Список сокращений

ЖБ — жидкостная биопсия

СМЖ — спинномозговая жидкость

ЦОК — циркулирующие опухолевые клетки

сцДНК — свободно циркулирующая дезоксирибонуклеиновая кислота

ГБ — глиобластома

ВВ — внеклеточные везикулы

DIPG — diffuse intrinsic pontine glioma, диффузная эндофитная опухоль моста

МГИ — молекулярно-генетическое исследование

БЖ — биологические жидкости

ТБ — тканевая биопсия

ЛП — люмбальная пункция

Введение

Жидкостная биопсия (ЖБ) — современный метод диагностики, применяемый в медицине. Он основан на анализе биомаркеров, содержащихся в жидких средах организма: крови, спинномозговой жидкости (СМЖ) и слюне.

В отличие от традиционной биопсии, ЖБ позволяет диагностировать опухоли и другие заболевания без хирургического вмешательства. Благодаря развитию методов диагностики и анализа этот подход стал более чувствительным и точным инструментом для обнаружения даже минимального количества опухолевых клеток и выявления в них мутаций генов.

Научный интерес к ЖБ возрос из-за ее низкой инвазивности и высокого потенциала в диагностике, прогнозировании и мониторинге различных онкологических заболеваний. Задача данной публикации — рассмотреть современные достижения и перспективы применения ЖБ в диагностике опухолей центральной нервной системы (ЦНС).

Материал и методы

Проведен поиск в базе данных PubMed по ключевым словам: «liquid biopsy»; «circulating biomarkers»; «CNS tumors targeted therapy»; «molecular diagnosis in CNS tumors treatment» — на глубину поиска 18 лет, с 2005 по 2023 г.; также включены единичные более ранние значимые и фундаментальные исследования [1—4].

Из 200 найденных работ в исследование вошли 80, остальные оказались либо недоступны, либо посвящены иной проблеме.

Из-за разнородности материала и небольшого числа пациентов в анализируемых работах систематический анализ данных не проводился.

Результаты

Основными мишенями, используемыми в ЖБ, являются циркулирующие опухолевые клетки (ЦОК), внеклеточные везикулы (ВВ), свободно циркулирующая дезоксирибонуклеиновая кислота (сцДНК) и микрорибонуклеиновые кислоты (микроРНК).

ЦОК — клетки, покинувшие очаг первичной опухоли и попавшие в кровь или СМЖ. Длительное время ошибочно считалось, что ЦОК можно выявить только в случаях метастазирования опухоли [5, 6]. Опухолевые клетки в крови были идентифицированы у пациентов с меланомой, опухолью молочной железы, простаты и легких [7, 8]. В 2014 г. удалось выделить их у больных с глиобластомой (ГБ), а позже — у пациентов с глиомами Grade II—III [9, 10]. Исследование одной такой клетки дает полное представление о характере опухоли и ее биологических маркерах [11, 12].

ВВ — небольшие «пузырьки», заключенные в двойной липидный слой, высвобождаемые во внеклеточное пространство как опухолевыми, так и неопухолевыми клетками [13]. Наиболее часто изучаемые ВВ включают экзосомы и микровезикулы [14, 15]. ВВ, высвобождаемые глиомами, играют роль сигнальных молекул для передачи онкогенного потенциала другим опухолевым клеткам, стимулируя их рост, деление и ангиогенез [16—18]. Кроме того, ВВ ГБ могут содержать генетические маркеры, свойственные клеткам опухоли, в частности мРНК с мутацией EGFR III (EGFRvIII) [19, 20].

сцДНК — наиболее широко используемая мишень в ЖБ [21—23].

Еще в 1948 г. P. Mandel и P. Metais описали свободно циркулирующие в плазме крови здоровых людей нуклеиновые кислоты [1]. Современные методики полимеразной цепной реакции позволяют успешно дифференцировать опухолевую ДНК (сцДНК) от свободно циркулирующих нуклеиновых кислот нормальных клеток [24]. С использованием цифровой полимеразной цепной реакции в 75% случаев у пациентов с новообразованиями различной локализации удалось идентифицировать в крови сцДНК опухоли [25].

Изучение сцДНК позволяет обнаружить мутации, характерные для опухолевых клеток. Работа, проведенная R. Lebofsky и соавт., включала параллельный анализ опухолей различных органов и сцДНК в крови. В результате в 97% случаев они смогли подтвердить наличие в сцДНК опухолеспецифичных мутаций. В 7 наблюдениях, когда тканевая биопсия была неинформативна, обнаружить патологическую мутацию удалось только при исследовании сцДНК [26].

Некоторые исследования показывают более высокую эффективность ЖБ по сравнению с тканевой биопсией (ТБ) [8]. При изучении лекарственной резистентности опухолей желудочно-кишечного тракта было отмечено, что мутации в сцДНК удалось обнаружить в 76—87% случаев, в то время как в тканях — только в 48% [27].

Согласно данным литературы, объем хирургического вмешательства и проведение химиотерапии напрямую влияют на концентрацию сцДНК в биологических жидкостях [26]. Данная зависимость может быть использована как для оценки радикальности хирургического лечения и эффективности химиотерапии, так и для ранней диагностики рецидива опухоли [28].

Циркулирующая микро-РНК — небольшая по своей протяженности (21—24 нуклеотида) некодирующая молекула РНК.

Недавние исследования показали, что изменение концентрации определенных подтипов микро-РНК, выделенных из плазмы крови и ликвора, может соответствовать гистологическому типу опухоли, что может быть полезным параметром в диагностике глиом [29, 30].

Возможности ЖБ в нейроонкологии

В современном подходе к терапии злокачественных глиом важным этапом является иммуногистохимическое исследование для определения прогноза заболевания и выбора тактики лечения. Основной упор в этом анализе делается на поиск мутаций IDH1/2, 1p19q и MGMT.

Сегодня с помощью метода ЖБ можно выявить эти мутации, а также другие генетические изменения [31].

В исследовании, проведенном B. Boisselier и соавт., у 5 из 25 пациентов с морфологически верифицированным мутантным IDH1 эта мутация была обнаружена и в сцДНК, в то время как в подгруппе с диким типом IDH1 ни у одного из 14 пациентов мутации в сцДНК выявлено не было [32].

I. Lavon и соавт. описали группу из 70 пациентов с глиальными опухолями, в которой проводилось изучение метилирования промотора MGMT и изменений в хромосомах 1p и 19q в сцДНК и тканях опухоли. Опухолеспецифические изменения сцДНК были обнаружены у 51% пациентов со злокачественными глиомами и у 55% — с олигодендроглиомами. В контрольной группе изменений сцДНК не было обнаружено [33].

Мутация BRAFV600E — одна из новых генетических мишеней в молекулярной нейроонкологии. Механизм, активируемый данной мутацией, может лежать в основе развития таких опухолей ЦНС, как папиллярные краниофарингиомы, ганглионастроцитомы, ГБ и пилоидные астроцитомы [34, 35]. На данный момент описана возможность выявления этой мутации в плазме крови и ликворе, что позволяет более точно диагностировать заболевание и прогнозировать его динамику [34, 36—38].

По данным Z. Birko, в настоящее время существует значительный выбор новых мишеней для диагностики и лечения глиом. Исследования показывают, что концентрация некоторых микро-РНК может значительно меняться у пациентов со злокачественными глиомами [5, 9, 39—41].

Одним из методов применения ЖБ является диагностика вторичных поражений головного мозга и его оболочек. Работа H. Wang и соавт. (2022) показала, что молекулярно-генетическое исследование ликвора имеет более высокие чувствительность и специфичность по сравнению с его цитологией, что позволяет успешно применять этот метод для диагностики метастатических поражений нервной системы [42].

Значительным шагом в развитии методики ЖБ в нейроонкологии является метаанализ, проведенный L. Greuter и соавт. при глиомах головного мозга у детей. Важным результатом исследования стала возможность успешного определения мутации H3K27M в ликворе. Повышение уровня этой мутации в СМЖ свидетельствует о прогрессии заболевания, даже при отсутствии рентгенологических признаков [43]. Авторы также отметили, что ЖБ может быть полезна при диагностике прогрессии заболевания или псевдопрогрессии. С ее помощью можно определить наличие остаточной опухоли и оценить вероятность рецидива при медуллобластомах.

Результаты метаанализа указывают на важность и перспективность применения ЖБ при глиомах головного мозга у детей, что подтверждается также в других исследованиях [44].

Обсуждение

Несмотря на то что биопсия с гистологической верификацией по-прежнему является основным методом постановки диагноза в нейроонкологии, она имеет некоторые недостатки.

В первую очередь это риск неврологических осложнений при проведении биопсии, что может повлиять на исход заболевания. При труднодоступной локализации опухоли проведение биопсии может быть затруднено или даже невозможно [45].

Во-вторых, биопсия не всегда отражает гетерогенность структуры всей опухоли. Исследование M. Gerlinger и соавт. показало несовпадение мутационного профиля в 60—70% случаев при исследовании нескольких участков ткани из одной опухоли [46].

В-третьих, недостаточное количество или отсутствие опухолевой ткани в биоптате, а также последующая обработка материала могут сузить возможности последующего молекулярно-генетического исследования. Кроме того, ТБ ограничивает анализ структуры опухоли моментом времени взятия биоптата, поэтому данный метод не может показать изменение опухоли в динамике [10].

Сегодня ЖБ при новообразованиях ЦНС применяется редко и находится на стадии исследований [39, 47, 48]. Тем не менее данный метод обладает большим спектром возможностей для применения и способен помочь в диагностике заболеваний ЦНС, например для дифференциальной диагностики первичной лимфомы и глиомы [49, 50].

Циркулирующие биомаркеры позволяют оценить генетические особенности опухоли, учитывая ее гетерогенность [51—53]. ЖБ может использоваться для мониторинга течения заболевания, выявления рецидива или развития химиорезистентности. Этот метод незаменим для пациентов с неоперабельными опухолями (например, DIPG), когда получение образца ткани опасно из-за высокого риска осложнений и вероятности неинформативной биопсии [54, 55].

Для ЖБ наиболее часто используют плазму крови и СМЖ. Плазма крови является сложной биологической жидкостью, и выделение маркеров при опухолях ЦНС может быть затруднено из-за наличия барьера между нервной тканью и кровью [52, 56].

СМЖ — наиболее ценный материал для диагностики опухолей ЦНС. Ликвор можно получить путем люмбальной пункции, при установке наружного вентрикулярного дренажа или во время проведения вентрикулоперитонеального шунтирования [43, 57]. Объем СМЖ является основным параметром, влияющим на предотвращение осложнений и успешность проведения анализа [2].

Анализ СМЖ в действительности требует специализированного оборудования и наличия квалифицированных специалистов, что может ограничивать внедрение этой методики в клиническую практику.

Еще одна проблема, сдерживающая использование анализа СМЖ в клинической практике, — низкий уровень воспроизводимости результатов между различными исследованиями. Это связано с техническими отличиями в методах извлечения, обработки и хранения образцов ДНК, РНК и белков в разных лабораториях, что может приводить к искажению и неправильной интерпретации результатов.

К тому же существует затруднение, связанное с недостатком разработанных методик для обнаружения редких мутаций, что создает ограничения для определения некоторых опухолевых биомаркеров.

Основываясь на работе G. Poulet и соавт., в которой проводилось сравнение методик ЖБ и ТБ в общей онкологии [58], мы также провели сравнение основных параметров двух методик применительно к нейроонкологии (см. таблицу).

Сравнительная характеристика методик ТБ и ЖБ в нейроонкологии

Примечание. ТБ — тканевая биопсия; ЖБ — жидкостная биопсия; СТБ — стереотаксическая биопсия; ЛП — люмбальная пункция; МГИ — молекулярно-генетическое исследование; СМЖ — спинномозговая жидкость; сцДНК — свободно циркулирующая дезоксирибонуклеиновая кислота.

Таким образом, сегодня оба метода имеют свои преимущества и ограничения, в связи с чем комбинированный подход с использованием как ТБ, так и ЖБ может быть наиболее полезным в нейроонкологии. Применение такого подхода может повысить точность диагностики, оценку прогноза и определение эффективности лечения.

Заключение

Преимущество ЖБ — возможность получения информации об опухоли без хирургического вмешательства. Метод позволяет узнать о мутациях генов и других биомаркерах опухоли.

Но ЖБ не всегда дает полную картину состояния опухоли, так как некоторые биомаркеры (EGFR, BRAF V600E и др.) могут быть недостаточно чувствительными или специфичными. Для анализа требуются специализированное оборудование и квалифицированный персонал, что доступно не во всех медицинских учреждениях.

Современные исследования показывают, что ЖБ перспективна в диагностике и мониторинге опухолей ЦНС. С ее помощью можно определить тип опухоли, оценить стадию заболевания и спрогнозировать его развитие. Кроме того, этот метод помогает отслеживать эффективность лечения и выявлять ранние рецидивы.

Таким образом, ЖБ — важный инструмент для диагностики и мониторинга опухолей ЦНС. Но чтобы полностью раскрыть потенциал этого метода, необходимо продолжать исследования и совершенствовать технологии, повышая чувствительность и специфичность диагностики.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Гаврюшин А.В., Хухлаева Е.А.

Сбор и обработка материала — Веселков А.А.

Написание текста — Гаврюшин А.В., Хухлаева Е.А., Веселков А.А.

Редактирование — Гаврюшин А.В., Хухлаева Е.А., Веселков А.А., Коновалов А.Н., Друй А.Е.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Комментарий

Первичные опухоли центральной нервной системы (ЦНС) составляют около 2% всех опухолей человека или, по данным CBTRUS (Central BrainTumor Register of the United States), 21,4 случая на 100 тыс. населения. Порядка 35,5% первичных опухолей мозга приходится на глиомы, причем 15,6% — на глиобластомы. Для большинства глиом характерен диффузный характер роста с инвазией окружающих нормальных тканей мозга. Часть диффузных глиом ствола имеет доброкачественное течение и благоприятный прогноз (например, глиома четверохолмной пластинки), другие, такие как злокачественные глиомы моста, характеризуются агрессивным течением и неблагоприятным прогнозом, а лечение планируется без патоморфологической верификации диагноза.

Согласно современным клиническим рекомендациям, диагноз должен быть интегративным и включать: гистологическое строение, степень злокачественности, молекулярную информацию (выявление специфических генетических мутаций), указание локализации и распространения опухолевого процесса, указание ранее проведенных лечебных мероприятий. Стоит отметить, что современная классификация опухолей ЦНС Всемирной организации здравоохранения 2021 г. построена с обозначением ключевых диагностических генов, молекул, сигнальных путей и/или их комбинаций, на основании чего возможно прогнозировать особенности течения опухолевого процесса и выстраивать оптимальную лечебную тактику.

Работа представляет собой анализ научной литературы на тему жидкостной биопсии опухолей головного мозга. Авторами описана методология отбора статей в поисковой системе PubMed с указанием использованных ключевых слов. Всего было отобрано 120 научных статей.

Особый интерес представляет изучение свободно циркулирующей дезоксирибонуклеиновой кислоты (сцДНК). Некоторые исследования показывают более высокую эффективность жидкостной биопсии по сравнению с тканевой биопсией. Например, при изучении лекарственной резистентности опухолей желудочно-кишечного тракта было отмечено, что мутации в сцДНК удалось обнаружить в 76—87% случаев, в то время как в тканях — только в 48%. При исследовании маркеров немелкоклеточного рака легкого эффективность жидкостной биопсии составила 73,5%, в отличие от тканевого исследования — только 25,95%. Однако чувствительность метода в нейроонкологии на порядок ниже — «у 5 из 25 пациентов с морфологически верифицированным мутантным IDH1 эта мутация была обнаружена и в сцДНК, в то время как в подгруппе с диким типом IDH1 ни у одного из 14 пациентов мутации в сцДНК выявлено не было».

В работе представлена таблица, в которой приводится сравнение основных параметров методик тканевой и жидкостной биопсии применительно к нейроонкологии. Недостатком метода жидкостной биопсии авторы указывают методологическую сложность проведения лабораторной диагностики.

Заключение — «сегодня совместное использование тканевой и жидкостной биопсии может улучшить точность диагностики, оценку прогноза и определение эффективности лечения при опухолях ЦНС» — в полной мере отражает суть проведенной работы, однако в рамках нейроонкологии жидкостную биопсию целесообразно рассматривать не как дополнительный метод, а как альтернативу при невозможности проведения тканевой биопсии (например, при опухолях ствола мозга).

А.А. Тушев (Ростов-на-Дону), А.Х. Бекяшев (Москва)

Комментарий

Статья представляет собой полноценный обзор литературы по теме сложностей точной диагностики стволовых новообразований головного мозга. Анализ мировых данных, выполненный коллективом авторов НИИ нейрохирургии им. Бурденко, позволил сформулировать плюсы и минусы инвазивной прямой тканевой биопсии, выполняемой чаще всего методом СТБ. Самым значимым достоинством методики жидкостной биопсии, предлагаемой авторами как альтернатива высокоинвазивной СТБ в этом регионе головного мозга или в качестве дополнения к ней, является возможность получения образцов из различных отделов, что позволяет избежать рисков, связанных с инвазивными процедурами. Кроме того, этот метод позволяет получить информацию о мутациях генов и других биомаркерах, которые могут быть связаны с развитием опухолей. Ограничением для определения опухолевых биомаркеров является недостаток на сегодня разработанных методик для обнаружения редких мутаций и изменений метилирования нуклеиновых кислот. Тем не менее появление практически неинвазивного метода диагностики и возможностей в перспективе таргетной терапии позволяет увидеть луч света в лечении столько сложной группы новообразования как опухоли ствола головного мозга. Статья представляет безусловный интерес для нейрохирургов.

В.Ю.Черебилло (Санкт-Петербург)