肿瘤个体化治疗需要阐明个体患者的遗传倾向、肿瘤组织组成、肿瘤组织学图谱、组织微环境、并发症、生活方式和生命质量等各个方面。肿瘤的形成是一个多步骤的过程,究其根本是由遗传变异的积累所导致的。这些遗传变异包括肿瘤驱动基因或抑癌基因的拷贝数变异(copynumbervariation,CNV)、单核苷酸变异(singlenucleotidevariants,SNV)、插入缺失突变(insertion-deletionmutation,In/Del)、融合变异(fusionmutation)及染色体倍性的变化。肿瘤驱动基因CNV是肿瘤细胞基因组变异检测的重要生物标志物,临床上针对发生CNV的靶标选择合适的靶向药物,合理改进治疗方案,使治疗更有针对性,避免患者产生不良反应及过度医疗的发生。分子诊断试剂、生化诊断试剂与免疫诊断试剂共同组成了体外诊断(invitrodiagnostics,IVD)试剂的版图,其中,肿瘤驱动基因CNV的检测也覆盖了IVD试剂的各个层面。
荧光原位杂交(fluorescenceinsituhybridization,FISH)和免疫组化(immunohistochemistry,IHC)是临床上检测肿瘤组织驱动基因CNV的常规方法,但只能定性地对CNV进行分析。基因检测技术的创新和迭代使得CNV的定量检测成为可能,在肿瘤驱动基因CNV检测领域展现出巨大优势。但是,基因检测技术对检测环境要求高,操作流程复杂,样本制备和检测流程标准化、自动化程度低,且人员操作的熟练度和规范程度各不相同,导致检测结果存在较大差异,缺乏可比性。因此,研制用于CNV检测的分子IVD试剂溯源的标准物质,对助力肿瘤驱动基因CNV分子诊断试剂的研发、注册和监管以及分子实验室检测能力的规范和提升具有重要意义。
1 肿瘤驱动基因CNV致癌机制
CNV是遗传变异的重要来源,是一种大于1kb的DNA片段的变异,变异片段发生重复且与个体间基因组片段重复数量存在差异,包括了缺失、重复、倒位及易位等多种变异形式,极大地丰富了基因组遗传变异的多样性。CNV在人类基因组中广泛分布,一般表现为两种模式:一种是有丝分裂过程中染色体分离异常而发生的广泛性CNV(broaderCNV,bCNV),重复区域可以发生在染色体臂的大部分区域;另一种是由于DNA的修复错误导致的发生在染色体臂小范围内的局灶性CNV(focalCNV,fCNV)。fCNV更频繁地发生在肿瘤驱动基因上。CNV如果发生在肿瘤相关基因序列内部或周围可能引起癌基因激活、抑癌基因失活.最终导致肿瘤的发生。CNV通过改变基因剂量、调节基因活性影响基因表达、表型差异和表型适应,从而引起肿瘤以及其他遗传疾病。
2 肿瘤驱动基因CNV检测方法比较
FISH是检测细胞核基因组CNV的传统方法,IHC进一步验证该基因扩增后蛋白质表达量的水平,但这两种方法实验过程烦琐、周期长、检测成本偏高,而且需要经验丰富的病理科医师对结果进行解读,对结果的解释主观性较强。随着遗传学、分子生物学和基因组学等学科的发展,出现了多种检测CNV的方法,包括比较基因组杂交(comparativegenomehybridization,CGH)、多重链接探针扩增(multiplexligation-dependentprobeamplification,MLPA)、SNP芯片(SNP-chipmicroarray)、定量聚合酶链反应(quantitativepolymerasechainreaction,qPCR)、数字聚合酶链反应(digitalpolymerasechainreaction,dPCR)以及高通量测序(next-generationsequencing,NGS)等。随着NGS和dPCR技术的迅速发展,使得此两种技术用于CNV检测优势得到凸显,能够克服传统方法的只能定性不能定量的缺点,实现对CNV的绝对定量。
3 肿瘤驱动基因CNV IVD试剂的现状
应用于临床的肿瘤驱动基因CNV检测试剂必须依据相关的法律法规由国家相关部门进行监督管理,试剂又分为取得医疗器械注册证的商品化IVD试剂和实验室自建方法(laboratory-developedtests,LDTs)两类。IVD试剂注册和上市后的监管属于国家药品监督管理局(NationalMedicalProductsAdministration,NMPA)所属相关部门的工作职责,LDTs属于临床实验室监管的部分。
3.1 取得医疗器械注册证的商品化IVD试剂
在检测CNV的方法中,由于FISH、qPCR和dPCR等技术相对于NGS,具有检测流程简单、周期短和检测靶标较少的特点,适合开发成商品化试剂盒并以取得医疗器械注册证的形式应用于临床。若基于NGS技术开发的试剂盒检测靶点明确且较少,亦可以通过此种方式进入临床。根据《体外诊断试剂注册管理办法》,与肿瘤驱动基因CNV检测相关的试剂均属于第三类产品,需经药品监督管理部门审批注册,方可进入临床。目前已经取得医疗器械注册证的检测CNV的IVD试剂包括了FISH、qPCR和dPCR等方法。
3.2 LDTs
在国家精准医疗战略大背景下,基于NGS的肿瘤基因测序正在被临床接受和认可。NGS可以同时检测更多的靶标和变异类型,不但可以检测已知变异,还可以发现更多与疾病相关的未知变异。正是由于NGS可以检测成百上千甚至数十万个位点,甚至是全基因组测序30亿个碱基的检测,很难按照IVD注册的要求对每个检测位点的分析有效性和临床有效性进行评价。将CNV与SNP、Fusion和TMB等肿瘤生物标志物放在一起进行检测,尤其是最新研究证实CNV负荷也可以作为免疫治疗的生物标志物,选用数百个基因大panel的靶向测序或者全外显子组测序是最优选择。由于方法的高度复杂性,基因变异研究、药物研发进展与日俱进,建库方法、数据库和分析软件频发地更新迭代,以LDTs的形式进入临床是最合适的选择,并以风险管理的方式由相关部门进行监管。例如美国食品药品监督管理局(FoodandDrugAdministration,FDA)批准的MSK的可检测468个基因的IMPACTNGS检测试剂和FoundationMedicine的可检测324个基因的FoundationOneCDx(F1CDx)检测试剂,均为LDTs,并非是可用于销售的IVD产品,只能在申报批准的CLIA认证实验室内检测,这也是与美国的医疗保险制度有关。随着我国《医疗器械监督管理条例》的不断完善和成熟,国家对LDTs的监管也将更合理规范。
无论肿瘤驱动基因CNV检测试剂是以检测较少靶点的IVD商品化试剂,还是以将多种生物标志物糅合在数百个基因大panel的LDTs的形式服务于临床,从监管的角度对试剂本身的质量要求是一致的。而如何使检测结果准确度高、重复性好,需要肿瘤驱动基因CNV核酸标准物质的应用。从CNV检测试剂的研发、生产和使用的各个阶段,从产品质量控制和校准的角度,都需要有参照标准,即标准物质。
4 肿瘤驱动基因CNV核酸标准物质研制进展
标准物质(referencematerials,RM)是指具有足够均匀和稳定的特定特性的物质,其特性适用于测量或标称特性检查中的预期用途。经过赋值的标准物质可以用于校准、测量准确度控制以及测量精密度控制。标准物质在校准测量仪器、评价测量分析方法、测量物质特性值和考核操作分析人员的操作技术水平,以及生产过程中产品的质量控制等领域具有不可或缺的作用。使用标准物质通过对仪器和试剂进行校准、对检测方法进行评价,可以有效减少实验误差,提高检测结果的准确性。标准物质是临床分子诊断标准化的核心,临床检测的某一标本中特定标志物的量值,不管用何种方法测定,均可以通过统一的标准化物质,而得到相近的结果,其量值均可溯源至同一标准,从而具有可比性。
5 小结
肿瘤驱动基因CNV作为肿瘤细胞基因组中的一种重要变异类型,是肿瘤患者靶向治疗、疗效监测和预后评价的重要生物标志物,CNV负荷在免疫治疗中发挥的重要价值正在被越来越多的研究证实。依据检测靶标的类型、数目以及所用的方法,灵活选择是包装成商品化试剂盒通过NMPA的注册审批,还是以LDTs的形式进入临床应用。技术的进步和法律法规的不断完善也推动监管机构研制出权威的、有证的、不同应用场景的肿瘤驱动基因CNV核酸标准物质,为CNV检测系统的量值溯源和质量管理提供支撑,实现CNV从定性检测向精确定量检测的真正转变。
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