cfDNA甲基化突破性液體活檢方法cfMeDIP-seq臨床驗證研究
近日，加拿大多倫多大學(xué)瑪格麗特公主癌癥中心D D De Carvalho團隊在腫瘤學(xué)領(lǐng)域TOP頂刊《ANNALS OF ONCOLOGY》雜志發(fā)表題為《Clinical validation of a tissue-agnostic genome-wide methylome enrichment molecular residual disease assay for head and neck malignancies》的科研成果。研究驗證了一種基于組織無關(guān)（tissue-agnostic）的cfDNA全基因組甲基化富集測序方法（cfMeDIP-seq）檢測頭頸癌（head and neck cancer, HNC）患者分子殘留病（molecular residual disease, MRD）的臨床應(yīng)用價值。研究納入325名I-IVB期HNC患者，通過縱向收集外周血漿樣本，利用cfMeDIP-seq技術(shù)檢測MRD，并評估其與臨床復(fù)發(fā)的相關(guān)性。
標(biāo)題：Clinical validation of a tissue-agnostic genome-wide methylome enrichment molecular residual disease assay for head and neck malignancies（頭頸惡性腫瘤分子殘留病灶檢測的組織無關(guān)全基因組甲基化富集臨床驗證研究）
發(fā)表時間：2024年9月14日
發(fā)表平臺：ANNALS OF ONCOLOGY（Ann Oncol）
影響因子：IF65.4/Q1
技術(shù)平臺：cfMeDIP-seq（易基因金牌技術(shù)）
作者單位：加拿大多倫多大學(xué)瑪格麗特公主癌癥中心D D De Carvalho等
DOI:10.1016/j.annonc.2024.08.2348
對于接受根治性治療的局部晚期頭頸癌（HNC）患者，其治療效果仍不盡如人意，5年生存率僅為50%。大多數(shù)復(fù)發(fā)發(fā)生在治療后的前兩年，這為識別分子殘留�。∕RD）提供時間窗口。在人乳頭瘤病毒（HPV）陽性和陰性HNC患者中，由于組織樣本常常稀缺，需要一種與組織無關(guān)的MRD檢測方法。
本研究納入包括HPV陽性和陰性的I-IVB期HNC患者，并在診斷時以及根治性治療后約3、12、24個月縱向收集外周血漿樣本。隊列包括325名患者，共1155個樣本，樣本分為不同的集合，用于訓(xùn)練和驗證一個能夠識別MRD的分類器，該分類器基于一種與組織無關(guān)的全基因組甲基化富集平臺（cfMeDIP-seq），主要終點是無復(fù)發(fā)生存率（recurrence-free survival, RFS）。
隊列研究結(jié)果表明，中位隨訪時間60個月時，盲法驗證集中MRD陽性患者經(jīng)歷顯著更差的RFS，風(fēng)險比（hazard ratio, HR）為35.7。HPV陰性患者HR為42.3，HPV陽性口咽癌患者HR為24.1。MRD陽性與臨床復(fù)發(fā)之間的時間間隔最長可達14.9個月，平均提前時間為4.1個月。監(jiān)測靈敏度91%，特異性88%。
研究驗證了HNC患者MRD檢測的cfDNA全基因組甲基化富集檢測方法的臨床性能特征。該MRD檢測方法在不同的解剖部位、HPV狀態(tài)和治療方案中，顯示出高敏感性和高特異性地鑒定復(fù)發(fā)能力，突顯了其在HNC患者MRD檢測中的廣泛適用性。
研究方法
結(jié)果圖形
這是一種與無需依賴組織樣本的cfDNA檢測方法，用于檢測HPV陽性和陰性頭頸癌（HNC）患者的分子殘留�。∕RD），具有非侵入性。臨床盲試驗表明，通過MRD陽性狀態(tài)分層的無復(fù)發(fā)生存率（RFS）存在顯著差異。在臨床表現(xiàn)或影像學(xué)檢查之前檢測到復(fù)發(fā)，提前時間最長可達14.9個月（平均4.1個月）。在不同解剖部位、HPV狀態(tài)和治療方案中觀察到相似的性能，突顯了廣泛的適用性。
（1）樣本收集
研究共納入325名患者，訓(xùn)練集163人，驗證集162人。在可分析數(shù)據(jù)集（n=149）中，大多數(shù)患者年齡在50-69歲之間（66%），白人（71%），男性（77%）。報告吸煙史的患者中，68%為前吸煙者或現(xiàn)吸煙者。早期患者（I-II期）占54%。最常見的解剖亞型為口咽癌（48%）和唇/口腔癌（23%）�？谘拾┲蠬PV陽性率為75%。大多數(shù)患者（95%）為鱗狀細胞癌。樣本因質(zhì)控失敗的總失敗率低（0.2%）。
表1：診斷時的患者人口統(tǒng)計學(xué)和臨床特征
（2）ctDNA分析
利用非盲訓(xùn)練集（n=163患者），開發(fā)了一個分類器，用于檢測治療前樣本和治療后復(fù)發(fā)樣本（MRD陽性）中的ctDNA甲基化信號，與治療后無復(fù)發(fā)樣本（MRD陰性）進行比較。在外部獨立數(shù)據(jù)集中，這些差異甲基化區(qū)域在HNC組織中呈高甲基化狀態(tài)，與正常組織和健康外周血白細胞相比具有顯著差異（P<0.0001），表明分類器能夠檢測到ctDNA甲基化信號。
（3）MRD檢測與臨床結(jié)果的關(guān)聯(lián)
在驗證集中，MRD陽性患者的無復(fù)發(fā)生存率（RFS）顯著降低，風(fēng)險比（HR）為35.7。HPV陰性患者HR為42.3；HPV陽性口咽癌患者HR為24.1。MRD陽性與臨床復(fù)發(fā)之間的時間間隔最長可達14.9個月，平均為4.1個月。
（B）所有患者（n=124）的總生存率（OS）
（C）HPV陰性亞組（n=72）
（D）HPV陽性亞組（n=52）
HPV陰性亞組包括HPV陰性的口咽癌（OPC）以及其他頭頸癌部位。風(fēng)險比（HR）后跟括號內(nèi)的95%置信區(qū)間。HPV：人乳頭瘤病毒；HR：風(fēng)險比；MRD：分子殘留��；OPC：口咽癌；OS：總生存率；RFS：無復(fù)發(fā)生存率。
（4）性能
在總體人群中，監(jiān)測靈敏度為91%（95%CI 77%-97%），特異性為88%（95%CI 80%-93%），陽性預(yù)測值（PPV）為74%（95%CI 59%-85%），陰性預(yù)測值（NPV）為96%（95%CI 90%-99%）。在不同HPV狀態(tài)和治療方案的亞組中，靈敏度和特異性沒有顯著差異。
（5）單變量和多變量分析
單變量分析顯示，MRD檢測、分期、HPV狀態(tài)、種族、年齡和吸煙史與RFS顯著相關(guān)。在多變量分析中，MRD檢測結(jié)果是預(yù)測復(fù)發(fā)的最強指標(biāo)（P<0.0001）。在考慮臨床因素后，添加MRD檢測狀態(tài)可顯著改善復(fù)發(fā)預(yù)測（P<0.0001）。
（6）MRD檢測評分變化與結(jié)果相關(guān)
從治療前（T0）到治療后（T1-T3）樣本的MRD檢測評分軌跡顯示，未復(fù)發(fā)患者的MRD檢測評分在治療完成后迅速下降并保持低水平。對于復(fù)發(fā)患者，許多患者的MRD檢測評分在治療后下降（部分仍高于閾值），但在監(jiān)測期間大多數(shù)復(fù)發(fā)患者的評分有所增加。例如，復(fù)發(fā)患者A在治療前評分較高，手術(shù)后下降，復(fù)發(fā)前增加，所有三個血液樣本的評分均高于閾值，MRD在確認復(fù)發(fā)前364天被檢測到。
（B）代表性案例研究：四名患者的MRD檢測。所有四名患者均為鱗狀細胞癌�；颊逜患有III期唇和口腔癌，HPV狀態(tài)不明�；颊連患有III期HPV陽性口咽癌�；颊逤患有I期HPV陽性口咽癌�；颊逥患有IVA期唇和口腔癌且無復(fù)發(fā)。紅色虛線顯示確定樣本是否檢測到MRD閾值。星號表示手術(shù)日期。陰影矩形區(qū)域表示放療或化療的時間段。點表示從基線治療前血液抽取的特定天數(shù)的MRD檢測評分；紅色點表示檢測到MRD；藍色點表示未檢測到MRD。X標(biāo)記復(fù)發(fā)日期。圖中還顯示復(fù)發(fā)的提前時間。
結(jié)論和討論
本研究驗證了cfMeDIP-seq技術(shù)在HNC患者MRD檢測中的臨床應(yīng)用價值。該技術(shù)具有高靈敏度和特異性，能夠在不同解剖部位、治療方案和HPV狀態(tài)的患者中檢測MRD，為早期干預(yù)提供了可能。cfMeDIP-seq技術(shù)的組織無關(guān)性和低失敗率使其在HNC患者的臨床監(jiān)測中具有廣泛的應(yīng)用前景。未來的研究應(yīng)進一步探索該技術(shù)在其他癌癥類型中的應(yīng)用，并驗證其在前瞻性研究中的臨床效用。
研究亮點
創(chuàng)新性：該研究提出了一種新的、組織無關(guān)的MRD檢測方法——cfMeDIP-seq，研究結(jié)果表明，該檢測方法能夠顯著改善HNC患者的預(yù)后評估和治療決策，具有重要的臨床應(yīng)用價值。
嚴謹?shù)难芯吭O(shè)計：通過大規(guī)模的樣本收集、嚴格的統(tǒng)計分析以及多變量模型的驗證，研究結(jié)果具有較高的可信度和科學(xué)性。
跨學(xué)科合作：該研究涉及腫瘤學(xué)、生物信息學(xué)、分子生物學(xué)等多個學(xué)科的合作，展示了跨學(xué)科研究在解決臨床問題中的強大潛力。
參考文獻：
Liu G, et al. Clinical validation of a tissue-agnostic genome-wide methylome enrichment molecular residual disease assay for head and neck malignancies. Ann Oncol. 2024 Sep 14.doi: 10.1016/j.annonc.2024.08.2348.
標(biāo)題：Clinical validation of a tissue-agnostic genome-wide methylome enrichment molecular residual disease assay for head and neck malignancies（頭頸惡性腫瘤分子殘留病灶檢測的組織無關(guān)全基因組甲基化富集臨床驗證研究）
發(fā)表時間：2024年9月14日
發(fā)表平臺：ANNALS OF ONCOLOGY（Ann Oncol）
影響因子：IF65.4/Q1
技術(shù)平臺：cfMeDIP-seq（易基因金牌技術(shù)）
作者單位：加拿大多倫多大學(xué)瑪格麗特公主癌癥中心D D De Carvalho等
DOI:10.1016/j.annonc.2024.08.2348
對于接受根治性治療的局部晚期頭頸癌（HNC）患者，其治療效果仍不盡如人意，5年生存率僅為50%。大多數(shù)復(fù)發(fā)發(fā)生在治療后的前兩年，這為識別分子殘留�。∕RD）提供時間窗口。在人乳頭瘤病毒（HPV）陽性和陰性HNC患者中，由于組織樣本常常稀缺，需要一種與組織無關(guān)的MRD檢測方法。
本研究納入包括HPV陽性和陰性的I-IVB期HNC患者，并在診斷時以及根治性治療后約3、12、24個月縱向收集外周血漿樣本。隊列包括325名患者，共1155個樣本，樣本分為不同的集合，用于訓(xùn)練和驗證一個能夠識別MRD的分類器，該分類器基于一種與組織無關(guān)的全基因組甲基化富集平臺（cfMeDIP-seq），主要終點是無復(fù)發(fā)生存率（recurrence-free survival, RFS）。
隊列研究結(jié)果表明，中位隨訪時間60個月時，盲法驗證集中MRD陽性患者經(jīng)歷顯著更差的RFS，風(fēng)險比（hazard ratio, HR）為35.7。HPV陰性患者HR為42.3，HPV陽性口咽癌患者HR為24.1。MRD陽性與臨床復(fù)發(fā)之間的時間間隔最長可達14.9個月，平均提前時間為4.1個月。監(jiān)測靈敏度91%，特異性88%。
研究驗證了HNC患者MRD檢測的cfDNA全基因組甲基化富集檢測方法的臨床性能特征。該MRD檢測方法在不同的解剖部位、HPV狀態(tài)和治療方案中，顯示出高敏感性和高特異性地鑒定復(fù)發(fā)能力，突顯了其在HNC患者MRD檢測中的廣泛適用性。
研究方法
- 研究納入325名I-IVB期HNC患者，包括HPV陽性和陰性患者。在診斷時以及治療后3、12、24個月分別收集外周血漿樣本，總共收集了1155個樣本。
- 甲基化測序：利用cfMeDIP-seq技術(shù)對cfDNA進行甲基化分析。該技術(shù)通過免疫沉淀富集甲基化的cfDNA片段，然后進行高通量測序，具有無需化學(xué)或酶促轉(zhuǎn)化、非降解、高信號與噪聲比等優(yōu)點。
- 將樣本分為訓(xùn)練集和驗證集。通過訓(xùn)練集開發(fā)了一個分類器，用于識別MRD陽性樣本，并在驗證集中進行驗證。分類器通過分析cfDNA甲基化模式來判斷MRD狀態(tài)。
- 主要終點是無復(fù)發(fā)生存率（RFS）。比較MRD檢測陽性和陰性患者的RFS，并使用Cox比例風(fēng)險模型估計風(fēng)險比（HR）。
結(jié)果圖形
這是一種與無需依賴組織樣本的cfDNA檢測方法，用于檢測HPV陽性和陰性頭頸癌（HNC）患者的分子殘留�。∕RD），具有非侵入性。臨床盲試驗表明，通過MRD陽性狀態(tài)分層的無復(fù)發(fā)生存率（RFS）存在顯著差異。在臨床表現(xiàn)或影像學(xué)檢查之前檢測到復(fù)發(fā)，提前時間最長可達14.9個月（平均4.1個月）。在不同解剖部位、HPV狀態(tài)和治療方案中觀察到相似的性能，突顯了廣泛的適用性。
（1）樣本收集
研究共納入325名患者，訓(xùn)練集163人，驗證集162人。在可分析數(shù)據(jù)集（n=149）中，大多數(shù)患者年齡在50-69歲之間（66%），白人（71%），男性（77%）。報告吸煙史的患者中，68%為前吸煙者或現(xiàn)吸煙者。早期患者（I-II期）占54%。最常見的解剖亞型為口咽癌（48%）和唇/口腔癌（23%）�？谘拾┲蠬PV陽性率為75%。大多數(shù)患者（95%）為鱗狀細胞癌。樣本因質(zhì)控失敗的總失敗率低（0.2%）。
圖1：頭頸癌患者及其儲存的血漿樣本。
表1：診斷時的患者人口統(tǒng)計學(xué)和臨床特征
（2）ctDNA分析
利用非盲訓(xùn)練集（n=163患者），開發(fā)了一個分類器，用于檢測治療前樣本和治療后復(fù)發(fā)樣本（MRD陽性）中的ctDNA甲基化信號，與治療后無復(fù)發(fā)樣本（MRD陰性）進行比較。在外部獨立數(shù)據(jù)集中，這些差異甲基化區(qū)域在HNC組織中呈高甲基化狀態(tài)，與正常組織和健康外周血白細胞相比具有顯著差異（P<0.0001），表明分類器能夠檢測到ctDNA甲基化信號。
圖2：cfMeDIP-seq概述
圖3：按組織樣本類型劃分的癌癥信號
算法所使用的差異甲基化區(qū)域（DMRs）在實體腫瘤組織中的甲基化水平較高，而在外周血淋巴細胞（PBL）和實體正常組織中未發(fā)生甲基化。這與該檢測方法特異性識別由腫瘤細胞釋放的甲基化DNA一致。將DMRs與文獻中HNC組織樣本的注釋進行比較，結(jié)果表明該算法對癌細胞甲基化具有特異性。（3）MRD檢測與臨床結(jié)果的關(guān)聯(lián)
在驗證集中，MRD陽性患者的無復(fù)發(fā)生存率（RFS）顯著降低，風(fēng)險比（HR）為35.7。HPV陰性患者HR為42.3；HPV陽性口咽癌患者HR為24.1。MRD陽性與臨床復(fù)發(fā)之間的時間間隔最長可達14.9個月，平均為4.1個月。
圖4：驗證集中通過MRD監(jiān)測檢測的事件發(fā)生時間的Kaplan–Meier分析。
（A）所有患者（n=124）的無復(fù)發(fā)生存率（RFS）（B）所有患者（n=124）的總生存率（OS）
（C）HPV陰性亞組（n=72）
（D）HPV陽性亞組（n=52）
HPV陰性亞組包括HPV陰性的口咽癌（OPC）以及其他頭頸癌部位。風(fēng)險比（HR）后跟括號內(nèi)的95%置信區(qū)間。HPV：人乳頭瘤病毒；HR：風(fēng)險比；MRD：分子殘留��；OPC：口咽癌；OS：總生存率；RFS：無復(fù)發(fā)生存率。
（4）性能
在總體人群中，監(jiān)測靈敏度為91%（95%CI 77%-97%），特異性為88%（95%CI 80%-93%），陽性預(yù)測值（PPV）為74%（95%CI 59%-85%），陰性預(yù)測值（NPV）為96%（95%CI 90%-99%）。在不同HPV狀態(tài)和治療方案的亞組中，靈敏度和特異性沒有顯著差異。
表2：按HPV狀態(tài)和治療亞組劃分的cfMeDIP-seq檢測MRD性能
cfMeDIP-seq：游離細胞甲基化DNA免疫沉淀高通量測序；CI：置信區(qū)間；CRT：化療放療；HNC：頭頸癌；HPV：人乳頭瘤病毒；MRD：分子殘留��；NPV：陰性預(yù)測值；OPC：口咽癌；PPV：陽性預(yù)測值；RT：放療。（5）單變量和多變量分析
單變量分析顯示，MRD檢測、分期、HPV狀態(tài)、種族、年齡和吸煙史與RFS顯著相關(guān)。在多變量分析中，MRD檢測結(jié)果是預(yù)測復(fù)發(fā)的最強指標(biāo)（P<0.0001）。在考慮臨床因素后，添加MRD檢測狀態(tài)可顯著改善復(fù)發(fā)預(yù)測（P<0.0001）。
表3：單變量和多變量Cox比例風(fēng)險模型
（6）MRD檢測評分變化與結(jié)果相關(guān)
從治療前（T0）到治療后（T1-T3）樣本的MRD檢測評分軌跡顯示，未復(fù)發(fā)患者的MRD檢測評分在治療完成后迅速下降并保持低水平。對于復(fù)發(fā)患者，許多患者的MRD檢測評分在治療后下降（部分仍高于閾值），但在監(jiān)測期間大多數(shù)復(fù)發(fā)患者的評分有所增加。例如，復(fù)發(fā)患者A在治療前評分較高，手術(shù)后下降，復(fù)發(fā)前增加，所有三個血液樣本的評分均高于閾值，MRD在確認復(fù)發(fā)前364天被檢測到。
圖5：MRD檢測評分的變化與結(jié)果相關(guān)。
（A）非復(fù)發(fā)患者和復(fù)發(fā)患者的MRD檢測評分軌跡。紅色虛線顯示確定樣本是否檢測到MRD閾值。（B）代表性案例研究：四名患者的MRD檢測。所有四名患者均為鱗狀細胞癌�；颊逜患有III期唇和口腔癌，HPV狀態(tài)不明�；颊連患有III期HPV陽性口咽癌�；颊逤患有I期HPV陽性口咽癌�；颊逥患有IVA期唇和口腔癌且無復(fù)發(fā)。紅色虛線顯示確定樣本是否檢測到MRD閾值。星號表示手術(shù)日期。陰影矩形區(qū)域表示放療或化療的時間段。點表示從基線治療前血液抽取的特定天數(shù)的MRD檢測評分；紅色點表示檢測到MRD；藍色點表示未檢測到MRD。X標(biāo)記復(fù)發(fā)日期。圖中還顯示復(fù)發(fā)的提前時間。
結(jié)論和討論
本研究驗證了cfMeDIP-seq技術(shù)在HNC患者MRD檢測中的臨床應(yīng)用價值。該技術(shù)具有高靈敏度和特異性，能夠在不同解剖部位、治療方案和HPV狀態(tài)的患者中檢測MRD，為早期干預(yù)提供了可能。cfMeDIP-seq技術(shù)的組織無關(guān)性和低失敗率使其在HNC患者的臨床監(jiān)測中具有廣泛的應(yīng)用前景。未來的研究應(yīng)進一步探索該技術(shù)在其他癌癥類型中的應(yīng)用，并驗證其在前瞻性研究中的臨床效用。
研究亮點
創(chuàng)新性：該研究提出了一種新的、組織無關(guān)的MRD檢測方法——cfMeDIP-seq，研究結(jié)果表明，該檢測方法能夠顯著改善HNC患者的預(yù)后評估和治療決策，具有重要的臨床應(yīng)用價值。
嚴謹?shù)难芯吭O(shè)計：通過大規(guī)模的樣本收集、嚴格的統(tǒng)計分析以及多變量模型的驗證，研究結(jié)果具有較高的可信度和科學(xué)性。
跨學(xué)科合作：該研究涉及腫瘤學(xué)、生物信息學(xué)、分子生物學(xué)等多個學(xué)科的合作，展示了跨學(xué)科研究在解決臨床問題中的強大潛力。
參考文獻：
Liu G, et al. Clinical validation of a tissue-agnostic genome-wide methylome enrichment molecular residual disease assay for head and neck malignancies. Ann Oncol. 2024 Sep 14.doi: 10.1016/j.annonc.2024.08.2348.
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