滕大洪,鄭虹(天津市第一中心醫(yī)院器官移植科,天津 300192)
肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是發(fā)病率第6 位和病死率第4 位的惡性腫瘤[1]。早期HCC通過手術(shù)切除或肝移植可獲得治愈,但腫瘤負(fù)荷大、血管侵犯或轉(zhuǎn)移者預(yù)后較差。在符合米蘭標(biāo)準(zhǔn)的HCC 肝移植3 年復(fù)發(fā)率也約20%[2]。用于早期發(fā)現(xiàn)及預(yù)后判斷和監(jiān)測治療反應(yīng)的HCC 生物標(biāo)志物仍是臨床重要研究方向。
近年來,“液體活檢”技術(shù)通過收集體液樣本獲得有關(guān)腫瘤的重要表型、遺傳和轉(zhuǎn)錄組信息,顯示出作為HCC 生物標(biāo)志物的重要前景。液體活檢的主要形式包括循環(huán)腫瘤細(xì)胞(circulating tumor cells,CTC)、循環(huán)腫瘤DNA(circulating tumor DNA,ctDNA)、microRNA 和細(xì)胞外囊泡。不同于常見腫瘤標(biāo)志物,CTC 技術(shù)可獲得有生物活性的腫瘤細(xì)胞樣本。CTC 下游分析可識(shí)別靶基因中的特定突變,預(yù)測治療反應(yīng)或抗性,幫助指導(dǎo)治療計(jì)劃。
本文將介紹CTC 當(dāng)前技術(shù),以及探索在肝移植治療中其作為HCC 潛在診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物的作用。
在增殖浸潤過程中,腫瘤細(xì)胞通過分泌基質(zhì)金屬蛋白酶破壞組織基底膜,進(jìn)入附近血管或淋巴管。入血腫瘤細(xì)胞就成為CTC,可通過循環(huán)到達(dá)身體的不同組織。大多數(shù)CTC 會(huì)因失巢凋亡、免疫攻擊或剪切應(yīng)力等作用而死亡[3]。CTC 通過失去上皮型表面標(biāo)志并獲得間質(zhì)標(biāo)志即上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelialto-mesenchymal transition,EMT)過程,顯著提高生存和轉(zhuǎn)移能力。此外,CTC 可與成纖維細(xì)胞、白細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞或血小板形成聚集體,形成CTC 簇。與單個(gè)CTC 相比,CTC 簇具有更高轉(zhuǎn)移潛能和生存能力[4]。CTC 并非相同克隆,而是具有不同腫瘤病灶特征的異質(zhì)細(xì)胞群,具有在選擇性微環(huán)境和治療壓力下改變表型和分子特征的能力[5],原發(fā)性腫瘤內(nèi)的腫瘤細(xì)胞與轉(zhuǎn)移部位腫瘤細(xì)胞之間存在顯著異質(zhì)性。因此,CTC 檢測不應(yīng)視為侵入性較小的活檢替代方法,而是一種全面了解全身異質(zhì)腫瘤細(xì)胞狀態(tài)的方法。通過CTC 揭示腫瘤分子特征、識(shí)別靶向治療標(biāo)志物,是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療的可能途徑。
液體活檢的另一個(gè)重點(diǎn)是游離DNA(cell-free DNA,cfDNA),來源于垂死的腫瘤細(xì)胞或吞噬了腫瘤細(xì)胞的巨噬細(xì)胞[6]。由于ctDNA 包含與其起源腫瘤細(xì)胞相同的基因突變,ctDNA 可用于識(shí)別異質(zhì)腫瘤特異性突變和表觀遺傳變化,并監(jiān)測正在接受治療患者的腫瘤動(dòng)態(tài)。ctDNA 已被用于治療反應(yīng)監(jiān)測或復(fù)發(fā)早期檢測[7]。其臨床應(yīng)用面臨問題之一是其他組織大量cfDNA 背景下如何精確識(shí)別ctDNA。此外,ctDNA 能否代表活躍增殖和轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞基因也是疑問,因?yàn)閏tDNA 可能不成比例地代表更易死亡的“較弱”腫瘤細(xì)胞的DNA[8]。與ctDNA 相比,CTC 的主要優(yōu)勢在于可以捕獲完整、有活力的腫瘤細(xì)胞。只要保留其細(xì)胞完整性,捕獲的CTC 就可用于功能測定并進(jìn)行培養(yǎng)以評估耐藥性[9]。
CTC 的檢測和分離可以分為3 類:基于免疫親和的富集、基于生物物理特性的富集和無富集檢測方法。
免疫親和性檢測方法:基于免疫親和的CTC 富集技術(shù)使用針對CTC 細(xì)胞表面標(biāo)志物的抗體。正富集是指通過使用針對特定腫瘤相關(guān)抗原的抗體來捕獲CTC,而負(fù)富集是指通過使用針對CD45 的抗體來消耗背景中的造血細(xì)胞[10]。
CellSearch 系統(tǒng)使用涂有抗EpCAM 抗體的免疫磁珠分離系統(tǒng)[11]。微流控裝置如CTC 芯片由涂有抗體的微柱組成,通過特殊幾何排列以優(yōu)化細(xì)胞[12]。CTC-iChip 結(jié)合了微流體和免疫磁技術(shù),檢測的靈敏度更高[13]。NanoVelcro 使用帶有集成微流體混沌混合器的抗體涂層納米結(jié)構(gòu)基底,通過CTC 與基底接觸以增強(qiáng)CTC 捕獲[14]。
具有EMT 表型的CTC 表面EpCAM 等上皮標(biāo)志物通常會(huì)下調(diào)或丟失[15],可以逃避傳統(tǒng)陽性富集系統(tǒng)。因此針對干細(xì)胞標(biāo)志物如CD133、間充質(zhì)標(biāo)志物如vimentin 和癌癥特異性抗原HER2、PSMA 的陽性富集策略也已經(jīng)開發(fā)出來[16]。
但即使是針對多種抗原的混合抗體也可能無法涵蓋CTC 抗原的異質(zhì)性。負(fù)富集通過靶向和去除背景造血細(xì)胞來解決此問題。通過用抗CD45 代替抗EpCAM,可以使用磁性激活細(xì)胞分選(magneticactivated cell sorting,MACS)和CTC-iChip 等技術(shù)進(jìn)行負(fù)富集[10]。單獨(dú)陰性富集的缺陷是其純度偏低[17]。
生物物理性質(zhì)檢測方法:CTC 的細(xì)胞大小、機(jī)械可塑性和介電遷移特性與血細(xì)胞有顯著差異,能夠使用諸如膜過濾、密度梯度分層、慣性聚焦和介電遷移率等技術(shù)將它們分離。這些“無標(biāo)記”方法不必考慮腫瘤特定抗原的要求,分離的CTC 沒有標(biāo)記抗體,也使下游試驗(yàn)更易開展[10]。
ISET[18]和ScreenCell[19]使用軌跡蝕刻膜,而CellSieve[20]使用光刻技術(shù),構(gòu)建使CTC 損傷最小化的膜結(jié)構(gòu)。Cluster-Chip 是一種獨(dú)特的3D 微過濾系統(tǒng),專門設(shè)計(jì)用于捕獲CTC 簇[21]。微濾系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠快速處理血液以富集CTC。然而,微濾系統(tǒng)易堵塞,且有時(shí)白細(xì)胞和CTC 之間尺寸重疊,使得結(jié)果準(zhǔn)確度存在不足[10]。
密度梯度離心利用比重差異將白細(xì)胞和CTC 進(jìn)行分離。OncoQuick 將離心和過濾相結(jié)合,CTC 捕獲率較高[22]。RosetteSep CTC 使用針對廣泛抗原混合物的抗體復(fù)合物將免疫親和性與密度離心相結(jié)合[23]。由于技術(shù)可靠、成本低廉,離心被廣泛用于CTC 的初始分離步驟,并與其他策略聯(lián)合。
慣性聚焦利用細(xì)胞大小差異的慣性效應(yīng)不同,適用于大于背景血液細(xì)胞的CTC 分離。這種方法已被結(jié)合到許多微流體裝置中,顯示出高靈敏度,并保持CTC 活性[24]。
癌細(xì)胞的介電特性與血細(xì)胞明顯不同。Becker等[25]證明了乳腺癌細(xì)胞系、淋巴細(xì)胞和紅細(xì)胞中的不同介電參數(shù)。癌細(xì)胞和血細(xì)胞之間的介電差異可能是由細(xì)胞膜的不同形態(tài)特征引起的,包括微絨毛、膜褶皺和起泡。DEP Array 技術(shù)可將單個(gè)細(xì)胞捕獲在介電泳籠中,并已用于回收單個(gè)CTC 以進(jìn)行高度特異性的遺傳分析[26]。
無富集檢測方法:所有富集技術(shù)都需要驗(yàn)證捕獲的細(xì)胞,這可能非常耗時(shí)。高速熒光成像領(lǐng)域的進(jìn)步推動(dòng)了成像平臺(tái)的發(fā)展,無需富集步驟即可直接從血液樣本中鑒定CTC。成像流式細(xì)胞術(shù)使用核質(zhì)比和大小等參數(shù)區(qū)分CTC 和白細(xì)胞[27]。光聲流式細(xì)胞術(shù)是一種檢測CTC 的獨(dú)特體內(nèi)直接成像方法,使用基于激光的技術(shù)實(shí)時(shí)檢測靜脈中的CTC[28]。
2013 年Sun 等[29]使用CellSearch 檢測行肝癌切除術(shù)的HCC 患者的EpCAM + CTC,其中67%術(shù)前檢測陽性。術(shù)前CTC 計(jì)數(shù)≥2 被認(rèn)為是術(shù)后腫瘤復(fù)發(fā)的高危因素。使用CellSearch 的其他研究表明,EpCAM + CTC 與血管侵襲、高AFP、巴塞羅那臨床肝癌分期晚、高復(fù)發(fā)率及更短生存期密切相關(guān)[30-32]。但值得注意的是只有30%~40%的HCC 細(xì)胞表達(dá)EpCAM,且EMT CTC 上皮標(biāo)志物丟失,不適用基于EpCAM 的CTC 富集方案[33]。
去唾液酸糖蛋白受體ASGPR 是一種僅在肝細(xì)胞表面表達(dá)的跨膜蛋白,已用于富集方法檢測HCC CTC。2016 年Zhang 等[34]用ASGPR、P-CK 和CPS1 抗體的CTC 芯片100%分離出CTC。Court 等[35]用帶有EpCAM、ASGPR 和GPC3 多標(biāo)志物組的NanoVelcro CTC 檢測在97%的HCC 患者中捕獲了CTC。
2000 年Vona 等[18]使用二維微濾系統(tǒng)ISET 檢測肝切除術(shù)的HCC CTC,能夠在術(shù)中捕獲腫瘤微栓子。Vona 等[36]發(fā)現(xiàn)ISET 檢測的CTC 數(shù)量與彌漫性肝癌、門靜脈癌栓等晚期病變及更短生存期密切相關(guān)。Morris 比較CellSearch 和ISET 檢測HCC CTC的能力,顯示ISET 具有更為優(yōu)越的性能(ISET:100%,CellSearch:28%)[37]。ISET 的缺點(diǎn)是難以釋放CTC 用于下游遺傳分析。
2016 年Liu 等[21]使用成像流式細(xì)胞術(shù)IFC,利用更高的核質(zhì)比來檢測CTC。Ogle 等[38]研究IFC則通過細(xì)胞大小,并將其有效性與由CK、EpCAM、AFP、GPC-3 和DNA-K 組成的多標(biāo)志物組進(jìn)行比較。包含大小標(biāo)準(zhǔn)的IFC 與CD45 陰性富集相結(jié)合,捕獲所有陽性生物標(biāo)志物CTC,以及28%不表達(dá)生物標(biāo)志物的CTC。
鑒定特定腫瘤標(biāo)志物和藥物靶標(biāo)表達(dá)可用于預(yù)測治療反應(yīng)性。Shi 等[39]使用3 種CTC 標(biāo)志物MAGE3、survivin 和CEA 評估冷凍術(shù)對不可切除HCC 的療效,發(fā)現(xiàn)它們在預(yù)測治療反應(yīng)方面是可靠的。2016 年Li 等[40]通過檢測晚期HCC CTC pERK和pAkt 的表達(dá)狀態(tài)來預(yù)判索拉非尼療效。在pERK/pAkt 表達(dá)的不同模式中,pERK+/pAkt-CTC 與更長的無進(jìn)展生存期和更高的索拉非尼反應(yīng)率顯著相關(guān)。Winograd 等[41]評估了在HCC 患者中表達(dá)程序性死亡配體-1(programmed death ligand-1,PD-L1)的CTC,發(fā)現(xiàn)PD-L1+CTC 可區(qū)分早期和晚期/轉(zhuǎn)移性疾病。在接受抗程序性死亡蛋白1 治療的6 例患者中,所有3 例表現(xiàn)出反應(yīng)的患者都有PD-L1+CTC,而3 例無反應(yīng)者中只有1 例陽性,表明PD-L1+CTC 可預(yù)測免疫治療反應(yīng)。2017 年,Kalinich 等[42]使用CTC-iChip 分離CTC,應(yīng)用基于RNA 數(shù)字PCR檢測肝臟特異性轉(zhuǎn)錄物,這些轉(zhuǎn)錄物被組合成一個(gè)單一的度量CTC 分?jǐn)?shù)。CTC 評分與BCLC 分期高度相關(guān),且在接受治療的患者中下降。
EMT 標(biāo)志物已被研究預(yù)測HCC 復(fù)發(fā)和預(yù)后。CanPatrol CTC 分析平臺(tái)是一種兩步技術(shù),包括微濾和隨后使用各種上皮(EpCAM、CK8/9/19)和間充質(zhì)標(biāo)志物(vimentin、twist)[43]。Wang 等[43]研究了62 例接受手術(shù)切除的HCC 患者,發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)CTC數(shù)量較多的患者復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)增加,無病生存期縮短。其他研究顯示間充質(zhì)CTC 與不良臨床結(jié)果之間存在相關(guān)性[44-45]。
Yi 等[46]構(gòu)建了一個(gè)基于GPC-3 平臺(tái)用于檢測HCC CTC,對HCC 罕見CTC 的檢測具有較高的特異性和敏感性。與EpCAM 和vimentin 相比,GPC-3具有更強(qiáng)的CTC 分離能力。CTC“陽性”計(jì)數(shù)(每7.5 ml 血液≥5 PV-CTC)與BCLC 分期存在相關(guān)性(P=0.055)。在下游檢測中發(fā)現(xiàn),在60%的病例中,CTC-NGS 的結(jié)果與組織-NGS 結(jié)果一致,并發(fā)現(xiàn)KMT2C 是一種常見高頻突變基因。
Zhao 等[47]探索了CTC 在HCC 手術(shù)治療后復(fù)發(fā)的預(yù)測作用,發(fā)現(xiàn)與單獨(dú)分析 CTC 或 ctDNA 相比,CTC 和ctDNA 協(xié)同組合在預(yù)測復(fù)發(fā)方面表現(xiàn)出更高的敏感性(85.7%比75% / 70.4%),特異性為81.6%。該組合檢測陰性患者的無疾病復(fù)發(fā)存活時(shí)間顯著大于陽性者(HR=11.88, 95% CI=4.06 ~34.75,P <0.001)。
HCC CTC 存在顯著異質(zhì)性。Sun 等[48]報(bào)道了CTC 之間的這種顯著異質(zhì)性,發(fā)現(xiàn)不同血管腔內(nèi)的CTC 的EMT 狀態(tài)存在異質(zhì)性,釋放時(shí)主要是上皮表型,但在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中轉(zhuǎn)變?yōu)镋MT 表型。在大小和核型方面CTC 間的異質(zhì)性更大。Wang 等[49]使用減法富集和免疫染色熒光原位雜交(SE-iFISH),使用表型和核型的原位表征,發(fā)現(xiàn)存在比白細(xì)胞更小的HCC CTC,8 號(hào)染色體非整倍體率非常高。三倍體或多倍體CTC 的術(shù)后數(shù)量與預(yù)后不良顯著相關(guān)。
2018 年Wang 等[50]報(bào)告了CTC 水平與肝移植后HCC 復(fù)發(fā)的相關(guān)性研究。這項(xiàng)前瞻性研究包括47 例接受肝移植并使用CanPatrol 系統(tǒng)至少接受2 次外周CTC 分析的病例。復(fù)發(fā)患者的基線Edmondson分期、累積腫瘤直徑、微血管癌栓和甲胎蛋白(alpha fetoprotein,AFP)水平更高(均P <0.05)。此外,70.2%的HCC 患者為CTC 陽性。盡管在肝移植后和隨訪期間,隨著上皮和間質(zhì)CTC 水平的增加,CTC 亞型的比例發(fā)生了變化,但在總CTC 或CTC亞型的變化與HCC 復(fù)發(fā)之間沒有觀察到顯著的關(guān)聯(lián)(P >0.05)。
Chen 等[51]研究了移植前RFA 與CTC 對肝癌肝移植預(yù)后的影響。通過負(fù)富集和imFISH方法檢測,超二倍體并具有CEP8+/DAPI+/CD45-表型的CTC,計(jì)數(shù)臨界值為1,當(dāng)CTC 計(jì)數(shù)≥1 時(shí)定義為陽性。79 例患者中20 例(25.3%)肝移植后復(fù)發(fā),其中15 例(75%)和59 例無復(fù)發(fā)患者中27 例(45.7%)CTC 呈陽性。結(jié)果顯示復(fù)發(fā)與CTC 計(jì)數(shù)、腫瘤個(gè)數(shù)、肝硬化、米蘭標(biāo)準(zhǔn)、UCSF 標(biāo)準(zhǔn)密切相關(guān),而與術(shù)前AFP 無關(guān)。Kaplan-Meier 顯示,與CTC 陰性患者相比,CTC 陽性患者的PFS 率較低。而CTC 陰性組和CTC 陽性組之間的OS 率無顯著差異。作者認(rèn)為RFA 可有效減少CTC 陽性HCC 患者的復(fù)發(fā)。移植前CTC 結(jié)果可作為HCC 患者肝移植前RFA 的指標(biāo)。
Chen 等[52]另一項(xiàng)研究共招募50 例接受CTC檢測并接受肝移植的患者。術(shù)前CTC 陽性率和術(shù)后復(fù)發(fā)率分別為52%和24%。符合米蘭標(biāo)準(zhǔn)和UCSF 標(biāo)準(zhǔn)的患者復(fù)發(fā)率分別為8.7%和7.1%。CTC 陽性患者肝移植后復(fù)發(fā)時(shí)間早于CTC 陰性組〔(20.14±2.13) 個(gè)月比( 28.75±1.56) 個(gè)月, P=0.020〕 。CTC 陰性和CTC 陽性患者的1 年無病生存率、總生存率分別為91.6%、91.7%和61.5%、88.5%。CTC 與腫瘤大小、AFP 水平、腫瘤分級和復(fù)發(fā)相關(guān)。CTC 是影響長期生存的唯一獨(dú)立因素。Xue 等[53]對iFISH平臺(tái)和CellSearch 系統(tǒng)進(jìn)行了比較,兩種方法檢測的術(shù)前HCC CTC 百分比分別為70.00%和26.67%(P <0.01)。肝移植后3 個(gè)月iFISH-CTC 顯著減少〔(3.04±0.93/7.5) ml至( 1.0±0.53/7.5) ml,P<0.05〕。術(shù)前iFISH-CTCs 水平較低(<5/7.5ml)的患者沒有復(fù)發(fā)生存期顯著增加(15 個(gè)月比5.5 個(gè)月,P <0.01)。iFISH 平臺(tái)增加了靈敏度分析,可用作CTC 的動(dòng)態(tài)監(jiān)測工具。CTC 水平可作為HCC 肝移植預(yù)后良好指標(biāo)。
Amado 等[54]比較了接受肝切除或肝移植的肝癌患者的CTC 特征。在手術(shù)前、術(shù)后5 d 和第30 天使用Isoflux?系統(tǒng)在外周血樣本中進(jìn)行CTC 計(jì)數(shù)。納入了41 例HCC 患者,10 例患者(24.4%)進(jìn)行了肝切除,31 例患者(75.6%)接受了肝移植。兩組患者術(shù)前CTC 計(jì)數(shù)相似,但術(shù)后1 個(gè)月肝移植組獲得CTC 清除更為明顯。術(shù)前存在CTC 簇狀態(tài)與術(shù)后30 d CTC 清除不全具有相關(guān)性,且與生存率顯著負(fù)相關(guān)。手術(shù)后CTC 清除不全可能是HCC 侵襲性的替代標(biāo)志。Wang 等[55]分析193 例肝移植并接受術(shù)前1 d 和術(shù)后2 ~4 周CTC 檢測的HCC 患者,并選擇38 例在肝移植前可檢測到CTC 的患者在肝移植后1 個(gè)月和肝移植后約3 個(gè)月的隨訪中進(jìn)行連續(xù)CTC 檢測。160 份術(shù)前合格血樣中有85 例(53.1%)檢測到術(shù)前CTC,平均CTC 計(jì)數(shù)為每5 ml中1.24±1.82(0 ~11.00)。167 例術(shù)后合格血樣中有63 例(37.7%)檢測到術(shù)后CTC,平均CTC 計(jì)數(shù)為0.71±1.15。連續(xù)檢查CTC 的38 例患者中13 例術(shù)后早期CTC 呈陰性但后來轉(zhuǎn)陽性,其中10 例(76.9%)HCC 復(fù)發(fā)。4 例CTC 持續(xù)陽性者有2 例(50.0%)復(fù)發(fā)。這12 例復(fù)發(fā)患者中,從檢測到CTC 到臨床診斷復(fù)發(fā)的中位時(shí)間為6.2(5.8±3.1)個(gè)月。而15 例CTC 陰性患者中只有1 例(6.7%)出現(xiàn)復(fù)發(fā)。腫瘤復(fù)發(fā)者的術(shù)后CTC 計(jì)數(shù)和CTC 陽性率均高于未復(fù)發(fā)患者。術(shù)后CTC 計(jì)數(shù)≥1/5 ml 可作為預(yù)測復(fù)發(fā)的潛在標(biāo)志物,預(yù)測敏感性和特異性分別為59.3%和71.7%。術(shù)后CTC 計(jì)數(shù)≥1/5 ml 對AFP(≤20 ng/ml)和PIVKA-Ⅱ(≤40 mAU/ml)均陰性者也具有預(yù)后價(jià)值。作者認(rèn)為術(shù)后連續(xù)CTC檢測可能有助于監(jiān)測HCC 復(fù)發(fā)。
外周血中的CTC 測量提供了有關(guān)患者疾病狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息。此外,CTC 可以很容易地從常規(guī)抽血中獲得,對患者的風(fēng)險(xiǎn)較小。術(shù)前CTC 測量可能無法完全揭示肝移植腫瘤侵襲性和由此產(chǎn)生的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。通過連續(xù)CTC 監(jiān)測進(jìn)行的術(shù)后監(jiān)測有助于早期發(fā)現(xiàn)復(fù)發(fā)性或轉(zhuǎn)移性腫瘤。此外,CTC 計(jì)數(shù)的增加可能出現(xiàn)在一些患者的AFP 和PIVKA-Ⅱ水平變化之前顯示腫瘤復(fù)發(fā),為檢測早期腫瘤復(fù)發(fā)提供策略,并及時(shí)啟動(dòng)化療、靶向藥物或局部治療等治療方案,提高肝移植后的長期生存率。此外,結(jié)合單CTC 測序,可以為治療管理提供許多好處。
肝移植被認(rèn)為是HCC 患者的潛在治愈選擇,但其療效在很大程度上取決于術(shù)后復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)化程序確定候選人以降低腫瘤復(fù)發(fā)率仍是重要課題。作為液體活檢的一種形式,CTC 在促進(jìn)HCC 患者實(shí)施精準(zhǔn)醫(yī)療方面具有巨大潛力。發(fā)展能夠捕獲全譜CTC 的具有高靈敏度和特異性的標(biāo)準(zhǔn)化測定方案,通過使用統(tǒng)一的CTC 檢測平臺(tái)進(jìn)行更大樣本量的多中心、前瞻性研究是今后這方面發(fā)展的方向。