下一代测序(NGS):刺激下一代癌症诊断和治疗
在过去的十年中，下一代测序(NGS)的出现对人类基因组学产生了巨大的影响基础及临床研究．这种高通量DNA测序技术可以在几个小时内对整个人类基因组进行测序，成本仅为1000美元左右。就在18年前，这一壮举国际人类基因组测序联盟用了13年时间和30亿美元才完成桑格测序，证明了过去20年技术发展的巨大规模。NGS的进展已经催化了无数癌症研究领域的进展，预示着癌症的“分子时代”。传统上，癌症诊断主要依赖于肿瘤的组织学分类。例如，脑癌在历史上被分类为假定的细胞来源，如星形细胞瘤或少突胶质细胞瘤。然而，最近修订的2016年世界卫生组织(WHO)脑肿瘤指南强烈强调分子特征整合进入诊断，强调肿瘤分子和遗传特性在临床实践中的重要性。
NGS在临床癌症研究中的两个方面:诊断和治疗
肿瘤NGS分析基因组学、转录组学和表观基因组学正在推动癌症诊断和肿瘤分层的生物标志物的发现。临床生物标志物根据美国食品和药物管理局(FDA)的定义，可用于癌症和其他疾病的诊断、预后、预测和药效学目的。诊断性生物标记物是疾病的特征，可用于确定个体是否患有癌症。预后性生物标志物预测未经治疗的癌症的自然病史(即，通过肿瘤分层，侵袭性与较低侵袭性表型)，而预测性生物标志物预测患者对治疗的反应。最后，药效学生物标记物表明治疗效果，这对于评估临床试验的成功很重要。除了生物标记物的发现，NGS正在迎来一个时代精密肿瘤学这是癌症管理的一种范式转变，旨在将肿瘤的分子特征与靶向药物相匹配，以改善患者的前景。这种方法刺激了一系列新的肿瘤临床试验设计，这些试验使用NGS来识别患者肿瘤的遗传脆弱性，从而为治疗方案提供信息。
液体活检的NGS:生物标志物的宝藏
肿瘤通过将循环癌细胞(CTCs)、循环肿瘤DNA (ctDNA)和ctRNA以及称为外泌体的微小囊泡脱落到循环中，在人体内留下了它们存在的证据。这个概念液体活检为癌症诊断通过检测这些肿瘤来源的成分已经存在了一段时间，但由于缺乏敏感性、特异性和技术可以分析的基因数量的限制，进展受到了阻碍。NGS正在迅速解决这一挑战。“血液中ctDNA/RNA的浓度非常低，这意味着我们需要一种足够敏感和特异性的技术来检测它们。NGS使这成为现实，”威斯康星医学院病理学教授王亮博士解释道。在过去的十年里，他和他的团队一直在使用NGS来发现新的癌症生物标志物。其他核酸检测技术仅限于已知基因，如微阵列，或针对特定的基因，如数字液滴PCR．但是NGS没有限制。它可以检测所有已知或未知基因的核酸，短microRNAs (miRNAs)， piwi相互作用rna (piRNAs)，长非编码rna (lncRNAs)，甚至是外来分子，如染色体外环状dna (eccDNAs)，”他解释道。“当你在癌症患者中寻找诊断性生物标志物时，你最初不知道癌症患者的液体活检中的核酸与健康个体有何不同。但是NGS可以检测整个核酸光谱，所以它非常适合生物标志物的发现。”
液是含有miRNAs、lncRNAs、信使rna (mrna)和其他细胞成分的细胞外囊泡，由活的正常细胞和肿瘤细胞积极分泌。它们作为细胞间通信的一种方法，并且在癌细胞中促进转移、血管生成和免疫逃避信号通路。尽管ctDNA含有来自已发生凋亡或坏死的癌细胞的肿瘤相关突变，但外泌体内的RNA谱可作为肿瘤的快照活肿瘤细胞群．在最近的一系列出版物中，王教授利用NGS进行识别诊断和预后来自外泌体rna的癌症生物标志物。
“我们正在对血浆中循环的外泌体rna使用NGS，以识别前列腺患者与健康个体中表达差异的miRNAs和piRNAs。这些可以作为诊断性生物标志物，从简单的抽血中检测早期癌症，”王教授概述了他工作背后的关键原则。“癌症患者和健康患者之间不仅存在循环rna的差异;我们还发现侵袭性、转移性去势抵抗性前列腺癌患者与侵袭性较低的癌症表型患者的外泌体miRNA水平存在差异。这些差异表达的rna可以作为预后生物标志物，以确定癌症的侵袭性是减弱还是增强，以及患者的预期总体生存期。”
NGS检测ctDNA也有一些优点。由于它是一种肿瘤相关DNA, ctDNA水平可以与肿瘤负荷相关，并可用于监测疾病进展。“诊断后，我们可以使用NGS进行预测治疗反应(预测生物标记)。在晚期前列腺癌患者中，我们发现血浆中ctDNA含量的降低表明对治疗有希望的反应，而治疗后ctDNA含量的增加表明对治疗有不利的反应。NGS也可以用于识别可靶向的体细胞肿瘤突变指导病人的治疗。”王教授解释道。“这个概念在本质上可以扩展到任何类型的癌症。我们和其他人使用液体活检的NGS来识别生物标志物和/或体细胞突变肺，乳房，卵巢，结肠,转移性肾癌症和其他许多疾病。我们可以预见NGS在未来的癌症诊断中会有很多应用。”
患者肿瘤的NGS:精准药物对患者的媒人
近年来，人们对癌症的分子表征越来越感兴趣，这是由于人们越来越重视癌症的分子表征驱动突变在肿瘤发生。在精准肿瘤学的原则下，预计针对可操作的(即可药物的)驱动突变可以在患者中产生显著的治疗反应和生存益处，例如早期成功的伊马替尼抗费城染色体阳性(Ph+)慢性髓性白血病(CML)。某些突变在特定癌症中高度复发;例如，Ph+出现在over90% CML．然而，大多数癌症中的大多数驱动突变相对罕见，这为精准肿瘤学的实施提出了两个挑战。如何检测罕见的可操作的肿瘤突变，如何招募足够的患者来测试潜在的靶向药物?“我们正在对每个入组的患者进行NGS分析LUNG-MAPRoy S. Herbst博士解释说，他是耶鲁大学医学院肿瘤学和药理学教授，耶鲁大学癌症中心和Smilow癌症医院肿瘤学主任，耶鲁大学-纽黑文耶鲁癌症中心转化研究副主任。“NGS的美妙之处在于它是多路复用的。它可以让你检测一个肿瘤活检样本中存在的基因改变的全谱。有了患者的NGS档案，我们就可以在正确的时间将正确的靶向药物与正确的可操作的肿瘤突变相匹配。到目前为止，这项试验已经表明，你可以针对肺癌突变，并在患者身上产生非常深刻的反应。”
LUNG-MAP是近期在精准肿瘤学前提下启动的众多临床试验之一，这些试验使用NGS来寻找可操作的肿瘤突变。这些研究包括伞试验，例如炼金术士和战斗,篮子试验，例如NCI-MATCH和峰会．伞临床试验评估各种靶向药物对一种癌症类型的几种突变的疗效。另一方面，临床试验的篮子格式执行与伞式试验相同的评估，但涉及多种肿瘤。“许多可操作的突变是罕见的，这使得在传统的试验设计中很难招募足够的患者。使用这种更新的ngs驱动格式主协议试验设计(即，伞或篮)，来自各地的患者被招募到一个更大的研究中，并由NGS进行分析，NGS根据患者的可操作突变将患者纳入各种试验治疗组。此外，这种试验设计使我们能够通过LUNG-MAP将这些靶向药物引入社区实践，推广到全国各地，并推广到服务不足的社区，”Herbst教授解释道。bet188真人
LUNG-MAP试验正在测试小分子候选药物taselisib，一种与ngs检测到的PIK3CA突变相匹配的PIK3CA抑制剂，palbociclib与CCND1、2或3突变或CDK4扩增匹配的CDK4/6抑制剂，以及AZD4547，一种与FGFR扩增、突变或融合匹配的FGFR激酶抑制剂。生物制剂也在评估中，例如rilotumumab，一种抗HGF的抗体与c-MET表达匹配，以及MEDI4736这是一种针对PD-L1的抗体，是一种非匹配治疗。这些新型ngs选择的药物与常规化疗或fda批准的激酶抑制剂厄洛替尼(erlotinib)进行了对抗，该抑制剂已用于EGFR突变型肺癌。该试验旨在评估ngs选择的靶向治疗是否优于常规治疗，并扩大精准肿瘤学的实施。
这将对癌症治疗药物的选择产生重要影响。例如,larotrectinibFDA最近批准了一种原肌凝蛋白激酶受体抑制剂，用于NTRK融合的任何癌症的适应症，并且是第一个基于肿瘤突变而不是组织学类型的泛癌症批准。这是未来的趋势吗?“我想说是的，绝对是，”赫布斯特教授回答说。“我认为我们正在走向个性化护理和个性化医疗。最好的个性化药物的方法将是选择最好的药物来对抗NGS检测到的低频突变。”NGS在未来会成为标准治疗吗?“我认为NGS档案可能会成为标准的护理，我同意这一点。我认为NGS将真正实现个性化医疗，通过选择最佳治疗方案，为患者带来最大的利益。”
