背景：
鉴于癌症死亡率通常是晚期诊断的结果，因此早期发现领域的努力对于减少癌症相关死亡和改善患者结局至关重要。越来越多的证据表明，在侵袭性癌症患者中，转移是一个早期事件，往往在临床上发现原发病灶之前就发生了转移。转移通常是由癌细胞通过血液循环扩散到远处的非恶性组织形成的，称为循环肿瘤细胞(CTC)。CTC已在早期癌症患者中检测到，由于其与转移相关，可能提示存在侵袭性疾病，因此为此类患者提供了一种可能的方法，以加快诊断和启动治疗，同时避免对生长缓慢、惰性肿瘤的过度诊断和过度治疗。CTC作为早期诊断工具的效用已经进行了研究，但还需要进一步提高CTC的检测效率。
简介：
2023年6月2日，来自伦敦玛丽女王大学巴茨癌症研究所生物标志物和治疗中心的Yong-Jie Lu教授课题组在Nat Rev Clin Oncol（IF: 65.0）杂志上发表题为“Circulating tumour cells for early detection of clinically relevant cancer”的文章[1]。在这篇文章中，作者讨论了癌细胞早期血行播散的临床意义，CTC促进临床相关癌症早期检测的潜力，以及可能改善CTC捕获，从而提高这一情况下诊断性能的技术进步。
主要结果：
癌症转移。
继发部位的转移性定植是由癌细胞积累影响基因的改变所启动的，这些改变影响了癌症的特征，支持这些细胞的迁移、侵袭、生存和最终超出其组织来源的生长。转移级联反应始于原发肿瘤细胞对周围微环境的局部侵袭，随后跨越内皮屏障，进入血液或淋巴系统。进入循环后，循环肿瘤细胞(CTC)随血液被携带到身体其他部位，在那里它们可以外渗、增殖并形成转移病灶(图1)。
癌细胞可以发生上皮-间充质转化(EMT)，以促进其脱离原发肿瘤并进入血液循环。EMT包括上皮特性的丧失，如黏附分子E-cadherin的下调，以及间质特性的获得，如细胞骨架蛋白vimentin的表达。波形蛋白(Vimentin)在乳腺癌、肝外胆管癌等多种恶性肿瘤中过表达，并与癌细胞的侵袭和转移相关。
癌细胞早期播散。
癌细胞扩散发生较早，但通常发现较晚。
转移通常是在癌症发展的晚期发现的，此时癌细胞已经进化到在主要起源器官之外形成巨大的肿瘤负荷，这通常妨碍治疗，导致生存期短。然而，许多癌症患者直到最初诊断后数年才死于转移性疾病，有几行证据表明癌细胞播散可能是肿瘤发生的早期事件。在20世纪50年代以来的早期工作中，基于细胞增殖率的计算表明，直径小至5 mm的原发肿瘤可以在被发现前数月甚至数年转移到多个部位。利用二代测序技术测量原发肿瘤和转移性肿瘤之间基因组差异的研究提示，在发现原发肿瘤之前的早期微转移是许多人类癌症的共同特征。
癌细胞的休眠可以解释较晚发现转移的原因。
DTC的休眠可能是发现转移较晚、癌细胞播散较晚的主要原因。DTC休眠期间的细胞增殖指数通常较低(通过Ki67染色评估)，被描述为G0-G1期有丝分裂停滞的状态，从这一状态开始，细胞有能力恢复增殖特征并建立明显的转移病灶，通常在多年后。即使在原发肿瘤手术切除后，也可脱离休眠期。例如，约40%接受根治性前列腺切除术的前列腺癌患者出现生化复发，这提示在手术时存在DTCs或检测不到的微转移。在原发肿瘤切除多年后检出的dtc必须在表面上成功的手术治疗之前释放到循环中，在后期形成隐匿性微转移。
循环肿瘤细胞。
CTCs是从实体瘤脱落并进入循环的癌细胞。如前所述，它们有能力在不同的解剖部位外渗，并形成明显的转移病灶。虽然CTC的存在已有150多年的历史，但直到过去几十年，才有了先进的技术来进行CTC的实验研究和评估其生物标志物的效用。基于抗上皮细胞黏附分子(EpCAM)抗体的CTC捕获技术在CTC作为生物标志物的初步临床应用中发挥了重要作用，其中CELLSEARCH平台是第一个被FDA批准用于临床的CTC检测技术。然而，在分离CTC时，考虑到EpCAM的表达通常在EMT过程中减少，因此EMT现象很重要。因此，非表位依赖的分离策略可能更有效地分离出所有亚型的CTC。例如，利用基于细胞大小的Parsortix分离系统，已在前列腺癌患者中鉴定出具有上皮和间质特征的CTC。
CTC在癌症早期检测中的应用。
关于CTC的早期研究没有探索其在早期癌症诊断中的效用，原因是CTC最初被认为是晚期癌症的特征，以及检测这种稀缺细胞的技术的局限性。然而，有证据提示，癌细胞的局部侵袭和内渗过程可能在数小时内迅速发生，因此CTC检测可能先于临床癌症诊断。这一可能性得到了基因工程PLCY小鼠胰腺上皮内瘤变和胰腺导管腺癌模型数据的支持，在这些模型中，荧光标记的转基因胰腺上皮细胞在循环中可检测到，并且在通过组织病理学和荧光成像检测到明确的胰腺肿瘤之前种植到肝脏。
CTCs的分子特征。
除了提高我们分离和/或检测CTCs的能力之外，对CTCs的进一步分子特征分析可能提高使用这些细胞区分有临床意义和无临床意义的惰性癌症的可能性。识别不同的CTC亚群，例如区分休眠和增殖的CTC，以及与不同免疫细胞相关的CTC，可能具有临床意义。在实践中，这一方法可能涉及在CTC簇分析和/或CTC簇RNA测序(与单个CTC相比)中添加免疫特异性标志物，以确定与CTC相关的免疫细胞类型，以及这些相互作用对特定细胞通路，进而对转移潜能产生何种影响。标准的免疫荧光分析受到可同时测量的标志物数量的限制;因此，多重免疫荧光分析(例如MACSima成像循环染色技术)或质谱细胞术等新技术可能有用。成像质谱细胞术利用与抗体偶联的金属同位素同时分析多达42个标记。因此，该平台有潜力提供关于单个CTC、CTC-CTC簇和CTC-免疫细胞簇的额外表型信息，以进一步完善其临床应用。其他替代技术，包括结合了流式细胞术和荧光显微镜原理的成像细胞术，也提供了测量CTC的多种分子标志物的潜力，因此可能使我们能够在早期检测环境中识别侵袭性癌症的新型生物标志物。需要进一步开发单细胞分析技术，以降低其成本和复杂性，以促进其临床应用。
将CTC与其他生物标志物联合用于早期癌症检测。
血液是发现癌症生物标志物的丰富来源。在血液采样的基础上，CTCs作为早期癌症检测工具的效用可能通过与血液中其他生物标志物的联合进一步提高，其中包括循环蛋白、循环无细胞肿瘤DNA (ctDNA)、微小RNA (miRNA)、细胞外囊泡和免疫细胞亚群，这些生物标志物相对于CTCs各有优缺点。
血浆ctDNA的高通量靶向DNA甲基化测序在癌症诊断中显示出前景，有可能用于早期多癌检测和原发肿瘤部位的预测。由于miRNA的表达谱在癌症中经常失调，因此miRNA也显示出作为早期癌症检测工具的潜力。将这些生物标志物与CTC检测相结合可能提高检测的敏感性和特异性。例如，在预测早期三阴性乳腺癌患者的无病生存期方面，CTC检测和ctDNA定量联合应用显示出更高的灵敏度(与每种生物标志物单独应用相比)。CTC和ctDNA检测的联合检测可能也有助于CRC的管理和原发性肺癌的检测。
结论和展望：
在这一快速发展的领域，对早期癌症扩散和转移过程的了解已经取得了巨大进展。微转移可以在肿瘤发生的早期形成，越来越多的证据表明CTC可以在侵袭性癌症发展的早期阶段检测到。因此，CTC在癌症早期检测中具有巨大的潜力，能够识别有临床意义的肿瘤，同时避免惰性疾病的过度诊断。目前的挑战在于开发技术，以可靠地获取和分析这些稀缺但有影响的细胞。随着技术的进一步发展，特别是能够在方便的时间通过无创或微创的大量血液采样来高灵敏度地检测CTC，我们期待CTC分析将成功地应用于改变早期癌症检测的范式，从而显著改善癌症患者的预后。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41571-023-00781-y
转自：“生物医学科研之家”微信公众号
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