Нужно ли каждому онкологическому пациенту комплексное геномное тестирование — анализ NGS?

Рак и геномная медицина

Рак — заболевание с генетической основой, поэтому изменения в наших генах могут влиять на его возникновение и развитие. В последние годы благодаря технологическому прогрессу и достижениям генетики у онкологических пациентов всё чаще проводят секвенирование опухолевой ДНК. Это существенно помогает определять новые подходы к лечению. Однако некоторые исследователи сомневаются, сможет ли каждый онкологический пациент получить от этого пользу.

Проект «Геном человека» и технологии секвенирования ДНК

С момента начала проекта «Геном человека»технологии сильно изменились. Этот проект стал крупным достижением науки: в шести статьях, опубликованных в журнале Science в 2002 году, объявили об «окончательной» последовательности человеческой ДНК, содержащей примерно 3,2 миллиарда нуклеотидных оснований. Работу выполнили с помощью усовершенствованного метода секвенирования ДНК, известного как секвенирование по Sanger.

Секвенирование ДНК — метод определения точного порядка нуклеотидов, или «оснований», в цепи ДНК. Многие генетики считают секвенирование по Sanger золотым стандартом, поскольку оно позволяет с высокой точностью определять конкретные мутации, перестройки и варианты — изменения — в исследуемых генах. Однако этот процесс сосредоточен лишь на одном фрагменте ДНК и может быть дорогостоящим и длительным.

Разработанные позднее методы секвенирования позволяют точно читать более длинные участки генетического кода. Это заполнило пробелы в геноме человека, оставшиеся незамеченными на фоне воодушевления первыми результатами проекта «Геном человека». Однако быстрее всего в практику врачей и пациентов вошло секвенирование нового поколения, или NGS.

Массовый параллелизм: секвенирование нового поколения

NGS позволяет одновременно секвенировать миллионы фрагментов ДНК, благодаря чему сотни и даже тысячи генов можно одновременно проверять на мутации или биомаркеры. На языке геномики NGS — это «высокопроизводительный» метод секвенирования.

В онкологии геномное профилирование NGS привнесло новые подходы к лечению. Например, NGS помогает выявлять уязвимости опухолевых клеток, что привело к разработке таргетных препаратов, таких как ингибиторы тирозинкиназ, а также определять в связанных с раком генах наследственные мутации, например в BRCA1 и BRCA2, что привело к применению ингибиторов PARP для лечения.

Сегодня многие онкологи регулярно назначают панели NGS как метод генетической диагностики и помощь в планировании лечения, чтобы выявить движущие факторы рака или уязвимости, на которые можно воздействовать терапией.

Рутинное секвенирование и его влияние на пациентов

Стоимость и сроки выполнения NGS в последнее десятилетие постоянно сокращаются. Некоторые онкологические центры назначают эти тесты всем пациентам с раком, например институт Dana-Farber в США. Однако необходимо признать, что секвенирование, которое одни считают необходимым, для других может быть недоступным или непосильным по стоимости.

В 2013 году профилирование экспрессии генов стоило около 400 долларов. Спустя десятилетие, по данным генетической компании Illumina, стоимость профилирования экспрессии генов в одном образце с проверкой 65 мишеней снизилась до менее чем 25 долларов. Однако дело не только в цене теста: биоинформатическая интерпретация результатов не менее важна, чем сама технология.

Полезно или нет? Спорное применение NGS

Однако в недавней статье испанские исследователи утверждают, что, хотя NGS полезно многим онкологическим пациентам, пользу могут получать не все.

Доктор Ramon Colomer и коллеги из Universidad Autónoma de Madrid и Hospital Universitario La Princesa в Мадриде, Испания, в исследовании, опубликованном онлайн в eClinical Medicine, обнаружили небольшое влияние NGS на результаты лечения пациентов.

Это было наблюдательное исследование 139 онкологических пациентов, опухоли которых исследовали методом NGS в период с 2017 по 2020 год.

Маленькие шансы, большие выигрыши

Исследователи обнаружили, что в 111 из 139 случаев между пациентами с лекарственными мишенями, выявленными NGS, и пациентами без таких выявленных мишеней по показателю выживаемости без прогрессирования (PFS) не было значимых различий.

Кроме того, значимых различий PFS не выявили между пациентами, получавшими и не получавшими конкретный препарат на основании результатов NGS, а также между опухолями, подходящими или не подходящими для таргетного воздействия по шкале клинической применимости ESMO (Европейского общества медицинской онкологии), ESCAT.

Вместе с тем значимая разница отмечалась, когда NGS выполняли на основании предположения врача о возможной клинической пользе.

У пациентов из предложенных категорий, в которых тест считался полезным, медиана выживаемости без прогрессирования составляла 319 дней. Эти категории включали распространённый немелкоклеточный рак лёгкого и рак толстой кишки, а также злокачественную меланому с молекулярными маркерами для первоначального лечения.

Однако у пациентов, для которых NGS считали неполезным, то есть при быстро прогрессирующем раке, короткой ожидаемой продолжительности жизни, плохом функциональном статусе или распространённом раке без стандартных вариантов терапии, медиана PFS составляла лишь 123 дня.

Исследователи также определили, что NGS не требуется при ранних стадиях рака, для которых существует радикальное лечение, и при опухолях со стандартным лечением, не требующим генетического профилирования.

Ведущий автор статьи Colomer и коллеги написали: «Наши данные показывают, что результаты применения NGS в реальной практике существенно помогают принимать клинические решения, например у пациентов с распространённым раком, для которых обычно нужны многочисленные генетические маркеры, при редких распространённых опухолях или при отборе в молекулярные клинические исследования. Однако у пациентов с низким общим функциональным статусом, быстро прогрессирующим раком, короткой ожидаемой продолжительностью жизни или без стандартных вариантов лечения NGS, по-видимому, не приносит пользы».

Другой исследователь из Dana-Farber, доктор Nilay Sethi, не участвовавший в работе, считает подход авторов слишком жёстким: даже при небольшой вероятности пользы секвенирование может выявить ранее не ожидавшиеся мишени, доступные для терапевтического воздействия.

Sethi сказал: «Мне было бы трудно сказать пациенту: „Мы не думаем, что секвенирование будет вам полезно“.» И добавил: «Даже ради этого небольшого процента случаев, когда информация о последовательности может привести к выбору препарата со значительной активностью, я секвенирую опухоль пациента.»

Он также отметил, что генетические панели постоянно совершенствуются, а выявление ранее неизвестных или неожиданных изменений и мишеней имеет реальную клиническую ценность для улучшения помощи в ближайшем будущем.

Sethi сказал: «Мне кажется, что с точки зрения секвенирования всё движется в положительном направлении».

*

Важные этапы молекулярной генетики и геномики человека — краткая история

Сокращения: Cas9 — CRISPR-ассоциированный белок 9 / CRISPR — кластерные регулярно расположенные короткие палиндромные повторы / ИГП — проект «Геном человека» / NIH — Национальные институты здоровья США

• 1973 — Herbert Boyer и Stanley Cohen разработали технологию рекомбинантной ДНК.
• 1977 — Walter Gilbert и Fredick Sanger открыли методы секвенирования ДНК.
• 1983 — Kary Mullis изобрёл метод полимеразной цепной реакции (PCR).
  James Gusella и Nancy Wexler молекулярно картируют первый связанный с заболеванием ген на хромосоме человека.
• 1986 — Leroy Hood изобрёл автоматизированный секвенатор ДНК.
• 1990 — NIH и Министерство энергетики запускают проект «Геном человека» (ИГП).
• 1994 — достигнуты цели ИГП по картированию генетики человека. 
• 1995 — достигнуты цели ИГП по картированию генетики человека.
• 1996 — ИГП начинает испытывать стратегии масштабного секвенирования генома человека.
• 1997 — в рамках договорённостей, получивших название «Бермудские принципы», исследователи ИГП одобрили быстрое общедоступное опубликование данных геномных последовательностей без ограничений использования.
• 2001 — международный консорциум ИГП публикует первый черновой вариант последовательности генома человека; группа J. Craig Venter в Celera Genomics публикует другую версию последовательности.
• 2002 — запускается Международный проект HapMap для сбора данных о генетических вариациях человека, которые можно использовать для ускорения выявления генов, связанных с распространёнными заболеваниями.
• 2003 — ИГП завершается на два года раньше намеченного срока, создав референсную последовательность генома человека.
• 2006 — NIH запускает «Атлас ракового генома» (TCGA) для молекулярной характеристики более 20000 образцов, охватывающих 33 типа рака.
• 2008 — в США принимают закон о недопущении дискриминации на основе генетической информации, защищающий от её дискриминационного использования в медицинском страховании и трудоустройстве.
• 2009 — исследователи Wisconsin впервые в клинической практике секвенируют все гены 5-летнего мальчика и используют данные, чтобы точно определить новое заболевание, что приводит к жизнеспасающему лечению.
• 2012 — консорциум «Наследственность и здоровье человека в Африке» (H3Afrika) проводит первое заседание в Addis Ababa, Эфиопия.
• Emanuella Charpentier и Jennifer Doudna показывают, что CRISPR способен редактировать ДНК in vitro (за это в 2020 году они получают Нобелевскую премию мира по химии); примерно через 6 месяцев Feng Zhang и George Church независимо демонстрируют редактирование CRISPR в клетках млекопитающих.
• 2018 — TCGA публикует «Панраковый атлас» — сборник анализов разных видов рака на основе полного набора данных.
  NIH начинает набор в исследовательскую программу «Все мы» (All of Us) — масштабный исследовательский ресурс из более чем 1 миллиона участников, предоставляющих генетические данные и информацию о здоровье и окружающей среде.
• 2020 — первого пациента с серповидноклеточной анемией лечат с использованием CRISPR–Cas9 методом ex vivo.