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中枢神经系统脑肿瘤检查——液体活检

栏目:神外前沿|编辑:INC|发布时间:2021-12-28 10:01 |

  目前用于中枢神经系统(CNS)肿瘤的诊断和监测的标准临床手段具有一定的局限性。虽然组织活检提供组织学和遗传学信息,但获得中枢神经系统组织具有侵入性,风险极大,而且不利于长期反复取样。最常见的非侵入性手段是神经系统影像学检查,MRI检查可以缓慢显示肿瘤进展,但是治疗相关的MRI变化还有可能为假性进展。

  液体活检作为体外诊断的一个分支,是指通过检验血液或者其他体液如尿液、唾液、胸腔积液和脑脊液等,对肿瘤等疾病作出诊断。包括循环肿瘤细胞、循环肿瘤DNA、微小RNA和微泡(外泌体)、甚至血小板等多项技术,是对生物体液中的肿瘤细胞或核苷酸的实时取样,为监测中枢神经系统恶性肿瘤提供一种具有前景且侵袭性较小的手段。而且脑脊液循环于脑室和脊髓池,与中枢神经系统直接接触,含有大量的中枢神经系统代谢物质,因此成为检测中枢神经系统肿瘤的理想样本。本文就液体活检在原发性和继发性中枢神经系统恶性肿瘤中的作用进行综述,并探讨其应用的主要限制因素。

  循环肿瘤细胞和循环肿瘤DNA

  1循环肿瘤细胞概念

  循环肿瘤细胞是从肿瘤原发部位或转移部位脱落的细胞,随后迁移到血液循环或其他体液中。循环肿瘤细胞已经被证实在肿瘤转移的发生和发展中起至关重要的作用,但循环肿瘤细胞从肿瘤原发灶中脱落、进入血液循环和侵入靶器官以用于转移的定植过程非常复杂。阐明这些机制对指导早期治疗、检测耐药甚至预防转移有重要意义。虽然对循环肿瘤细胞侵袭性的倾向和表型了解尚不完全,但目前已有大量研究证实循环肿瘤细胞在恶性实体肿瘤诊断、治疗和预后中的临床重要性。

  2细胞游离DNA及循环肿瘤DNA概念

  细胞游离DNA是细胞在溶解或凋亡过程中释放到血液循环或其他体液(包括脑脊液)中的单链或双链DNA片段。1977年,在肿瘤患者血清中首次发现细胞游离DNA,但直到1994年才发现部分循环DNA片段存在与肿瘤相同的突变,这一发现证实部分细胞游离DNA是由肿瘤来源的DNA组成的。这种完全来源于肿瘤细胞的细胞游离DNA称为循环肿瘤DNA,是从原发或转移的坏死、凋亡或快速增殖的细胞以及循环肿瘤细胞中脱落的DNA片段。

  循环肿瘤DNA的发现提供一种发现肿瘤的非侵袭性手段,并且能够识别可接受靶向治疗的肿瘤突变类型以及明确耐药的特殊机制。循环肿瘤DNA检测的一个挑战是血清中循环肿瘤DNA的相对稀缺性,血清循环肿瘤DNA在细胞游离DNA中的比例为1%~10%,取决于疾病分期和肿瘤负荷。因此,现有的循环肿瘤DNA检测方法在筛选出非肿瘤源性循环DNA的同时,必须具有足够的敏感度和特异度,才能准确地提取肿瘤DNA。由于CFS中非肿瘤源性DNA水平较低,所以循环肿瘤DNA与细胞游离DNA的比值远高于血清,更容易检测出低频突变,准确率更高。

  随着循环肿瘤DNA检测方法的发展,研究人员能够确定循环肿瘤DNA在恶性肿瘤诊断、预后及明确靶向治疗中的耐药突变有着重要的作用。

  脑脊液中循环肿瘤细胞和循环肿瘤DNA在中枢系统肿瘤中的应用

  脑脊液中循环肿瘤细胞和循环肿瘤DNA用于中枢系统肿瘤的诊断

  1脑脊液中循环肿瘤细胞的诊断意义

  循环肿瘤细胞在脑脊液中对原发性和转移性中枢神经系统疾病的治疗意义尚不清楚。到目前为止,脑脊液中循环肿瘤细胞的检测主要是对实体肿瘤脑膜转移(leptomeningeal metastasis,LM)的辅助诊断。Nayak等首次证明,与传统的影像学和脑脊液细胞学方法比较,脑脊液循环肿瘤细胞诊断LM的敏感度和特异度有所提高。脑脊液循环肿瘤细胞阳性诊断的敏感度为100%,特异度为97.2%,优于传统LM的诊断方法。与之比较,腰椎穿刺细胞学诊断的敏感度为66.7%,MRI表现的敏感度为73.3%,影像学与细胞学相结合的敏感度为86.6%。研究也证实,脑脊液循环肿瘤细胞检测诊断的敏感度和特异度高于标准方法,而假阳性的发生可能与脑室周围巨大肿瘤的解剖位置相关,导致循环肿瘤细胞释放入脑脊液。

  2脑脊液中循环肿瘤DNA的诊断意义

  如何确定最佳标本的生物流体来评价循环肿瘤DNA在中枢神经系统肿瘤中作用是难点之一。一些中枢神经系统肿瘤检测血液循环肿瘤DNA的研究取得成功。但是也有其他研究发现,血液循环肿瘤DNA在中枢神经系统肿瘤患者中相对不敏感。其中一项研究评估640例不同类型肿瘤患者血浆循环肿瘤DNA(包括41例原发性脑肿瘤)发现,多数非中枢神经系统恶性肿瘤患者中检测出血浆循环肿瘤DNA,而中枢系统肿瘤患者血浆循环肿瘤DNA检出则较低。

  原发性中枢神经系统肿瘤血浆循环肿瘤DNA敏感度低的原因可能是血-脑脊液屏障的存在阻止循环肿瘤DNA进入外周血液循环中,这意味着抽取脑脊液可能是一个潜在检测循环肿瘤DNA的方式。研究发现,胶质母细胞瘤髓母细胞瘤以及脑转移等中枢神经系统肿瘤患者的脑脊液中均可检测到循环肿瘤DNA,但并非所有患者外周血中都携带循环肿瘤DNA,脑脊液循环肿瘤DNA水平高于外周血。这说明中枢神经系统恶性肿瘤患者脑脊液循环肿瘤DNA较血清丰富,也可作为诊断脑膜转移的辅助工具。

  研究发现,原发高级别脑胶质瘤CFS与血浆中循环肿瘤DNA启动子甲基化水平相当。对28例中国表皮生长因子受体敏感突变的非小细胞肺癌同时伴有脑膜转移的患者进行脑脊液全基因组循环肿瘤DNA检测,与血浆循环肿瘤DNA及脑脊液沉渣比较,EGFR突变率的一致性为100%,但是脑脊液循环肿瘤DNA携带不同于血浆及脑脊液沉渣的突变,丰度更高且基因谱更广。

  研究表明,循环肿瘤DNA在中枢神经系统肿瘤患者中的诊断率可能高于外周血。脑脊液循环肿瘤DNA的检测有望成为脑实质肿瘤及脑膜转移的诊断工具,以避免高风险的活检。约80%的原发脑肿瘤可检测到脑脊液循环肿瘤DNA,而且其中约50%的肿瘤位置靠近脑干的患者脑脊液检测到循环肿瘤DNA的全部外显子信息。所以脑脊液循环肿瘤DNA可以代替手术高危患者的组织活检,其在脑室周围肿瘤患者中的检出率最高。除多数原发脑肿瘤可以检出CFS循环肿瘤DNA外,脑转移同样可以在脑脊液中检测到。CFS循环肿瘤DNA可作为评价LM的辅助工具,在一些小样本的研究中,循环肿瘤DNA比CFS细胞学更敏感。

  2脑脊液中循环肿瘤细胞和循环肿瘤DNA用于中枢系统肿瘤的治疗

  1脑脊液中循环肿瘤细胞的治疗意义

  目前中枢神经系统肿瘤的治疗中脑脊液循环肿瘤细胞动态变化的研究还较为罕见。但是早期数据显示,脑脊液中循环肿瘤细胞负荷与血液相似,与治疗反应及临床症状的严重程度相关。对5例有实质性或中枢神经系统软脑膜转移的乳腺癌患者进行脑脊液循环肿瘤细胞检测的小样本研究发现,脑脊液循环肿瘤细胞>104的患者伴有严重的中枢神经系统不适反应,鞘内治疗后,受试者脑脊液循环肿瘤细胞计数明显下降,同时体力状态评分(Karnofsky performance status,KPS)得到相应改善。对7例乳腺癌LM患者进行连续脑脊液分析的另一项研究发现,所有患者在鞘内治疗或脊髓照射后脑脊液循环肿瘤细胞均有减少。

  治疗后脑脊液循环肿瘤细胞完全清除的患者比检测到残留循环肿瘤细胞的患者生存时间更长。部分人表皮生长因子受体2阳性乳腺癌LM患者在临床进展前脑脊液循环肿瘤细胞数量可持续增加1个月。此外,用于靶向治疗和耐药性监测的脑脊液循环肿瘤细胞的基因谱和分子特征仍在研究中。部分循环肿瘤细胞具有循环肿瘤干细胞的特性,循环肿瘤干细胞与肿瘤发生、复发及转移直接相关。具有这种特性的循环肿瘤细胞可被认为是循环肿瘤干细胞。这种特殊的循环肿瘤细胞被认为是复发的干祖细胞,是转移发生的直接贡献者。由于循环肿瘤细胞与肿瘤预后的相关性已经得到大量证实,所以这些特殊类型的循环肿瘤细胞与循环肿瘤干细胞的关系,尤其对于肿瘤的早期诊断意义及对健康人的筛查更值得持续关注。

  2脑脊液中循环肿瘤DNA的治疗意义

  近年来,循环肿瘤DNA作为治疗反应的标志物也得到应用。有研究对原发性或转移性脑肿瘤患者不同时间点脑脊液循环肿瘤DNA进行检测,同时进行颅脑影像学的检查。脑脊液循环肿瘤DNA水平在术后和全身治疗有效影像学缓解时减少,随着治疗进展循环肿瘤DNA水平下降后上升。对接受手术的EGFR突变型胶质母细胞瘤进行循环肿瘤DNA检测,全切除血清循环肿瘤DNAEGFR消失,而次全切除仍可检测到循环肿瘤DNAEGFR。其他研究也报道中枢神经系统肿瘤脑脊液循环肿瘤DNA水平与治疗反应的一致性。

  脑脊液循环肿瘤DNA可用于评估中枢神经系统肿瘤临床相关基因组改变,循环肿瘤DNA可显示临床上重要的突变,有助于指导治疗决策,并显示早期耐药机制。目前基于循环肿瘤DNA都是一些小样本的研究,仍然需要对这部分患者循环肿瘤DNA的检测作进一步的探索。循环肿瘤DNA也被研究者作为调整治疗方案的工具。在一项研究中,对20例伴有脑转移的非小细胞肺癌患者组织及CFS进行EGFR的突变检测,其中2例患者CFS检测到EGFR突变,而组织阴性,这表明脑脊液可携带不同于组织的突变,在EGFR酪氨酸激酶抑制剂的治疗后也取得临床缓解。

  在另一项评估中枢神经系统肿瘤的研究中,中枢神经系统转移的患者基于既往组织基因突变的结果,进行靶向治疗,部分患者接受治疗的同时出现中枢神经系统疾病的进展,在这部分患者中,4例脑脊液中发现治疗开始时未出现在组织中的耐药突变。

  目前的证据表明,循环肿瘤DNA可用于实时识别具有重要意义的靶向突变,在转移性疾病中,这种突变可能是中枢神经系统特有的。虽然人类基因组包含人体的全部遗传信息,但蛋白质是完成生命活动的终极执行者,也是机体各种细胞之间差异的决定因素。不同细胞活跃基因不同,合成的蛋白质也不同,这也包括肿瘤细胞。蛋白质组学作为生物过程的功能实体,表达水平直接和疾病过程和病理学相关,成为生物标志物和治疗的靶标。

  目前的蛋白质组学技术在单一反应中分析组织或生物液体的整个蛋白质组的能力受到限制。目前,已在多种肿瘤如肺癌、胃癌和胰腺癌中找到有差异表达的蛋白质,有望成为有效的肿瘤标志物。血清细胞骨架相关蛋白4水平可区分肺癌患者和健康对照者;Ⅰ期腺癌或鳞状细胞癌患者血清血清细胞骨架相关蛋白4水平高于健康对照组(P<0.01),而在Ⅰ期非小细胞肺癌中也检测到血清细胞骨架相关蛋白4水平的升高。

  胰岛素样生长因子结合蛋白2和胰岛素样生长因子结合蛋白3蛋白在早期胰腺癌患者体内存在变化。研究显示,血清蛋白质的不同表达与胃癌的分子分型相关,而且这种分子分型与生存预后和化疗敏感度密切相关,13%(25/183)的基因虽然检测到突变,却未检测到对应的蛋白表达;其中,患者有KRAS和NRAS激活突变,癌旁组织也发现蛋白表达,但在癌组织中却检测不到KRAS或NRAS蛋白。

  如果基于RAS基因测序指导精准医疗,对于不存在治疗蛋白靶点的肿瘤患者,很可能无法受益。然而,与血清不同的是,脑脊液是一种代谢活性的培养液,含有远少于血清的复杂的蛋白质补体。这一特性可以使肿瘤特异度标志物更清楚地被测量,更容易被发现,而成为潜在生物标志物的良好来源。脑脊液蛋白组学分析已应用于发现中枢神经系统原发恶性肿瘤及转移瘤,如软脑膜转移、中枢神经系统淋巴瘤和胶质瘤。

  在中枢神经系统淋巴瘤中,这些研究首次揭示蛋白质组分析在生物标志物识别中的应用价值,表明与标准的脑脊液细胞学方法比较,识别特定的蛋白质对检测转移瘤有更大的敏感度。对原发性神经恶性肿瘤脑脊液的蛋白质组学检测在脑膜瘤和星形细胞脑肿瘤也取得一定的成功。脑脊液中蛋白质含量与疾病发展相关。脑脊液中蛋白标志物可用于监测治疗的疗效和疾病的复发。

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