L'avançada contra el càncer: només marcadors universals de càncer

MINI REVISIÓ

L'avançada contra el càncer: només marcadors universals de càncer

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

1Xangai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd, Xangai 200233, Xina;2 Departament de Cirurgia General, Primer Hospital Afiliat de la Universitat Mèdica de Harbin, Harbin 150001, Xina;3Shandong Epiprobe Medical Laboratory Co., Ltd, Heze 274108, Xina;4 Hospital del Poble de la Regió Autònoma de Ningxia Hui, Universitat Mèdica de Ningxia, Yinchuan 750002, Xina;5 Centre Clínic de Salut Pública de Xangai i Departament de Cirurgia General, Hospital Huashan i Institut de Metàstasi del Càncer i Laboratori d'Epigenètica de l'ARN, Instituts de Ciències Biomèdiques, Col·legi Mèdic de Xangai, Universitat de Fudan, Xangai 200032, Xina

RESUM

El càncer és la principal causa de mort a tot el món.La detecció precoç del càncer pot reduir la mortalitat de tots els tipus de càncer;tanmateix, falten biomarcadors efectius de detecció precoç per a la majoria dels tipus de càncer.La metilació de l'ADN sempre ha estat un objectiu important d'interès perquè la metilació de l'ADN sol produir-se abans que altres canvis genètics detectables.Mentre investigava les característiques comunes del càncer mitjançant una nova seqüenciació de posicionament guia per a la metilació de l'ADN, una sèrie de marcadors universals només per al càncer (UCOM) han sorgit com a forts candidats per a una detecció precoç eficaç i precisa del càncer.Tot i que el valor clínic dels biomarcadors de càncer actuals es veu disminuït per una baixa sensibilitat i/o poca especificitat, les característiques úniques dels UCOM garanteixen resultats clínicament significatius.La validació del potencial clínic dels UCOM en càncers de pulmó, cervical, endometri i urotelial dóna suport encara més a l'aplicació d'UCOM en múltiples tipus de càncer i diversos escenaris clínics.De fet, les aplicacions dels UCOM estan actualment en investigació activa amb una avaluació addicional en la detecció precoç del càncer, el diagnòstic auxiliar, l'eficàcia del tractament i el seguiment de la recurrència.Els mecanismes moleculars pels quals els UCOM detecten càncers són els següents temes importants a investigar.L'aplicació d'UCOM en escenaris del món real també requereix implementació i perfeccionament.

PARAULES CLAU

detecció de càncer;cribratge del càncer;metilació de l'ADN;epigenètica del càncer;biomarcadors del càncer

Per què necessitem urgentment nous biomarcadors?

Després de combatre el càncer durant més d'un segle, el càncer segueix sent l'amenaça biològica més letal per a la humanitat.El càncer continua sent un problema de salut mundial amb 19,3 milions de casos nous i gairebé 10 milions de morts estimades el 20201. El 2020 es calcula que es van diagnosticar 4,6 milions de nous casos de càncer a la Xina, que representen el 23,7% dels nous casos de càncer a nivell mundial segons GLOBOCAN1.A més, aproximadament 3 milions de morts es van atribuir al càncer a la Xina el 2020, que van ser el 30% de les morts mundials relacionades amb el càncer1.Aquestes estadístiques van indicar que la Xina ocupa el primer lloc en la taxa d'incidència i mortalitat del càncer.A més, la taxa de supervivència al càncer a 5 anys és del 40,5%, que és 1,5 vegades inferior a la taxa de supervivència a 5 anys als Estats Units2,3.La supervivència comparativament més baixa i les taxes de mortalitat més altes a la Xina que als països amb índexs de desenvolupament humà més alts suggereixen que es necessita urgentment un sistema de prevenció i vigilància del càncer eficient i rendible.La detecció precoç del càncer és un dels elements més crítics en un sistema sanitari.La detecció precoç del càncer pot millorar el pronòstic i la supervivència en una fase primerenca en gairebé tots els tipus de càncer4.Les estratègies de cribratge reeixides han provocat una disminució significativa de la incidència i les taxes de mortalitat dels càncers de coll uterí, de mama, colorectal i de pròstata.

Aconseguir una detecció precoç del càncer, però, no és una tasca fàcil.La investigació de la biologia i el pronòstic del càncer precoç, la identificació i validació de biomarcadors fiables de detecció precoç i el desenvolupament de tecnologies de detecció precoç accessibles i precises han estat sempre els grans obstacles en el procés4.La detecció precisa del càncer pot distingir les lesions benignes de les malignes, la qual cosa ajuda a evitar procediments innecessaris i facilita la gestió posterior de la malaltia.Les estratègies actuals de detecció precoç inclouen biòpsies basades en endoscopis, imatges mèdiques, citologia, immunoassaigs i proves de biomarcadors5-7.Com que són intrusives i costoses, les biòpsies basades en endoscopis comporten una càrrega inherentment pesada com a procediment mèdic important que depèn de personal professional.Igual que la citologia, ambdós mètodes de cribratge depenen de professionals mèdics i es basen en el judici personal amb un rendiment que dista de ser ideal8.En canvi, els immunoassaigs són molt inexactes, donades les altes taxes de falsos positius.La imatge mèdica, com a tàctica de cribratge, requereix equips cars i tècnics especialitzats.Per tant, la imatge mèdica és extremadament limitada a causa de la poca accessibilitat.Per tots aquests motius, els biomarcadors semblen ser una millor opció per a la detecció precoç del càncer.

Correspondència a: Yinshan Li i Wenqiang Yu

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

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

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

Rebut el 22 d'agost de 2023;acceptat el 12 d'octubre de 2023;

publicat en línia el 28 de novembre de 2023.

Disponible a www.cancerbiomed.org

©2023 Biologia i medicina del càncer.Creative Commons

Reconeixement-Llicència Internacional 4.0 No Comercial

Actualment, els biomarcadors es classifiquen com a proteïnes, marcadors de mutació d'ADN, marcadors epigenètics, anomalies cromosòmiques, marcadors d'ARN derivats directament de tumors o fragments de tumors obtinguts indirectament de fluids corporals.Els marcadors proteics són els biomarcadors més àmpliament aplicats en el cribratge i el diagnòstic del càncer.Els biomarcadors de proteïnes, com a biomarcadors de cribratge, estan limitats per la tendència a ser afectats per lesions benignes, la qual cosa comporta un sobrediagnòstic i un tractament excessiu, com s'ha informat per a l'α-fetoproteïna i l'antigen específic de la pròstata (PSA)9,10.Els marcadors d'ARN inclouen patrons d'expressió genètica i altres marcadors d'ARN no codificants. Es pot detectar una combinació de marcadors d'ARN d'expressió genètica mitjançant mostres d'orina, la sensibilitat de les quals estava lluny de ser satisfactòria (60%) per als tumors primaris, i la detecció de les quals pot es veurà afectat per la fàcil degradació de l'ARN en el medi ambient normal11.Els marcadors genètics i epigenètics s'enfronten al problema de la prevalença en tumors i la limitació als tipus de càncer.

La metilació de l'ADN ha estat un fort candidat com a biomarcador de detecció precoç des que Feinberg la va relacionar per primera vegada amb el càncer l'any 198312. S'observen aberracions de metilació de l'ADN en totes les etapes del càncer, des de l'etapa precancerosa.La hipermetilació de l'ADN aberrant sol tenir lloc a les illes CpG en promotors de gens per contrarestar els supressors de tumors13,14.Els estudis també han suggerit que la hipermetilació anormal de l'ADN implica la regulació positiva dels reguladors del desenvolupament15.La vall de metilació de l'ADN, que s'associa habitualment amb reguladors del desenvolupament i càncers hipermetilats, podria canviar el mode d'expressió gènica a un mode dependent de la metilació de l'ADN més estable i disminuir la connexió amb la histona metilada H3K27me3 i les proteïnes polycomb associades16,17.

Entre el gran nombre de marcadors de metilació de l'ADN publicats, diversos han debutat amb èxit al mercat;tanmateix, els marcadors de metilació de l'ADN i els panells de diagnòstic comercialitzats actuals encara no han desbloquejat completament el potencial de detecció precoç del càncer per múltiples motius18.Tot i que la majoria mostren un rendiment acceptable mitjançant la informació de la base de dades, aquests biomarcadors solen tenir un rendiment menys ideal al món real a causa del fet que les mostres del món real sovint són més complexes i no tan representatives com les seleccionades a les bases de dades.S'ha demostrat que la detecció precoç de la metilació multicàncer basada en la seqüenciació de la propera generació té només un 16,8% i un 40,4% de sensibilitat en els càncers en estadi I i II, respectivament19.Les proves de detecció primerenca requereixen una major estabilitat i biomarcadors més precisos.

Descobriment de marcadors universals només de càncer (UCOM) mitjançant la seqüenciació de posicionament de guia (GPS)

Malgrat dècades d'investigació sobre el càncer, no s'ha realitzat una prevenció i un tractament satisfactoris.Es necessiten noves metodologies que permetin als investigadors avaluar a fons el càncer.Durant els darrers 23 anys, s'han ampliat a 14 característiques del càncer, com ara evitar l'apoptosi, invasió de teixits i metàstasi, etc., incloent característiques com la reprogramació epigenètica no mutacional i els microbiomes polimòrfics20,21.A mesura que es donen a conèixer més detalls relacionats amb el càncer, s'introdueixen més perspectives en la investigació del càncer.La investigació del càncer ha anat entrant gradualment en una nova era en dues direccions (comunitat i individualitat).Amb el desenvolupament de l'oncologia de precisió en els darrers anys, l'enfocament de la investigació del càncer s'està inclinant cap a la teràpia dirigida individualitzada i l'heterogeneïtat del càncer22.Així, els biomarcadors de càncer identificats recentment s'han centrat principalment en tipus de càncer específics, com el càncer cervical PAX623 i el BMP3 per al càncer colorectal24.El rendiment d'aquests biomarcadors específics dels tipus de càncer varia, però encara no és possible que els individus susceptibles se sotmetin a cribratge de tots els càncers simultàniament a causa de la limitació de l'adquisició de mostres biològiques i l'alt cost.Seria ideal si poguéssim identificar un biomarcador únic i robust que sigui eficaç per a tots els tipus de càncer en una fase inicial.

Per aconseguir un objectiu tan ideal, s'ha de seleccionar un millor biomarcador candidat de la llista de possibles tipus de biomarcadors.Se sap que les aberracions de metilació de l'ADN, entre tots els perfils genètics i epigenètics, estan relacionades amb el càncer i són algunes de les més primeres, si no la primera, anormalitats relacionades amb el càncer que es produeixen cronològicament.La investigació de la metilació de l'ADN va començar aviat, però s'ha vist obstaculitzada per la manca de mètodes d'investigació.Entre els 28 milions de llocs CpG metilats potencials del genoma, s'ha de detectar un nombre manejable i alinear-lo amb el genoma per entendre millor la tumorigènesi.La seqüenciació de bisulfits del genoma sencer (WGBS), que es considera l'estàndard d'or de la seqüenciació de metilació de l'ADN, només pot cobrir el 50% de Cs a les cèl·lules canceroses a causa de la naturalesa del tractament amb bisulfits que trenca fragments d'ADN i redueix la complexitat del genoma durant la transformació de Cs-a-Ts25.Altres mètodes, com els xips de 450k, només cobreixen l'1,6% de la metilació del genoma.A partir de 450.000 dades, un panell de detecció de metilació de l'ADN té una sensibilitat del 35,4% per a 6 tipus de càncers en estadi I26.Les limitacions dels tipus de càncer, el mal rendiment i el soroll generat pels mètodes de detecció en el procés analític s'han convertit en els majors obstacles per als panells de detecció de pancàncer.

Per investigar millor els patrons epigenètics de les cèl·lules durant la tumorigènesi i la metàstasi, vam desenvolupar un GPS únic per a la detecció de la metilació de l'ADN a tot el genoma, que cobreix fins al 96% dels llocs CpG en 0.400 milions de lectures25.El GPS és un mètode de seqüenciació bilateral que utilitza un fragment d'ADN de l'extrem 3' de metil-citosines no convertibles després del tractament amb bisulfit que guia l'alineació del càlcul de metilació de l'ADN de l'extrem 5' a través de la seqüenciació de l'extrem parell (figura 1)25.La cadena guiadora de metil-citosina, que actua com a cadena de plantilla, ajuda a l'alineació de la regió d'alt GC que recupera les dades de seqüenciació més abandonades en el WGBS tradicional.La característica d'alta cobertura del GPS proporciona una quantitat enorme d'informació de metilació de l'ADN, que ens permet examinar els perfils de metilació del càncer amb una resolució considerablement més alta en regions prèviament poc investigades.

El GPS ens proporciona una potent eina per investigar l'homogeneïtat del càncer, que pot simplificar molt la investigació del càncer i, potencialment, trobar una explicació universal per a la tumorogènesi i la metàstasi.Mentre s'analitzaven dades GPS de línies cel·lulars cancerígenes, es va trobar amb freqüència un fenomen únic.Hi havia diverses regions que semblaven estar hipermetilades anormalment en diversos tipus de mostres de càncer.Aquesta troballa inesperada es va validar posteriorment per servir com a UCOM.S'han analitzat més de 7.000 mostres de 17 tipus de càncer a la base de dades The Cancer Genome Atlas (TCGA), entre les quals hem identificat el primer UCOM, HIST1H4F, un gen relacionat amb histones que està hipermetilat en tots els tipus de càncer27.A continuació, es van trobar i validar una sèrie d'UCOM a la base de dades TCGA, la base de dades Gene Expression Omnibus (GEO) i mostres clíniques del món real.A partir d'ara, HIST1H4F, PCDHGB7 i SIX6 s'han trobat i validat com a UCOM.El descobriment inesperat dels UCOM ofereix una resposta potent a la necessitat de detecció precoç del càncer.Els UCOM proporcionen una solució per a la detecció d'un marcador únic de múltiples càncers.

Característiques de les UCOM

Després de la validació, s'ha demostrat que els UCOM presenten quatre característiques principals que permeten als UCOM superar l'eficàcia dels biomarcadors actuals (figura 2).

Únic a la malignitat

Els UCOM són únics per a lesions canceroses o precanceroses i no es veuen afectats pels canvis fisiològics normals.Alguns dels marcadors actuals relacionats amb el càncer que s'han aplicat àmpliament en la detecció precoç i/o el cribratge han provocat un sobrediagnòstic.Els nivells elevats de PSA, una eina de cribratge clínicament acreditada, també es detecten en condicions benignes, com la hiperplàsia de pròstata i la prostatitis10.El sobrediagnòstic i el sobretractament resultant condueixen a una reducció de la qualitat de vida a causa de complicacions intestinals, urinàries i sexuals28.Altres biomarcadors basats en proteïnes i àmpliament utilitzats en l'àmbit clínic, com el CA-125, no han donat cap benefici significatiu mentre incorreven en un sobrediagnòstic i un tractament excessiu29.L'alta especificitat de les UCOM per a les malalties malignes evita aquestes mancances.L'UCOM, PCDHGB7, distingeix de manera eficient les lesions intraepitelials escamoses d'alt grau (HSIL) i el càncer cervical de les mostres normals i les lesions intraepitelials escamoses de baix grau (LSIL), mentre que la majoria dels altres biomarcadors només poden diferenciar el càncer cervical de les mostres normals30.Tot i que PCDHGB7 no detecta diferències significatives entre l'endometri normal i la hiperplàsia endometrial, es detecten diferències significatives entre l'endometri normal i la hiperplàsia atípica, i es detecten diferències encara més grans entre l'endometri normal i el càncer d'endometri (EC) basats en PCDHGB731.Els UCOM són únics per a lesions malignes en bases de dades i mostres clíniques.Des de la perspectiva d'un pacient, les UCOM úniques redueixen el llindar per comprendre les indicacions complexes de diversos biomarcadors inestables de baix rendiment i l'ansietat corresponent durant el procés d'avaluació.Des del punt de vista del metge, els UCOM únics diferencien les malignes de les lesions benignes, cosa que ajuden en el triatge dels pacients i redueixen els procediments mèdics innecessaris i el sobretractament.Per tant, els UCOM únics redueixen la redundància del sistema mèdic, alleugen l'angoixa del sistema i posen més recursos mèdics disponibles per a aquells que ho necessiten.

Figura 1 Esquema del flux de treball GPS per a la detecció de metilació de l'ADN25.Línia grisa: seqüència d'ADN d'entrada;línia vermella: ADN tractat amb ADN polimerasa T4, substituint la citosina per 5'-metilcitosina a l'extrem 3' de l'entrada;blau C amb Me: citosina metilada;blau C: citosina no metilada;T groc: timina25.

Tot o res

Els UCOM només estan presents a les cèl·lules canceroses i es detecten de manera estable a gairebé totes les cèl·lules canceroses.Es va validar que HIST1H4F estava hipermetilat en gairebé tots els tipus de tumors, però no en mostres normals27.De la mateixa manera, també s'ha demostrat que PCDHGB7 i SIX6 estan hipermetilats en totes les mostres de tumor però no en mostres normals30-32.Aquesta característica única millora significativament el rendiment dels UCOM pel que fa al límit de detecció i sensibilitat.Tan sols un 2% de les cèl·lules canceroses es poden diferenciar en mostres, fent que les UCOM siguin un biomarcador molt més sensible que la majoria de biomarcadors existents30. Com a biomarcador utilitzat per a la detecció del càncer colorectal, les mutacions KRAS només existeixen en aproximadament el 36% dels casos de càncer colorectal. que suggereix un potencial diagnòstic pobre33.La baixa prevalença de mutacions de KRAS en el càncer colorectal limita KRAS en combinació amb altres biomarcadors.De fet, una combinació de biomarcadors pot semblar prometedora inicialment, però no sempre genera un resultat satisfactori alhora que demostra un soroll molt més gran en l'anàlisi de detecció i sol implicar procediments experimentals més complicats.En canvi, PCDHGB7 i altres UCOM existeixen en tots els càncers.Els UCOM detecten components cancerosos en diferents tipus de mostres de càncer amb la màxima precisió, alhora que eradiquen els complexos processos d'anàlisi de cancel·lació de soroll.No és difícil detectar càncer en una mostra abundant, però és extremadament difícil detectar càncer en una mostra petita.Els UCOM són capaços de detectar petites quantitats de càncer.

Figura 2 Característiques dels UCOM.

Detecció de càncer abans de canvis patològics

Els UCOM es poden detectar en l'etapa precancerosa abans dels canvis patològics.Com a biomarcadors epigenètics, les anomalies de l'UCOM es produeixen en una etapa anterior a les anomalies fenotípiques i es poden detectar al llarg de la tumorigènesi, la progressió i la metàstasi34,35.La sensibilitat de l'UCOM al llarg del temps millora el rendiment de l'UCOM en la detecció de càncer en fase inicial i lesions precanceroses.La detecció precoç del càncer a partir de biòpsies i citologia pot ser difícil fins i tot per als patòlegs més experimentats.Una única biòpsia adquirida mitjançant colposcòpia s'ha informat com a positiva en el 60,6% de les mostres HSIL+.Es necessiten biòpsies addicionals per a lesions múltiples per augmentar la sensibilitat36.En canvi, l'UCOM, PCDHGB7, té una sensibilitat del 82% per a les mostres HSIL+, superant la sensibilitat de les biòpsies i la majoria de biomarcadors30.El marcador de metilació, FAM19A4, té una sensibilitat del 69% per a CIN2+, que és similar a la citologia, però no pot diferenciar CIN1 de les mostres normals37.S'ha demostrat que els UCOM són un biomarcador de detecció precoç molt més sensible.En comparació amb els patòlegs basats en l'experiència, els UCOM tenen una sensibilitat de detecció superior per a càncers en fase inicial, que al seu torn contribueix a millorar el pronòstic i la supervivència del càncer30.A més, els UCOM ofereixen una plataforma de detecció accessible per a àrees que no tenen patòlegs experimentats i milloren considerablement l'eficiència de la detecció.Amb procediments de mostreig i detecció uniformes, la detecció UCOM produeix resultats estables i fàcils d'interpretar que s'adapten millor a un protocol de cribratge que requereix menys personal professional i recursos mèdics.

Fàcil de detectar

Els mètodes actuals per a la detecció de la metilació de l'ADN són complicats i requereixen temps.La majoria dels mètodes requereixen la transformació del bisulfit, que provoca una pèrdua de qualitat de la mostra i possiblement produeix resultats inestables i imprecisos.La mala reproductibilitat causada pel tractament amb bisulfit pot provocar confusió per als metges i pacients i interferir encara més amb les estratègies de seguiment i/o tractament.Per tant, vam modificar encara més el mètode de detecció d'UCOM per evitar el tractament problemàtic amb bisulfits de les mostres, adaptar-nos als requisits d'aplicació clínica i millorar l'accessibilitat.Hem desenvolupat un mètode nou que utilitza enzims de restricció sensibles a la metilació combinats amb PCR quantitativa fluorescent en temps real (Me-qPCR) per quantificar l'estat de metilació dels UCOM en 3 h mitjançant procediments de manipulació fàcils (figura 3).Me-qPCR pot adaptar-se a diversos tipus de mostres, com ara la recollida clínica de líquids corporals i mostres d'orina autorecollides.Les mostres clíniques recollides es poden processar, emmagatzemar i procedir fàcilment a la detecció mitjançant l'extracció d'ADN estandarditzada i automatitzada.L'ADN extret es pot aplicar directament a la plataforma Me-qPCR per obtenir una reacció d'un sol pot i resultats de quantificació de sortida.Després d'una simple anàlisi de resultats mitjançant models de diagnòstic ajustats i validats a tipus de càncer específics, la determinació final dels resultats de detecció d'UCOM s'interpreta i es presenta com un valor semiquantitatiu.La plataforma Me-qPCR supera la tradicional piroseqüenciació de bisulfits en la detecció d'UCOM alhora que estalvia 3 hores de conversió de bisulfits, segons el protocol del kit de metilació d'ADN EZ-Gold.La innovadora plataforma de detecció de metilació fa que la detecció d'UCOM sigui més estable, més precisa i més accessible30.

Figura 3 Procés de detecció d'UCOM.Els tipus de mostres inclouen BALF mostrejat professionalment, raspall de Papanicolau i/o orina auto-recollida.El procés d'extracció d'ADN es pot acomodar a un extractor automàtic, el producte del qual es pot detectar directament per qPCR.

Aplicació d'UCOM

Càncer de pulmó

El càncer de pulmó és el segon càncer més diagnosticat i letal a tot el món, i representa l'11,4% dels nous casos i el 18,0% de les noves morts1.Entre tots els diagnòstics, el 85% són càncer de pulmó de cèl·lules no petites (NSCLC) i el 15% són càncer de pulmó de cèl·lules petites (SCLC), que té un nivell més alt de malignitat38.La tomografia computada a dosis baixes (LDCT) és el mètode de cribratge recomanat actualment per al càncer de pulmó i s'ha demostrat que millora la detecció precoç i redueix la mortalitat6;no obstant això, a causa de la poca especificitat i la poca accessibilitat, la LDCT encara no ha de servir com a mètode de cribratge satisfactori, igual que altres marcadors comuns de càncer, com el CEA39.Els costos i el potencial de diagnòstics perduts i diagnòstics incorrectes de l'estratègia de cribratge de LDCT impedeixen el progrés de la promoció del cribratge del càncer de pulmó40.HIST1H4F, un UCOM, té un enorme potencial com a biomarcador de detecció precoç en mostres de líquid broncoalveolar (BALF)27.HIST1H4F està hipermetilat en l'adenocarcinoma de pulmó i en el carcinoma de cèl·lules escamoses de pulmó, amb una especificitat de detecció del 96,7% i una sensibilitat del 87,0% (figura 4A) i un rendiment excepcional per als càncers en estadi I27.HIST1H4F té una especificitat del 96,5% i una sensibilitat del 85,4% per a NSCLC, i del 96,5% i 95,7%, respectivament, per a SCLC27.A més, mostres d'altres vuit tipus de càncer, inclosos els càncers pancreàtics i colorectals, han validat que HIST1H4F està hipermetilat en els vuit tipus27.

Càncer cervical

El càncer de coll uterí va ser el quart càncer més diagnosticat i la quarta causa de mort per càncer en dones l'any 2020, representant el 3,1% dels nous casos i el 3,4% de les morts relacionades amb el càncer a nivell mundial1.Per eliminar el càncer de coll uterí l'any 2030, tal com proposa l'OMS, la detecció precoç del càncer de coll uterí és una necessitat.Si es detecta en una fase precoç, la taxa de supervivència a 5 anys arriba al 92% amb càncer de coll uterí invasiu41.Les directrius de la Societat Americana del Càncer (ACS) suggereixen proves de citologia cervical, proves primàries de VPH o proves de cribratge42.La citologia cervical és invasiva i només pot detectar el 63,5% dels casos de CIN2+37.

PCDHGB7, en canvi, ha funcionat molt millor amb frotis de Papanicolaou i secrecions vaginals, i pot diferenciar eficientment HSIL de LSIL en una etapa ultra primerenca.Només PCDHGB7 té una sensibilitat del 100,0% i una especificitat del 88,7% per al càncer de coll uterí (figura 4B) i una sensibilitat del 82,1% i una especificitat del 88,7% per a mostres HSIL+30.PCDHGB7 també té una sensibilitat del 90,9% i una especificitat del 90,4% en mostres de secreció vaginal per al càncer de coll uterí, que són molt més fàcils de recollir30.Quan es combina amb la prova de HPV d'alt risc (hr) o la prova de citologia Thinprep (TCT), PCDHGB7 té una sensibilitat augmentada del 95,7% i una especificitat del 96,2%, superant significativament la de la prova de HPV hr (20,3%), TCT (51,2%) ), i les dues combinades (57,8%) per al càncer de coll uterí30.També s'ha demostrat que PCDHGB7 està hipermetilat en 17 tipus de càncer de la base de dades TCGA, cosa que indica la seva idoneïtat a la família UCOM30.

Figura 4 Els UCOM s'han validat en quatre tipus de càncer en estudis clínics a gran escala.A. Rendiment de HIST1H4F, un UCOM, en la detecció de càncer de pulmó de 508 mostres.B. Rendiment de PCDHGB7, una UCOM, en la detecció de càncer de coll uterí de 844 mostres.C. Rendiment de PCDHGB7, un UCOM, en la detecció de càncer d'endometri de 577 mostres de raspall de Papanicolau endometrial i Tao.D. Rendiment de SIX6, un UCOM, en la detecció de càncer urotelial de 177 mostres.

EC

L'EC és un dels càncers de l'aparell reproductor femení més freqüents a tot el món, amb un estimat de 4,2 milions de casos nous i un 1% de les morts anuals relacionades amb el càncer1.Amb un diagnòstic exitós en una etapa precoç, l'EC és curable i té una taxa de supervivència a 5 anys del 95% per al càncer en estadi I.Els pacients simptomàtics, com ara sagnat uterí anormal, reben avaluació clínica periòdica i se sotmeten a procediments de biòpsia invasius i dolorosos, malgrat que només el 5%-10% desenvolupen EC43.L'ecografia transvaginal, com a mètode de detecció comú, és molt poc fiable a causa de la seva incapacitat per diferenciar els canvis endometrials benignes dels malignes i l'alta taxa de falsos positius44.

Es va realitzar una comparació paral·lela del sèrum CA-125, un biomarcador EC àmpliament implementat, i PCDHGB7.El sèrum CA-125 tenia una sensibilitat del 24,8%, cosa que suggereix que el CA-125 és un marcador inadequat per a EC malgrat una especificitat del 92,3%31.La detecció de PCDHGB7 mitjançant mostres de raspall de Papanicolaou va donar una sensibilitat del 80,65% i una especificitat del 82,81% per a les etapes ECatall, mentre que un raspall Tao tenia una sensibilitat del 61,29% i una especificitat del 95,31%31.El model de diagnòstic PCDHGB7, basat en Me-qPCR, va donar una sensibilitat del 98,61%, una especificitat del 60,5% i una precisió global del 85,5%, utilitzant mostres de raspall Pap i Tao (figura 4C)31.

Càncer urotelial

El càncer urotelial, format per càncers de bufeta, pelvis renal i ureter, va ser el setè càncer més diagnosticat l'any 2020 a tot el món, causant el 5,2% dels casos nous i el 3,9% de les morts1.Els càncers urotelials, més del 50% dels quals són càncer de bufeta, van ser el quart càncer més diagnosticat als Estats Units el 2022, representant l'11,6% dels casos recentment diagnosticats3.Aproximadament el 75% dels càncers de bufeta es classifiquen com a càncer de bufeta no invasiu muscular restringit a la mucosa o submucosa45.Una biòpsia per cistoscòpia és l'estàndard d'or per al diagnòstic del càncer urotelial implementat per hibridació in situ de fluorescència (FISH) i proves de citologia.FISH i la citologia tenen un rendiment diagnòstic deficient, i la cistoscòpia és intrusiva i té el risc subjacent de perdre microlesions, malinterpretar les lesions i, potencialment, provocar una propagació o recaiguda del càncer46.També es va demostrar que l'UCOM validat anteriorment, PCDHGB7, estava hipermetilat en el càncer urotelial, amb una àrea sota la corba de 0,86, cosa que suggereix una potencial capacitat de diagnòstic30.Per validar més UCOM i adaptar-se millor a més tipus de mostres, es va examinar SIX6, una nova UCOM, que va mostrar un excel·lent potencial de diagnòstic en la detecció precoç del càncer urotelial mitjançant mostres d'orina a la plataforma Me-qPCR.La detecció de SIX6 mitjançant mostres d'orina va demostrar una sensibilitat competitiva del 86, 7% i una especificitat del 90, 8% (figura 4D), tot i que no era invasiva i fàcil d'adquirir32.Actualment s'està investigant el potencial de SIX6 en el seguiment de metàstasis i l'avaluació de l'eficàcia del tractament.

El futur i els reptes

Els UCOM tenen un fort rendiment en el potencial diagnòstic de múltiples càncers, però queda molta feina per fer.Hem anat ampliant la llista d'UCOM i hem estat validant activament els UCOM en més tipus de càncer, inclosos els que tradicionalment són difícils de detectar.Els resultats de la validació de les bases de dades del TCGA han corroborat encara més l'aplicació dels UCOM en més tipus de càncer i més situacions.En una investigació preliminar, s'ha demostrat que els UCOM tenen un fort potencial diagnòstic per als colangiocarcinomes i els adenocarcinomes de pàncrees, que són gairebé impossibles de diagnosticar en fases primerenques amb els mètodes de cribratge actuals32,47.La capacitat de detectar càncers rars amb UCOM es pot utilitzar amb l'ADN del tumor circulant (ADNc) mitjançant una plataforma de biòpsia líquida millorada48.Un estudi que va incloure un panell de detecció de pan-càncer basat en ADN plasmàtic va obtenir una sensibilitat del 57,9%49.Malgrat l'alta especificitat, el rendiment general revela que encara hi ha marge de millora.

Les característiques úniques dels UCOM també han donat suport a la investigació del potencial UCOM en l'avaluació de l'eficàcia del tractament i el seguiment de la recurrència.Segons els criteris d'avaluació de la resposta en tumors sòlids (RECIST), la imatge mèdica és la metodologia recomanada per al seguiment de la recurrència i l'avaluació de l'eficàcia del tractament, mentre que els marcadors tumorals s'utilitzen sols per a l'avaluació50.En realitat, però, els enfocaments d'imatge es veuen molt afectats per la freqüència i el moment i, per tant, exposen els pacients a un major risc i costos51,52.SIX6 s'ha validat per servir com a predictor de metàstasi del càncer de mama32.El seguiment de l'ADNc basat en biòpsia líquida permet una vigilància en temps real durant mesos mínims de malaltia residual abans de la detecció radiològica, idealment retardant i prevenint la progressió del càncer relacionada amb la recaiguda53.Els resultats preliminars suggereixen que les UCOM reflecteixen el nivell d'hipermetilació cancerosa en temps real immediatament després de la cirurgia i el tractament32.L'alta sensibilitat que mostren els UCOM i l'aplicabilitat en múltiples tipus de mostres no intrusives permet que els UCOM serveixin com a biomarcador precís de control de recurrència mantenint un alt compliment del pacient.

Al mateix temps, l'accessibilitat pública a la prova és un altre tema important que requereix un esforç addicional.Tot i que s'han adoptat col·laboracions de detecció d'UCOM a més hospitals amb l'esperança de beneficiar a més pacients, s'han realitzat activament deteccions i controls pro bono a la Xina rural.Els UCOM requereixen una millor accessibilitat per qualificar-se com una eina de detecció factible, especialment per a les zones subdesenvolupades.

Tot i que els resultats de l'aplicació UCOM en la detecció precoç són prometedors, existeixen moltes incògnites sobre UCOM.Amb l'exploració activa, es garanteix una investigació addicional sobre per què els UCOM estan presents universalment en els càncers.Els mecanismes de regulació epigenètica subjacents als UCOM són dignes d'una investigació addicional, cosa que podria justificar una nova direcció per a la terapèutica del càncer.Tornant a la interacció entre l'homogeneïtat i l'heterogeneïtat del tumor, ens interessa per què els UCOM poden ser una excepció a la majoria de biomarcadors de càncer que estan estretament relacionats amb tipus de càncer específics.El paper de les aberracions de metilació de l'ADN identificades per UCOM en la tumorigènesi, la progressió del tumor i la metàstasi no s'ha determinat en el procés de pèrdua i recuperació de la identitat cel·lular i requereix una inspecció exhaustiva.Un altre interès important rau en l'abast de la incorporació del tret d'homogeneïtat dels UCOM amb marcadors únics en el teixit amb l'esperança d'apropar-se a la detecció precisa de rastres de càncer i la identificació dels orígens del teixit tumoral de manera inversa.Els UCOM poden ser una eina ideal per prevenir el càncer, detectar el càncer i, potencialment, defensar i eliminar el càncer.

Donar suport

Aquest treball va comptar amb el suport del Programa Nacional de R+D clau de la Xina (subvenció núm. 2022BEG01003), la National Natural Science Foundation of China (subvenció núm. 32270645 i 32000505), una subvenció de la Comissió Provincial de Salut de Heilongjiang (subvenció núm. 2020-111) , i una beca de l'Institut de Ciència i Tecnologia Heze (subvenció núm. 2021KJPT07).

Declaració de conflicte d'interessos

Wei Li és el director de R+D de Shanghai Epiprobe Biotechnology Co., Ltd. Wenqiang Yu és membre del Consell Assessor Científic d'Epiprobe.W. Yu i Epiprobe han aprovat patents pendents relacionades amb aquest treball.Tots els altres autors no declaren interessos en competència.

Aportacions dels autors

Va concebre i dissenyar el projecte: Chengchen Qian i Wenqiang Yu.

Va escriure el document: Chengchen Qian.

Fet les il·lustracions: Chengchen Qian.

Va revisar i editar el manuscrit: Xiaolong Zou, Wei Li, Yinshan Li i Wenqiang Yu.

Referències

1. Sung H, Ferlay J, Siegel RL, LaversanneM, Soerjomataram I, Jemal A, et al.Estadístiques mundials del càncer 2020: estimacions de GLOBOCAN

incidència i mortalitat a tot el món per 36 càncers en 185 països.CA Cancer J Clin.2021;71: 209-49.

2. Xia C, Dong X, Li H, Cao M, Sun D, ​​He S, et al.Estadístiques de càncer a la Xina i els Estats Units, 2022: perfils, tendències i determinants.Chin MedJ (anglès).2022;135: 584-90.

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

4. Crosby D, BhatiaS, Brindle KM, Coussens LM, Dive C, Emberton M, et al.Detecció precoç del càncer.Ciència.2022;375: eaay9040.

5. Ladabaum U, Dominitz JA, KahiC, Schoen RE.Estratègies per

cribratge del càncer colorectal.Gastroenterologia.2020;158: 418-32.

6. Tanoue LT, Tanner NT, Gould MK, Silvestri GA.Detecció de càncer de pulmó.Am J Respir Crit Care Med.2015;191: 19-33.

7. Bouvard V, WentzensenN, Mackie A, Berkhof J, BrothertonJ, Giorgi-Rossi P, et al.La perspectiva de l'IARC sobre el cribratge del càncer de coll uterí.N EnglJ Med.2021;385: 1908-18.

8. Xue P, Ng MTA, QiaoY.Els reptes de la colposcòpia per al cribratge del càncer de coll uterí en LMICs i solucions per intel·ligència artificial.BMC Med.2020;18: 169.

9. Johnson P, Zhou Q, Dao DY, Lo YMD.Biomarcadors circulants en el diagnòstic i maneig del carcinoma hepatocel·lular.Nat Rev Gastroenterol Hepatol.2022;19: 670-81.

10. Van PoppelH, Albreht T, Basu P, HogenhoutR, CollenS, Roobol M. Detecció precoç del càncer de pròstata basada en PSA en sèrum a Europa i a nivell mundial: passat, present i futur.Nat Rev Urol.2022;19:

562-72.

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

et al.Desenvolupament d'una prova d'orina d'ARN múltiple per a la detecció i estratificació del carcinoma de cèl·lules transicionals de la bufeta.Clin Cancer Res.2008;14: 742-9.

12. Feinberg AP, Vogelstein B. La hipometilació distingeix els gens d'alguns càncers humans dels seus homòlegs normals.Naturalesa.1983;301: 89-92.

13. Ng JM, Yu J. Hipermetilació promotora de gens supressors de tumors com a biomarcadors potencials en càncer colorectal.IntJ Mol Sci.2015;16: 2472-96.

14. Esteller M. Epigenòmica del càncer: ADN metilomes i mapes de modificació d'histones.Nat Rev Genet.2007;8: 286-98.

15. Nishiyama A, Nakanishi M. Navegant pel paisatge de metilació de l'ADN del càncer.Tendències Genet.2021;37: 1012-27.

16. Xie W, Schultz MD, ListerR, Hou Z, Rajagopal N, Ray P, et al.Anàlisi epigenòmica de la diferenciació multilinatge de cèl·lules mare embrionàries humanes.Cèl·lula.2013;153: 1134-48.

17. Li Y, Zheng H, Wang Q, Zhou C, WeiL, Liu X, et al.Les anàlisis a tot el genoma revelen un paper de Polycomb en la promoció de la hipometilació de les valls de metilació de l'ADN.Genoma Biol.2018;19:18.

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

et al.Anàlisi de la metilació de l'ADN en càncer: ubicació revisada.Nat Rev Clin Oncol.2018;15: 459-66.

19. KleinEA, Richards D, Cohn A, TummalaM, Lapham R, Cosgrove D, et al.Validació clínica d'una prova de detecció precoç multicàncer basada en la metilació dirigida mitjançant un conjunt de validació independent.Ann Oncol.2021;32: 1167-77.

20. Hanahan D, Weinberg RA.Els distintius del càncer.Cèl·lula.2000;100: 57-70.

21. Hanahan D. Característiques del càncer: noves dimensions.Càncer 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. Metilació quantitativa en temps real

detecció del gen PAX1 en el cribratge del càncer de coll uterí.IntJ Gynecol Càncer.2020;30: 1488-92.

24. Imperiale TF, RansohoffDF, Itzkowitz SH, Levin TR, Lavin P, Lidgard GP, et al.Prova d'ADN multitargetstool per al cribratge del càncer colorectal.N EnglJ Med.2014;370: 1287-97.

25. Li J, Li Y, Li W, Luo H, Xi Y, Dong S, et al.Posicionament de la guia

La seqüenciació identifica patrons aberrants de metilació de l'ADN que alteren la identitat cel·lular i les xarxes de vigilància immune al tumor.Genoma

Res.2019;29: 270-80.

26. Gao Q, LinYP, Li BS, Wang GQ, Dong LQ, Shen BY, et al.Detecció no intrusiva de múltiples càncers mitjançant la seqüenciació de metilació de l'ADN lliure de cèl·lules circulants (THUNDER): desenvolupament i estudis de validació independents.Ann Oncol.2023;34: 486-95.

27. Dong S, Li W, Wang L, Hu J, Song Y, Zhang B, et al.Els gens relacionats amb les histones estan hipermetilats en el càncer de pulmó i hipermetilats

HIST1H4F podria servir com a biomarcador pan-càncer.Càncer Res.2019;79: 6101-12.

28. HeijnsdijkEA, Wever EM,AuvinenA, Hugosson J, Ciatto S, Nelen V, et al.Efectes de qualitat de vida del cribratge d'antigen específic de la pròstata.N EnglJ Med.2012;367: 595-605.

29. LuzakA, Schnell-Inderst P, Bühn S, Mayer-Zitarosa A, Siebert U. Efectivitat clínica de les proves de biomarcadors de cribratge del càncer que s'ofereixen com a servei sanitari d'autopagament: una revisió sistemàtica.Eur J Salut Pública.2016;26: 498-505.

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

PCDHGB7 hipermetilat com a marcador universal de càncer només i la seva aplicació en el cribratge precoç del càncer de coll uterí.Clin Transl Med.2021;11: e457.

31. Yuan J, Mao Z, Lu Q,Xu P, Wang C, Xu X, et al.PCDHGB7 hipermetilat com a biomarcador per a la detecció precoç del càncer d'endometri en mostres de raspall endometrial i raspats cervicals.Front Mol Biosci.2022;8: 774215.

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

modificació epigenètica exclusiva a SIX6 amb hipermetilació per a l'etapa precancerosa i el seguiment de l'emergència de metàstasi.Transducte de senyal objectiu Ther.2022;7: 208.

33. Huang L, Guo Z, Wang F, Fu L. Mutació KRAS: de no drogable a drogable en càncer.Transducte de senyal objectiu Ther.2021;6: 386.

34. Belinsky SA, Nikula KJ, PalmisanoWA, MichelsR, SaccomannoG, GabrielsonE, et al.La metilació aberrant de p16 (INK4a) és un esdeveniment primerenc en el càncer de pulmó i un biomarcador potencial per al diagnòstic precoç.Proc Natl Acad Sci U SA.1998;95: 11891-6.

35. Robertson KD.Metilació de l'ADN i malalties humanes.Nat Rev Genet.2005;6: 597-610.

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

Mathews C, et al.Biòpsies múltiples i detecció de precursors del càncer de coll uterí a la colposcòpia.J Clin Oncol.2015;33: 83-9.

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

PJ, Steenbergen RD, et al.Anàlisi de metilació del FAM19A4

El gen en les rascades cervicals és altament eficient en la detecció del coll uterí

carcinomes i lesions CIN2/3 avançades.Càncer Prev Res (Phila).2014;7: 1251-7.

38. Thai AA, Solomon BJ, Sequist LV, Gainor JF, Heist RS.Càncer de pulmó.Lanceta.2021;398: 535-54.

39. Grunnet M, Sorensen JB.Antigen carcinoembrionari (CEA) com a marcador tumoral en càncer de pulmó.Càncer de pulmó.2012;76: 138-43.

40. Wood DE, KazerooniEA, Baum SL, EapenGA, EttingerDS, Hou L, et al.Cribratge del càncer de pulmó, versió 3.2018, NCCN Clinical Practice Guidelines in Oncology.J Natl Compr Canc Netw.2018;16: 412-41.

41. Societat Americana del Càncer.Dades i xifres sobre el càncer.Atlanta, GA, EUA: Societat Americana del Càncer;2023 [actualitzat l'1 de març de 2023;citat el 22 d'agost de 2023].

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

Herzig A, et al.Detecció de càncer de coll uterí per a persones amb risc mitjà: actualització de les directrius de 2020 de la Societat Americana del Càncer.CA Cancer J Clin.2020;70: 321-46.

43. Clarke MA, Long BJ, Del Mar MorilloA, Arbyn M, Bakkum-Gamez JN, Wentzensen N. Associació de risc de càncer d'endometri amb sagnat postmenopausal en dones: una revisió sistemàtica i metaanàlisi.JAMA Intern Med.2018;178: 1210-22.

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

Sharma A, et al.Sensibilitat de l'ecografia transvaginal

per al càncer d'endometri en dones postmenopàusiques: un estudi de casos i controls dins de la cohort UKCTOCS.Lancet Oncol.2011;12: 38-48.

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

PalouJ, et al.Directrius de l'Associació Europea d'Urologia sobre el càncer de bufeta no invasiu muscular (TaT1 i carcinoma in situ) -

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

46. ​​Aragó-Ching JB.Reptes i avenços en el diagnòstic, la biologia i el tractament dels carcinomes urotelials del tracte superior i de la bufeta.Urol Oncol.2017;35: 462-4.

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

Colangiocarcinoma: conceptes en evolució i estratègies terapèutiques.Nat Rev Clin Oncol.2018;15: 95-111.

48. Ye Q, Ling S, Zheng S, Xu X. Biòpsia líquida en hepatocel·lular

carcinoma: cèl·lules tumorals circulants i ADN tumoral circulant.Mol Càncer.2019;18: 114.

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

detecció d'ADN del tumor circulant en més de 10.000 pacients xinesos.Nat Commun.2021;12:11.

50. Eisenhauer EA, Therasse P, BogaertsJ, Schwartz LH, Sargent D, Ford R, et al.Nous criteris d'avaluació de la resposta en tumors sòlids: directriu RECIST revisada (versió 1.1).Eur J Càncer.2009;45: 228-47.

51. LitièreS, Collette S, de Vries EG, Seymour L, BogaertsJ.RECIST: aprendre del passat per construir el futur.Nat Rev Clin Oncol.

2017;14: 187-92.

52. Seymour L, BogaertsJ, Perrone A, FordR, Schwartz LH, Mandrekar S, et al.iRECIST: directrius de criteris de resposta per utilitzar-los en assaigs

prova d'immunoteràpia.Lancet Oncol.2017;18: e143-52.

53. PantelK, Alix-Panabières C. Biòpsia líquida i malaltia residual mínima: darrers avenços i implicacions per a la cura.Nat Rev Clin Oncol.2019;16: 409-24.

Citeu aquest article com a: Qian C, Zou X, Li W, Li Y, Yu W. The outpost against cancer: universal cancer only markers.Càncer Biol Med.2023;20: 806-815.

doi: 10.20892/j.issn.2095-3941.2023.0313