Неинвазивный анализ мочи на основе микроРНК для выявления рака поджелудочной железы на ранних и поздних стадиях: исследование случай-контроль

Краткое содержание

Предыстория

Рак поджелудочной железы является высокоагрессивным и имеет низкий уровень выживаемости, что в основном связано с поздней диагностикой и отсутствием эффективных методов раннего выявления. Мы представляем новый неинвазивный анализ на основе микроРНК, содержащихся в внеклеточных везикулах мочи, для выявления рака поджелудочной железы на ранних и поздних стадиях.

Методы

С сентября 2019 по июль 2023 года были собраны образцы мочи у пациентов с раком поджелудочной железы (n = 153) из пяти различных учреждений (больница Хоккуто, больница Медицинской школы Кавасаки, Национальный онкологический центр, университетская больница Кагосима и общая больница Кумагайя) и у неонкологических участников (n = 309) из двух учреждений (больница Хоккуто и клиника Омия Сити). Основными критериями включения были диагноз рака поджелудочной железы, подтвержденный патологическим или визуальным обследованием, исключались пациенты с множественными первичными онкозаболеваниями. Внеклеточные везикулы обогащались с использованием полимерного метода осаждения, а микроРНК анализировались с помощью секвенирования малых РНК. Для выявления рака поджелудочной железы была разработана модель машинного обучения, используя тренировочный набор данных (n = 315), состоящий из 99 пациентов с раком поджелудочной железы (из них 33 были на ранней стадии [I/IIA]) и 216 неонкологических участников, с последующей проверкой на тестовом наборе данных (n = 147), который включал 54 пациента с раком поджелудочной железы (из них 9 на ранней стадии [I/IIA]) и 93 неонкологических участников.

Результаты

Метод продемонстрировал стабильные результаты, с площадями под кривой рабочей характеристики приёмника (ROC) 0,972 (доверительный интервал [ДИ] 95%, 0,928–0,996) и 0,963 (ДИ 95%, 0,932–0,988) в тренировочном и тестовом наборах, соответственно. Чувствительность к выявлению рака поджелудочной железы составила 93,9% (ДИ 95%, 87,5%–97,3%) и 77,8% (ДИ 95%, 64,9%–87,3%) в целом и 97,0% (ДИ 95%, 83,9%–99,8%) и 77,8% (ДИ 95%, 44,2%–95,9%) для рака поджелудочной железы стадии I/IIA, соответственно. Специфичность составила 91,7% (ДИ 95%, 87,1%–94,7%) и 95,7% (ДИ 95%, 89,4%–98,5%). Также была оценена чувствительность CA19-9 к выявлению рака поджелудочной железы у 140 пациентов с этим заболеванием; она составила 37,5% (ДИ 95%, 23,5%–53,8%) для стадии I/IIA. Метод на основе микроРНК показал значительно более высокие результаты в выявлении рака на ранней стадии. Функциональный анализ обогащения микроРНК, ассоциированных с раком поджелудочной железы, показал, что профиль микроРНК в моче отражает как паттерны микроРНК самой ткани поджелудочной железы, так и микросреды опухоли.

Интерпретация

МикроРНК внеклеточных везикул мочи могут отражать сигналы как от опухолевых клеток, так и от их микросреды, предоставляя уникальную возможность для выявления рака поджелудочной железы на ранних и поздних стадиях. Несмотря на ограничение исследования, обусловленное относительно небольшим размером выборки, наш подход имеет потенциал для улучшения исходов лечения через популяционный скрининг. Наша главная цель — сделать этот анализ более доступным для широкой аудитории, особенно в районах с ограниченным доступом к больницам, где рак часто выявляется на поздней стадии, используя преимущество забора мочи, который можно производить дома

1. Сигел, Р.Л.  Миллер, К.Д.  Вагл, Н.С.  и др. Статистика рака, 2023 г. CA Рак J Clin. 2023 год; 73 :17-48

2. Клефф, Дж.  Корц, М.  Апте, М.  и др. Рак поджелудочной железы Праймеры Nat Rev Dis. 2016 г.; 2 , 16022

3. Мэн, Ц.  Ши, С.  Лян, К.  и др. Диагностическое и прогностическое значение карциноэмбрионального антигена при раке поджелудочной железы: систематический обзор и метаанализ Onco Targets Ther. 2017; 10 :4591-4598

4. Даффи, М.Дж.  Стерджен, К.  Ламерц, Р.  и др. Опухолевые маркеры при раке поджелудочной железы: отчет о состоянии Европейской группы по опухолевым маркерам (EGTM) Энн Онкол. 2010; 21 :441-447

5. Ван, К.  Ван, Х.  Пан, К.  и др. Методы жидкой биопсии и рак поджелудочной железы: диагностика, мониторинг и оценка Мол Рак. 2023; 22 :167

6. Хаан, Д.  Бергамаски, А.  Фридл, В.  и др. Раннее выявление рака поджелудочной железы на основе эпигеномного анализа крови с использованием бесклеточной ДНК Клин Гастроэнтерол Гепатол. 2023; 21 :1802-1809

7. Чэнь, Дж.  Ван, Х.  Чжоу, Л.  и др. Сочетание циркулирующих опухолевых клеток и CA199 улучшает диагностику рака поджелудочной железы J Clin Lab Anal. 2022; 36 , e24341

8. Хейс, Дж.  Перуцци, П.П.  Лоулер, С. МикроРНК при раке: биомаркеры, функции и терапия Тенденции Мол Мед. 2014 г.; 20 :460-469

9. Накамура, К.  Чжу, З.  Рой, С.  и др. Транскриптомная сигнатура на основе экзосом для неинвазивного раннего выявления пациентов с аденокарциномой протоков поджелудочной железы: многоцентровое когортное исследование Гастроэнтерология. 2022; 163 :1252-1266.e2

10. Сейхан, АА Циркулирующие микроРНК как потенциальные биомаркеры рака поджелудочной железы — достижения и проблемы Int J Mol Sci. 2023; 24 , 13340

11. Хуанг, Дж.  Гао, Г.  Ге, Ю.  и др. Разработка сывороточной микроРНК-сигнатуры для раннего выявления рака поджелудочной железы: многоцентровое когортное исследование Диг. дис. 2024; 69 :1263-1273

12. Судзуки, К.  Ямагучи, Т.  Кода, М.  и др. Создание преаналитических условий для анализа профиля микроРНК в клинических образцах плазмы PLoS One. 2022; 17 , e0278927

13. Китано, Ю.  Аоки, К.  Ока, Ф.  и др. Модель диагностики опухолей центральной нервной системы на основе микроРНК в моче с использованием нанопроволочных каркасов Интерфейсы прикладных систем ACS. 2021; 13 :17316-17329

14. Дебернарди, С.  Массат, Нью-Джерси  Радон, Т. П.  и др. Неинвазивные биомаркеры микроРНК в моче для раннего выявления аденокарциномы поджелудочной железы Американский журнал исследований рака 2015; 5 :3455-3466

15. Исигэ, Ф.  Хосино, И.  Иватате, Ю.  и др. MIR1246 в жидкостях организма как биомаркер рака поджелудочной железы Научный отчет 2020; 10 :8723

16. Малл, К.  Роке, Д.М.  Дурбин-Джонсон, Б.  и др. Стабильность микроРНК в моче человека подтверждает ее потенциал биомаркера. Биомарк Мед. 2013; 7 :623-631

17. Сринивасан, С.  Йери, А.  Чеа, П.С.  и др. Секвенирование малых РНК в различных биологических жидкостях позволяет определить оптимальные методы изоляции exRNA Сот. 2019; 177 :446-462

18. Валади, Х.  Экстрем, К.  Боссиос, А.  и др. Перенос мРНК и микроРНК через экзосомы — новый механизм генетического обмена между клетками. Биология естественных клеток. 2007; 9 :654-659

19. Тамура, Т.  Ёсиока, Ю.  Сакамото, С.  и др. Внеклеточные везикулы как перспективный ресурс биомаркеров в жидкой биопсии рака Внеклеточные везикулы Circ Nucl Acids. 2021; 2 :148-174

20. Чэн, Дж.  Бай, Л. Рак поджелудочной железы: текущая ситуация и проблемы Gastroenterol Hepatol Lett. 2020; 2 :1-3

21. Смит, Т.  Хегер, А.  Садбери, И. UMI-инструменты: моделирование ошибок секвенирования в уникальных молекулярных идентификаторах для повышения точности количественной оценки Геном Res. 2017; 27 :491-499

22.Патил, А.Х.  Халушка, МК miRge3.0: комплексный конвейер анализа секвенирования микроРНК и tRF НАР Геном Биоинформ. 2021 год; 3 , lqab068

23. Лэнгмид, Б.  Трапнелл, К.  Поп, М.  и др. Сверхбыстрое и эффективное с точки зрения памяти выравнивание коротких последовательностей ДНК с геномом человека Геном Биол. 2009; 10 :R25

24. Акиба, Т.  Сано, С.  Янасэ, Т.  и др. Optuna: фреймворк оптимизации гиперпараметров следующего поколения. 2019

25. Лав, М.И.  Хубер, В.  Андерс, С. Умеренная оценка кратности изменения и дисперсии для данных РНК-секвенирования с DESeq2 Геном Биол. 2014; 15 :550

26. Апарисио-Пуэрта, Э.  Хирш, П.  Шмарц, Г. П.  и др. miEAA 2023: обновления, новые функциональные наборы микроРНК и улучшенные визуализации обогащения. Нуклеиновые кислоты Res. 2023; 51 : W319-W325

27. Пэн, К.  Ван, Дж.  Гао, В.  и др. Метаанализ диагностической эффективности циркулирующих микроРНК при раке поджелудочной железы Международный журнал медицинских наук 2021; 18 :660-671

28. Хосейн, А.Н.  Бреккен, Р.А.  Майтра, А. Строма рака поджелудочной железы: обновленная информация о стратегиях терапевтического воздействия Nat Rev Гастроэнтерол Гепатол. 2020; 17 :487-505

 29. Джейкоб, Ф.  Салинас, Р.Д.  Чжан, Д.Й.  и др. Модель органоида глиобластомы, полученная от пациента, и биобанк воспроизводят внутриопухолевую и межопухолевую гетерогенность Сот. 2020; 180 :188-204

30. Швичек, З.  Ошвальд, А.  Сабо, Л.  и др. Высвобождение внеклеточных везикул из кишечных органоидов модулируется мутацией Apc и другими факторами прогрессирования колоректального рака. Клеточная Молекулярная Жизнь Науки. 2019; 76 :2463-2476

31. Тофт, Дж.  Хадден, У. Дж.  Лоренс, Дж. М.  и др. Методы визуализации в диагностике аденокарциномы поджелудочной железы: систематический обзор и метаанализ чувствительности, специфичности и диагностической точности. Eur J Radiol. 2017; 92 :17-23

32. Роулингс-Госс, RA  Кэмпбелл, MC  Тишкофф, SA Глобальные популяционно-специфические вариации микроРНК, связанные с риском рака и клиническими биомаркерами. BMC Med Genomics. 2014 ; 7:53