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MSI检测针对不同种族和民族的患者人群的考虑

安妮特·伯克豪斯,博士•2022年3月20日

MSI是一种重要的泛癌生物标志物

检测微卫星不稳定性(MSI),即被称为微卫星的DNA重复序列中插入或删除错误的积累,已经成为癌症患者临床治疗的关键——尤其是那些晚期癌症患者。MSI检测已经在结肠直肠癌中使用了近20年,用于筛查可能受益于附加基因检测的遗传性癌症易感症(即林奇综合征)诊断的患者。1控制DNA错配修复系统(即DNA错配修复系统)功能的基因的遗传突变Mlh1, msh2, msh6, pms2EPCAM)可能会导致微卫星不稳定(MSI-H),当这种机制不能纠正复制过程中发生的DNA错误时。2这种错误的积累可能会导致某些癌症的发展和由此产生的MSI-H肿瘤表型。3.

在患有MSI-H实体瘤的晚期癌症患者中,MSI-H状态可以作为对某些免疫治疗药物反应的阳性预测因子。42017年,美国食品药品监督管理局(FDA)批准了首个肿瘤不可知肿瘤治疗药物pembrolizumab,用于任何表现出MSI-H表型或失配修复缺陷(dMMR)的晚期实体肿瘤。5从那时起,美国、欧洲和日本的监管机构陆续批准了类似药物的使用。6 - 10MSI状态作为确定治疗决策的辅助手段的临床应用,导致了对MSI检测方法的重新兴趣,并推动了对新的微卫星标记和检测技术的研究。

然而,重要的是要认识到,在分子研究中获得护理和代表性可能会影响MSI检测中的种族差异。11这些因素也可能导致不同种族的癌症患者群体的不成比例的结果,因为MSI是治疗选择的一个重要生物标志物,结肠直肠癌的MSI频率在非裔美国人、西班牙裔和白人患者中发生的比例相似。4、12了解MSI检测在不同种族人群中的局限性对于确定不同种族和种族的患者群体的治疗方案可能是至关重要的。

多态与单态微卫星

每个基因都有两个等位基因,分别来自父母。如果两个等位基因相同,则该个体是该基因的纯合子。然而,如果等位基因是不同的,那么它们对该基因是杂合的(见图1)。等位基因变异可以导致重复序列区域的大小或长度的差异,就像微卫星。如果超过1%的种群显示该区域重复单元数量的杂合性,则该微卫星区域是多态的。某些群体可能有多个等位基因,这导致个体之间微卫星区域的高度变异。这也可能导致高水平的杂合性,因为每个人都继承了一个等位基因的两个副本。这些多态区域对诸如法医鉴定和祖先图谱等应用具有很高的信息量,然而,它们在MSI分析中对评估标记不稳定性提出了解释挑战。

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图1.基因遗传的高级概述。庞尼特方格图(A)和亲本等位基因图(B)展示了所有可能的等位基因组合,AA和AA分别表示该基因的纯合性,AA表示杂合性。

当群体中的所有个体共享相同数量的重复单元时,微卫星区域被认为是单胚的。例如,在大多数白种人中,BAT-26标记由26个腺嘌呤组成,然而,在非裔美国人和巴西人的样本中发现了BAT-26大小的自然等位基因变异。13、14因此,许多用于MSI分析的常用标记被称为“准单胚性”,因为种系多态性可能存在于罕见的、多样化的群体中。

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图2.微卫星多态性和微卫星准单胚性的例子。

MSI检测在不同种族和民族中的临床表现高度依赖于特定面板中包含的每个标记的表征。例如,BAT-25和BAT-26在白种人中很少有变异等位基因,而NR-21、MONO-27和NR-24在白种人和亚洲人中也很少有变异等位基因。15日162006年进行的一项大型多群体研究确定,单核苷酸标记(NR-21, NR-24, NR-27, BAT-25和BAT-26)的共同等位基因的准单态性在世界范围内的群体中大多是保守的,来自55个不同世界群体的87.5%的样本显示没有变异大小的等位基因。17这项研究确实在撒哈拉以南非洲人中发现了BAT-25和BAT-26的罕见变异等位基因,在比亚卡俾格米人中发现了BAT-26,在桑人中发现了BAT-25,在大洋洲人、南非人、中亚/南亚人和来自东亚的两个中国少数民族中发现了br -21。17然而,在所有群体中,每个标记的变异等位基因的总比例是最小的:NR-21为2.6%,NR-24为0.1%,NR-27为2.6%,bat25为1.7%,bat26为1.2%。任何一个个体在多个标记上的杂合性也很罕见,2.2%和0.2%的多民族样本分别在两个或三个标记上显示出变异的等位基因。

某些群体可能有多个等位基因,这导致个体之间微卫星区域的高度变异。

总之,这些数据表明,在某些基因多样化的人群中,可能需要更多的标记物来敏感地检测MSI。目前,一组5个单核苷酸标记(BAT-25, BAT-26, NR-21, NR-24和MONO-27)用于检测缺乏匹配正常样本的肿瘤MSI,因为标记长度已被证明在亚洲人,白种人和非裔美国人人群中是相似的。然而,这种方法在临床实践中应用于具有相似遗传谱系的群体中,这些群体中已经确定了共同的等位基因大小,并且可以确定每个标记的准单态变异范围(QMVR)或等位基因大小的分布。8、18、19在同一全球种群研究中,BAT-25的QMVR范围为146 - 151bp, BAT-26的QMVR范围为176-182bp, NR-21的QMVR范围为105-110bp, NR-24的QMVR范围为124-128bp, NR-27的QMVR范围为86-89bp。基于这些标记的群体特异性等位基因频率测定,已经建立了替代QMVR范围。20、21然而,对共同等位基因大小的彻底分析使得在遗传多样性较高的人群中,在没有正常组织的情况下测定MSI-H状态比在没有正常组织的情况下测定产生假阳性结果的可能性更小。这些单核苷酸标记(BAT-25, BAT-26, NR-21, NR-24,和MONO-27/NR- 27)在不同种族和民族群体中的准同一性使得其被采用为MSI测试的金标准面板。16

其他特征良好的标记在等位基因大小上有大量的多态性和高发生率的杂合性。这些包括BAT-40和二核苷酸标记(D2S123, D5S346和D17S250)在NCI/Bethesda面板中使用。22、23在中国人群的研究中,二核苷酸标记的杂合率分别为80.8%、57.7%和74.1%。23这种多态区域需要使用匹配的正常样本来询问肿瘤DNA是否存在MSI,以区分杂合等位基因遗传病例和肿瘤DNA中真正的MSI。在缺乏正常组织比较的情况下,由于这些标记的多态性,非白种人患者的MSI状态可能被误解为MSI- h。17因此,有时需要额外的标记物来明确显示边界线长度缺失的肿瘤MSI状态。24

理想的用于MSI检测的微卫星标记物具有以下特点:
  • 单个核苷酸重复区>有20个重复单位
  • 对错配修复缺陷引起的突变积累敏感
  • 长度在种群间是单形或准单形的
  • 有利于扩增,有助于检测

纳入匹配的正常样本可减少少数群体代表性不足造成的误读

虽然精准医疗计划旨在为患者提供个性化护理,但在用于生物标志物发现、病理变异识别和分子诊断分析开发的临床研究和基因组检测研究中,少数族裔群体历来代表性不足。事实上,最初的人类参考基因组包含了少数主要是欧洲血统的个体的贡献。因此,该基因组可能不包括或反映人类基因组变异的完整光谱。30.

一些替代的分子分析,如下一代测序(NGS),使用短单核苷酸重复序列来检测MSI,不需要提交匹配的正常样本进行比较。25日,26日MSI状态是通过将结果与参考基因组进行比较来确定的,或者通过PCR分析以MSI为基准,基于比较性能的算法来确定的。在大型的综合谱分析面板中,MSI通常是使用在被询问基因中存在的均聚物重复来确定的。然而,这些标记可能不是检测MSI的理想方法,这些区域的多态性可能会干扰MSI的准确测定。事实上,研究发现,无论是将肿瘤样本与匹配的正常样本进行比较,还是估计肿瘤纯度百分比,都可以显著提高NGS检测的准确性,当以PCR的MSI为基准时。27对这些分析缺乏敏感性也被认为与参考基因组的使用有关,这可能在不同的种族背景中不具有代表性,以及在人群中使用等位基因长度分布未知的微卫星标记。

正如最近一项针对非裔美国人样本的研究所强调的那样,由于这些区域的多态性而导致的错误分类变体的可能性是非常值得关注的。28在这项研究中,通过解决种族偏见和改进用于确定该人群中MSI状态的微卫星标记,综合NGS分析能够将MSI呼叫的特异性从0%提高到100%。相比之下,作为金标准的MSI PCR板中的准同构标记(BAT-25, BAT-26, NR-21, NR-22,和MONO-27)与免疫组化(IHC)测定的MMR蛋白表达缺失具有100%的一致性。这一比较表明NGS MSI检测结果存在较强的偏倚,而PCR MSI检测结果不存在偏倚。28一般来说,大多数NGS分析没有评估他们所询问的基因座在种族和民族间的人群偏差,因此这些分析在不同患者人群中的临床表现尚未确定。为了充分了解采用新标记进行MSI生物标志物检测对种族和民族多样性人群的影响,需要进行全面的人群研究,以确定新的微卫星位点等位基因谱和频率的差异。

由于对不同人群的等位基因频率的了解有限,MSI检测应始终使用匹配的正常/肿瘤DNA对来确定MSI状态和临床决策,只要可行。一些MSI标记,在非白种人种族背景中有更多的变异等位基因,可能需要匹配的正常组织样本进行精确的MSI分析。15日16使用不考虑等位基因变异的MSI标记和检测方法可能会使某些族裔和种族人口容易被误解MSI状态,从而加剧现有的健康差异,这可能导致误诊和虐待。31

致谢:Lindsay Megenhardt博士、Monica Basehore博士和Emily Teslow博士贡献了文章的内容和草稿的编辑。

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