循环肿瘤DNA在非小细胞肺癌中的应用进展

陶吕　冯国生

【摘要】肺部恶性肿瘤在全球范围内属于发病率与致死率最高的癌症类型，非小细胞肺癌（NSCLC）占所有肺癌病例的大多数，大约85%。治疗NSCLC的主要策略包括手术切除、放射治疗、化学治疗、分子靶向药物治疗及免疫治疗等综合疗法。液态活检技术，因其具有非侵入性、能够实时监测肿瘤负荷，以及提供全面的肿瘤基因组信息等显著优势，在临床上应用日益广泛。特别是循环肿瘤DNA（ctDNA）作为一种理想的生物标志物，在NSCLC的诊断和治疗中扮演着关键角色。本文将深入探讨ctDNA在NSCLC中的研究进展，覆盖预后评估、复发监控及治疗反应预测等多个领域。

【关键词】非小细胞肺癌 ; 循环肿瘤DNA ; 微小残留病灶 ; 分子残留病灶

【中图分类号】R73【文献标识码】A【文章编号】2096-3718.2024.10.0138.04

DOI：10.3969/j.issn.2096-3718.2024.10.042

肺癌是一种高度流行且具侵袭性的致命疾病，目前依旧占据全球肿瘤死亡率的首位，该病种主要分为非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer， NSCLC）与小细胞肺癌（small cell lung cancer， SCLC），NSCLC占肺癌病例的大多数，约85% [1]。

部分NSCLC患者即便经历了治愈性疗程，仍有一部分患者面临肿瘤复发与转移的风险，这种复发与转移现象通常是由于治疗后体内残留的肿瘤微小残留病灶，这些病灶超出了传统影像学检测和实验室诊断手段的侦测能力。目前，肺癌患者的预后有所提高，但在治疗实施过程中，问题依旧存在。例如，无法精确鉴别高风险复发群体，导致一些高风险患者未能得到适宜的术后辅助治疗，而低风险群体则不必要地遭受了治疗不良反应、心理及经济负担。分子残留病灶（MRD）已被证实与患者预后密切相关，可用于指导临床治疗并预测复发风险。2021年3月，在“第18届中国肺癌高峰论坛”中明确了肺癌MRD的定义[2]。近年来，不断发展的液体活检技术以其无创优点为癌症的检测和监测提供了帮助，尤其是循环肿瘤DNA（ctDNA）作为循环游离细胞DNA（cfDNA）中的肿瘤成分，目前被视为监测MRD的理想生物标志物[3]。鉴于此，本研究聚焦于探讨ctDNA在NSCLC全程治疗中的应用潜力及其综合利用现状，现进行如下综述。

1 ctDNA在NSCLC手术患者中的应用价值

在NSCLC患者中，大约有30%能够通过外科手术实现根本性治愈[4]。然而，由于MRD的影响，肿瘤有可能会再次发生并转移。针对这些根治性手术的患者，是否实施术后辅助疗法往往取决于手术后的病理结果、肿瘤的临床分期、分子类型等多种因素的综合评估。

CHEN等[5]研究发现，肺癌手术患者术中与术后ctDNA水平的变化能预示病情发展；术后第3天和1个月测量的ctDNA水平有助于评估手术成果；同时，研究发现ctDNA的半衰期约为35 min，这对检测手术是否彻底清除MRD十分关键。术后1 d至1个月内，ctDNA水平能预测复发和总生存期，呈阳性通常意味着生存时间更短。尤其是术后第3天，ctDNA呈阳性的患者不论是否有额外治疗，复发的无病生存时间都较短。

一项研究结果显示，手术后7 d内ctDNA阳性的患者，复发风险大幅上升[风险比（HR）=3.90，P<0.05] [6]。同样，YUE等[7]研究发现，手术后3～8 d或3个月ctDNA阳性者复发风险明显增加，无复发生存期（RFS）显著缩短。另一小型研究也指出，在术后1～2周内检出MRD的4名患者都经历了病情进展，而在那些MRD阴性患者中，超过2/3未发生复发[8]。尽管研究显示ctDNA-MRD可以预测肺癌根治性治疗的效果，但这些结论仅基于特定时间点的数据，而这样的分析并不总能满足临床的需要。LI等[9]通过对可手术的NSCLC患者进行ctDNA的纵向监测发现，手术前ctDNA阳性预示较短RFS和总生存期（OS）；手术后ctDNA阳性者，RFS显著缩短；术后ctDNA持续阳性者，RFS和OS均明显减少。广东省人民医院的研究中，在界标模型分析中，阴性预测值（NPV）为86.6%，阳性预测值（PPV）为81.0%。然而当对纵向时间点进行整合时，NPV和PPV进一步提高至96.8%和89.1% [10]。尽管ctDNA-MRD分析在术后用以识别高风险复发患者群体方面具有潜在价值，当前对于最佳MRD检测时点和频次的共识尚未建立。

目前普遍认为，根治性手术后通过ctDNA-MRD监测可有效区分患者的复发风险，ctDNA-MRD阳性的患者复发风险高，ctDNA-MRD检测为阴性的患者复发风险较低。XIA等[11]研究揭示了术后MRD的存留是复发的重要预测因素（HR=11.1，P<0.05）；术后MRD阳性的患者如果接受辅助治疗，RFS明显延长（HR=0.3，P<0.05）；而MRD阴性且未接受辅助治疗的患者RFS更长（HR=3.1，P<0.05）。对MRD阳性患者，辅助治疗是延长RFS的关键因素，对MRD阴性患者则影响不大。与上述结果相类似，一项荟萃分析发现，ctDNA-MRD阳性的患者经辅助治疗后生存率显著提高，而ctDNA-MRD阴性者并无此效果[12]。术后MRD呈阳性的患者，采用辅助治疗方案能够显著增强临床疗效。但是，关于这些患者的辅助疗法选择、在疗程中如何有效运用ctDNA监测以调整疗法策略，实现疗法的递增或递减，乃至于为某些患者提供“药物假期”的具体问题尚缺乏解决方案，迫切需要更多研究以进一步探讨。

因此，围手术期的MRD对识别较高复发风险的患者群体至关重要，为其提供更加个性化的术后治疗方案。对于那些手术后MRD阳性的患者，由于其面临更高的复发可能性，需要进行额外的治疗以提高对肿瘤的控制效果。反之，对于MRD阴性的患者，应实行定期监控。因MRD阳性患者与较差的临床获益相关，所以当MRD检测由阴性转为阳性时，有必要及时转换策略进行早期干预。

2 ctDNA在NSCLC放疗患者中的应用价值

日本研究团队在施行高剂量质子束放疗前采集血液样本进行基线ctDNA分析，随访结果表明，相比ctDNA阴性患者，ctDNA阳性患者在治疗区域外的复发率显著增高（3年累积发病率：75.9%相对20.1%），而在治疗区域内的复发率则无显著差异（3年累积发病率：12.5%相对11.7%），因此，放射治疗前后通过ctDNA的检测有助于识别出具有较高复发风险的患者群体[13]。据此，学者们已进一步研究对于放射治疗后ctDNA检测呈阳性的患者，是否通过迅速调整后续治疗策略能够带来临床上的益处。PAN等[14]研究发现，接受同步放化疗的患者，治疗结束后MRD阴性的患者与MRD阳性患者相比，具有更长的PFS；对于MRD阳性患者，那些接受了巩固性免疫检查点抑制剂（ICI）治疗的个体相较于未接受此类治疗的患者，有更好的PFS（HR=0.54，P<0.05）。而在MRD阴性患者中，巩固性ICI治疗对PFS的影响差异无统计学意义（HR=0.69，P>0.05）。

初步研究成果为ctDNA检测在NSCLC患者中能够指导患者靶向治疗并具有独立的预测作用，特别是在放疗后检测到MRD的个体中，及时给予针对性的干预措施可能提高临床效果，基于ctDNA的基因检测能够为后续制定改善患者生存的治疗策略提供依据。利用ctDNA水平监测根治性放化疗后的患者，筛选出存在潜在复发风险的人群，从而为患者提供了个性化治疗策略的新途径。然而，在接受根治性放射治疗前呈ctDNA阳性的患者中，经过根治性放疗后，发生放射野外复发的风险似乎增加。因此，探讨同步化疗的并用或是在根治性放射治疗后添加额外的辅助疗法是否能够改善预后显得尤为重要。

3 ctDNA在药物治疗中的应用价值

在现行NSCLC药物治疗策略中，包括酪氨酸激酶抑制剂（TKIs）、ICI及常规化疗等手段。迄今，尚无广泛认可的生物学标志物用以评估上述疗法的临床响应性。

3.1 在治疗方案选择上的应用价值 在NSCLC患者中，药物治疗方案的确定往往依赖于分子遗传学特征、免疫组织化学标志物及组织病理学分类的综合评估。这一过程涉及多种检测手段以确立相关生物标志物，因而从确诊到治疗开始通常存在时间间隔。ctDNA分析，作为一项液态活检技术，能够鉴定这些关键生物标志物，因此，在制定治疗策略时，ctDNA检测具有重要的临床应用潜力。

在SI [15]研究的次级分析中，研究者发现在采用德瓦鲁单抗与曲美木单抗联合的免疫疗法中，血液肿瘤突变负荷（bTMB）作为生物标志物的优化阈值被设定为每百万碱基20个突变。当bTMB≥ 20 mut/Mb时，该联合治疗相较于单药德瓦鲁单抗或传统化疗，在OS上显著提升至21.9个月，而后两者分别为12.6个月和10个月；此外，在PFS和ORR方面亦观察到相似的增益。然而，当bTMB<20 mut/Mb时，未见联合ICI带来的OS优势。

KIM研究[16]探讨了TMB作为ICI单药疗法的预测性生物学指标，结果显示，基线bTMB≥ 16 Muts/Mb者，中位PFS达5个月；相较之下，bTMB<16 Muts/Mb者中位PFS为3.5个月。在bTMB≥ 16 Muts/Mb的群体中，中位OS为23.9个月，而bTMB<16 Muts/Mb的群体中位OS为13.4个月。高bTMB组患者的ORR为35.7%，远高于低bTMB组的5.5%，表明bTMB≥ 16 Muts/Mb者接受阿替利珠单抗单药治疗与更高的ORR相关联。

使用ctDNA作为生物标志物对患者进行监测，并据此指导药物治疗，具有明显的临床价值。尤其是通过测量ctDNA中的TMB来评估患者对ICI疗法的反应，能有效识别最适合接受免疫治疗的癌症患者。然而由于TMB的标准阈值尚未统一，制定治疗计划时应保持谨慎。

3.2 在评价治疗方案效果中的应用价值 在医学实践中，医师通常依靠影像学来判断肿瘤治疗效果，但这种方法存在局限。比如影像学判断治疗无效通常有延迟，往往是等到肿瘤已经扩大时才发现。对于接受ICI治疗的患者，传统影像学方法还难以区分真正的病情进展和假象，有时会导致有效治疗过早停止，妨碍治疗成效。ctDNA分析技术提供了一种更准确评估治疗效果的方法。

一项研究中揭示ctDNA与OS之间存在显著的相关性，并且在预测生存结局方面，相较于影像学评估具有更高的预测价值，新辅助治疗后，ctDNA阴性患者在36个月的OS和无病生存率（DFS）分别达到96.3%和81.5%，而ctDNA阳性患者的对应生存率显著降低，为57.7%和53.8% [17]。GOLDBERG等[18]研究发现在治疗期间ctDNA下降幅度超过50%的患者的中位治疗时长明显优于未显示ctDNA响应的患者（205.5 d对比69 d，P<0.05），同时ctDNA响应与延长的PFS和提高的OS密切相关。

另一项前瞻性队列研究发现，经过两个疗程信迪利单抗联合多西他赛的治疗，实现ctDNA清除的患者相较于ctDNA持续阳性的患者，其总生存期显著更长（467 d对比255 d；P<0.05）[19]。WEBER等[20]研究表明，在治疗初期至2个疗程后，ctDNA下降不足50%的患者的中位PFS和OS分别为2.0个月和5.9个月，而ctDNA下降幅度达到或超过50%的患者的中位PFS和OS则显著延长至10个月和18.4个月（PFS：HR=0.55，P<0.05；OS：HR=0.44，P<0.05）。

在初次施以抗表皮生长因子受体（EGFR）TKIs的治疗方案的NSCLC患者中，根据MOISEYENKO等[21]研究显示，患者在用药后48 h内循环EGFR突变的拷贝数相较于基线的显著降低，与延长的PFS时间紧密相关（分别为14.7个月与8.5个月，P<0.05）。MACK等[22]研究中发现，在治疗8周后EGFR突变型ctDNA完全消失的患者，其疾病进展及死亡风险显著降低，且其对无进展生存期和总生存期具有预测意义。LI等[23]研究结果表明，在治疗后8周，血浆中ctDNA含量下降超过50%的44例患者，其颅内及颅外的无进展生存明显延长（平均11.57个月对比平均6.20个月，HR=0.406，P<0.05），同时与放射学检查数据的一致性高达72.7%。

综上，ctDNA作为生物标志物在监测中的应用，能为临床医师在制定治疗策略时提供决策辅助，同时通过追踪治疗过程中ctDNA水平的动态变化，可以对治疗反应进行即时评价，并据此优化肿瘤治理方案。

4 ctDNA与影像

在进行根治性外科手术之后，患者通常接受常规的影像学监测。然而，此类监测方式结果常带有不确定性。考虑到肺癌对公共卫生的重大影响，开发一种高敏感度及特异性的生物学标志物以检测宏观复发前的分子水平残留疾病变得尤为重要。

PENG等[24]研究显示，经历外科手术的患者群体中，有63.3%在术后呈现ctDNA阳性，其能预示疾病复发。这一预测在手术后2周内通过ctDNA筛查得到确认，并在任何放射学诊断手段能够检测到复发之前被侦测出。从ctDNA筛查呈阳性到放射学成像技术上确诊复发的中位数时间为12.6个月。一项涵盖13项研究的系统性综述也显示，相较于影像学或临床复发，MRD的检出平均提前5.5个月[25]。MRD的监测可以在影像学复发之前预测异常，这为在病变负荷较低时进行早期干预提供了可能。

在HELLMANN等[26]的研究中，记录了一例患者在接受免疫检查点抑制剂治疗期间出现的药物相关性肺炎，尽管放射学检查提示肺部可能有病变残留，但ctDNA检测结果为阴性，该患者于后续接受了可疑肺部病灶的外科切除手术，术后病理分析未发现活跃的肿瘤细胞存在，证实了残留病变为免疫相关性肺炎所致。研究结果表明，在监测中ctDNA的应用可以作为放射学评估的重要补充，有助于解决放射诊断的不确定性。

5 小结与展望

ctDNA极佳地满足了肺癌精准治疗的需求，其能够有效追踪疾病复发、评估疗效，并且为预后风险分层提供指导。在医疗诊断过程中，对于那些可能影响医师诊断判断的疑似病变影像，结合ctDNA的分析结果，可以为医师提供额外的信息，从而对这些疑似病变影像进行更准确的诊断。尽管如此，一些关键的技术问题仍待解决，包括最佳的监测时间点、检测策略，以及监测频率和周期的标准化等。对于根治治疗后仅有脑转移的患者，提升检测灵敏度亦是一个挑战，需积累更多的临床证据。

参考文献

LEITER A， VELUSWAMY R R， WISNIVESKY J P. The global burden of lung cancer： Current status and future trends[J]. Nat Rev Clin Oncol， 2023， 20（9）： 624-639.

吴一龙， 陆舜， 程颖， 等. 非小细胞肺癌分子残留病灶专家共识[J]. 循证医学， 2021， 21（3）： 129-135.

张金伟， 白晓鸣， 马骏. 基于循环肿瘤DNA的分子残留病灶检测及其在非小细胞肺癌术后中的应用价值[J]. 安徽医药， 2023， 27（11）： 2307-2312.

姚舒洋， 张毅. 循环肿瘤DNA监测早期肺癌术后微小残留病灶的研究进展[J]. 肿瘤学杂志， 2023， 29（1）： 66-70.

CHEN K， ZHAO H， SHI Y， et al. Perioperative dynamic changes in circulating tumor DNA in patients with lung cancer （DYNAMIC）[J]. Clin Cancer Res， 2019， 25（23）： 7058-7067.

WANG S， LI M， ZHANG J， et al. Circulating tumor DNA integrating tissue clonality detects minimal residual disease in resectable non-small-cell lung cancer[J]. Haematologica， 2022， 15（1）： 137.

YUE D， LIU W， CHEN C， et al. Circulating tumor DNA predicts neoadjuvant immunotherapy efficacy and recurrence-free survival in surgical non-small cell lung cancer patients[J]. Transl Lung Cancer Res， 2022， 11（2）： 263-276.

WALDECK S， MITSCHKE J， WIESEMANN S， et al. Early assessment of circulating tumor DNA after curative-intent resection predicts tumor recurrence in early-stage and locally advanced

non-small-cell lung cancer[J]. Mol Oncol， 2022， 16（2）： 527-537.

LI N， WANG B X， LI J， et al. Perioperative circulating tumor DNA as a potential prognostic marker for operable stage I to IIIA non-small cell lung cancer[J]. Cancer， 2022， 128（4）： 708-718.

ZHANG J， LIU S， GAO W， et al. Longitudinal undetectable molecular residual disease defines potentially cured population in localized non-small cell lung cancer[J]. Cancer Discov， 2022， 12（7）： 1690-1701.

XIA L， MEI J， KANG R， et al. Perioperative ctDNA-based molecular residual disease detection for non-small cell lung cancer： a prospective multicenter cohort study （LUNGCA-1）[J]. Clin Cancer Res， 2022， 28（15）： 3308-3317.

SHEN H， JIN Y， ZHAO H， et al. Potential clinical utility of liquid biopsy in early-stage non-small cell lung cancer[J]. BMC Med， 2022， 20（1）： 480.

NAKAMURA M， KAGEYAMA S， HIRATA H， et al. Detection of pretreatment circulating tumor DNA predicts recurrence after high-dose proton beam therapy for early-stage non-small cell lung cancer[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys， 2023， 116（5）： 1085-1090.

PAN Y， ZHANG J， GAO X， et al. Dynamic circulating tumor DNA during chemoradiotherapy predicts clinical outcomes for locally advanced non-small cell lung cancer patients[J]. Cancer Cell， 2023， 41（10）： 1763-1773.

SI H， KUZIORA M， QUINN K J， et al. A blood-based assay for assessment of tumor mutational burden in first-line metastatic NSCLC treatment： Results from the MYSTIC study[J]. Clin Cancer Res， 2021， 27（6）： 1631-1640.

KIM E S， VELCHETI V， MEKHAIL T， et al. Blood-based tumor mutational burden as a biomarker for atezolizumab in non-small cell lung cancer： the phase 2 B-F1RST trial[J]. Nat Med， 2022， 28（5）： 939-945.

PROVENCIO M， SERNA-BLASCO R， NADAL E， et al. Overall survival and biomarker analysis of neoadjuvant nivolumab plus chemotherapy in operable stageⅢ A non-small-cell lung cancer （NADIM phase II trial）[J]. J Clin Oncol， 2022， 40（25）： 2924-2933.

GOLDBERG S B， NARAYAN A， KOLE A J， et al. Early assessment of lung cancer immunotherapy response via circulating tumor DNA[J]. Clin Cancer Res， 2018， 24（8）： 1872-1880.

HAN X， TANG X， ZHU H， et al. Short-term dynamics of circulating tumor DNA predicting efficacy of sintilimab plus docetaxel in

second-line treatment of advanced NSCLC： Biomarker analysis from a single-arm， phase 2 trial[J]. J Immunother Cancer， 2022， 10（12）： e4952.

WEBER S， VAN DER LEEST P， DONKER H C， et al. Dynamic changes of circulating tumor DNA predict clinical outcome in patients with advanced non-small-cell lung cancer treated with immune checkpoint inhibitors[J]. JCO Precis Oncol， 2021， 5（5）： 1540-1553.

MOISEYENKO F V， KULIGINA E S， ZHABINA A S， et al. Changes in the concentration of EGFR-mutated plasma DNA in the first hours of targeted therapy allow the prediction of tumor response in patients with EGFR-driven lung cancer[J]. Int J Clin Oncol， 2022， 27（5）： 850-862.

MACK P C， MIAO J， REDMAN M W， et al. Circulating tumor DNA kinetics predict progression-free and overall survival in EGFR

TKI-treated patients withEGFR-mutant NSCLC （SWOG S1403）[J]. Clin Cancer Res， 2022， 28（17）： 3752-3760.

LI M， CHEN J， ZHANG B， et al. Dynamic monitoring of cerebrospinal fluid circulating tumor DNA to identify unique genetic profiles of brain metastatic tumors and better predict intracranial tumor responses in non-small cell lung cancer patients with brain metastases： A prospective cohort study （GASTO 1028）[J]. BMC Med， 2022， 20（1）： 398.

PENG M， HUANG Q， YIN W， et al. Circulating tumor DNA as a prognostic biomarker in localized non-small cell lung cancer[J]. Front Oncol， 2020， 10（15）： 561598.

VERZE? M， PLUCHINO M， LEONETTI A， et al. Role of ctDNA for the detection of minimal residual disease in resected non-small cell lung cancer： a systematic review[J]. Transl Lung Cancer Res， 2022， 11（12）： 2588-2600.

HELLMANN M D， NABET B Y， RIZVI H， et al. Circulating tumor DNA analysis to assess risk of progression after long-term response to PD-（L）1 blockade in NSCLC[J]. Clin Cancer Res， 2020， 26（12）： 2849-2858.

作者简介：陶吕，2021级在读硕士生，医师，研究方向：肺癌相关研究。

通信作者：冯国生，硕士研究生，主任医师，研究方向：肺癌综合治疗及分子基础研究。E-mail：fengguosheng88988@163.com