Молекулярная диагностика рака желудка

Рак желудка (РЖ) – стабильный игрок на площадке онкологических заболеваний, не уступающий своих позиций в бронзе по уровню смертности от новообразований во всем мире [1]. Это связано с затрудненной диагностикой вследствие позднего появления клинических симптомов, что значительно ограничивает эффективность проводимого лечения. Удручающие результаты отражают неэффективность шаблонного подхода [2].

Увеличение объема информации об этой патологии является ошеломляющим. Ежедневно тысячи статей приносят элемент новизны, который способствует лучшему пониманию гастроканцерогенеза. Много надежд связано с поиском оптимальных биомаркеров. Современный медицинский подход к онкологическим заболеваниям является интегративным: информация из всех областей должна быть объединена, как в головоломке. Опухолевые маркеры – не что иное, как кусок этой головоломки.

Технологии профилирования экспрессии генов (одновременное определение экспрессии множества генов) способствуют появлению с большой скоростью огромного количества данных. Медицина переживает смену парадигм: унифицированная тактика уступает место персонализированному подходу, который все более модифицируется в высокоточные стратегии. В эпоху Big Data (большого объема данных) возрастает роль геномных сигнатур в диагностике, дифференциации, прогнозе и таргетной терапии РЖ. Медицинское обеспечение, которое индивидуально адаптируется с учетом разнообразия генов, условий окружающей среды, образа жизни, определяется как прецизионная (высокоточная) медицина [3]. Для эффективности работы с огромными массивами данных (акцент на генетику и омиксные технологии) необходимо создать «генетический шлюз», в роли которого могут выступать системы молекулярно-генетической классификации.

Мутационный ландшафт РЖ

Гистологически РЖ демонстрирует значительную гетерогенность и часто имеет несколько сосуществующих типов тканей, таких как хорошо развитые тубулярные структуры и единичные перстневидные клетки [4]. Впервые гистопатологическая классификация РЖ предложена в 1965 году Р. Lauren [5]. Она включает два типа аденокарцином желудка: диффузный и кишечный. Относительная частота кишечных, диффузных и недифференцированных типов составляют около 54%, 32% и 15% соответственно [6,7]. Кишечный и диффузный РЖ имеют значительные различия в этиологии, эпидемиологии, механизмах канцерогенеза, биологическом поведении и прогнозе [8, 9]. РЖ диффузного типа ассоциирован с мутацией в гене, кодирующем молекулу клеточной адгезии E-кадгерин [10, 11] и часто демонстрирует изменение экспрессии гена ras-гомологичной малой гуанозин-трифосфатазы (ras homolog family member A, RhoA) [12]; кишечный тип связан с атрофическим гастритом, КМ и инфекцией Helicobacter pylori [5]. Доказано несоответствие генетических изменений гистопатологическим типам аденокарцином желудка [13, 14]. Отсутствие хорошо зарекомендовавшей себя системы классификации рака желудка остается основным препятствием, препятствующим совершенной клинической практике.

Мутационный ландшафт РЖ был расшифрован с помощью крупномасштабного анализа данных геномных (экспрессионные и мутационные профили) и эпигеномных исследований (рис.1). В 16,4% случаев РЖ обнаруживаются гипергенные мутации [15,16].

Рисунок 1 | Генетические и эпигенетические характеристики гастроканцерогенеза. Опухолевая гетерогенность представляет собой существенное препятствие для выявления оптимальной таргетной терапии рака желудка (РЖ). Разрозненные данные о генетических и эпигенетических аберрациях не изменили традиционных терапевтических стратегий. Для реализации прецизионного подхода у пациентов с РЖ необходима молекулярная классификация, основанная на выделении ключевых путей патогенеза. Комплексная оценка молекулярного статуса опухоли и клиникопатологической картины – таким должен быть современный «золотой стандарт» ведения пациентов. MSI- микросателлитная нестабильность; CIN – хромосомная нестабильность; ЭБВ+ РЖ – Эпштейн-Барр позитивный рак желудка [2, 6, 8. 15, 24, 25].

Современные комплексные молекулярные классификации РЖ. Огромные массивы данных, полученные в ходе геномного секвенирования, требуют разработки эффективных методов интеграции в рутинную клиническую практику. Систематизация и выделение наиболее часто встречающихся паттернов РЖ позволит реализовать потенциал молекулярных исследований.

Таблица 1 | Наиболее масштабные исследования молекулярных сигнатур РЖ

Примечания
1. Исследование The Cancer Genome Atlas (TCGA): Эпштейн-Барр-инфицированные опухоли (EBV+); опухоли с высоким уровнем микросателлитной нестабильности (microsatellite instability, MSI), геномно-стабильные опухоли (genomically stable, GS), хромосомно-нестабильные опухоли (chromosomal instability, CIN) (рис. 2) [17, 18].
2. Исследование The Asian Cancer Research Group (ACRG): на основе комплексных генетических характеристик РЖ ACRG проанализировали экспрессию гена в 300 образцах первичных опухолей желудка. Они выделили четыре молекулярных подтипа (рис. 2): опухоли с низким уровнем микросателлитной нестабильности (microsatellite stable, MSS) с/без мутаций tumor protein 53 (TP53), демонстрирующие эпителиально-мезенхимальную пластичность (epithelial-to-mesenchymal transition, EMT), опухоли с высоким уровнем MSI [20]. Опухоли MSS / EMT имеют самую высокую частоту рецидивов (63%) и неблагоприятный прогноз; подтип MSI рецидивирует реже (22%) и характеризуется самым благоприятным общим прогнозом; МSS/ТР53-положительные и МSS/ТР53-отрицательные подтипы имеют промежуточный прогноз и вероятность рецидивов. Таким образом, ACRG предлагает молекулярную классификацию, которая фокусируется на ассоциации между генетическим профилированием и клиническими исходами.
3. Deng и др. исследовали наиболее распространенные молекулярные мишени при РЖ: рецептор фактора роста фибробластов-2 (fibroblast growth factor receptor 2, FGFR2); гомолог вирусного онкогена саркомы крыс 2 Кирстен (Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog, KRAS); рецептор эпидермального фактора роста (epidermal growth factor receptor, EGFR); ERBB2 – ген, кодирующий human epidermal growth factor receptor 2 (HER2); ген, кодирующий рецептор фактора роста гепатоцитов (MET) [20].
4. Wong и др. определили три комбинации динуклеотидов, наиболее часто подверженные альтерации: thymine-phosphate-thyminе (TpT); cytosine-phosphate-guanine (CpG); thymine-phosphate-cytosine-phosphate (TpCp [A / T]) [6].
5. Kakiuchi и др. исследовали РЖ диффузного типа изменение экспрессии гена ras-гомологичной малой гуанозин-трифосфатазы (ras homolog family member A, RhoA) в образцах РЖ диффузного типа [12].

Наиболее валидными являются молекулярные классификации, предложенные Азиатской онкологической исследовательской группой (the Asia Cancer Research Group, ACRG) и проектом Центра Атлас генома рака (The Cancer Genome Atlas, TCGA) [21].

Поиск новых драйверных мутаций. Технологии геномного секвенирования нового поколения (next-generation sequencing, NGS) подтвердили ведущую роль мутаций TP53 и CDH1 (ген, кодирующий E-кадгерин) при РЖ, но в настоящее время наличие или отсутствие этих мутаций не изменяет стратегии лечения [22, 23].

Новые терапевтические мишени, обнаруженные методами NGS, значительно дополняют существующие представления о путях гастроканцерогенеза (рис.2). Основное внимание исследователей направлено на изучение механизмов ремоделирования хроматина, клеточной активности, модификации цитоскелета, феномену эпителиально-мезенхимальной пластичности [1, 24].

Терапевтическая стратегия у конкретного больного РЖ должна соответствовать требованием прецизионной медицины (рис. 3). Такой результат возможен при комплексном анализе фенотипических, геномных и эпигеномных характеристик, использовании новых доклинических моделей (тканевая инженерия опухолей) [20].

Рисунок 3 | Интегрированная стратегия прецизионной медицины для РЖ. Опухолевые образцы, полученные методом биопсии или циркулирующих опухолевых клеток, подвергаются клинико-гистопатологическому исследованию и геномному анализу NGS. Определяют геномные изменения – потенциальные мишени терапии. Формируют модель злокачественной опухоли с использованием технологий тканевой инженерии (ксенографты, органоиды). Эффективность и безопасность методов лечения исследуется в экспериментальных моделях. В итоге пациент получает оптимизированную таргетную терапию на основе этой интегрированной стратегии [19, 20, 24. 25].

Заключение

Геномика РЖ испытывает сейчас настоящую революцию благодаря развитию технологий NGS. Достижения в этой области привели к созданию нового подхода к классификации РЖ: помимо набора гистопатологических характеристик проводится анализ полного генома, а в перспективе также эпигенома, метаболома, протеома, транскриптома (мультиомиксный анализ). Это огромное количество информации определяет уникальный индивидуальный профиль опухоли. Для интерпретации данных секвенирования требуется разработка систем визуализации, позволяющих интегрировать гетерогенные данные. Однако истинная ценность молекулярных сигнатур определяется возможностями клинического применения. Например, в исследовании TCGA обнаружена сверхэкспрессия PD-1/PD-L1 (белок программируемой смерти клеток 1 типа и его лиганд) в клетках Эпштейн-Барр-позитивного РЖ. Антагонисты PD-L1 – потенциальные высокоточные таргетные препараты для таких пациентов[11]. Разработаны два моноклональных антитела PD-1: Opdivo (nivolumab) и Keytruda (pembrolizumab). Потенциальными мишенями являются рецепторы тирозиновых киназ, RAS сигнальные белки, МЕТ [25]. Новые стратегии терапии, модификация сигнальных путей, вовлеченных в канцерогенез у конкретного пациента, моделирование биологического поведения опухоли, прогнозирование результатов и выживаемости – таким представляется будущее прецизионной медицины. И фундамент новой парадигмы закладывается уже сегодня.

Источники:
1. Global, Regional, and National Cancer Incidence, Mortality, Years of Life Lost, Years Lived With Disability, and Disability-Adjusted Life-years for 32 Cancer Groups, 1990 to 2015: A Systematic Analysis for the Global Burden of Disease Study/ C. Fitzmaurice [et al.]//JAMA Oncol.-2017.-Vol.3(4).-P.524–548.
2. Chen T. Emerging molecular classifications and therapeutic implications for gastric cancer/ T. Chen, X.Y. Xu, P.H. Zhou// Chin J Cancer.-2016.-Vol.35.-P.49-61.
3. Cristescu R. Molecular analysis of gastric cancer identifies subtypes associated with distinct clinical outcomes// R. Cristescu, J. Lee, M. Nebozhyn// Nat. Med.- 2015. Vol.21.-P.449–456.
4. Lauren P. The two histological main types of gastric carcinoma: diffuse and so-called intestinal-type carcinoma. An attempt at a histo-clinical classification/ P. Lauren// Acta Pathol. Microbiol. Scand.-1965.-Vol.64.-P.31-49.
5. Langner C. Precursors of gastric cancer: Dysplasia and adenoma/ C. Langner// Pathology.-2017.-Vol.38(2).-P.67-74.
6. Genomic landscape and genetic heterogeneity in gastric adenocarcinoma revealed by whole-genome sequencing/S.S. Wong [et al.]// Nat. Commun.- 2014.-Vol.5.-P.54-77.
7. Lauren classification and individualized chemotherapy in gastric cancer/ J.Ma [et al.]// Oncology Letters.- 2016.-Vol.11(5).-P.2959-2964.
8. Molecular classification and prediction in gastric cancer/L.Xiandong [et al.]//Computational and Structural Biotechnology Journal.-2015.-Vol. 13.-P.448-458.
9. Zhang W. TCGA divides gastric cancer into four molecular subtypes: implications for individualized therapeutics/ W. Zhang// Chin. J Cancer.-2014.- Vol.33(10).-Р.469–470.
10. McCracken K.W. Wnt/b-catenin promotes gastric fundus specification in mice and humans// K.W. McCracken, E. Aihara, B. Martin// Nature.- 2017.-Vol.541.-P.182–187.
11. Merker S.R.Gastrointestinal organoids: how they got it out// S.R. Merker, J. Weitz, D.E. Stange// Dev. Biol.- 2016.-Vol.420.-P.239–250.
12. Recurrent gain-of-function mutations of RHOA in diffuse-type gastric carcinoma/ M. Kakiuchi [et al.]//Nat. Genet.- 2014.-Vol.46.-P. 583-587.
13. A cohort study and meta-analysis between histopathological classification and prognosis of gastric carcinoma/L.Liu [et al.]//Anticancer Agents Med. Chem.- 2013.- Vol.13(2).-P.227-234. 14. Alterations of tumor-related genes do not exactly match the histopathological grade in gastric adenocarcinomas/ G.Y.Liu [et al.]//World J. Gastroenterol.- 2010.-Vol.16.-P.1129-1137.
15. Comprehensive molecular characterization of gastric adenocarcinoma/ A.J. Bass[et al.]// Nature.-2014.-Vol.513.-P.202-209.
16. Identification of molecular subtypes of gastric cancer with different responses to PI3-kinase inhibitors and 5-fluorouracil / Z. Lei [et al.]// Gastroenterology.-2013.-Vol.145.-P.554-565.
17. Epstein-Barr virus infection and gastric cancer: a systematic review/ X.Z. Chen [et al.]// Medicine (Baltimore).- 2015.-Vol.94(20).-P.788-792.18. Gastric Cancer Genomics: Advances and Future Directions/ W. Bryson [et al.]//Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology.-2017.-Vol. 3.-P. 211 – 217.
19. Hidalgo M. Patient-derived xenograft models: an emerging platform for translational cancer research// M. Hidalgo, F. Amant, A.V. Biankin// Cancer Discov.-2014.-Vol.4.-P.998–1013.
20. A comprehensive survey of genomic alterations in gastric cancer reveals systematic patterns of molecular exclusivity and co-occurrence among distinct therapeutic targets/N. Deng [et al.]// Gut.- 2012.-Vol.61.-P.673-684.
21. Clinical Significance of Four Molecular Subtypes of Gastric Cancer Identified by The Cancer Genome Atlas Project/ B.H. Sohn [et al.]//Clin. Cancer Res.-2017.- Vol.23 (15).-P.4441-4449.
22. Hansford S. Hereditary diffuse gastric cancer syndrome: CDH1 mutations and beyond/ S.Hansford, P. Kaurah, H. Li-Chang//JAMA Oncol.-2015.-Vol.1.-P.23–32.
23. Hereditary diffuse gastric cancer: updated clinical guidelines with an emphasis on germline CDH1 mutation carriers/ R.S. Van der Post [et al.]//Journal of Medical Genetics.-2015.-Vol.52(6).-P.361-374.
24. Gene mutations in gastric cancer: a review of recent next-generation sequencing studies/Y. Lin [et al.]//Tumour Biol.-2015.-Vol.36(10).-Р.7385–7394.
25. Liu X. Gastric Cancer in the Era of Precision Medicine/ X. Liu, S.J. Meltzer//Cell Mol. Gastroenterol. Hepatol.-2017.-Vol.20, № 3(3).-P.348-358.