Простой тест мочи точно диагностирует и мониторит рак мочевого пузыря

Исследователи из Стэнфордского медицинского университета и системы здравоохранения Вирджиния Пало-Альто разработали простой анализ мочи, который, по их данным, диагностирует рак мочевого пузыря точнее, чем нынешние стандартные методы. Тест также может оценивать реакцию опухоли на лечение и предсказывать, будет ли для конкретного пациента эффективнее иммунотерапия или химиотерапия.

В отличие от большинства жидких биопсий, которые ищут связанные с раком мутации в ДНК, этот метод измеряет сигналы РНК, которые опухолевые клетки выделяют в мочу. РНК показывает, какие гены активны в клетке, и потому отражает не только наличие опухоли, но и её биологическое поведение.

Измерение опухолевой ДНК в моче может указать на присутствие рака; анализ РНК дает дополнительную информацию о том, чем именно занимается опухоль.

Максимилиан Дин, доктор медицинских наук, профессор радиационной онкологии и обладатель именованного кресла Джека, Лулу и Сэма Уилсонов,

разделяет старшее авторство исследования с Джозефом Ляо, доктором медицины, заведующим кафедрой урологии и Кэтрин Симмонс Профессором Стэйми; ведущим автором работы указан Кевин Дж. Лю. Исследование будет опубликовано 2 октября в Nature Medicine.

От крови к мочевому пузырю

В США ежегодно примерно 85 000 человек получают диагноз рак мочевого пузыря. Заболевание склонно к рецидивам, а мониторинг дорог и инвазивен: эндоскопическая диагностика может пропустить до 30% случаев, а пациенты из группы высокого риска иногда проходят эндоскопию каждые три месяца.

После удаления опухоли многих пациентов лечат ослабленной бактерией Bacillus Calmette-Guérin (БЦЖ), вводимой в мочевой пузырь один раз в неделю в течение шести недель с возможными поддерживающими курсами до трёх лет. БЦЖ стимулирует иммунитет и уничтожает остаточные раковые клетки, но не действует у всех: некоторым опухолям не хватает базовой иммунной активности, необходимой для запуска эффективной реакции, и сейчас нет надёжного способа заранее определить, кому поможет терапия.

Более десяти лет Дин и Ализаде совместно разрабатывали технологии жидких биопсий для крови и других биологических жидкостей. В 2014 году они создали метод CAPP-Seq для обнаружения следовых количеств опухолевой ДНК в крови у больных раком лёгкого и позднее показали его применимость для подтипирования лимфом и выявления лекарственной устойчивости. Впоследствии учёные задали вопрос, может ли подобный подход, адаптированный для анализа мочи, улучшить диагностику и мониторинг рака мочевого пузыря.

При этом возникла проблема: нормальные клетки слизистой мочевого пузыря нередко накопляют собственные мутации, совпадающие с мутations опухоли — так называемый эффект поля. Тесты, ориентированные на ДНК, могут ошибочно принять такие фоновые изменения за опухоль, и для их исключения часто требуется секвенирование и нормальной ткани, и самой опухоли. Поскольку сигналы РНК отражают общую активность генов, а не отдельные мутации, тесты на РНК не требуют сопоставления с образцом опухоли.

«Для подходов, основанных на ДНК и информации об опухолях, необходимо точно знать, как выглядят мутации опухоли, чтобы отслеживать заболевание», — сказал Ализаде. «У РНК такой проблемы нет: нужен биологический признак заболевания, а моча — неинвазивный способ его обнаружения и наблюдения».

Разработка РНК‑ориентированного теста для мочи была технически сложной: молекулы РНК в моче фрагментированы и встречаются редко. Исследователи адаптировали метод секвенирования, применяемый для плазменной РНК, и создали специальную панель генов, нацеленную на сообщения РНК, которые почти не встречаются в здоровой моче, но многочисленны при опухолях мочеполовой системы. В пробах от пациентов с раком мочевого пузыря, почек и простаты разработанный тест uRARE-seq (для случайного прайминга мочи и аффинного захвата фрагментов бесклеточной РНК для анализа обогащения путем секвенирования) точно отражал биологию опухолей и позволял отличать низкозлокачественные карциномы мочевого пузыря от более агрессивных форм.

Подход с высокой точностью

В исследовании проанализировали 683 образца мочи от пациентов и здоровых добровольцев. Тест распознавал 95% случаев локализованного рака мочевого пузыря и правильно классифицировал как здоровых 90% участников, превзойдя стандартную цитологию мочи и ДНК‑ориентированные анализы мочи. Tакже обнаруживались остаточные очаги заболевания после операции и после терапии БЦЖ.

Учёные заметили, что у пациентов, которые затем ответили на лечение БЦЖ, предлечебная РНК мочи была обогащена генами, связанными с активностью Т‑клеток и иммунной сигнализацией; у неrespondеров преобладали признаки быстро делящихся опухолевых клеток. На основе этих различий разработан биомаркер, который с высокой точностью предсказывает, какая опухоль более склонна ответить на иммунотерапию по сравнению с химиотерапией.

Определить пациентов с высокой вероятностью ответа на БЦЖ особенно важно: препарат сейчас производится одним мировым поставщиком, дефицит БЦЖ — обычное явление, и урологам иногда приходится распределять ограниченные поставки между пациентами. Валидация теста может позволить приоритетно назначать БЦЖ тем, кто наиболее вероятно от неё выиграет, и быстрее переводить остальных на химиотерапию.

Исследователи планируют проверить uRARE-seq в больших проспективных многоцентровых исследованиях с целью персонализации лечения больных раком мочевого пузыря.

«В настоящее время нет биомаркеров, официально рекомендованных или одобренных для наблюдения», — сказал Ляо. «Эти методы лечения невероятно обременительны — и физически, и финансово. Если мы сможем направлять выбор терапии с помощью теста, это поможет пациентам и врачам».

В проекте также участвовали сотрудники компании Resero Bio из Сан-Карлоса и системы здравоохранения Вирджиния Пало-Альто.

Работа была профинансирована Национальными институтами здравоохранения (гранты R01 CA244526, R01 CA254179, K00 CA264398 и T32 CA930245), Стэнфордской стипендией Канарской программы ACED, стипендией для аспирантов Кюи, Программой исследования заболеваний, связанных с табаком, программой Вирджинии и фондом Людвига по исследованию рака, а также благотворительным подарком SDW/DT.

Кевин Лю и несколько соавторов владеют долями в Resero Bio — подразделении Стэнфорда, созданном для коммерциализации описанной технологии; двое соавторов являются сотрудниками компании. Дин, Ляо и Ализаде вместе с несколькими соавторами подали патенты, связанные с анализом бесклеточной РНК мочи, и сообщают о консультационных взаимоотношениях с рядом диагностических и фармацевтических компаний.