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背景:新辅助放化疗(neoadjuvant radiochemotherapy,RCT)联合根治性手术已成为局部晚期直肠癌(locally advanced rectal cancer,LARC)的首选治疗。但是,研究表明LARC患者在接受规范标准的多学科综合治疗后,给部分患者带来比较严重的并发症与后遗症,并且增加了患者的治疗毒性副作用和经济负担。目前,国内外大量的病例研究均显示不同的LARC患者对放疗敏感性存在个体间显著差异,肿瘤消退分级(tumor regression grading,TRG)评分高的LARC患者已证明无手术获益。因此,本研究首先筛选影响LARC患者新辅助放化疗敏感性差异的基因突变位点,然后通过循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA,ctDNA)检测,识别低TRG评分的患者,从而避免过度治疗、提高患者的生存率以及改善生活质量。方法:本研究采用单中心回顾性临床队列研究的方法,收集16例使用标准治疗方案(单药希罗达同步放化疗、根治性手术以及辅助化疗)并且有明确术后病理诊断TRG分级的LARC患者的肿瘤组织和配对癌旁组织。根据治疗效果,分为放化疗敏感组(pathological complete response,pCR组)和放化疗不敏感组(none-pathological complete response,none-pCR 组)。运用二代测序技术进行泛肿瘤驱动基因检测,筛选两组间差异的基因突变位点。然后,前瞻性收集28例LARC患者新辅助放化疗治疗前、治疗中以及治疗结束后的3次血浆,以及新辅助放化疗前的新鲜肿瘤组织及癌旁组织。在ctDNA水平检测前期筛选得到的基因突变位点,评估其预测效果。结果:(1)16例LARC患者共检测出165个与放化疗敏感性相关基因的2774个基因突变位点。pCR组和none-pCR组间变异频率差异大于2倍的基因突变位点,共涉及144个基因。采用靶向深度测序对泛肿瘤基因检测结果的准确性进行验证,ROC曲线显示两种检测方法的AUC为0.972。进行GO功能富集分析和KEGG通路分析,最终确定61个与LARC患者放化疗敏感性密切相关的基因。(2)28例LARC患者的3次ctDNA检测,共检测出24个直肠癌驱动基因的95个基因突变。ctDNA检测中,直肠癌相关的经典基因APC、KRAS和TP53的突变频率在区分新辅助放化疗后大部分缓解组(TRG分级0-2)和少部分缓解组(TRG分级3-4)方面,具有较好效果。(3)TP53基因、KRAS基因和APC基因的预测准确率分别为58.3%、57.1%和100%,而传统血清学肿瘤标记物CEA和CA19-9的放疗敏感性预测率分别仅为38%和34%。结论:通过对两组LARC患者进行泛肿瘤相关基因检测,得到更为精准的基因位点,使得后续直肠癌放化疗敏感性相关基因的靶向测序区域缩小,深度测序得以实现,为后续研究提供了靶标,减少了盲目性。初步研究表明ctDNA突变分析可用于评估LARC患者的TRG分级,是预测新辅助放化疗敏感性的有力工具。