引用本文: 郭凯, 闫小龙, 张志培, 韩璐, 范亮波, 同李平, 张勇, 李小飞. 198例手术切除的非小细胞肺癌患者应用ARMS法检测血浆表皮生长因子受体突变. 中国胸心血管外科临床杂志, 2016, 23(6): 602-607. doi: 10.7507/1007-4848.20160143 复制
肺癌(lung cancer)是发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一[1]。肺癌中80%~90%为非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)[2]。近年来,尽管肺癌的诊断及手术、化疗、放疗等综合治疗手段不断改进,但肺癌患者的预后并无明显改善[3]。靶向药物的应用大大延长了部分患者生存时间,代表性靶向药物是酪氨酸激酶抑制剂(TKI)。多项临床研究证实EGFR突变患者服用TKI药物可有效提高无进展生存期(PFS)和总生存期(OS)[4-6]。
组织检测EGFR突变是评估患者对TKI药物疗效的金标准,但临床上并不是每例患者都能取得组织标本用于检测[7]。因此,使用其他标本代替组织进行EGFR突变检测成为目前研究的热点,诸如胸腔积液[8]、血浆或血清等。血液检测EGFR突变是一种非侵入性的,代替组织标本动态监测患者基因信息的方法,方便临床上对患者做出诊断,同时对服用TKI药物的患者,还可以在后续病程中对其进行EGFR耐药监控。cfDNA中EGFR突变情况的动态变化,可以有效预测服用TKI药物患者的临床预后[9]。
此前一系列的研究表明对进展期NSCLC使用血浆检测EGFR突变是可行的。但各研究的敏感性差异较大,对于早期NSCLC的血浆EGFR突变检测研究很少,研究方法缺乏标准性[10-13]。因而,用其结果来评估早期血浆检测的敏感性的可靠性有限。
本文采用ARMS法检测早期NSCLC患者血浆EGFR突变,并通过分析血浆检测敏感性与患者特征的关系,确定可使用血浆进行基因诊断,EGFR动态监控早期NSCLC患者。同时对ⅢA期患者进行术后随访,探讨血浆EGFR突变检测对预测NSCLC患者术后生存预后的价值。
1 材料与方法
1.1 材料
收集2014年2月至2015年6月期间第四军医大学唐都医院胸腔外科手术切除新鲜NSCLC肿瘤组织(术前均未行放疗、化疗及靶向治疗)。研究实施前,所有患者均已签署知情同意书。
1.1.1 组织标本
所有组织均来源于唐都医院胸腔外科手术切除标本。组织标本均经过唐都医院病理科确诊为非小细胞肺癌。部分Ⅳ期患者为单发脑转移或肾上腺转移,有手术切除指征,其余Ⅳ期患者手术只为获取组织进行病理诊断。
1.1.2 血浆标本采集
于非小细胞肺癌患者手术前1 d抽取全血5 ml,置于乙二胺四乙酸(EDTA)抗凝管,并在抽取后4 h内处理血液。于3 000 r/min离心15 min,2 ml上清即血浆移到无菌离心管,冻存于-80℃。选取198例经组织检测证实有EGFR突变的NSCLC患者血浆标本作为研究对象。其中男86例、女112例,年龄36~78岁,吸烟52例,不吸烟146例(不吸烟定义为一生吸烟少于100支)。腺癌183例、鳞癌8例、腺鳞癌4例,其他类型3例,包括大细胞癌,肉瘤样癌,细支气管肺泡癌。分化程度为高分化45例,中分化108例,低分化38例,不确定7例;根据2014 NCCN非小细胞肺癌指南TNM分期标准,ⅠA期62例,ⅠB期38例,ⅡA期18例,ⅡB期5例,ⅢA期60例,ⅢB期3例,Ⅳ期12例。
1.2 方法
1.2.1 血浆DNA的提取
采用艾德血浆/血清DNA提取试剂盒(厦门艾德公司)按照操作说明提取血浆cfDNA,提取的cfDNA浓度和纯度由Beckman Coulter DU800紫外分光光度仪测定。提取的DNA储存于-20 ℃备用。
1.2.2 实时定量荧光PCR分析血浆EGFR突变
ARMS法具有高敏感度和检测快速的优点,可以检测到低至1%的突变。45 μl提取的cfDNA被用于EGFR突变检测。按照艾德EGFR突变检测试剂盒(厦门艾德公司)操作说明书步骤,应用实时定量PCR仪 (Agilent StrataGene Mx3000P,USA)检测EGFR突变。PCR过程包括三个阶段,第一阶段包括1个循环(95 ℃,5 min),第二阶段95 ℃ 25 s,64 ℃ 20 s,72 ℃ 20 s共15个循环,第三阶段93 ℃ 25 s,60 ℃ 35 s,72 ℃ 20 s,共31个循环。检测结果由两位专业的研究人员判读和分析。如果判读结果不一致,再由第三位研究员分析得出最终决定。按照双盲实验的设计原则,实验数据的记录和获得由不同的研究员独立进行,研究员对患者组织检测结果并不知晓直到统计分析。
1.3 随访
对60例ⅢA期患者通过电话随访、阅读再次入院病例等方式每3个月随访1次,随访至2015年9月。生存时间按月计算,以手术日至末次随访所获得的截尾为准。随访内容包括:(1)患者一般状况;(2)术后复查结果及最后一次复查时间;(3)术后的治疗及治疗方案;(4)术后发现肿瘤复发及转移的时间;(5)对已死亡患者了解其死亡前有无复发转移及死亡原因。
1.4 统计学分析
利用SPSS 22.0(IBM software)统计软件对实验数据进行分析。采用卡方或Fisher确切概率法检验血浆EGFR突变与患者特征的相关性,用Kaplan-Meier法和log-rank法进行生存率和单因素分析。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 患者临床特征与血浆检测敏感性
共有34例血浆EGFR突变阳性。其中男13例、女21例,年龄≥60岁 12例,<60岁22例。吸烟7例,不吸烟27例。腺癌31例,鳞癌0例,腺鳞癌1例,其他类型2例。分化程度为高分化0例,中分化17例,低分化14例,未知3例。ⅠA期1例,ⅠB期3例,ⅡA期2例,ⅡB期1例,ⅢA期20例,ⅢB期1例,Ⅳ期6例。
我们分析了患者特征与血浆检测敏感性的相关性。发现血浆EGFR突变检测敏感性与患者性别、年龄、吸烟史无关(P>0.05)。我们的研究中血浆检测总敏感性为17.2%。但是敏感性在不同TNM分期和分化程度差异很大。ⅢA期敏感性为33.3%,显著高于ⅠA期1.6% (P=0.000)和ⅠB期7.9% (P=0.004)。低分化癌敏感性为36.8%,显著高于高分化癌0(P=0.000)和中分化癌15.7% (P=0.010,表 1) 。

198例血浆EGFR突变检测中检出四种突变类型,包括外显子19缺失突变、外显子21 L858R突变、外显子21 L861Q突变和外显子20插入突变。T790M,G719X等突变类型血浆中未检出。图 1为具有代表性的上述四种突变类型的检测结果。

注:A~D分别为代表性的外显子19缺失突变、外显子21L858R突变、外显子21L861Q突变和外显子20插入突变的ARMS法检测结果;橙色线为内控信号,黑色、蓝色、紫色和绿色分别代表19-Del、L858R、L861Q和20-ins的突变信号
2.2 ⅢA期患者术后1年随访结果分析
术后至末次随访,时间超过1年的共有39例患者。均获随访,随访率为100.0%(39/39)。
2.2.1 术后1年随访结果
39例患者病理类型均为腺癌,且有纵隔淋巴结转移。患者术后1年内发生死亡有5例,复发/转移有7例。采用Fisher确切概率法对各组与患者转移/复发或存活情况进行统计分析(表 2)。结果显示,ⅢA期患者术后1年的转移/复发或存活情况与性别、年龄、吸烟史等因素不相关(P>0.05)。但血浆EGFR突变检测阳性患者术后死亡发生率较阴性患者高(P=0.035)。

2.2.2 生存因素分析
采用Kaplan-Meire (log-rank)法检验患者年龄、性别、吸烟史、分化程度、术后治疗(包括化疗、靶向治疗和化疗+靶向治疗)、血浆突变等因素对生存的影响,分别进行单因素分析,结果显示血浆EGFR突变结果是预测患者术后1年生存的主要因素(表 3)。血浆EGFR突变检测不同结果的ⅢA期患者的术后1年生存率曲线(图 2),可见血浆EGFR突变检测阳性患者1年生存率显著低于血浆EGFR突变检测阴性患者(P=0.014)。


2.3 血浆cfDNA浓度与患者特征的相关性
cfDNA浓度中位数为17.34 μg/ml (区间 2.01~92.80 μg/ml)。我们的研究发现cfDNA浓度与患者特征诸如年龄、性别、吸烟史、病理及TNM分期无相关性。表 4为患者特征与cfDNA浓度的分析。

3 讨论
获得组织标本进行EGFR突变检测存在诸多困难,这包括进展期/转移患者丧失手术治疗的机会,或因手术并发症、经济因素的考虑放弃手术,从而无法获得组织标本用于检测。穿刺活检过程中同样也会增加肿瘤种植到其它部位的风险[14]。因此,研究EGFR突变检测的组织标本替代品十分重要。体液标本可以很方便的通过微创手段获得,并且在治疗过程中可以实现基因动态监控,可指导临床及时改变治疗策略。近年来血液EGFR突变检测成为研究热点。但以往血液EGFR突变检测的研究重点在于进展期/转移患者,早期患者检测尚缺乏实验室数据。
本文对早期NSCLC血浆EGFR突变检测敏感性与患者特征的相关性进行了分析。我们收集了198例组织EGFR突变阳性患者的血浆,其中早期(ⅠA~ⅢA期)有183例,占92.4%。血浆EGFR突变检测总的敏感性为17.2%,介于此前研究的0%~36%之间[12-13]。血浆EGFR突变检测敏感性与TNM分期、分化程度的相关性分析发现,血浆EGFR突变检测敏感性与患者TNM分期正相关,与患者肿瘤分化程度负相关。ⅠA期为 1.6%,ⅢA期为33.3%。Ⅳ期为 50%,与此前其他发表的文献结果基本一致;高分化癌敏感性为0%,低分化癌为36.8%,两者差异有统计学意义。因此,对于ⅠA期、ⅠB期、ⅡA期及高分化癌患者,说明其血浆EGFR突变检测不能作为常规方法使用。然而,Ⅲ期及低分化癌的敏感性明显升高,表明这类患者血浆可用于EGFR突变检测,突变动态监控及TKI耐药监控,特别是对不能通过手术取到组织的患者可血浆代替组织检测。对于鳞癌,腺鳞癌及其他类型(大细胞癌、支气管肺泡癌、肉瘤样癌)血浆EGFR检测的可靠性,还有待更大的样本量进行验证。
血浆EGFR突变检测结果对ⅢA期NSCLC患者的存活情况有预测价值。NSCLC的生存预后受到多种因素的影响,本文特别结合血浆EGFR突变检测结果,对ⅢA期患者生存预后进行随访分析,发现术后1年内,血浆EGFR突变检测阳性患者死亡发生几率较阴性患者高(P=0.035),生存分析提示血浆EGFR突变结果是预测患者术后1年生存的重要因素。这一结果虽然仅仅限于短期内小样本量随访研究,但依然具有前瞻性。血浆EGFR突变检测结果可能成为一项预测NSCLC患者术后预后的新指标,从而指导临床采取更科学的治疗手段和预防措施,延长非小细胞肺癌患者的术后生存期。
早期患者血中肿瘤来源DNA极少,是血浆检测存在假阴性和cfDNA浓度在各分期无显著差异的主要原因。本文中164例组织突变阳性患者的血浆EGFR突变检测结果为阴性,其中大部分为早期患者。并且我们发现血浆cfDNA浓度与患者性别、年龄、吸烟史、病理类型、TNM分期及分化程度等没有相关性。考虑到早期肿瘤细胞凋亡和坏死释放进血液的DNA量极少,因此,检测EGFR突变基因十分困难,cfDNA浓度也不可能随着肿瘤特征的变化发生巨大的差异。
总的来说,我们的研究表明,血浆可能成为早期NSCLC患者EGFR检测的组织标本替代品。尽管目前血浆还不能完全代替组织,但是我们推荐对ⅢA期和低分化癌患者运用血浆进行基因诊断,基因突变动态监控和TKI耐药检测。对于血浆检测预测NSCLC远期生存预后的作用,我们下一步将进行更大的样本量,更全面细致的随访分析,为其提供更加有力的依据。
肺癌(lung cancer)是发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一[1]。肺癌中80%~90%为非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)[2]。近年来,尽管肺癌的诊断及手术、化疗、放疗等综合治疗手段不断改进,但肺癌患者的预后并无明显改善[3]。靶向药物的应用大大延长了部分患者生存时间,代表性靶向药物是酪氨酸激酶抑制剂(TKI)。多项临床研究证实EGFR突变患者服用TKI药物可有效提高无进展生存期(PFS)和总生存期(OS)[4-6]。
组织检测EGFR突变是评估患者对TKI药物疗效的金标准,但临床上并不是每例患者都能取得组织标本用于检测[7]。因此,使用其他标本代替组织进行EGFR突变检测成为目前研究的热点,诸如胸腔积液[8]、血浆或血清等。血液检测EGFR突变是一种非侵入性的,代替组织标本动态监测患者基因信息的方法,方便临床上对患者做出诊断,同时对服用TKI药物的患者,还可以在后续病程中对其进行EGFR耐药监控。cfDNA中EGFR突变情况的动态变化,可以有效预测服用TKI药物患者的临床预后[9]。
此前一系列的研究表明对进展期NSCLC使用血浆检测EGFR突变是可行的。但各研究的敏感性差异较大,对于早期NSCLC的血浆EGFR突变检测研究很少,研究方法缺乏标准性[10-13]。因而,用其结果来评估早期血浆检测的敏感性的可靠性有限。
本文采用ARMS法检测早期NSCLC患者血浆EGFR突变,并通过分析血浆检测敏感性与患者特征的关系,确定可使用血浆进行基因诊断,EGFR动态监控早期NSCLC患者。同时对ⅢA期患者进行术后随访,探讨血浆EGFR突变检测对预测NSCLC患者术后生存预后的价值。
1 材料与方法
1.1 材料
收集2014年2月至2015年6月期间第四军医大学唐都医院胸腔外科手术切除新鲜NSCLC肿瘤组织(术前均未行放疗、化疗及靶向治疗)。研究实施前,所有患者均已签署知情同意书。
1.1.1 组织标本
所有组织均来源于唐都医院胸腔外科手术切除标本。组织标本均经过唐都医院病理科确诊为非小细胞肺癌。部分Ⅳ期患者为单发脑转移或肾上腺转移,有手术切除指征,其余Ⅳ期患者手术只为获取组织进行病理诊断。
1.1.2 血浆标本采集
于非小细胞肺癌患者手术前1 d抽取全血5 ml,置于乙二胺四乙酸(EDTA)抗凝管,并在抽取后4 h内处理血液。于3 000 r/min离心15 min,2 ml上清即血浆移到无菌离心管,冻存于-80℃。选取198例经组织检测证实有EGFR突变的NSCLC患者血浆标本作为研究对象。其中男86例、女112例,年龄36~78岁,吸烟52例,不吸烟146例(不吸烟定义为一生吸烟少于100支)。腺癌183例、鳞癌8例、腺鳞癌4例,其他类型3例,包括大细胞癌,肉瘤样癌,细支气管肺泡癌。分化程度为高分化45例,中分化108例,低分化38例,不确定7例;根据2014 NCCN非小细胞肺癌指南TNM分期标准,ⅠA期62例,ⅠB期38例,ⅡA期18例,ⅡB期5例,ⅢA期60例,ⅢB期3例,Ⅳ期12例。
1.2 方法
1.2.1 血浆DNA的提取
采用艾德血浆/血清DNA提取试剂盒(厦门艾德公司)按照操作说明提取血浆cfDNA,提取的cfDNA浓度和纯度由Beckman Coulter DU800紫外分光光度仪测定。提取的DNA储存于-20 ℃备用。
1.2.2 实时定量荧光PCR分析血浆EGFR突变
ARMS法具有高敏感度和检测快速的优点,可以检测到低至1%的突变。45 μl提取的cfDNA被用于EGFR突变检测。按照艾德EGFR突变检测试剂盒(厦门艾德公司)操作说明书步骤,应用实时定量PCR仪 (Agilent StrataGene Mx3000P,USA)检测EGFR突变。PCR过程包括三个阶段,第一阶段包括1个循环(95 ℃,5 min),第二阶段95 ℃ 25 s,64 ℃ 20 s,72 ℃ 20 s共15个循环,第三阶段93 ℃ 25 s,60 ℃ 35 s,72 ℃ 20 s,共31个循环。检测结果由两位专业的研究人员判读和分析。如果判读结果不一致,再由第三位研究员分析得出最终决定。按照双盲实验的设计原则,实验数据的记录和获得由不同的研究员独立进行,研究员对患者组织检测结果并不知晓直到统计分析。
1.3 随访
对60例ⅢA期患者通过电话随访、阅读再次入院病例等方式每3个月随访1次,随访至2015年9月。生存时间按月计算,以手术日至末次随访所获得的截尾为准。随访内容包括:(1)患者一般状况;(2)术后复查结果及最后一次复查时间;(3)术后的治疗及治疗方案;(4)术后发现肿瘤复发及转移的时间;(5)对已死亡患者了解其死亡前有无复发转移及死亡原因。
1.4 统计学分析
利用SPSS 22.0(IBM software)统计软件对实验数据进行分析。采用卡方或Fisher确切概率法检验血浆EGFR突变与患者特征的相关性,用Kaplan-Meier法和log-rank法进行生存率和单因素分析。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 患者临床特征与血浆检测敏感性
共有34例血浆EGFR突变阳性。其中男13例、女21例,年龄≥60岁 12例,<60岁22例。吸烟7例,不吸烟27例。腺癌31例,鳞癌0例,腺鳞癌1例,其他类型2例。分化程度为高分化0例,中分化17例,低分化14例,未知3例。ⅠA期1例,ⅠB期3例,ⅡA期2例,ⅡB期1例,ⅢA期20例,ⅢB期1例,Ⅳ期6例。
我们分析了患者特征与血浆检测敏感性的相关性。发现血浆EGFR突变检测敏感性与患者性别、年龄、吸烟史无关(P>0.05)。我们的研究中血浆检测总敏感性为17.2%。但是敏感性在不同TNM分期和分化程度差异很大。ⅢA期敏感性为33.3%,显著高于ⅠA期1.6% (P=0.000)和ⅠB期7.9% (P=0.004)。低分化癌敏感性为36.8%,显著高于高分化癌0(P=0.000)和中分化癌15.7% (P=0.010,表 1) 。

198例血浆EGFR突变检测中检出四种突变类型,包括外显子19缺失突变、外显子21 L858R突变、外显子21 L861Q突变和外显子20插入突变。T790M,G719X等突变类型血浆中未检出。图 1为具有代表性的上述四种突变类型的检测结果。

注:A~D分别为代表性的外显子19缺失突变、外显子21L858R突变、外显子21L861Q突变和外显子20插入突变的ARMS法检测结果;橙色线为内控信号,黑色、蓝色、紫色和绿色分别代表19-Del、L858R、L861Q和20-ins的突变信号
2.2 ⅢA期患者术后1年随访结果分析
术后至末次随访,时间超过1年的共有39例患者。均获随访,随访率为100.0%(39/39)。
2.2.1 术后1年随访结果
39例患者病理类型均为腺癌,且有纵隔淋巴结转移。患者术后1年内发生死亡有5例,复发/转移有7例。采用Fisher确切概率法对各组与患者转移/复发或存活情况进行统计分析(表 2)。结果显示,ⅢA期患者术后1年的转移/复发或存活情况与性别、年龄、吸烟史等因素不相关(P>0.05)。但血浆EGFR突变检测阳性患者术后死亡发生率较阴性患者高(P=0.035)。

2.2.2 生存因素分析
采用Kaplan-Meire (log-rank)法检验患者年龄、性别、吸烟史、分化程度、术后治疗(包括化疗、靶向治疗和化疗+靶向治疗)、血浆突变等因素对生存的影响,分别进行单因素分析,结果显示血浆EGFR突变结果是预测患者术后1年生存的主要因素(表 3)。血浆EGFR突变检测不同结果的ⅢA期患者的术后1年生存率曲线(图 2),可见血浆EGFR突变检测阳性患者1年生存率显著低于血浆EGFR突变检测阴性患者(P=0.014)。


2.3 血浆cfDNA浓度与患者特征的相关性
cfDNA浓度中位数为17.34 μg/ml (区间 2.01~92.80 μg/ml)。我们的研究发现cfDNA浓度与患者特征诸如年龄、性别、吸烟史、病理及TNM分期无相关性。表 4为患者特征与cfDNA浓度的分析。

3 讨论
获得组织标本进行EGFR突变检测存在诸多困难,这包括进展期/转移患者丧失手术治疗的机会,或因手术并发症、经济因素的考虑放弃手术,从而无法获得组织标本用于检测。穿刺活检过程中同样也会增加肿瘤种植到其它部位的风险[14]。因此,研究EGFR突变检测的组织标本替代品十分重要。体液标本可以很方便的通过微创手段获得,并且在治疗过程中可以实现基因动态监控,可指导临床及时改变治疗策略。近年来血液EGFR突变检测成为研究热点。但以往血液EGFR突变检测的研究重点在于进展期/转移患者,早期患者检测尚缺乏实验室数据。
本文对早期NSCLC血浆EGFR突变检测敏感性与患者特征的相关性进行了分析。我们收集了198例组织EGFR突变阳性患者的血浆,其中早期(ⅠA~ⅢA期)有183例,占92.4%。血浆EGFR突变检测总的敏感性为17.2%,介于此前研究的0%~36%之间[12-13]。血浆EGFR突变检测敏感性与TNM分期、分化程度的相关性分析发现,血浆EGFR突变检测敏感性与患者TNM分期正相关,与患者肿瘤分化程度负相关。ⅠA期为 1.6%,ⅢA期为33.3%。Ⅳ期为 50%,与此前其他发表的文献结果基本一致;高分化癌敏感性为0%,低分化癌为36.8%,两者差异有统计学意义。因此,对于ⅠA期、ⅠB期、ⅡA期及高分化癌患者,说明其血浆EGFR突变检测不能作为常规方法使用。然而,Ⅲ期及低分化癌的敏感性明显升高,表明这类患者血浆可用于EGFR突变检测,突变动态监控及TKI耐药监控,特别是对不能通过手术取到组织的患者可血浆代替组织检测。对于鳞癌,腺鳞癌及其他类型(大细胞癌、支气管肺泡癌、肉瘤样癌)血浆EGFR检测的可靠性,还有待更大的样本量进行验证。
血浆EGFR突变检测结果对ⅢA期NSCLC患者的存活情况有预测价值。NSCLC的生存预后受到多种因素的影响,本文特别结合血浆EGFR突变检测结果,对ⅢA期患者生存预后进行随访分析,发现术后1年内,血浆EGFR突变检测阳性患者死亡发生几率较阴性患者高(P=0.035),生存分析提示血浆EGFR突变结果是预测患者术后1年生存的重要因素。这一结果虽然仅仅限于短期内小样本量随访研究,但依然具有前瞻性。血浆EGFR突变检测结果可能成为一项预测NSCLC患者术后预后的新指标,从而指导临床采取更科学的治疗手段和预防措施,延长非小细胞肺癌患者的术后生存期。
早期患者血中肿瘤来源DNA极少,是血浆检测存在假阴性和cfDNA浓度在各分期无显著差异的主要原因。本文中164例组织突变阳性患者的血浆EGFR突变检测结果为阴性,其中大部分为早期患者。并且我们发现血浆cfDNA浓度与患者性别、年龄、吸烟史、病理类型、TNM分期及分化程度等没有相关性。考虑到早期肿瘤细胞凋亡和坏死释放进血液的DNA量极少,因此,检测EGFR突变基因十分困难,cfDNA浓度也不可能随着肿瘤特征的变化发生巨大的差异。
总的来说,我们的研究表明,血浆可能成为早期NSCLC患者EGFR检测的组织标本替代品。尽管目前血浆还不能完全代替组织,但是我们推荐对ⅢA期和低分化癌患者运用血浆进行基因诊断,基因突变动态监控和TKI耐药检测。对于血浆检测预测NSCLC远期生存预后的作用,我们下一步将进行更大的样本量,更全面细致的随访分析,为其提供更加有力的依据。