基于ctDNA突變的MRD監(jiān)測在腸癌圍術(shù)期精準(zhǔn)治療中的應(yīng)用已經(jīng)獲得臨床專家的廣泛認(rèn)可，復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院章真教授團(tuán)隊(duì)與世和基因合作，在PLOS Medicine雜志上發(fā)表的CALIBRATE-RC-nCRT研究證實(shí)：ctDNA突變和mrTRG聯(lián)合模型較單一影像學(xué)特征能提高局晚期直腸癌（LARC）新輔助放化療（nCRT）病理完全緩解（pCR）預(yù)測的準(zhǔn)確性[1]。
世和基因自主研發(fā)的MERCURY多組學(xué)技術(shù)包括cfDNA片段長度比例（FSR）、片段長度分布（FSD）、末端序列（EDM）、斷裂點(diǎn)序列（BPM）和拷貝數(shù)變化（CNV）等廣譜特征，最新研究表明這些廣譜特征相比于突變特征在腫瘤早期篩查中具有更高的靈敏度，那么這些廣譜特征是否是潛在的MRD監(jiān)測指標(biāo)？
章真教授團(tuán)隊(duì)與世和基因圍繞該研究目的，合作開展了大型直腸癌MRD前瞻性臨床研究（M-DECIPHER-RC-nCRT），證實(shí)基于世和MERCURY多組學(xué)技術(shù)的MRD監(jiān)測能有效預(yù)測腸癌新輔助治療療效，區(qū)分pCR和Non-pCR的AUC高達(dá)0.96，研究成果已于近日發(fā)表Clinical Chemistry[2]。
研究亮點(diǎn)
大型直腸癌MRD前瞻性臨床研究（M-DECIPHER-RC-nCRT）證實(shí)：
①cfDNA廣譜特征用于新輔助pCR預(yù)測展現(xiàn)出良好應(yīng)用潛能；
②cfDNA廣譜特征較突變特征預(yù)測pCR靈敏性更高；
③cfDNA廣譜特征聯(lián)合影像學(xué)mrTRG較單一特征能更精準(zhǔn)地預(yù)測pCR。
論文首頁截圖
本研究納入119例接受了nCRT和全直腸系膜切除術(shù)（TME）的LARC患者（cT3-4/N0-2, M0）。其中有103例患者完成所有術(shù)前外周血收集測序并被用于預(yù)測模型構(gòu)建【術(shù)前共收集4 次外周血，分別是nCRT治療前（T1）、nCRT治療第15次外周血（T2）和第25次外周血（T3）、術(shù)前0-1天外周血（T4）】，共428個(gè)外周血樣本納入分析。
按照2:1將103例患者隨機(jī)分為訓(xùn)練集（n=68）和驗(yàn)證集（n=35），納入分析的特征包括：cfDNA廣譜特征（5'-末端基序Motif和片段大小分布Fragment）、ctDNA突變特征（ctDNA突變陰陽性、ctDNA maxVAF、ctDNA基線突變特征）和影像學(xué)特征（mrTRG）。
之后，基于訓(xùn)練集以上特征構(gòu)建elastic-net邏輯回歸pCR預(yù)測模型，并通過內(nèi)部5倍交叉驗(yàn)證和30次重復(fù)驗(yàn)證評(píng)價(jià)該模型預(yù)測性能。
圖1. 研究技術(shù)路線
丨廣譜特征用于pCR預(yù)測均表現(xiàn)出優(yōu)異性能
研究分析了Motif與Fragment這2個(gè)廣譜特征在nCRT療效預(yù)測中的價(jià)值。結(jié)果顯示，不管是Motif還是Fragment，均顯示出較好的nCRT療效預(yù)測能力，模型交叉驗(yàn)證AUC分別是0.90（95%CI: 0.89-0.91）和0.86（95%CI: 0.85-0.87）。
圖2. Motif和Fragment特征預(yù)測pCR性能優(yōu)異
丨末端基序與mrTRG的聯(lián)合模型較單一特征顯著提高pCR預(yù)測性能
接著，將cfDNA廣譜特征、ctDNA突變特征和影像學(xué)特征聯(lián)合起來，進(jìn)一步提高了pCR預(yù)測性能。
如圖3所示，T234_Motif和mrTRG聯(lián)合模型區(qū)分pCR和Non-pCR，AUC高達(dá)0.92（95%CI: 0.91-0.93），顯著優(yōu)于單一特征和其他特征組合。并且該模型在獨(dú)立驗(yàn)證集中預(yù)測性能同樣優(yōu)異，AUC高達(dá)0.96（95%CI: 0.90-1.00）。
圖3. 末端基序與mrTRG聯(lián)合模型pCR預(yù)測性能最優(yōu)
圖4. 聯(lián)合模型在獨(dú)立驗(yàn)證集中表現(xiàn)優(yōu)異
丨聯(lián)合模型在ctDNA-MRD陰性患者中仍可展現(xiàn)優(yōu)異性能
值得注意的是，在74例nCRT治療期間外周血無法檢測到ctDNA突變的患者中，Motif特征或Motif與mrTRG的聯(lián)合模型依然表現(xiàn)出了良好的pCR預(yù)測能力，AUC分別是0.94（95%CI: 0.93-0.95）和0.95（95%CI: 0.94-0.96），提示cfDNA廣譜特征及其聯(lián)合模型均可獨(dú)立于突變特征預(yù)測pCR。
圖5. 聯(lián)合模型在ctDNA-MRD陰性患者中表現(xiàn)優(yōu)異
丨外部驗(yàn)證集進(jìn)一步證實(shí)廣譜特征模型的穩(wěn)健性和普適性
對(duì)比分析pCR和Non-pCR患者的外周血cfDNA Motif廣譜特征，發(fā)現(xiàn)兩組特征分布不同，且模型篩選出的特征能夠較好的區(qū)分pCR和Non-pCR患者，見圖6。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證廣譜Motif特征區(qū)分pCR和Non-pCR的潛力，采用間接驗(yàn)證方法進(jìn)行性能測試。將本研究的103例患者作訓(xùn)練集，基于T234_Motif特征構(gòu)建GBM機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測患者pCR/Non-pCR，然后在包含27例結(jié)直腸癌CRC患者和244名健康人的外部獨(dú)立驗(yàn)證集中使用該模型來預(yù)測CRC患者（與Non-pCR對(duì)應(yīng)）/ 健康人（與pCR對(duì)應(yīng)）。
結(jié)果顯示，GBM模型在訓(xùn)練集和外部獨(dú)立驗(yàn)證集中的AUC分別為0.885（95%CI: 0.804-0.965）和0.878（95%CI: 0.801-0.956），預(yù)測性能優(yōu)異，證實(shí)了基于cfDNA末端基序的廣譜模型穩(wěn)健性，以及其作為pCR預(yù)測和癌癥檢測生物標(biāo)志物的普適性。
圖6. 廣譜Motif特征可有效區(qū)分pCR和Non-pCR患者
世和基因在腫瘤圍術(shù)期的整體布局多維立體，目前已有產(chǎn)品包括：術(shù)寧?（泛實(shí)體瘤圍術(shù)期MRD動(dòng)態(tài)監(jiān)測）、MINERVA評(píng)分（EGFR敏感突變NSCLC患者術(shù)后個(gè)性化輔助用藥方案指導(dǎo)），相應(yīng)臨床研究成果已陸續(xù)發(fā)表，推進(jìn)了早中期腫瘤患者精準(zhǔn)診療之路。此外，世和MERCURY多組學(xué)技術(shù)在癌癥早篩領(lǐng)域也取得了豐碩的成果。
在該研究中，研究人員首次將MERCURY多組學(xué)技術(shù)應(yīng)用于腫瘤圍術(shù)期MRD監(jiān)測，聯(lián)合影像學(xué)特征構(gòu)建局晚期直腸癌新輔助pCR預(yù)測模型，其預(yù)測性能優(yōu)于單一影像學(xué)特征或突變特征，能夠輔助臨床更精準(zhǔn)地篩選出適合采用W&W方案的優(yōu)勢人群，為未來圍術(shù)期MRD監(jiān)測提供了新思路。
參考文獻(xiàn)：
[1] Wang Y, Yang L, Bao H, Fan X, Xia F, Wan J, Shen L, Guan Y, Bao H, Wu X, Xu Y, Shao Y, Sun Y, Tong T, Li X, Xu Y, Cai S, Zhu J, Zhang Z. Utility of ctDNA in predicting response to neoadjuvant chemoradiotherapy and prognosis assessment in locally advanced rectal cancer: A prospective cohort study. PLoS Med. 2021 Aug 31;18(8):e1003741. doi: 10.1371/journal.pmed.1003741. PMID: 34464382; PMCID: PMC8407540.
[2] Yaqi Wang, Xiaojun Fan, Hua Bao, Fan Xia, Juefeng Wan, Lijun Shen, Yan Wang, Hui Zhang, Yulin Wei, Xue Wu, Yang Shao, Xinxiang Li, Ye Xu, Sanjun Cai, Zhen Zhang, Utility of Circulating Free DNA Fragmentomics in the Prediction of Pathological Response after Neoadjuvant Chemoradiotherapy in Locally Advanced Rectal Cancer, Clinical Chemistry, 2022;, hvac173, https://doi.org/10.1093/clinchem/hvac173
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