Der Anwendungswert der Lungenkrebsmethylierung in der Frühdiagnose von Lungenkrebs

Die Aussicht auf eine Methylierungserkennung bei Lungenkrebs.

Laut Statistiken der Weltgesundheitsorganisation ist Lungenkrebs mit einer Inzidenzrate von 11,4 % und einer Sterblichkeitsrate von 18,0 % weltweit die häufigste Krebstodesursache. In China weist Lungenkrebs die höchste Inzidenzrate unter den bösartigen Tumoren auf. Das Lungenadenokarzinom (LUAD) ist der häufigste histologische Subtyp des nichtkleinzelligen Lungenkrebses (NSCLC) und macht etwa 40 % der Lungenkrebsfälle aus. Die chirurgische Resektion von NSCLC im Frühstadium bietet eine gute Prognose mit einer 5-Jahres-Überlebensrate von 70–90 % (Stadium I), aber die meisten Patienten (etwa 75 %) werden erst in einem späten Stadium (Stadium III/IV) diagnostiziert und haben dies auch getan eine niedrige Überlebensrate. Mit der Entwicklung von Sequenzierungstechnologien wurden abnormale DNA-Methylierungsmuster in verschiedenen Tumoren entdeckt und gelten als eine wichtige Ursache für Krebs. Methylierung ist normalerweise in stark und mäßig repetitiven DNA-Sequenzen vorhanden und spielt eine Schlüsselrolle bei der chromosomalen Instabilität. Eine hohe Methylierung der Promotorregionen von Tumorsuppressorgenen wird häufig mit der Stummschaltung von Genen in Verbindung gebracht. DNA-Methylierung ist in frühen Stadien der Tumorentstehung beteiligt. Darüber hinaus ist die DNA-Methylierung über die Zeit relativ stabil und kann nicht-invasiv in Blut, Urin, Speichel und anderen Körperflüssigkeiten nachgewiesen werden. Daher wurden immer mehr Methylierungsbiomarker für die Früherkennung und Diagnose von Tumoren entwickelt. Inländische Studien[1] haben gezeigt, dass der kombinierte Methylierungsnachweis von SHOX2 und RASSF1A in der bronchoalveolären Lavageflüssigkeit eine deutlich höhere Gesamtdiagnoseeffizienz für Lungenkrebs aufweist als die zytologische Untersuchung und das karzinoembryonale Antigen als Biomarker im Serum. Eine andere Studie zeigte, dass beim Nachweis der beiden Gene durch methylierungsspezifische PCR die Erkennungsraten von Lungenadenokarzinomen und Plattenepithelkarzinomen bei Personen mit positiven Ergebnissen 66,0 % bzw. 90,9 % betrugen. Dies zeigt den signifikanten Wert des SHOX2- und RASSF1A-Methylierungsnachweises bei der Frühdiagnose von Lungenkrebs.

Die Funktion und damit verbundene Erkrankungen des RASSF1A-Gens

Die RAS-Assoziationsdomänenfamilie (RASSF) besteht aus 10 Mitgliedern, von RASSF1 bis RASSF10. Diese Proteine sind durch die RAS-Assoziationsdomäne (RA) gekennzeichnet, die am C-Terminus (z. B. RASSF16, bekannt als C-RASSF-Protein) oder am N-Terminus (z. B. RASSF7-10, bekannt als N- RASSF-Proteine). RASSF1 und RASSF5 sind umfassend und ausführlich untersuchte Mitglieder dieser Proteinfamilie, während über andere Mitglieder nur wenige Daten verfügbar sind.

RASSF1A und RASSF1C werden in normalen Geweben weit verbreitet exprimiert und befinden sich auf Mikrotubuli, wo sie an der Wachstumsregulation beteiligt sind. Ihre Rollen bei Krebs sind nahezu gegensätzlich, wobei erstere eine tumorsuppressive Rolle spielen und letztere eine entscheidende Rolle bei der Krebsentstehung spielen. Die transkriptionelle Stummschaltung von RASSF1A durch hohe Methylierung stört das Gleichgewicht zwischen beiden, was zu einer Überexpression von RASSF1C führt und seine Funktion bei der Krebsentstehung steuert. Relevanten Daten zufolge tritt die RASSF1A-Promotor-Methylierung bei Lungenkrebs mit einer Häufigkeit von bis zu 88 % auf, während sie im normalen umgebenden Gewebe nahezu unmethyliert ist. Die Häufigkeit der Methylierung des RASSF1A-Promotors erreicht fast 100 % bei kleinzelligem Lungenkrebs (SCLC) und 65 % bei nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (NSCLC).

Die Funktion und damit verbundene Erkrankungen des SHOX2-Gens

Das SHOX-Protein ist hauptsächlich in den Gliedmaßen, im Herzen, in der Nase, in den Kiemenbögen, im Nervensystem und im mittleren bis distalen Teil des menschlichen embryonalen Genitalhöckers verteilt. SHOX2 liegt relativ nah an den Gliedmaßen. Darüber hinaus wird SHOX2 auch im Nasenplakoden, im Substrat des Zentralnervensystems, in den Spinalganglien, im Herzeinflusstrakt, im dritten Rachenbogen und in abgeleiteten Strukturen exprimiert. Das SHOX-Gen reguliert hauptsächlich die Entwicklung früher embryonaler Körperstrukturen und des Herzschrittmachersystems. Mutationen im SHOX-Gen führen typischerweise zu einem Expressionsverlust und können zum Syndrom der Kleinwuchsform führen.

SHOX2 hemmt die Apoptose und aktiviert den NF-kB-Weg, indem es RUNX2 erhöht, um die p53-Aktivität zu unterdrücken, was zum Auftreten krebserzeugender Prozesse führt.

RASSF1A ist ein wichtiger regulatorischer Faktor im Hippo-Signalweg und verknüpft diesen Signalweg mit den Signalwegen TNF-α, NF-kB und TGF-β. In Zusammenarbeit mit den entzündlichen Zytokinen P53 und K-RAS verbindet der epigenetische Verlust von RASSF1A eine Reihe wichtiger Krebssignalwege und spielt eine bedeutende Rolle bei der Entstehung und Metastasierung von Krebs. Aufgrund seiner komplexen Beziehung zu bestimmten microRNAs kann SHOX2 mit den Hippo-, EMT-, RAS/ERK-MAPK- und PI3K/AKT-Signalwegen interagieren, die für die Tumorentstehung, Metastasierung und das Auftreten von Lungenkrebs von entscheidender Bedeutung sind.

SHOX2 kann an TGF-Rezeptoren binden und mit dem NF-kB-Signalweg interagieren, was auf eine gegenseitige regulatorische Beziehung mit RASSF1A hinweist.[2]

Sensitivität und Spezifität der SHOX2- und RASSF1A-Methylierung in klinischen Studien

Die kombinierte SHOX2- und RASSF1A-Promotormethylierung wurde in Proben von 54 LUAD-Patienten im Frühstadium und 31 Patienten mit gutartigen Lungenknötchen im Nanjing Drum Tower Hospital bestimmt. Die Ergebnisse zeigten, dass der Nachweisgrad der Methylierung des SHOX2-Promotors in Tumorproben von LUAD-Patienten etwas höher war als der von RASSF1A. Es wurde festgestellt, dass der SHOX2- oder RASSF1A-Promotor-Methylierungsnachweis empfindlich und spezifisch für LUAD im Frühstadium war, die diagnostische Effizienz des Einzelgen-Methylierungsnachweises jedoch nicht hoch war. Das diagnostische Potenzial des kombinierten Nachweises der Promotormethylierung für Patienten im Stadium 0 ist noch unklar. Mit zunehmendem Krankheitsstadium vom Stadium 0-II oder mit dem Fortschreiten von LUAD von AIS (Adenokarzinom in situ) zu MIA (minimalinvasives Adenokarzinom) und dann zu IPA (invasives Adenokarzinom) stiegen die Werte der SHOX2- oder RASSF1A-Promotormethylierung allmählich an. Patienten mit positiven Ergebnissen beim kombinierten Methylierungsnachweis können schnell fortschreitende Tumoren haben und benötigen eine aktive Behandlung. Darüber hinaus zeigte die Analyse der TCGA-Kohorte, dass SHOX2 von Stadium III zu Stadium IV nicht signifikant anstieg. Dies könnte darauf hindeuten, dass die Hypermethylierung des SHOX2-Promotors ein Biomarker für LUAD im Frühstadium ist, nicht jedoch für LUAD im Spätstadium[3].

Vergleich der Methylierung zwischen Normal- und Tumorproben der Stadien I–IV in der TCGA-Kohorte

SHOX2- und RASSF1A-Methylierungsniveaus wurden in FFPE-Resektionsproben von 251 Patienten im Tongji-Krankenhaus der Tongji-Universität nachgewiesen. Unter ihnen wurde in 137 Fällen Lungenkrebs diagnostiziert, darunter 70 Adenokarzinome, 51 Plattenepithelkarzinome und 16 kleinzelliger Lungenkrebs. Weitere 114 Fälle waren gutartige Erkrankungen als Kontrollen. Darüber hinaus wurden 17 Biopsieproben von Lungenkrebspatienten analysiert. Für alle Proben wurden klinische Merkmale im Zusammenhang mit der histologischen Klassifizierung und dem durch die Pathologie bestätigten Tumorstadium analysiert.

Methylierung von SHOX2 und RASSF1A in verschiedenen histologischen Subtypen und Tumor-Staging-Gruppen

Die positiven Erkennungsraten von SHOX2 und RASSF1A betrugen 100,0 %, 96,1 %, 82,9 % bzw. 89,8 % bei kleinzelligem Lungenkrebs, Plattenepithelkarzinom, Adenokarzinom und allen Krebsarten. In der Kontrollgruppe wurde festgestellt, dass 11 von 114 Patienten mit gutartigen Lungenerkrankungen positiv für SHOX2 oder RASSF1A waren, mit einer Spezifität von 90,4 %. Die Sensitivität der SCC-Erkennung betrug allein für SHOX2 94,1 %. In Kombination mit RASSF1A wurden die Erkennungsraten für Adenokarzinome und kleinzelligen Lungenkrebs von 64,3 % bzw. 87,5 % auf 82,9 % bzw. 100 % erhöht. Eine geringere Empfindlichkeit von SHOX2 wurde nur bei Adenokarzinomen im Stadium I beobachtet. Die Studie ergab außerdem, dass der Grad der SHOX2-Methylierung mit dem Staging von Lungenkrebs zusammenhängt und von Stadium I bis IV ansteigt, während für die RASSF1A-Methylierung bei Lungenkrebsfällen keine solche Korrelation beobachtet wurde. Darüber hinaus wurde hochmethyliertes SHOX2 oder RASSF1A nicht nur in 16 chirurgischen Proben, sondern auch in 11 histopathologisch negativen Biopsieproben von 17 Biopsieproben nachgewiesen. Dies weist darauf hin, dass Methylierungsbiomarker im Vergleich zu pathologischen Ergebnissen eine höhere Empfindlichkeit aufweisen und die diagnostische Effizienz erheblich verbessern können[4].

Potenzial der Methylierungserkennung für die Früherkennung von Lungenkrebs

Derzeit gehört die routinemäßige pathologische Diagnose weitgehend zur „empirischen Wissenschaft“ und ist äußerst subjektiv. Die pathologische Diagnose (einschließlich zytologischer und histopathologischer Untersuchung) kann stark von der Probenqualität und dem diagnostischen Niveau der Pathologen beeinflusst werden. Die Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit der Erkennung müssen verbessert und verbessert werden. Neue molekulare Diagnosemethoden sind empfindlicher und objektiver und können die inhärenten Mängel der morphologischen Diagnose überwinden. Veränderungen der DNA-Methylierung sind einer der vielversprechendsten Biomarker für die Krebsfrühdiagnose und wurden von der wissenschaftlichen Forschung auf klinische Anwendungen übertragen. Viele Studien haben über verschiedene DNA-Methylierungs-Biomarker berichtet und ihre Rolle bei der Lungenkrebsdiagnose bestätigt. Der kombinierte Nachweis der RASSF1A- und SHOX2-Methylierung mit seiner hohen Sensitivität und Spezifität könnte beispiellose Biomarker für das Lungenkrebs-Screening und die Verlaufsüberwachung liefern. Ein besseres Verständnis der biologischen Funktionen von RASSF1A und SHOX2 durch Forschung und Verbesserung ihrer Nachweismethoden kann dazu beitragen, sie in der klinischen Praxis besser zu nutzen. Es wird erwartet, dass die Anwendung dieser Biomarker die Genauigkeit des Screenings von Lungenkrebspatienten verbessert, dadurch die 5-Jahres-Überlebensrate von Lungenkrebspatienten erhöht und eine zeitnahe klinische individuelle Behandlung ermöglicht.

Verweise:

1. Chinesischer Expertenkonsens zur Diagnose von Lungenkrebs im Frühstadium (Ausgabe 2023)

2 J Cancer Res Clin Oncol. 2020 Jun;146(6):1379-1393

3.Front Oncol. 28.06.2022;12:849024.

4.Front Oncol. 2020 14. Dezember;10:565780.