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如何选择一个合适的样本进行NGS检测?

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中国医学科学院肿瘤医院病理科应建明主任研究团队新近在Cancer letter上发表的题为“Major challenges related to tumor biological characteristics in accurate mutation detection of colorectal cancer by next-generation sequencing”的一篇文章,对NGS检测CRC突变所遇到的样本选择问题进行了梳理和汇总,该文章可以为我们带来一些思考。


文章回顾性研究了中国医学科学院肿瘤医院病理科的756例结直肠癌样本。其中9例样本由于肿瘤细胞比例过低(<10%)或DNA质量较差而舍弃。最终利用NGS技术,对747例样本进行了22个肿瘤相关基因(Ampliseq Colon and Lung Cancer Panel)的检测。747例样本中包括709例单一样本、22例来自11对原发灶和转移灶的配对样本、10例来自5对同一肿瘤不同蜡块的样本及6例来自3对化疗前后的配对样本。


研究结果显示,53.0%(396/747)的样本,存在RAS突变(KRAS或NRAS突变)。在57.1%(431/747)的样本中发现了RAS/BRAF/PIK3CA突变(KRAS、NRAS、BRAF或PIK3CA突变)。有84.2%(629/747)的样本均检测到了突变(22个检测基因中的任意突变)。


在所有22个的基因中,最常见的突变基因是TP53(56.2%),其次是KRAS(48.6%)、PIK3CA(9.6%)、FXBW7(5.1%)、NRAS(4.7%)、SMAD4(3.7%)和BRAF(3.5%)。


研究者通过对数据的进一步分析,对我们如何选择合适的CRC样本进行NGS检测,给出了如下提示:

1、对样本中肿瘤细胞含量进行准确评估是至关重要的。

研究者根据肿瘤细胞含量将样本分为了三组:第1组(27例样本)肿瘤细胞含量为10%-19%;第2组(192例样本)肿瘤细胞含量为20%-30%;第3组(528个样本)肿瘤细胞含量>30%。研究发现,无论是从RAS、RAS/BRAF/PIK3CA突变,还是所有突变来看,第3组都比第1组的突变率高(p<0.05)。将活检样本和手术样本分组分析后,在前者中仍然得出了以上结论,但在后者中三组样本的突变检出率并没有统计学差异。


以上结果表明,大多数肿瘤细胞含量≥10%的手术样本都可适用于NGS检测。但在分析肿瘤细胞含量低的活检样本时,应特别注意假阴性的可能,特别是当样本很小,或伴有坏死、粘液湖、大量淋巴细胞或其它检测(如免疫组化)已有很多样本消耗者。


2、CRC的肿瘤细胞存在分子遗传学(突变)异质性。与RAS突变相比,肿瘤内异质性更易发生在PIK3CA突变的肿瘤中。

肿瘤的分子遗传学(突变)异质性对CRC患者的靶向治疗是一大挑战。研究者借鉴了Normanno等报道的异质性评分(heterogeneity score,HS)值来评估肿瘤内突变的异质性。


研究结果显示,PIK3CA的HS值明显低于KRAS、NRAS和BRAF。通过对RAS和PIK3CA同时突变的47例样本的分析发现,PIK3CA基因的突变丰度要显着低于相应的RAS基因的突变丰度。


这些数据表明,与RAS突变相比,肿瘤内异质性更可能发生在PIK3CA突变的肿瘤中。同时也支持RAS突变常发生在CRC的早期阶段,而PIK3CA突变可能发生在肿瘤进展期的理论。


3、原发性和转移性肿瘤的突变状态存在高度一致性,当转移肿瘤无法获得时,可用原发肿瘤替代检测。


研究的747个样本中,原发性肿瘤样本656个,转移性肿瘤样本91个,原发性和转移性肿瘤之间的突变状态并没有显示出差异。进一步分析非配对的原发性和转移性肿瘤之间的KRAS、NRAS、BRAF和PIK3CA突变的HS值,也没有观察到显着差异。


此外,分析11对原发灶和转移灶配对样本,11例配对样本中的10例突变状态相同。


4、化疗可能会影响CRC的突变状态。

对未进行化疗患者的624例样本及化疗后患者的105样本的分析发现,无论是RAS突变、RAS / BRAF / PIK3CA突变,还是含有任意突变的突变检出率,均是化疗前高于化疗后。由于化疗会杀死肿瘤细胞,降低肿瘤细胞含量而导致假阴性,所以进一步分析了肿瘤细胞比例>20%的样本,仍然可得出以上结论,提示化疗可能会影响CRC的突变状态。


对其中一个病例(case470)化疗前后的两个样本检测结果的分析显示,化疗后,之前的TP53突变消失,出现了另一个新的TP53突变,其原因可能与取样差异或化疗药物诱导基因变异有关,具体机制还需进一步研究。


综上所述,肿瘤细胞含量低、肿瘤异质性以及化疗都可能会影响NGS检测CRC基因变异的准确性,选择合适的样本是NGS检测的关键。此外,多区域、重复活检或使用循环肿瘤DNA动态监测可能有助于NGS更加准确的检测CRC中的突变。

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    如何选择一个合适的样本进行NGS检测?

    NGS.png

    中国医学科学院肿瘤医院病理科应建明主任研究团队新近在Cancer letter上发表的题为“Major challenges related to tumor biological characteristics in accurate mutation detection of colorectal cancer by next-generation sequencing”的一篇文章,对NGS检测CRC突变所遇到的样本选择问题进行了梳理和汇总,该文章可以为我们带来一些思考。


    文章回顾性研究了中国医学科学院肿瘤医院病理科的756例结直肠癌样本。其中9例样本由于肿瘤细胞比例过低(<10%)或DNA质量较差而舍弃。最终利用NGS技术,对747例样本进行了22个肿瘤相关基因(Ampliseq Colon and Lung Cancer Panel)的检测。747例样本中包括709例单一样本、22例来自11对原发灶和转移灶的配对样本、10例来自5对同一肿瘤不同蜡块的样本及6例来自3对化疗前后的配对样本。


    研究结果显示,53.0%(396/747)的样本,存在RAS突变(KRAS或NRAS突变)。在57.1%(431/747)的样本中发现了RAS/BRAF/PIK3CA突变(KRAS、NRAS、BRAF或PIK3CA突变)。有84.2%(629/747)的样本均检测到了突变(22个检测基因中的任意突变)。


    在所有22个的基因中,最常见的突变基因是TP53(56.2%),其次是KRAS(48.6%)、PIK3CA(9.6%)、FXBW7(5.1%)、NRAS(4.7%)、SMAD4(3.7%)和BRAF(3.5%)。


    研究者通过对数据的进一步分析,对我们如何选择合适的CRC样本进行NGS检测,给出了如下提示:

    1、对样本中肿瘤细胞含量进行准确评估是至关重要的。

    研究者根据肿瘤细胞含量将样本分为了三组:第1组(27例样本)肿瘤细胞含量为10%-19%;第2组(192例样本)肿瘤细胞含量为20%-30%;第3组(528个样本)肿瘤细胞含量>30%。研究发现,无论是从RAS、RAS/BRAF/PIK3CA突变,还是所有突变来看,第3组都比第1组的突变率高(p<0.05)。将活检样本和手术样本分组分析后,在前者中仍然得出了以上结论,但在后者中三组样本的突变检出率并没有统计学差异。


    以上结果表明,大多数肿瘤细胞含量≥10%的手术样本都可适用于NGS检测。但在分析肿瘤细胞含量低的活检样本时,应特别注意假阴性的可能,特别是当样本很小,或伴有坏死、粘液湖、大量淋巴细胞或其它检测(如免疫组化)已有很多样本消耗者。


    2、CRC的肿瘤细胞存在分子遗传学(突变)异质性。与RAS突变相比,肿瘤内异质性更易发生在PIK3CA突变的肿瘤中。

    肿瘤的分子遗传学(突变)异质性对CRC患者的靶向治疗是一大挑战。研究者借鉴了Normanno等报道的异质性评分(heterogeneity score,HS)值来评估肿瘤内突变的异质性。


    研究结果显示,PIK3CA的HS值明显低于KRAS、NRAS和BRAF。通过对RAS和PIK3CA同时突变的47例样本的分析发现,PIK3CA基因的突变丰度要显着低于相应的RAS基因的突变丰度。


    这些数据表明,与RAS突变相比,肿瘤内异质性更可能发生在PIK3CA突变的肿瘤中。同时也支持RAS突变常发生在CRC的早期阶段,而PIK3CA突变可能发生在肿瘤进展期的理论。


    3、原发性和转移性肿瘤的突变状态存在高度一致性,当转移肿瘤无法获得时,可用原发肿瘤替代检测。


    研究的747个样本中,原发性肿瘤样本656个,转移性肿瘤样本91个,原发性和转移性肿瘤之间的突变状态并没有显示出差异。进一步分析非配对的原发性和转移性肿瘤之间的KRAS、NRAS、BRAF和PIK3CA突变的HS值,也没有观察到显着差异。


    此外,分析11对原发灶和转移灶配对样本,11例配对样本中的10例突变状态相同。


    4、化疗可能会影响CRC的突变状态。

    对未进行化疗患者的624例样本及化疗后患者的105样本的分析发现,无论是RAS突变、RAS / BRAF / PIK3CA突变,还是含有任意突变的突变检出率,均是化疗前高于化疗后。由于化疗会杀死肿瘤细胞,降低肿瘤细胞含量而导致假阴性,所以进一步分析了肿瘤细胞比例>20%的样本,仍然可得出以上结论,提示化疗可能会影响CRC的突变状态。


    对其中一个病例(case470)化疗前后的两个样本检测结果的分析显示,化疗后,之前的TP53突变消失,出现了另一个新的TP53突变,其原因可能与取样差异或化疗药物诱导基因变异有关,具体机制还需进一步研究。


    综上所述,肿瘤细胞含量低、肿瘤异质性以及化疗都可能会影响NGS检测CRC基因变异的准确性,选择合适的样本是NGS检测的关键。此外,多区域、重复活检或使用循环肿瘤DNA动态监测可能有助于NGS更加准确的检测CRC中的突变。