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循環腫瘤細胞:由計數到全方位分析
Circulating Tumor Cells: from Enumeration to Comprehensive Profiling

發佈日期:2021-01-26

臺安醫院 婦產科主治醫師.資深行政副院長兼策略長 周輝政 副教授

儘管現代醫學的進步,但是癌症的診斷和治療仍然存在許多局限性。組織切片是確認可疑病變診斷的最常用方法之一,然而組織切片也有一些缺點,限制了其臨床應用:它是侵入性的,不能經常重複,並且某些病變位於難以到達的區域。另外,組織切片不能評估癌症轉移的風險,癌症的進展以及對治療的反應。另一方面,儘管有很多診斷癌症的方法,但是使用當前的影像技術來檢測微小的轉移性病變或殘留的疾病仍然非常困難。因此,迫切需要開發更精確的方法以促進癌症的篩檢,診斷和治療。

CTCs(Circulating tumor cells, 循環腫瘤細胞)是從腫瘤脫落下來的細胞,然後進入周邊血循環。CTCs有可能再度由血管進入組織,在適當的條件下發展成新的腫瘤病灶。雖然我們目前對於癌症如何轉移的許多步驟和機轉仍不清楚,但顯然CTCs在實體癌(solid tumor)的轉移過程扮演了重要的角色。CTCs檢測的優點包括我們可以重複抽取病患的周邊血來檢測CTCs,並且可以進行單細胞分析(Single cell analysis),將其作為“實時液體切片(real time liquid biopsy)”,以預測癌症的復發,監測治療效果,了解潛在的耐藥機制以及協助臨床用藥的選擇。由於目前CTCs的檢測技術尚未標準化,有各種不同的檢查方式,許多醫師也表達對於CTCs所代表的臨床意義不是很了解。如果我們將CTCs檢測當作血液的腫瘤細胞學檢查,對於周邊血液中的腫瘤細胞進行細胞學檢測,包括計數、螢光染色甚至基因學檢查,這樣就比較能夠理解。

由於周邊血液中CTCs數目的稀少,所以需要精密的技術來分離和辨識CTCs。過去幾年,雖然有大量關於CTCs的研究被發表,尤其微流晶片的技術逐漸取得優勢,研究的結論也相當吸引人,但是CTCs的檢測仍然無法被大量應用於臨床。檢測過程的自動化是一個重大的障礙,導致檢驗結果的不穩定而且無法進行大量的檢測。但是近兩年,已經有自動化的微流晶片為基礎的CTCs檢測平台被報導。

過去對於CTCs定義是2002年CellSearch系統的定義,包括:
1. 能被anti-EpCAM抗體捕獲,螢光染色Cytokeratin 8+, 18+ and/or 19+ /DAPI+/CD45- 的細胞
2. > 4 microns的完整細胞
如果每7.5ml血液裡面有≥5 CTCs通常表示預後不佳
雖然有許多研究仍採用這個定義,但隨著各種檢測系統的發展以及研究資料的累積,對於這個定義,多少都有修正的空間。

臨床上可以使用CTCs和ctDNA (circulating tumor  DNA)作為個人化治療的液態切片技術,用來預測復發,監測治療效果並了解潛在的耐藥機制。也有些學者認為可以用CTCs或是ctDNA作為癌症早期偵測之用,但是個人覺得因為台灣各種檢測技術的進步和可近性,加上癌症的異質性相當複雜,液態切片在這方面能扮演的角色並不多。

以CTCs作為液態切片的標的,除了可以重複檢測之外。腫瘤的異質性對於診斷和治療都是一個挑戰,舉例來說,一個多發性轉移的腫瘤,可能不同轉移位置腫瘤細胞的表現都不一樣,一般狀況下也無法對這些轉移病灶都進行檢測。進行CTCs檢測等於是對這些不同位置病灶釋放到血液的CTCs進行綜合性的分析。

液態切片也可以應用在MRD(極小殘留疾病,minimal residual disease)的偵測和追蹤。MRD可以定義為患者在治療後仍然存在的癌症,目前的醫學影像學方法無法檢測到該癌症,因此是癌症進展的隱匿階段。MRD的階段要不要繼續進行治療,是一個令人頭痛的問題,CTCs和ctDNA可以提供醫師額外的資訊。在手術後對CTC監測可以比目前的影像檢測更早偵測到復發的跡象。對CTCs進一步進行分子特性分析,可以提供CTCs的細胞特性的資訊,甚至提供用藥建議。這是目前其他技術無法做到的。

目前許多CTCs檢測仍然屬於簡單的CTCs計數。雖然有很多的研究顯示CTCs的數目和預後有顯著相關,然而,單純的CTCs計數能供提供的資訊有限。2016年,The American Society of Clinical Oncology (ASCO)提到臨床醫生不應使用循環腫瘤細胞來指導輔助性全身治療的決策。但是2020年學者Asante等的文章中提到:CTC的計數結合分子表徵(molecular characterization)是一種非侵入性工具,有望將其作為卵巢癌的預後指標,從而識別出復發或死亡風險較高的患者

因此CTCs的全方位分析成為CTC檢測的趨勢。2019年Pantel等學者表示,分析循環腫瘤細胞(CTC)的基因組畸變(genomic aberrations)以及的轉錄變化(transcriptional changes)可在特定的抗癌治療時用來檢測治療的漏洞以及即時監測腫瘤的進化。相關基因的畸變包括非小細胞肺癌(EGFR,ROS1和ALK),結腸直腸癌(KRAS),乳腺癌(ESR1和PIK3CA),前列腺癌( AR和TMPRESS2-ERG融合)和黑色素瘤(BRAF),以及和治療相關的蛋白質異常轉錄:乳腺癌(HER2和ER),前列腺癌(AR (尤其是AR-V7, PSMA和PD-L1)。儘管CTC分析可以檢測與抗癌治療相關的基因轉錄和蛋白質表達的變化(這是ctDNA分析無法做到的),但是要捕獲CTC的技術成分較為困難。因此,ctDNA和CTC所提供的訊息可以互補,但最合適的液體切片分析形式的選擇取決於所使用的藥物。實務上,CTCs的檢測費用遠低於ctDNA。

目前台灣對於CTCs的檢測還沒有管理辦法,因此大部分都以LDTs(實驗室發展檢測)的形態存在提供檢測結果讓醫師參考。隨著技術的進步,CTCs檢測可以提供臨床醫師更多的訊息。目前台灣已經開發出全自動化的CTC檢測平台,相信在不久的將來可以為癌症的治療展開新的一頁。

圖,電子顯微鏡影像,一顆SKOV-3卵巢癌細胞被微流晶片所捕獲

圖,一位乳癌病患的CTCs螢光染色相片[H周1] ,顯示Her2+以及CD13+CD13是一個癌幹細胞(cancer stem cell)的標記。

 

圖,一位乳癌患者,治療五年以後發現有肺部轉移,CTC檢測發現PDL1+和Her2+標記。

延伸閱讀

  • Zou. D., & Cui. D. Advances in isolation and detection of circulating tumor cells based on microfluidics. Cancer. Biol. Med. 15,335-353 (2018).
  • Ma, G. C. et al. A Silicon-based Coral-like Nanostructured Microfluidics to Isolate Rare Cells in Human Circulation: Validation by SK-BR-3 Cancer Cell Line and Its Utility in Circulating Fetal Nucleated Red Blood Cells. Micromachines (Basel). 10, 132; 10.3390/mi10020132 (2019).
  • Huang, C.E. et al. Noninvasive Prenatal Diagnosis of Fetal Aneuploidy by Circulating Fetal Nucleated Red Blood Cells and Extravillous Trophoblasts Using Silicon-Based Nanostructured Microfluidics. Mol. Cytogenet. 10, 44; 10.1186/s13039-017-0343-3 (2017).
  • Zou, D., & Cui, D. Advances in Isolation and Detection of Circulating Tumor Cells Based on Microfluidics. Cancer Biol. Med. 15, 335-353 (2018).
  • Pantel. K., & Alix-Panabières. C. Liquid biopsy and minimal residual disease - latest advances and implications for cure. Nat. Rev. Clin. Oncol. 16,409-424 (2019).