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长海医院许传亮等团队合作开发基于低深度WGS的尿液癌症液体活检方法,敏感性及特异性表现出色

尿路上皮癌是一种恶性肿瘤。目前,尿液细胞学被广泛用于该类癌症的筛查,这种检测方法具有高特异性但缺乏敏感性,特别是对于早期癌症。另一种筛查手段膀胱镜检查,虽然比细胞学检查更为准确,但它是一种侵入性手术,并给患者带来了潜在的并发症风险。因此,用于检测和监测尿路上皮癌的廉价、非侵入性检测是尚未满足的临床需求。

近日,上海海军医科大学长海医院泌尿外科许传亮团队联合上海沪东医院泌尿外科纪家涛团队共同开发了一种经济高效、基于尿液的液体活检方法UroCAD(Urine Exfoliated Cells Copy Number Aberration Detector),该方法可通过低覆盖率全基因组测序分析尿液脱落细胞DNA拷贝数变异(CNV)。临床试验结果显示,UroCAD分析鉴定出尿路上皮癌的总敏感性为80.4%,特异性为94.9%。与尿液细胞学检测相比,UroCAD检测尿路上皮癌具有更好的敏感性和相似的特异性。相关研究结果已发表在Clinical Cancer Research上,文章题为“Noninvasive Detection of Urothelial Carcinoma by Cost-effective Low-coverage Whole-genome Sequencing from Urine-Exfoliated Cell DNA”。

纪家涛表示:“从尿液脱落细胞中分离出来的DNA是一种复杂的细胞混合物,其中可能包括脱落的肿瘤细胞,可以为尿路上皮癌的存在提供线索。由于CNV是许多癌症的标志物,我们开发了一种检测尿液脱落细胞DNA中CNV负担(CNV burden)的检测方法。”

在研究的发现阶段,研究团队利用来自一项观察性临床试验的患者样本,包括126例尿路上皮癌患者,64例无癌对照个体。结果显示,与无癌对照相比,肿瘤患者的染色体拷贝数频繁变化,而在无癌个体中未检测到明显的CNV负担。(图1)

图1.在癌症患者的尿液沉积物中检测到频繁的染色体畸变。

通过整合所有常染色体变化,研究团队建立了一种新颖的诊断模型UroCAD。该检测可从尿液样本中提取DNA,通过低覆盖全基因组测序(LC-WGS),将尿液脱落细胞中的所有常染色体变化纳入其中,并通过定制的生物信息学工作流程进行基因分型。由于UroCAD主要检测总CNV负担,而不是鉴定特定的遗传变异,因此具有成本效益,是一种比较理想的样本分析技术。在发现队列中,UroCAD鉴定尿路上皮癌的敏感性为82.5%,特异性为96.9%。(表1)

图2. UroCAD模型的ROC曲线纳入了所有可检测到的染色体畸变。

表1. UroCAD模型性能。

为评估UroCAD分析,研究团队进行了验证研究,验证队列包括56名尿路上皮癌患者,39名无癌个体。研究发现,与尿液细胞学检测相比,UroCAD对尿路上皮癌的检测具有明显更高的灵敏度(80.4% vs 33.9%)和相当的特异性(94.9% vs 100%)。此外,在七例局限于膀胱上皮层(pTa肿瘤)的低级别肿瘤患者中,UroCAD的敏感性为71.4%,尿液细胞学的敏感性为0%。

验证队列数据显示,UroCAD的敏感性与肿瘤级别显著相关,其对组织学上低级别和高级别尿路上皮癌的敏感性分别为60.0%和86.7%,对于低级pTa患者敏感性为60.0%。此外,该检测的敏感性还与肿瘤的大小有关:1厘米以下的肿瘤检测灵敏度为66.7%,1~3厘米的为72%,3厘米以上为95.5%。

许传亮表示:“UroCAD对较低级别或较小肿瘤的检测灵敏度相对较低并不令人意外,因为这些肿瘤不太可能具有丰富的染色体改变。我们认为该检测方法可以帮助减少膀胱镜检查的频率,但尚不能代替它。”

纪家涛表示:“对于血尿患者或怀疑尿路上皮癌的患者,UroCAD是一种很有前途的方法来取代细胞学和减少重复膀胱镜检查。”目前,使用UroCAD监测尿路上皮癌正在临床试验中进行评估。

综合以上结果,与细胞学检查相比,UroCAD是一种稳健且非侵入性的尿路上皮癌诊断方法,具有较高的灵敏度和特异性。在膀胱镜检查之前,该方法或可作为诊断和复发监测尿路上皮癌的无创方法,有助于大大减轻患者的负担。但同时,UroCAD检测也存在一定的局限性,其检测到的CNV负担与样本中存在的上皮细胞数量相关,表明缺乏足够的脱落细胞可能会限制该检测方法。

参考资料:
1.Noninvasive Detection of Urothelial Carcinoma by Cost-effective Low-coverage Whole-genome Sequencing from Urine-Exfoliated Cell DNA. Clinical Cancer Research, DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-20-0401
2.Urine-based Liquid Biopsy Test Outperforms Urine Cytology in Detecting Bladder Cancer
https://www.aacr.org/about-the-aacr/newsroom/news-releases/urine-based-liquid-biopsy-test-outperforms-urine-cytology-in-detecting-bladder-cancer/
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本文由 测序中国 作者:陈初夏 发表,转载请注明来源!

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