癌症基因检测突破与困境
癌症基因检测突破与困境
癌症基因检测是重要的医学技术，在近年因为定序技术的进歩而有跳跃式的进展，引起了产官学研医界的普遍关注。基因检测技术的广泛应用也为癌症的预防、早期诊断和个体化精准治疗提供了更多的可能性，然而，大规模高通量的基因检测的普遍执行与应用也面临一些困境与挑战。
基因检测技术的发展
单一基因检测
最早期的基因检测技术主要针对单一基因的突变进行检测。这些基因通常与特定的遗传疾病、癌症风险、和治疗靶向性密切相关，如生殖系BRCA1和BRCA2基因突变与遗传性乳腺癌、卵巢癌相关；生殖系FAP基因与遗传性大肠息肉与大肠癌相关；癌细胞EGFR基因突变与标靶用药相关。单一基因检测通常仰赖传统定序(Sanger Sequencing)或是针对特定突变热点(hot spots)进行即时聚合酶链锁反应(Real-time PCR)进行基因区段的定性或是定量分析。传统定序问世以来解决了许多关于基因检测的需求，例如上述EGFR基因检测在非小细胞肺癌；或是RAS基因的检测在大肠癌仍是主流的检测方法学。儘管市面上有許多成功的檢測套組可將多個單基因的檢測並聯起來讓執行更加有效率，但已逐漸無法满足需要在有限时间內处理大量基因定序的临床需求。全基因组检测
随着生物技术的不断进步，各类以检测全基因组为目的的技术逐渐成熟。其方法学主要包括两类：a. 利用微阵列核酸探针技术检测大量特定单核苷酸多型性(single nucleotide polymorphism)，例如中研院发起的台湾精准医疗计划(TPMI)便是应用此类技术。此技术采用铺排高密度核酸探针的晶片与待测核酸物质进行杂合，利用荧光讯号判读。或是b. 利用次世代定序技术对全基因(Whole Genome Sequencing)或是全外显子(Whole Exon Sequencing)的核酸序列进行大规模读取，例如著名的英国UK Biobank即是利用定序的方式获取族群的基因信息。这些方法学都是透过对个体的整个基因组的剖析了解个体和群体的的基因特征，作为研究疾病、用藥副作用等特征和基因相关性的研究基础。次世代定序基因套组(Panel)测序
次世代定序是目前基因检测领域广泛被应用的技术。需注意的是，次世代定序并非只单一技术，而是许多新型态定序原理的综合名称。这种技术大多能标榜够在短时间內对大量基因模板样本进行测序，并生成大量的基因数据，因此常用於上述全基因、全外显子测序、以及基因套组测序；部分次世代定序则标榜可进行超常长序列测定而有不同的研究及临床价值。基因套组的概念源自并非数万个 人类基因都与疾病有相同程度的重要性，因此不同的研究者或是商业公司会挑选各自有意义的基因集合成一个能被一同检测的组合。目前市面上的套组含盖的基因数落差甚鉅，从十個上下的基因到數千个基因不等，其适用的临床情境也各自不同。由於临床应用价值高，次世代定序基因套组确实成为在癌症或是遗传疾病被广泛使用的基因检测，也是许多生技公司投入的商业行为模式。
癌症基因检测的临床应用
癌症预防和早期筛检
随各類癌症的发生与对应基因变异的链接逐渐确立，以及基因检测技术的发展，我们可以更准确地预测个体罹癌风险并采取更有效的应对措施，例如改变生活型态和更密集接受筛检或是检查。在特定外显度(Penetrance)高的基因且伴随严重度高的癌别状况下，例如生殖系性BRCA1和BRCA2基因突变或是FAP基因突变，则预防性器官切除可能是临床上重要选项。此外，基因检测还可以透过侦测血液中不正常的基因序列或是修饰(例如甲基化)判断早期微小癌症病灶存在的可能性，协助早期癌症侦测以及早期介入治疗，降低癌症的复发率和死亡率。目前利用基因检测进行癌症早期筛检还未形成主流，也尚未获得各类治疗指引的背书，但许多商业公司(例如美国癌症筛检公司GRAIL)正进行大规模临床试验欲图验证血液基因检测侦测早期微小癌症病灶的能力。癌症个体化治疗
基因检测技术的发展也为癌症的个体化治疗(又称为癌症精准医疗)提供了新的可能性。过去二十多年來各類標靶治療在各癌別不断问世，从最早期胃肠道基质瘤(Gastrointestinal stromal tumor)因具有KIT 或是 PDGFRA的突变而对imatinib治疗具有反应，非小细胞肺癌因为具有EGFR基因变异且对应标靶治疗有反应，到ALK融合基因、ROS1融合基因，MET、KRAS、ERBB2、FGFR2/3等基因变异的选择性标靶药物获得核准使用于特定癌别，乃至於近期NTRK1、NTRK2、NTRK3融合基因的标靶药物获得核准用在所有具有此类基因变异的癌别的不定癌别(Tumor agnostic)标靶治疗。有的药物治疗的选择更是超过了单一、或是一群基因的范畴，例如免疫治疗以估算细胞每百万个碱基的突变数目(肿瘤突变负荷；Tumor mutational burden , TMB)做为生物标记；或是特定PARP抑制剂以估算细胞染色体同源重组修复缺失(Homologous recombination deficiency, HRD) 造成的基因体缺陷作为用藥的生物标记。儘管上述基因特徵少數可以以单基因检测方式执行，但若需同时执行可能的治疗标靶或是执行TMB或HRD检测则都需要次世代定序检测的介入。因此自2024年5月起台湾健保也開始提供多種癌症病友次世代定序基因检测的定额给付，预计对台湾癌症治疗的推升有关鍵的助益。
除了直接导向标靶用药的选择，基因检测也被赋予预测癌症预后以及特定治疗是否对病友具有帮助的意义，例如著名的Oncotype Dx基因检测利用检测21个基因的表现量推測贺尔蒙受體陽性的乳癌病友的复發风险、推断接受化学治疗的必要性。类似的检测商品包含了MammaPrint、PAM50、Endopredict等各自具有自己的专利以及临床应用价值。
- 癌症接受根治性切除后的监测
早期癌症的治疗以根治性切除为主，但切除后仍有部分病友出现复发或转移。普遍认为这是由於在病患尽管接受肿瘤根治性切除，体内仍具有肉眼及影像学未能发现的微小残存病灶在一段时间后重新生长所致。因此部分检测试图在病友接受根治性切除后利血液中的去氧核醣核酸进行突变分析判断病友体内是否有微小残存病灶存在。若是检测结果为阳性、判定有微小残存病灶存在，病友可选择接受术后辅助性治疗以降低未来复发风险。目前此类检测已逐渐为临床医师接受，大略可分为Tumor informed以及Tumor agnostic，前者先对病友肿瘤组织以及白血球进行次世代定序，找出肿瘤特有的核甘酸变异，再根据这些特病变异製备病友专属套组进行检测，其优点为具有更高度专一性，但因量身订制往往需要更长的准备时间。Tumor agnostic检测则不经过肿瘤组织检测，直接以预製的多基因套组进行侦测，往往能更快执行检测获得结果但专一性较差。值得注意的是微小残存病灶毕竟极小，释出的核甘酸相当微量，因此不管採用何種檢測策略都需要顯著優化方法學的偵測靈敏度才能獲得準確的檢測結果。
癌症基因检测所面临的困境与挑战
成本相较高昂
基因检测的成本仍然相对较高。尽管技术持续进步和成本不断下降，但相较於一般生化免疫血液检测，进行次世代定序癌症基因检测仍然需要较高的费用。检测可执行性
癌症基因检测的可执行性受样本品质影响很大，当检体过於陈旧或是未适当保存造成检体內核酸物質斷裂降解时便无法用在基因分析。虽然组织检体不良时，採用血液檢測是一個替代方式，但是因以血液檢體執行實體腫瘤基因檢測常造成偽陰性結果，腫瘤組織切片檢體仍為首選。定序正确性
並非所有次世代定序平台都有相同的定序正确性，即便原理類似的平台也可能有不同的错序产生机率。除了持续优化定序平台以及生物资讯分析软件，检测单位或是委外单位须有逐笔核对原始资料的认知。数据判读需专业能力
次世代定序基因检测的原始数据并无法用人工判读，需经过层层分析。最後产出具的报告无法还原为原始检测的样貌。一旦对报告有疑义则须由专业人员针对测序的原始资料进行再分析确认。这也是在特管办法中规範检测单位须提供檢测原始资料(FASTQ或是BAM File)且不得拒绝的核心意义。法律和监管问题
不同国家和地区对于基因检测的监管和管理规范存在差异，这给基因检测试剤或是服务的供应商带来了一定的困难。
癌症基因检测的展望
在真实世界中癌症基因检测的推展与执行仍有許多困境亟待解决，但整体的状况持续优化中。未来我们将迎来成本降低、技术改进等契机。但是持续对施用检测的医疗人员提供专业教育以及对病友提升知的权益将有助於利用決策共享的模式让醫病一同承擔执行检测的决定。也期待在健保给付次世代定序后能迎来更多产官学研医协力发展和国际合作的机会。
本文原文来自台湾癌症基金会