Предсказательные биомаркеры при колоректальном раке (обзор литературы)

Колоректальный рак (КРР) является третьим наиболее распространенным злокачественным заболеванием в мире. Стадия заболевания, по-прежнему является наиболее важным прогностическим фактором. В последнее десятилетие проблема метастатического колоректального рака стала особенно актуальной, что обусловлено не только увеличением числа метастатических форм опухолей толстой и прямой кишки, но и внедрением высокотехнологичных методов лечения, которые значительно улучшили результаты 5-летней выживаемости. На ряду с успехами терапии, понимание геномики КРР, благодаря широкому использованию секвенирования следующего поколения, предоставило возможность оптимального выборатерапевтическихопций.

Так микросателлитная нестабильность прогностический маркер ответа на иммунотерапию при солидных опухолях, гены пути митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) KRAS, NRAS и BRAF представляющие собой важные молекулярные мишени, которые могут служить в качестве независимых прогностических биомаркеров при КРР, определяя кандидатов на потенциально выгодное лечение ингибиторами эпидермального фактора роста. Анализ бесклеточной ДНК, циркулирующих опухолевых клеток (ЦОК) и / или микроРНК может предоставить полезную информацию в ранней диагностике КРР, определить минимальное остаточное заболевание, оценить риск рецидива, отобрать пациентов, подходящих для новых таргетных агентов.

Таким образом определение потенциальных биомаркеров и выбор терапевтических мишеней является приоритетным направлением клинической онкологии.

Введение: Рак ободочной и прямой кишки, или колоректальный рак (КРР) является третьим по распространенности раком в мире, ежегодно диагностируется около 1,4 миллиона новых случаев колоректального рака[1].По оценкам экспертов в Соединенных Штатах, заболеваемость на 2018 год составляет более 140 000 новых случаев, а смертность ежегодно превышает 50 000 [2].В

Казахстане заболеваемость раком ободочной кишки составила 1706 случаев за 2016 год, или 9,6 на 100тысяч населения, раком прямой кишки 1452 случаев, или8,2 на 100 тысяч населения. Удельный вес IV стадии рака ободочной кишки 14,7%, рака прямой кишки 12,3%[3].

За последние 30 лет выживаемость больных КРР увеличилась благодаря введению программ скрининга, разработке новых таргетных агентов;тем не менее, 5летняя относительная выживаемость от КРР остается только 68%, что требует поиска новых и более эффективных методов лечения [4].Следует отметить, что среди пациентов, перенесших хирургическое лечение по поводу КРР, примерно у одной трети возникает рецидив заболевания, тем самым подчеркивается важность разработки биомаркеров для идентификации пациентов, потенциально пригодных для послеоперационного лечения [5]. На текущий момент предполагаемая 5-летняя выживаемость от метастатического КРР составляет всего около 13% [6].

Факторы риска, связанные с частотой возникновения КРР, включают пожилой возраст, мужской пол, образ жизни, воспалительные заболевания кишечника и семейную историю КРР.Это в основном спорадически, хотя приблизительно 20-30% пациентов имеют наследственные мутации [7,8].

КРР многофакторное заболевание, возникающее вследствие генетических сбоев, эпигенетических изменений в ряде онкогенов, генов-супрессоровопухолей, а также генов, регулирующих клеточный цикл в клетках слизистой оболочки толстой кишки. Эти молекулярные изменения рассматриваются как потенциальные биомаркеры КРР, предоставляющие врачам диагностическую, прогностическую информацию о реакции на лечение [9].

Цель данного обзора состоит в том, чтобы определить релевантные, доступные и применимые биомаркеры, способствующие принятию решений по ведению пациентов, что приведет к прямым выгодам для пациентов и государства в том, числе.

У млекопитающих существует сложная система, исправляющая нарушения в ДНК, которые возникают достаточно часто. Одним из таких механизмов является система репарации неспаренных оснований ДНК (mismatchrepairsystem MMR), которая ответственна за распознавание и удаление неправильно спаренных оснований, образованных в результате ошибок в процессе репликации ДНК. За работу системы репарации неспаренных оснований ДНК отвечают 6 генов: MSH2, MLH1, PMS2, MSH3, MSH6 и MLH3. Наличие герминальных мутаций в этих генах приводит к развитию синдрома Линча. Чаще встречается другой, ненаследственный механизм формирования дефицита MMR (dMMR), в подавляющем большинстве случаев заключающийся в метилированиипромотера MLH1 в самой опухоли. В результате dMMR появляется большое число мутаций со сдвигом рамки считывания, что приводит к формированию стоп-кодонов и синтезу нефункциональных белков.

Микросателлиты представляют собой короткие последовательности в ДНК из 1-5 оснований, повторяющиеся до нескольких десятков раз. Микросателлиты встречаются и в норме, однако при dMMR их число увеличивается, что и может быть выявлено. Такимобразом, понятия dMMR и микросателлитная нестабильность (MSI) описывают один и тот же процесс и в подавляющем большинстве случаев являются тождественными.

Определение микросателлитной нестабильности становится все более востребованным тестом при ряде опухолей прежде всего, при колоректальном раке, раке эндометрия, раке желудка и тонкой кишки. Во-первых, определение MSI является скрининговым тестом для диагностики синдрома Линча. Это важно не только для самого пациента, но и для членов его семьи. Несмотря на наличие клинических критериев (Амстердамские критерии), позволяющих заподозрить синдром Линча, у 4050% пациентов с данным заболеванием они отсутствуют. Во-вторых, опухоли с MSI имеют ряд особенностей, позволяющих дифференцированно подходить к их лечению. Так, при II стадии КРР наличие MSI свидетельствует о благоприятном прогнозе и в большинстве случаев о возможности отказа от проведения адъювантной химиотерапии. У пациентов с MSI малоэффективна адъювантная химиотерапия фторпиримидинами в монорежиме, что требует обязательного применения схем с включением оксалиплатина (XELOX или FOLFOX). В то же время у пациентов с IV стадией наличие MSI является неблагоприятным прогностическим признаком, что может быть связано с наличием мутации в гене BRAF у каждого третьего пациента. В-третьих, недавно было показано, что опухоли с MSI обладают уникальной чувствительностью к иммунотерапии ингибиторами контрольных точек [11,12]. На сегодняшний день рекомендовано оценивать MSI статусво всех вновь диагностированных случаях КРР. Тест на микросателитную нестабильность относительно прост, доступен и может быть выполнен на ретроспективном (архивном) биологическом материале [11,12].

Микросателлитная нестабильность определяется классическими методом ПЦР, которая амплифицирует микросателлитные повторы в ДНК, и путем сравнения их длины между опухолевыми и нормальными клетками определяется уровень нестабильности генома. Чаще применяется модель из 5 маркеров на мононуклеотидные (BAT26, BAT25) и двунуклеотидные последовательности (D2S123, D5S346, D17S250). Посредством сравнения с нормальной тканью (чаще кровью) выделяются 3 варианта MSI: MSI-Н (высокий уровень MSI), когда >2 маркеров нестабильны, MSI-L (низкий уровень MSI), когда нестабилен 1 маркер, и MSS (стабильный уровень), когда стабильны все маркеры. Значение низкого уровня MSI до сих пор четко не установлено, и этих пациентов расценивают как больных с MSS опухолями.

Вторым вариантом диагностики dMMR является иммуногистохимическое исследование (ИГХ), когда в опухоли изучается экспрессия белков MSH2, MLH1, PMS2, MSH6. В случае отсутствия окрашивания хотя бы одного белка устанавливается дефицит MMR.

Обе методики демонстрируют высокую (>95%) конкордантность и являются в сложных случаях взаимодополняющими, так как существуют редкие варианты нарушения MMR, диагностируемые только ПЦР или только ИГХ. В последние годы появилась возможность определять MSI помощью секвенирования следующего поколения (NGS), когда при секвенировании сотней генов удается выявлять и микросателлитные повторы, при этом не требуется в качестве образца нормальная ткань пациента.

Эта важная клиническая информация, имеющая прогностическую ценность в качестве маркера скрининга для выявления синдрома Линчау пациентовс ранними стадиями КРР, предсказывающая ответ на иммунотерапию у пациентов с IV стадией заболевания [13].

В последнее время активно изучаются и циркулирующие опухолевые клетки(ЦОК)при злокачественных опухолях, в том числе и при колоректальном раке. Циркулирующие опухолевые клетки происходят из клонов первичной опухоли и представляют собой клетки эпителиального происхождения, которые определяются в периферической крови больных с различными формами солидного рака.Циркулирующие клетки не вступают в клеточный цикл (находятся в фазе покоя G0), не пролиферируют и потому не подвергаются апоптозу и действию цитотоксических агентов. Они могут циркулировать в виде единичных клеток или объединяться в кровотоке в циркулирующие опухолевые микроэмболы (феномен «коллективной миграции»). Микроэмболы имеют высокий пролиферирующий потенциал, устойчивы к апоптозу и обладают свойствами агрессивного метастазирования. Опухолевые микроэмболы не могут покинуть просвет сосуда экстравазацией, но вызывают опухолевую эмболию, стенки капилляра в просвете сосуда при метастатических опухолевые клетки пермеацию в с последующей и интерстиции. формах ракасосуде, разрыв пролиферацией Установлено, что циркулирующие обнаруживаются у 70% больных, при локализованных у 30-40%. Обнаружение циркулирующих опухолевых клеток у больных после завершения адъювантной химиотерапии свидетельствует о развитии прогрессирования заболевания в 70% случаев [14,15].Современные технологии позволяют определять и их фенотип, который, как показали исследования, может отличаться от фенотипа клеток первичной опухоли и который необходимо учитывать при планировании схемы и режима противоопухолевой терапии [16]. Изучение ЦОК представляет собой вариант «жидкостной биопсии», позволяющей в ранние сроки предсказывать рецидив рака, прогнозировать течение болезни, осуществлять мониторинг эффективности терапии.

Гены пути митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) KRAS, NRAS и BRAF представляют важные молекулярные мишени и могут служить в качестве независимых прогностических биомаркеров при КРР, выявляяпациентов, которые получат выгоду от лечения таргетными агентами против эпидермального фактора роста (EGFR). В 60-80 % случаев КРР отмечена гиперэкспрессия рецепторов эпидермального фактора роста [17,18]. Сигнал через рецептор от эпидермального фактора роста (EGF) передается через ряд внутриклеточных белковых молекул, включая RAS-RAFMEK-ERK и PI3K-Akt-mTOR, на геном клетки и оказывает влияние на такие клеточные процессы, как дифференцировка, пролиферация, миграция, ангиогенез, апоптоз. Одними из таких молекул-передатчиков являются белки KRAS и NRAS. При наличии активирующей мутации в этих генах, имеющей место у 50-60 % больных, нарушается работа данного сигнального пути, и применение моноклональных антител к EGFR становится неэффективным [19-21].

Суммируя данные различных исследований мутация в гене BRAF довольно часто встречаемое событие в опухолях различной локализации, у больных с метастатическим КРР в среднем выявляются у 10 % пациентов. Наиболее частый вариант мутации КРР V600E. Мутации в гене BRAF и KRAS события взаимоисключающие.В литературе встречаются сообщения о сочетанных мутациях в генах KRAS и BRAF в одной опухоли, но зачастую в гене BRAF характер мутации отличается от наиболее распространенного V600E [22,23]. Отмечена связь наличия мутации в гене BRAF и состояния системы репарации неспаренных оснований ДНК. При микросателлитной нестабильности частота мутаций гена BRAF доходит до 50 %, тогда как при микросателлитно стабильных опухолях присутствие мутации в гене событие крайне редкое [24].При этом только в последнем случае наличие мутации в гене BRAF ассоциировано с низкими показателями выживаемости при ранних стадиях болезни [25, 26].

Отметим, что для больных с мутацией в гене BRAF характерны такие клинические признаки как: женский пол, старший возраст, локализация первичной опухоли в правых отделах толстой кишки, муцинозныйгистотип, низкая степень дифференцировки опухоли, сочетание с микросателлитной нестабильностью и гиперметилированием генов [27]. Мутация в гене BRAF при раке прямой кишки событие казуистическое и встречается в 0-2 % случаев [28, 29]. При метастатической болезни частота выявления микросателлитной нестабильности составляет порядка 2 % [30], тогда как частота выявления мутаций в гене BRAF 3,2-14,9 %. Практически во всех исследованиях показан неблагоприятный прогноз течения болезни при наличии мутации в данном гене. При этом медиана продолжительности жизни у данной группы больных при стандартной ХТ не превышает 15 месяцев [31,32,33].

Таким образом, КРР с мутацией в гене BRAF имеет прогностически неблагоприятное течение. Данные по предикторным свойствам в отношении эффекта анти-EGFR препаратов противоречивы. Однако определение статуса гена BRAF наряду с KRAS позволит провести более правильный отбор пациентов на терапию анти-EGFR моноклональными антителами. Комбинирование применение ингибиторов EGFR, BRAF, MEK показывает обнадеживающие результаты, и введение еще одного биомаркера наряду с генами KRAS и NRAS позволит усилить персонализированный подход в терапии КРР.

Заключение:Резюмируя выше сказанное, важным аспектом в современной клинической онкологии является внедрение в практику молекулярных детерминант, оптимизирующих выбор цитостатических и других лечебных препаратов, позволяющих персонализировать лекарственную терапию колоректального рака, а также вести поиск новых и более эффективных методов лечения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Torre, L.A.; Bray, F.; Siegel, R.L.; Ferlay, J.; Lortet-Tieulent, J.; Jemal, A. Global cancer statistics, 2012 // CA. Cancer. J. Clin. 2015. №65. Р. 87-108.
2. Siegel, RL.; Miller, K.D.; Jemal A. Cancer statistics, 2018 // CA. Cancer. J. Clin. 2018. №68. Р. 7-30.
3. Показатели онкологической службы республики Казахстан за 2016 год. (статистические материалы). Алматы: 2017. 87 с.
4. Australian Institute of Health and Welfare (AIHW) Cancer in Australia 2017. Available online URL: https://www.aihw.gov.au/reports/cancer/cancer-in-australia-2017/ (accessed on 3 February 2017).
5. Kievit, J.; Bruinvels, DJ. Detection of recurrence after surgery for colorectal cancer // Eur. J. Cancer. 1995. №31. Р. 1222-1225.
6. The Surveillance, Epidemiology, and End Results (SEER) Program. (National Cancer Institute, 2008-2014). Available online URL: https://seer.cancer.gov/statfacts/html/colorect.html (accessed on 10 September 2018).
7. da Silva, F.C.; Wernhoff, P.; Dominguez-Barrera, C.; Dominguez-Valentin, M. Update on Hereditary Colorectal Cancer // Anticancer. Res. 2016. №36. Р. 399-405.
8. Peters, U.; Bien, S.; Zubair, N. Genetic architecture of colorectal cancer // Gut. 2015. №64. Р. 1623-1636.
9. Mahasneh A., Al-Shaheri F., Jamal E. Molecular biomarkers for an early diagnosis, effective treatment and prognosis of colorectal cancer: Current updates //Experimental and molecular pathology. 2017. Т. 102., №3. Р. 475-483.
10. Ward, R.; Meagher, A.; Tomlinson, I.; O'Connor, T.; Norrie, M.; Wu, R.; Hawkins, N. Microsatellite instability and the clinicopathological features of sporadic colorectal cancer // Gut. 2001. №48. Р. 821-829.
11. Adlard J.W., Richman S.D., Seymour M.T., Quirke P. Prediction of the response of colorectal cancer to systemic therapy // Lancet Oncol. -
12. Lawes D.A., SenGupta S., Boulos P.B. The clinical importance and prognostic implications of microsatellite instability in sporadic cancer // Europ. J. Surg. Oncol. 2003. Vol. 29. P. 201-212.
13. Zarkavelis, G.; Boussios, S.; Papadaki, A.; Katsanos, KH.; Christodoulou, DK.; Pentheroudakis, G. Current and future biomarkers in colorectal cancer // Ann. Gastroenterol. 2017. №30. Р. 613-621.
14. Кит О.И., Новикова И.А., Бахтин А.В., Никипелова Е.А., Шатова Ю.С., Габараева В.М., Нистратова О.В. Первый опыт детекции циркулирующих опухолевых клеток в периферической крови // Международный журнал экспериментального образования. 2013. №11-2. С. 37-39.
15. Bzhadug O.B., Tjuliandin S.A., GrivtsovaL.Yu. The prognostic value of circulating tumor cells in blood of patients with advanced breast cancer // Haematopoiesis Immunology. 2007. № 4. Р. 73-101.
16. Alix-Panabieres C., Pantel K. Detection and characterization of disseminating cancer cells in patients with solid epithelial malignancies // Haematopoiesis Immunology. 2012. Vol. 10, № 1. P. 79-93.
17. Mendelsohn J., Baselga J. Status of epidermal growth factor receptor antagonists in the biology and treatment of cancer // J ClinOncol. 2003. №21(14). Р. 2787-2799
18. Mayer A., Takimoto M., Fritz E. et al. The prognostic significance of proliferating cell nuclear antigen, epidermal growth factor receptor, and mdr gene expression in colorectal cancer // Cancer. 1993. №71(8). Р. 2454-2460.
19. Custodio A., Feliu J. Prognostic and predictive biomarkers for epidermal growth factor receptor-targeted therapy in colorectal cancer: Beyond KRAS mutations // Crit Rev Oncol Hematol. 2013. №85(1). Р. 45-81.
20. Di Fiore F., Blanchard F., Charbonnier F. et al. Clinical relevance of KRAS mutation detection in metastatic colorectal cancer treated by cetuximab plus chemotherapy // Br J Cancer. 2007. №96. Р. 1166-1169.
21. Lievre A., Bachet J.B., Boige V. et al. KRAS mutations as an independent prognostic factor in patients with advanced colorectal cancer treated with cetuximab // J ClinOncol. 2008. №26. Р. 374-379
22. Samowitz W.S., Sweeney C., Herrick J. et al. Poor survival associated with the BRAF V600E mutation in microsatellite-stable colon cancers // Cancer Res. 2005. №65(14). Р. 6063-6070.
23. Barault L., Veyrie N., Jooste V. et al. Mutations in the RAS-MAPK, PI(3)K (phosphatidylinositol-3-OH kinase) signaling network correlate with poor survival in a population-based series of colon cancers // Int J Cancer. 2008. №122(10). Р. 2255-2259.
24. Tie J., Gibbs P., Lipton L. et al. Optimizing targeted therapeutic development: analysis of a colorectal cancer patient population with the BRAFV600E mutation // Int J Cancer. 2011. №128. Р. 2075-2084.
25. Roth A., Tejpar S., Delorenzi M. et al. Prognostic role of KRAS and BRAF in stage II and III resected colon cancer: results of the translational study on the PETACC-3, EORTC 40993, SAKK 60-00 trial // J ClinOncol. 2009. №28. Р. 466-474.
26. Roth A., Klingbiel D., Yan P. et al. Molecular and clinical determinants of survival following relapse after curative treatment of stage II-III colon cancer (CC): results of the translational study of PETACC 3-EORTC 40993-SAKK 60-00 trial // J ClinOncol. 2010. №28. Р. 3544.
27. Zlobec I., Bihl M.P., Schwarb H. et al. Clinicopathological and protein characterization of BRAFand K-RASmutated colorectal cancer and implications forprognosis // Int J Cancer. 2010. №127(2). Р. 367-380.
28. Tie J., Gibbs P., Lipton L. et al. Optimizing targeted therapeutic development: analysis of a colorectal cancer patient population with the BRAFV600E mutation // Int J Cancer. 2011. №128. Р. 2075-2084.
29. Pinheiro M., Ahlquist T., Danielsen S.A. et al. Colorectal carcinomas with microsatellite instability display a different pattern of target gene mutations according to large bowel site of origin // BMC Cancer. 2010. №10. Р. 587-594.
30. Koopman M., Kortman G.A., Mekenkamp L. et al. Deficient mismatch repair system in patients with sporadic advanced colorectal cancer // Br J Cancer. 2009. №100. Р. 266-273.
31. Yuan Z.X., Wang X.Y., Qin Q.Y. et al. The prognostic role of BRAF mutation in metastatic colorectal cancer receiving antiEGFR monoclonal antibodies: a metaanalysis // PLoS One. 2013. №8(6). Р. 86-94.
32. Mao C., Liao R.Y., Qiu L.X. et al. BRAF V600E mutation and resistance to anti-EGFR monoclonal antibodies in patients with metastatic colorectal cancer: a meta-analysis // MolBiol Rep. 2011. №38(4). Р. 2219-2223.
33. Xu Q., Xu A.T., Zhu M.M. et al. Predictive and prognostic roles of BRAF mutation in patients with metastatic colorectal cancer treated with anti-epidermal growth factor receptor monoclonal antibodies: a metaanalysis // J Dig Dis. 2013. №14(8). Р. 409-416.