Il valore applicativo della metilazione del cancro del polmone nella diagnosi precoce del cancro del polmone

La prospettiva del rilevamento della metilazione del cancro del polmone.

Secondo le statistiche dell'Organizzazione mondiale della sanità, il cancro ai polmoni è la principale causa di decessi per cancro in tutto il mondo, con un tasso di incidenza dell'11,4% e un tasso di mortalità del 18,0%. In Cina, il cancro del polmone ha il più alto tasso di incidenza tra i tumori maligni. L'adenocarcinoma polmonare (LUAD) è il sottotipo istologico più comune di carcinoma polmonare non a piccole cellule (NSCLC), che rappresenta circa il 40% dei casi di carcinoma polmonare. La resezione chirurgica del NSCLC in stadio iniziale fornisce una buona prognosi, con un tasso di sopravvivenza a 5 anni del 70-90% (stadio I), ma la maggior parte dei pazienti (circa il 75%) viene diagnosticata in uno stadio avanzato (stadio III/IV) e presenta un basso tasso di sopravvivenza. Con lo sviluppo delle tecnologie di sequenziamento, schemi anomali di metilazione del DNA sono stati scoperti in vari tumori e sono considerati un'importante causa di cancro. La metilazione è solitamente presente in sequenze di DNA altamente e moderatamente ripetitive e svolge un ruolo chiave nell'instabilità cromosomica. L'elevata metilazione delle regioni promotrici dei geni oncosoppressori è spesso associata al silenziamento genico. La metilazione del DNA è coinvolta nelle prime fasi della formazione del tumore. Inoltre, la metilazione del DNA è relativamente stabile nel tempo e può essere rilevata in modo non invasivo nel sangue, nelle urine, nella saliva e in altri fluidi corporei. Pertanto, è stato sviluppato un numero crescente di biomarcatori di metilazione per lo screening precoce e la diagnosi dei tumori. Studi nazionali[1] hanno dimostrato che la rilevazione combinata della metilazione di SHOX2 e RASSF1A nel liquido di lavaggio broncoalveolare ha un'efficienza diagnostica complessiva significativamente più elevata per il cancro del polmone rispetto all'esame citologico e all'antigene carcinoembrionale del biomarcatore sierico. Un altro studio ha dimostrato che quando i due geni sono stati rilevati mediante PCR specifica per la metilazione, i tassi di rilevamento di adenocarcinoma polmonare e carcinoma a cellule squamose negli individui con risultati positivi erano rispettivamente del 66,0% e del 90,9%. Ciò indica il valore significativo del rilevamento della metilazione di SHOX2 e RASSF1A nella diagnosi precoce del cancro del polmone.

La funzione e le malattie associate del gene RASSF1A

La famiglia di domini dell'associazione RAS (RASSF) è composta da 10 membri, da RASSF1 a RASSF10. Queste proteine sono caratterizzate dal dominio RAS-association (RA), che può essere trovato al C-terminale (ad esempio, RASSF16, noto come proteina C-RASSF) o N-terminale (ad esempio, RASSF7-10, noto come N- proteine RASSF). RASSF1 e RASSF5 sono membri ampiamente e significativamente studiati di questa famiglia di proteine, mentre sono disponibili pochi dati su altri membri.

RASSF1A e RASSF1C sono ampiamente espressi nei tessuti normali e si trovano sui microtubuli, partecipando alla regolazione della crescita. I loro ruoli nel cancro sono quasi opposti, con il primo che svolge un ruolo di soppressione del tumore e il secondo che svolge un ruolo cruciale nella carcinogenesi. Il silenziamento trascrizionale di RASSF1A mediante un'elevata metilazione interrompe l'equilibrio tra i due, portando alla sovraespressione di RASSF1C e guidando la sua funzione nello sviluppo del cancro. Secondo dati pertinenti, la metilazione del promotore di RASSF1A si verifica con una frequenza fino all'88% nel cancro ai polmoni, mentre è quasi non metilata nel normale tessuto circostante. La frequenza della metilazione del promotore RASSF1A raggiunge quasi il 100% nel carcinoma polmonare a piccole cellule (SCLC) e il 65% nel carcinoma polmonare non a piccole cellule (NSCLC).

La funzione e le malattie associate del gene SHOX2

La proteina SHOX è distribuita principalmente negli arti, nel cuore, nel naso, negli archi branchiali, nel sistema nervoso e nella parte medio-distale del tubercolo genitale embrionale umano. SHOX2 è relativamente vicino agli arti. Inoltre, SHOX2 è espresso anche nel placode nasale, substrato del sistema nervoso centrale, gangli della radice dorsale, tratto di afflusso cardiaco, terzo arco faringeo e strutture derivate. Il gene SHOX regola principalmente lo sviluppo delle prime strutture corporee embrionali e il sistema di pacemaker cardiaco. Le mutazioni nel gene SHOX portano tipicamente alla perdita di espressione e possono causare la sindrome della bassa statura.

SHOX2 inibisce l'apoptosi e attiva la via NF-kB aumentando RUNX2 per sopprimere l'attività di p53, portando così al verificarsi di processi cancerogeni.

RASSF1A è un fattore regolatore chiave nel percorso dell'ippopotamo e collega questo percorso ai percorsi di segnalazione di TNF-α, NF-kB e TGF-β. In collaborazione con citochine infiammatorie, P53 e K-RAS, la perdita epigenetica di RASSF1A collega una serie di importanti vie di segnalazione del cancro e svolge un ruolo significativo nell'insorgenza e nella metastasi del cancro. A causa della sua complessa relazione con alcuni microRNA, SHOX2 può interagire con le vie Hippo, EMT, RAS/ERK MAPK e PI3K/AKT, che sono fondamentali per la tumorigenesi, le metastasi e l'insorgenza del cancro ai polmoni.

SHOX2 può legarsi ai recettori TGF e interagire con il percorso NF-kB, indicando una relazione regolatoria reciproca con RASSF1A.[2]

Sensibilità e specificità della metilazione di SHOX2 e RASSF1A negli studi clinici

La metilazione combinata del promotore SHOX2 e RASSF1A è stata determinata in campioni di 54 pazienti con LUAD in fase iniziale e 31 pazienti con noduli polmonari benigni presso il Nanjing Drum Tower Hospital. I risultati hanno mostrato che il livello di rilevamento della metilazione del promotore SHOX2 nei campioni tumorali dai pazienti LUAD era leggermente superiore a quello di RASSF1A. È stato riscontrato che il rilevamento della metilazione del promotore SHOX2 o RASSF1A era sensibile e specifico per il LUAD in fase iniziale, ma l'efficienza diagnostica del rilevamento della metilazione di un singolo gene non era elevata. Il potenziale diagnostico del rilevamento combinato della metilazione del promotore per i pazienti in stadio 0 non è ancora chiaro. Man mano che lo stadio della malattia aumentava dallo stadio 0-II o mentre LUAD progrediva da AIS (adenocarcinoma in situ) a MIA (adenocarcinoma minimamente invasivo) e quindi a IPA (adenocarcinoma invasivo), i livelli di metilazione del promotore SHOX2 o RASSF1A aumentavano gradualmente. I pazienti con risultati positivi nel rilevamento della metilazione combinata possono avere tumori in rapida progressione e richiedere un trattamento attivo. Inoltre, l'analisi della coorte TCGA ha mostrato che SHOX2 non è aumentato significativamente dallo stadio III allo stadio IV. Ciò potrebbe indicare che l'ipermetilazione del promotore SHOX2 è un biomarcatore per LUAD in fase iniziale ma non per LUAD in fase avanzata[3].

Confronto della metilazione tra campioni normali e tumorali degli stadi I-IV nella coorte TCGA

I livelli di metilazione di SHOX2 e RASSF1A sono stati rilevati nei campioni di resezione FFPE di 251 pazienti presso il Tongji Hospital, Tongji University. Tra questi, a 137 casi è stato diagnosticato cancro ai polmoni, inclusi 70 adenocarcinomi, 51 carcinomi a cellule squamose e 16 carcinomi polmonari a piccole cellule. Altri 114 casi erano malattie benigne come controlli. Inoltre, sono stati analizzati 17 campioni bioptici di pazienti affetti da cancro ai polmoni. Per tutti i campioni sono state analizzate le caratteristiche cliniche relative alla classificazione istologica e lo stadio del tumore confermato dalla patologia.

Metilazione di SHOX2 e RASSF1A in diversi sottotipi istologici e gruppi di stadiazione del tumore

I tassi di rilevamento positivi di SHOX2 e RASSF1A sono stati rispettivamente del 100,0%, 96,1%, 82,9% e 89,8% nel carcinoma polmonare a piccole cellule, nel carcinoma a cellule squamose, nell'adenocarcinoma e in tutti i tumori. Nel gruppo di controllo, 11 pazienti su 114 con malattie polmonari benigne sono risultati positivi per SHOX2 o RASSF1A, con una specificità del 90,4%. La sensibilità del rilevamento di SCC era del 94,1% solo per SHOX2. In combinazione con RASSF1A, i tassi di rilevamento di adenocarcinoma e carcinoma polmonare a piccole cellule sono aumentati rispettivamente dal 64,3% e dall'87,5% all'82,9% e al 100%. Una minore sensibilità di SHOX2 è stata osservata solo nell'adenocarcinoma in stadio I. Lo studio ha anche scoperto che il grado di metilazione SHOX2 era correlato alla stadiazione del cancro ai polmoni, aumentando dallo stadio I allo stadio IV, mentre tale correlazione non è stata osservata per la metilazione di RASSF1A nei casi di cancro ai polmoni. Inoltre, SHOX2 o RASSF1A altamente metilato è stato rilevato non solo in 16 campioni chirurgici, ma anche in 11 campioni bioptici istopatologicamente negativi su 17 campioni bioptici. Ciò indica che i biomarcatori di metilazione hanno una sensibilità maggiore rispetto ai risultati patologici e possono migliorare significativamente l'efficienza diagnostica[4].

Potenziale rilevamento della metilazione per la diagnosi precoce del cancro del polmone

Attualmente, la diagnosi patologica di routine appartiene in gran parte alla "scienza empirica" ed è altamente soggettiva. La diagnosi patologica (compreso l'esame citologico e istopatologico) può essere gravemente influenzata dalla qualità del campione e dal livello diagnostico dei patologi. La sensibilità e la riproducibilità del rilevamento devono essere migliorate e potenziate. I metodi diagnostici molecolari emergenti sono più sensibili e oggettivi e possono superare le carenze intrinseche della diagnosi morfologica. I cambiamenti della metilazione del DNA sono uno dei biomarcatori più promettenti per la diagnosi precoce del cancro e sono stati trasferiti dalla ricerca scientifica alle applicazioni cliniche. Molti studi hanno segnalato vari biomarcatori di metilazione del DNA e confermato il loro ruolo nella diagnosi del cancro ai polmoni. Il rilevamento combinato della metilazione di RASSF1A e SHOX2, con la sua elevata sensibilità e specificità, può fornire biomarcatori senza precedenti per lo screening del cancro del polmone e il monitoraggio della progressione. L'ulteriore comprensione delle funzioni biologiche di RASSF1A e SHOX2 attraverso la ricerca e il miglioramento dei loro metodi di rilevamento può aiutare a utilizzarli meglio nella pratica clinica. Si prevede che l'applicazione di questi biomarcatori migliorerà l'accuratezza dello screening dei pazienti con carcinoma polmonare, aumentando così il tasso di sopravvivenza a 5 anni dei pazienti con carcinoma polmonare e guidando il trattamento clinico individualizzato in modo tempestivo.

Riferimenti:

1. Consenso degli esperti cinesi sulla diagnosi del carcinoma polmonare precoce (edizione 2023)

2 J Cancer Res Clin Oncol. 2020 giu;146(6):1379-1393

3.Front Oncol. 28 giugno 2022; 12:849024.

4.Front Oncol. 14 dicembre 2020; 10:565780.