Hintergrund
Die Früherkennung von Brustkrebs (breast cancer [BC]) führt zu einer besseren Prognose. Derzeit wird die Mammographie für das Screening eingesetzt, aber ihre Empfindlichkeit variiert, abhängig unter anderem von der Erfahrung des Durchführenden, dem Alter der Patientin und der postmenopausalen Hormontherapie, von etwa 68% bis 93%. Insbesondere bei dichtem Brustgewebe ist die Empfindlichkeit eingeschränkt. Daher besteht Bedarf an besseren Methoden, meinen die Autoren einer aktuellen Studie.
BC-spezifische Veränderungen in den Methylierungsmustern der DNA treten früh während der Tumorgenese auf. Bisher wurden schon in mehreren Studien untersucht, ob sich der Methylierungsstatus von zellfreier DNA (cfDNA) für die Krebserkennung, unter anderem von BC eignet. Eine einzige differenziell methylierte CpG-Insel (spezielle Region im Genom mit Zwei-Basen-Sequenzmotiv) für die zuverlässige und quantitative Messung der Tumorlast über cfDNA wurde nicht identifiziert.
Zielsetzung
Wissenschaftler um Xianyu Zhang vom Department of Breast Surgery des Harbin Medical University Cancer Hospital in Harbin, China, nutzten einen Ansatz, bei dem Methylierungsmuster genomweit untersucht werden konnten, um einen kostengünstigen Test mit höherer Leistung als die Mammographie für das Brustkrebsscreening zu entwickeln. Über die Ergebnisse ihrer Studie berichteten Zhang und Kollegen in der Fachzeitschrift Breast Cancer [1].
Methodik
Zunächst analysierten die Forscher computergestützt DNA-Methylierungsprofile, die im Cancer Genome Atlas hinterlegt sind, um Unterschiede zwischen DNA von erkranktem und gesundem Gewebe zu identifizieren. Im nächsten Schritt verglichen sie die ausgewählten Tumormarkersequenzen in Proben tumorgenomischer DNA und Plasma-cfDNA von denselben Patienten und entwickelten daraus ein diagnostisches Modell. Dieses testeten sie in Proben einer unabhängigen Probandengruppe weiter.
Ergebnisse
Anhand einer computergestützten Analyse der DNA-Methylierungsprofile aus dem Cancer Genome Atlas identifizierten die Forscher 3.288 CpG-Stellen mit einem maximalen Unterschied in der Methylierung von Tumor- und normalem Gewebe.
Diese Markerstellen analysierten die Forscher in Gewebeproben und Blutproben von Patientinnen mit BC und gesunden Probandinnen (Trainingskohorte n = 160 und Validierungskohorte n = 69) und entwickelten ein diagnostisches Vorhersagemodell mit 26 Markern. Die Sensitivität für die Unterscheidung maligner Erkrankungen von normalen Läsionen betrug 89,37% und die Spezifität 100% (AUROC [area under the receiver operating characteristic] = 0,9816; 95%-Konfidenzintervall [KI] 96,09 - 100%; AUPRC [area under the precision-recall curve] = 0,9704; 95%-KI 94,54 - 99,46%).
Ein vereinfachtes Modell aus vier Markersequenzen - cg23035715, cg16304215, cg20072171 und cg21501525 - zeigte eine ähnliche Diagnoseleistung (AUROC = 0,9796; 95%-KI 95,56 - 100%; AUPRC = 0,9220; 95%-KI 91,02 - 94,37%).
Selbst ein einzelner cfDNA-Methylierungsmarker, cg23035715, wies eine hohe diagnostische Leistung (AUROC = 0,9395; 95%-KI 89,72 - 99,27%; AUPRC = 0,9111; 95%-KI 88,45 - 93,76%) mit einer Sensitivität von 84,90% und einer Spezifität von 93,88% auf.
Die Forscher bestätigten ihr diagnostisches Vorhersagemodell in einem weiteren, unabhängigen Testdatensatz (n = 104). Mithilfe des Modells konnten BC-Erkrankungen von normalen Kontrollen mit hoher Genauigkeit unterschieden werden (AUROC = 0,9449; 95%-KI 90,07 - 98,91%; AUPRC = 0,8640; 95%-KI 82,82 - 89,98%).
In einem Vergleich der diagnostischen Leistungsfähigkeit des cfDNA-Methylierungstests und der Mammographie schnitt das neue Modell besser ab. Es erzielte eine Sensitivität von 94,79% (95%-KI 78,72 - 97,87%) und eine Spezifität von 98,70% (95%-KI 86,36 - 100%) für die Unterscheidung maligner Erkrankungen von normalen Läsionen (AUROC = 0,9815; 95%-KI 96,75 - 99,55%; AUPRC = 0,9800 (95%-KI 96,6 - 99,4%). Für die Mammographie ermittelten die Forscher AUROC = 0,9315 (95%-KI 89,95 - 96,34%) und AUPRC = 0,9490 (95%-KI 91,7 - 98,1%).
Die Forscher fanden außerdem, dass die DNA-Methylierungsniveaus mit klinisch-pathologischen Merkmalen, wie Tumorgröße und HER2-Status, korrelierten. Das Hypermethylierungsniveau ermöglichte auch eine Stratifizierung der Proben nach der Anzahl der metastasierten Lymphknoten (p < 0,05).
Fazit
Chinesische Forscher entwickelten und testeten einen auf Methylierungsmustern von cfDNA basierenden Test für die Früherkennung von BC. Der Test zeigte eine bessere Leistung als die Mammographie. Die Forscher meinen, der vereinfachte, auf vier Markern basierende Test hätte großes klinisches Potenzial für das Screening und die Diagnose, sollte aber in einer weiteren Screening-Kohorte mit einer großen Stichprobengröße überprüft werden.
Die Autoren benannten allerdings auch mehrere Einschränkungen der Studie. Die Studie beinhaltete mögliche Verzerrungen aufgrund der begrenzten Anzahl an berücksichtigten Patientendatensets, die die statistische Aussagekraft beeinträchtigen könnten. Darüber hinaus umfassten die Trainings- und Validierungskohorten heterogene Populationen, eine begrenzte Altersspanne von 40 bis 60 Jahren, verschiedene Histologietypen und Erkrankungsstadien von 0 bis III.
Die Arbeit wurde von diversen chinesischen öffentlichen Förderprogrammen unterstützt.
