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

Colangiocarcinom – concepte în evoluție și strategii terapeutice.Nat Rev Clin Oncol.2018;15: 95-111.

48. Ye Q, Ling S, Zheng S, Xu X. Biopsie lichidă în hepatocelular

carcinom: celule tumorale circulante și ADN tumoral circulant.Mol Cancer.2019;18: 114.

49. Zhang Y, Yao Y, Xu Y, Li L, Gong Y, Zhang K și colab.Pan-cancer

detectarea ADN-ului tumoral circulant la peste 10.000 de pacienți chinezi.Nat Commun.2021;12:11.

50. Eisenhauer EA, Therasse P, BogaertsJ, Schwartz LH, Sargent D, Ford R și colab.Noi criterii de evaluare a răspunsului în tumorile solide: ghidul RECIST revizuit (versiunea 1.1).Eur J Cancer.2009;45: 228-47.

51. LitièreS, Collette S, de Vries EG, Seymour L, BogaertsJ.RECIST – învățând din trecut pentru a construi viitorul.Nat Rev Clin Oncol.

2017;14: 187-92.

52. Seymour L, BogaertsJ, Perrone A, FordR, Schwartz LH, Mandrekar S, et al.iRECIST: ghiduri pentru criteriile de răspuns pentru utilizare în studii

testarea imunoterapeuticilor.Lancet Oncol.2017;18: e143-52.

53. PantelK, Alix-Panabières C. Biopsie lichidă și boală reziduală minimă – ultimele progrese și implicații pentru vindecare.Nat Rev Clin Oncol.2019;16: 409-24.

Citează acest articol ca: Qian C, Zou X, Li W, Li Y, Yu W. Avanpostul împotriva cancerului: markeri universali pentru cancer.Cancer Biol Med.2023;20: 806-815.

doi: 10.20892/j.issn.2095-3941.2023.0313