Clonal heterogeneity and biomarkers in colorectal cancer with liver metastasis

Abstract

Purpose: Colorectal cancer (CRC) ranks as third most common cancer type across both sexes and the second leading cause of cancer-related mortality worldwide. However, despite the standardization of multi-modal treatmentm the mechanisms underlying high drug resistance and relapse rates after complete tumor resection and adjuvant and/or neo-adjuvant therapy in patients with CRC and liver metastasis (LM) remain poorly understood. Based on recent data on intratumor heterogeneity (ITH) and circulating cell-free DNA (cfDNA) variability, we have developed and designed a prospective study to evaluate potential translational implications of comprehensive intra-patient heterogeneity, comprising primary and metastatic ITH coupled with plasma DNA mutational landscapes in each individual patient.Patients and methods: Our prospective study enrolled 18 patients with resectable CRC-LM and a total of 122 multi-regional tumor and perioperative liquid biopsies were analyzed via next-generation sequencing (NGS) of a custom 77-gene panel. The primary aims of the present study include the exploration of the extent of ITH in matched primary and metastatic tumors, the detection of perioperative cfDNA mutations, as well as the potential clinical utility of comprehensive intra-patient actionable mutational landscapes.Results: Overall, ITH of the primary and metastatic lesions was detected in 53% and 56% of patients respectively. Additionally, genetic differences between matched primary CRC and LM was identified in 53% of patients in our cohort and 35% of LMs harbored de novo mutations. Analysis of cfDNA uncovered mutations in 56% of patients, while 25% of patients harbored de novo cfDNA mutations, not detected in the multi-regional tumor NGS analysis. Among 17 patients with detectable mutations, all harbored actionable alterations either approved or under evaluation in clinical trials or pre-clinical studies, at an average of 3.2 per patient.Conclusions: Our proof-of-concept prospective study provides initial evidence of comprehensive intra-patient genetic heterogeneity with translational implications to overcome drug resistance and relapse, thus warranting the conduction of and precision clinical trials.

Σκοπός: Ο καρκίνος του παχέος εντέρου και του ορθού αποτελεί τον τρίτο πιο συχνό τύπο καρκίνου και στα δύο φύλα και τη δεύτερη πιο συχνή αιτία θανάτου από καρκίνο παγκοσμίως. Ωστόσο, παρά την τυποποίηση της πολυπαραγοντικής θεραπείας, οι μηχανισμοί που ευθύνονται για τα υψηλά ποσοστά της θεραπευτικής αντοχής και υποτροπής μετά από πλήρη χειρουργική εξαίρεση και επικουρική ή/και νέο-επικουρική θεραπεία σε ασθενείς με κολοορθικό καρκίνο και ηπατικές μεταστάσεις παραμένουν ελάχιστα κατανοητοί. Με βάση πρόσφατα δεδομένα που αφορούν την ενδοογκική ετερογένεια, καθως και την ετερογένεια του κυκλοφορούντος ελεύθερου κυττάρων DNA, σχεδιάσαμε και αναπτύξαμε μια προοπτική μελέτη για να διερευνήσουμε τις δυνητικές μεταφραστικές εφαρμογές της εκτεταμένης συνολικής ετερογένειας σε κάθε ασθενή, που αποτελείται από την ενδοογκιή ετερογένεια του πρωτοπαθούς και του μεταστατικού όγκου, σε συνδυασμό με το τοπίο των μεταλλάξεων του ελεύθερου DNA του πλάσματος σε κάθε ασθενή ξεχωριστά.Ασθενείς και μέθοδοι: Στην προοπτική μας μελέτη συμπεριλήφθηκαν 18 ασθενείς με εξαιρέσιμο καρκίνο του παχέος εντέρου και του ορθού με ηπατικές μεταστάσεις και έγινε ανάλυση του συνόλου των 122 πολυπεριοχικών ογκικών και περιεγχειριτικών υγρών βιοψιών με αλληλούχιση επόμενης γενιάς, χρησιμοποιώντας ένα προσααρμοσμένο πάνελ 77-γονιδίων σχετιζόμενων με τον καρκίνο. Οι πρωταρχικοί στόχοι περιελάμβαναν τη διερεύνηση της έκτασης της ενδοογκικής ετερογένειας σε δείγματα πρωτοπαθούς και μεταστατικού όγκου από τον ίδιο ασθενή, τον εντοπισμό μεταλλάξεων σε περιεγχειρητικά δείγματα ελεύθερου DNA πλάσματος, καθώς και την εξέταση πιθανής κλινικής σημασίας του εκτεταμένου εξατομικευμένου τοπίου στοχεύσιμων μεταλλάξεων.Αποτελέσματα: Συνολικά, ενδοογκική ετερογένεια στο πρωτοπαθή και μεταστατικό όγκο ανιχνεύθηκε στο 53% και 56% των ασθενών αντίστοιχα. Επιπροσθέτως, γενετικές διαφορές μεταξύ πρωτοπαθούς και μεταστατικού όγκου από τον ίδιο ασθενή εντοπίστηκαν στο 53% των ασθενών της κοόρτης μας και 35% των ασθενών εμφάνισαν νέες μεταλλάξεις ανιχνεύσιμες μόνο στις ηπατικές μεταστάσεις. Η ανάλυση του ελεύθερου DNA πλάσματος εντόπισε μεταλλάξεις στο 56% των ασθενών, ενώ 25% των ασθενών είχαν νέες μεταλλάξεις στο DNA του πλάσματος, οι οποίες δεν ανιχνεύθηκαν στην πολυπεριοχική ανάλυση των όγκων. Μεταξύ των 17 ασθενών με ανιχνεύσιμες μεταλλάξεις, όλοι εμφάνιζαν μεταλλαγές στοχεύσιμες είτε με εγκεκριμένα φάρμακα είτε με ουσίες υπό διερεύνηση σε κλινικές δοκιμές ή προ-κλινικές μελέτες, με μέσο όρο 3,2 μεταλλάξεις ανά ασθενή.Συμπεράσματα: Η πρωτοποριακή προοπτική μας μελέτη παρέχει αρχικά αποδεικτικά στοιχεία υπέρ της εκτεταμένης εξατομικευμένης γενετικής ετερογένειας με μεταφραστικές εφαρμογές, ώστε να ξεπεραστούν τα άλυτα προβλήματα την θεραπευτικής αντοχής και της υποτροπής, και εγγυάται τη διεξαγωγή κλινικών δοκιμών ακριβείας προς επιβεβαίωση.