MRD技术系列解析（二）：监测突变数量

MRD技术系列解析（二）：监测突变数量

前言

今天是《MRD技术系列解析》科普专题的第三讲。我们在上一讲中了解了单点突变灵敏度对MRD检测性能的影响以及其自身限制条件。那么，我们还可以通过什么手段提升MRD检测灵敏度呢？增加监测突变数量是一个可供选择的方向。那监测突变数量是如何影响MRD检测性能的？它等同于Panel覆盖的基因数量吗？监测突变数量是否多多益善？多少才为最佳？本篇将对此作详细探讨。

浅谈炙手可热的MRD技术

MRD技术系列解析（一）：单点突变灵敏度

MRD技术系列解析（二）：监测突变数量

MRD技术系列解析（三）：背景噪音干扰

如何快速识别MRD产品性能

监测突变数量

是如何影响检测灵敏度的？

试想，如果把MRD检测比作从袋子里抓球，蓝色的球代表肿瘤来源的基因突变序列，红色的球代表未发生突变的DNA序列，为了抓到蓝色的球，我们不仅可以增加抓取次数（增加测序深度），也可以一次抓取更多的球（监测更多突变位点）。

图1. 增加抓取次数和单次抓取的数量可提高获得目标球的概率

一项真实世界肺癌MRD研究发现，追踪单个突变时MRD灵敏度仅为58%；而当追踪每个患者携带的所有突变（平均每个患者携带5个突变）时，MRD灵敏度可提升至94%[1]。此外采用固定化Panel策略的MRDetect研究[2]，通过全基因组测序（WGS）监测更多突变来预测术后复发风险，同样呈现更优的灵敏度，但WGS技术成本高、单点突变灵敏度不足等问题限制了其在临床的广泛应用。以上研究均提示，增加MRD检测覆盖的广度，即监测更多数量的基因突变，一定程度上可提高肿瘤来源基因突变的检出机率，进而提升MRD检测的灵敏度。

国内外MRD产品

监测突变的数量差异较大

纵观国内外肿瘤基因检测公司推出的MRD产品，监测的突变数量各不相同。患者个体化Panel覆盖的位点数量由方法学设定，常见的监测数量为16个[3,4]；而固定化Panel包含的基因数目通常较多，大部分可纳入数百个基因。

但需注意的是，Panel覆盖的基因数并不代表患者能监测到的突变数。举个简单的例子，假设一个肺癌患者同时采用个体化Panel和固定化Panel两种方法评估MRD，个体化Panel以患者组织样本携带的16个突变进行监测，而固定化Panel虽然本身涵盖几百个基因，但对于该患者可能只能检测到8~10个突变，并以这8~10个突变进行后续监测。既往文献报道，固定化Panel平均监测的突变数量大多在3至16个不等[1,5]，在不同癌种中数量差异较大，即使相同癌种不同患者间能监测到的突变数量也千差万别。因此，固定化Panel想要提高监测突变数量，究竟纳入哪些基因、纳入多少基因，都至关重要。

监测突变数量并非多多益善

多少为宜？

前面讲到，增加监测突变数量能一定程度上提升MRD技术灵敏度。然而，监测突变数量是否越多越好呢？

首先，结合实际情况来看，有相当一部分患者难以实现监测更多位点：Foundation Medicine的TMB大型队列研究显示，所有人群的TMB中位值为3.6 mutations/Mb，具体数值随癌种类型不同会有较大差异[6]。

其次，究竟应该监测多少突变才合适？如果用三条去重后的reads评估突变真假，以二项分布的方法计算单个位点突变的检出限（LoD），进一步推算多位点突变的LoD，就可以拟合出突变监测数量和MRD LoD之间的相关性曲线。从这个曲线我们可以发现，当监测突变数量达到10个左右时，灵敏度即进入平台期，继续增加监测突变数量对灵敏度无明显提升效果（图2），反而还会增加假阳性率。DYNAMIC研究使用15个基因的固定化Panel告诉我们：监测少量重要突变也可评估MRD、指导临床[7]。因此，我们通常认为，在到达一定数量后，增加突变数量对灵敏度的提升效果微乎其微，甚至会牺牲其特异性[8]。

此外，虽然个体化Panel看上去像是为患者“量身定制”，但这种基于局部肿瘤组织分子特征的定制Panel可能代表性不足，也无法满足肿瘤进化过程中新发突变的监控。TRACERx研究结果表明，大约12%的患者复发时，出现的是一个新的原发性肿瘤[4]。相比之下，固定化Panel在监测新发突变方面更具优势。

综上我们不难得出结论：能够追踪到患者更多突变（约10个）的固定化Panel，一方面可实现更高的MRD监测灵敏度，另一方面也可兼顾新发突变等问题，更具MRD监测优势。

图2. 监测突变数量无限增多，MRD灵敏度提升有限

更上一层楼

世和MRD监测更全面，更灵敏

考虑到以上因素，世和基因采用固定化大Panel的MRD监测策略，兼顾个体化Panel以及固定化Panel两种策略的优势，增加患者监测突变数量的同时还可监测新发突变，实现了更佳的MRD监测性能。世和MRD产品覆盖的2365基因，是基于超万例中国肿瘤患者全外显子数据库进行研发，并综合是否为主克隆突变、在肿瘤中的突变频率等多维指标进行筛选确定，通过增加MRD监测广度，实现深度追踪。超千例的验证数据显示，世和MRD产品在各个癌种中平均监测突变数量超过16个，万分之一低丰度突变仍可稳定检出（LoD低至0.01%），全面满足MRD检测所需的灵敏度要求。

结语

固定化大Panel肿瘤突变覆盖更全面，在监测有效突变方面具有一定的优势，并可极大简化检测流程，经济性和普适性更高，获益人群更广。《MRD技术系列解析》科普专题持续更新中，下一篇我们将会对影响MRD性能的另一关键因素——背景噪音干扰进行深度解析，敬请期待。

参考文献

[1] Chaudhuri A A , et al. Early Detection of Molecular Residual Disease in Localized Lung Cancer by Circulating Tumor DNA Profiling[J]. Cancer Discovery, 2017, 7(12):1394-1403.

[2] Zviran A, et al. Genome-wide cell-free DNA mutational integration enables ultra-sensitive cancer monitoring[J]. Nature medicine, 2020, 26(7): 1114-1124.

[3] https://www.natera.com/oncology/signatera-advanced-cancer-detection/.

[4] Abbosh C, et al. Tracking early lung cancer metastatic dissemination in TRACERx using ctDNA[J]. Nature, 2023, 616(7957): 553-562..

[5] Newman A M, et al. An ultrasensitive method for quantitating circulating tumor DNA with broad patient coverage[J]. Nature medicine, 2014, 20(5): 548-554.

[6] Chalmers Z R, et al. Analysis of 100,000 human cancer genomes reveals the landscape of tumor mutational burden[J]. Genome medicine, 2017, 9: 1-14.

[7] Tie J, et al. Circulating tumor DNA analysis guiding adjuvant therapy in stage II colon cancer[J]. New England Journal of Medicine, 2022, 386(24): 2261-2272.

[8] Abbosh C, et al. Phylogenetic ctDNA analysis depicts early-stage lung cancer evolution[J]. Nature. 2017, 545(7655):446-451.