【文献紹介#39】肺がんの早期診断（レビュー）

こんにちはJunonです。

今月公開されたレビュー論文（英語）の中から興味のあったものを一つ紹介します。

出典

タイトル：Early diagnosis of lung cancer: which is the optimal choice?

著者：Jing Ning, Tao Ge, Minlin Jiang, Keyi Jia , 他

雑誌：Aging (Albany NY).

論文公開日：2021年 2月11日

どんな内容の論文か？

肺がん患者の予後は患者毎に大きく異なる。IA期では5年生存率が90％を超えることもあるが、IV期では10％以下になることもある。そのため、肺がん患者にとって早期診断は非常に重要である。本研究では、早期肺癌の画像スクリーニング、気管支鏡検査、リキッドバイオプシーなどの様々な診断法と、揮発性有機化合物、自己抗体に着目し、早期診断率の向上と、実現可能で効果的な早期診断戦略を探ることを目的としている。

背景と結論

肺がんの罹患率と死亡率は世界的にも高い。肺がん患者の多くは、進行期に診断されている。その理由は、肺がん患者の多くは初期には明らかな特異的症状がなく、確定診断されたときには多くの患者が進行期にあるからである。統計によると、肺がんの予後は臨床病期と密接に関連しており、早期診断が患者の予後を直接改善できることが示されている。したがって、肺がんの早期診断率と予後を向上させるためには、効果的な診断法とスクリーニング法の選択が非常に重要である。

・肺がんの画像検査と検診

胸部レントゲン

現在、肺内病変や小さな病変の検出が困難なため、胸部X線による肺がん検診は推奨されていない。また、喀痰細胞診と併用しても併用しなくても、胸部X線検診で肺がんの疾患特異的死亡率を下げることはできない。

低線量CT（LDCT）

LDCTは高リスク群の早期スクリーニング法として推奨されている。National Lung Screening Trial（NLST）は、肺がん検診時にLDCT検査を推奨した。その結果、胸部X線検査と比較して、LDCT検査は死亡率を20.0％減少させることが示された。さらに、AHRQ（Agency for Healthcare Research and Quality）は、2000年から2012年の最終四半期までに発表された肺がん早期スクリーニングを支持する論文8,149編をまとめた。これらの知見に基づき、USPSTF、米国癌学会（ACS）をはじめとする多くの医療機関は、NLSTの包含基準を満たす患者に対しては、まずLDCTスクリーニングを検討すべきであると推奨している。さらに、NCCNガイドラインでは、高リスク群のスクリーニングにLDCTを使用することも示唆されていたが、低リスク群および中リスク群には推奨されていなかった。

LDCTの利点としては、放射線量が少ないこと、スキャン速度が速いこと、CTに匹敵する感度があることなどが挙げられる。しかし、NLSTでの偽陽性率（FPR）は23.3％と他の研究結果と同様の結果を示しているだけでなく、過剰診断、放射線被曝、高コストなどのいくつかの欠点がある。したがって、肺がんの早期スクリーニングへのLDCTの適用には、まだまだ克服すべき課題が多い。

陽電子放射断層撮影/CT（PET/CT）

PET/CTは、PETとCTの機器と画像を融合させたもので、正確な解剖学的画像や組織代謝機能画像を表示することができる。腫瘍の性状や病期の特定に広く利用されている。Wangらは、4つの臨床研究で肺に病変のある1330人の患者を統合し、PET/CTの方が肺の良性病変と悪性病変の鑑別において感度が高く（98.7％）、特異度が高い（58.2％）ことを明らかにした。しかし、PET/CTは肺がん検診においても高いFPRを有しており、PET/CTによる肺がんの早期診断においてFPRの低減は依然としてジレンマとなっている。

・肺がんの気管支鏡検査と診断

白色光気管支鏡検査（WLB）

主に中枢性肺癌の早期発見・診断に用いられ、高悪性度異形成またはそれ以上の異形成の検出では診断率が95％以上に達することがある。しかし、一部の粘膜、粘膜下の早期病変および前腫瘍性病変については、診断率は非常に低い（30％未満）。

自家蛍光気管支鏡検査（AFB）

気管支前悪性病変の早期発見のための重要な手段として、いくつかの研究では、喀痰細胞診と比較してAFBの方が過形成と転形成を検出する感度が高いことが提案されている。喀痰細胞診の結果にかかわらず、ハイリスク患者にはAFBが推奨される可能性がある。さらに、スパイラルコンピュータ断層撮影（SCT）、喀痰検査またはWLBと組み合わせれば、AFBは明らかに前悪性病変およびin situの癌の診断率を高めることができる。それにもかかわらず、装置や検査のコストが高いため、まだ広く受け入れられていない。

ナローバンドイメージング（NBI）

NBIは血管形態や粘膜構造を可視化できる画像診断法である。あるメタアナリシスでは、NBIは前悪性気道病変の検出においてAFBよりも感度（80％）、特異度（84％）、診断オッズ比（DOR 31.49％）が高いことが示された。別のメタアナリシスでは、早期および浸潤性肺がんの検出においても、NBIはWLBよりも優れていることが示された。さらに、ある前向き研究では、点状血管の視覚パターンは肺癌の腺癌の組織型を強く支持し、蛇行した血管は扁平上皮癌を支持することが示唆された。したがって、NBIを用いて肺患部を検査すると、診断率が向上するだけでなく、病理型を初期評価することも可能である。そのため、早期の肺がんの発見においては、NBIは有効な方法として活用できる。

肺内膜超音波検査（EBUS）

EBUSと特殊な吸引生検針を組み合わせて、リアルタイム超音波ガイド付き経気管支針吸引生検、すなわちEBUS-TNABを行うことができる。無作為化比較試験では、肺がんが疑われる患者のCTスキャン後の初診方法としてEBUS-TBNAを使用したところ、正確な診断とリンパ節の病期分類が可能となった。従来の診断法と比較して、EBUS-TNABは治療決定までの時間を短縮することができ、費用を増加させることなく肺がん患者の生存率を向上させることができる可能性がある。

循環腫瘍細胞（CTC）

CTCsは、原発がんまたは転移から末梢血中に放出される。CTCの捕捉は、がんの早期発見、診断、予後、モニタリングのほか、転移過程の基礎生物学の理解にも大きな意義がある。CTCの含有量は非常に低く（1-10 CTCs/1ml末梢血）、CTCの分離・濃縮技術は困難である。CellSearchシステムは、CTC検出のための最初で唯一の方法としてFDAから承認された。CellSearch CTCs検出キットには、強磁性流体ベースのキャプチャー試薬と蛍光免疫試薬が含まれている。強磁性流体ベースの試薬は、磁性コアを持つ粒子であり、その表面はEpCAM抗原を認識する抗体でコーティングされている。EpCAMはCTC特異的抗原である。したがって、磁性粒子はCTCを捕捉することができる。免疫キャプチャーして濃縮した後、蛍光試薬を用いてCTCを同定し、CTC数を測定する。ＥｐＣＡＭ（＋）ＣＫ（＋）ＤＡＰＩ（＋）ＣＤ４５（-）細胞をＣＴＣと定義する。LouらとZhangらは、肺癌、特にI期からIIIA期の肺癌でCTCが検出できることを示唆した。Heらは、CellCollectorを用いてI期およびII期の肺癌のCTC検出率（CTC>1）が62.5％と高く、TP53、FGFR1、HER2、PDGFRA、CFS1Rの遺伝子変異部位においてCTCと腫瘍組織の間に71.6％の類似性があることを評価した。早期肺癌CTCの分子的・遺伝的変異の特徴を初めて明らかにしたものであり、早期肺癌の分子診断としてのCTCの臨床応用に向けた新たなデータの裏付けを提供するものである。

循環腫瘍DNA（ctDNA）

壊死細胞またはアポトーシス細胞によって血液中に放出されたDNAは、循環遊離DNA（cfDNA）と呼ばれる。腫瘍患者の血液中では、死んだ腫瘍細胞からのcfDNAの一部がctDNAとして定義されている。通常、ctDNAはcfDNAの0.01～1％を占めるに過ぎず、複数の腫瘍領域から放出されるため、腫瘍の不均一性を克服することができる。血漿はctDNAの良好な供給源であることが報告されている。

Szpechcinskiらの研究では、非小細胞肺癌（NSCLC）患者の血漿中ctDNAのレベルが健康な人よりも高いだけでなく、慢性呼吸器炎症性疾患の患者よりも高いことが示された。Liangらは、ctDNAとDNAメチル化を組み合わせて肺がんと良性結節を鑑別した。悪性腫瘍と良性病変を区別するための感度と特異度は79.5%(63.5%~90.7%)、85.2%(66.3%~95.8%)であった。また、ステージIB（感度＝85.7％）の肺がんの鑑別方法は、ステージIA（感度＝75.0％）よりも優れていた。さらに、Chenらは、I期からIII期のNSCLC患者のctDNAと腫瘍組織DNA（tDNA）を標的型シークエンシングで測定した。彼らはctDNAとtDNAに頻発するドライバー変異を発見し、NSCLC遺伝子変異の早期発見における末梢血ctDNA検出の実現可能性を確認した。しかし、Sozziらは、5年間にがんを発症したコホート（n=38）のDNAベースラインレベルは、がんのない被験者と比較して、診断時のベースラインよりわずかに高いだけで、有意差はなく（AUC=0.496）、有意差はなかったと報告している。しかし、ctDNAのレベルが高い人は、縦断的な対照で多量に喫煙する人の方が肺がんを発症する可能性が高かった。

微生物DNA（mbDNA

複数の研究により、微生物がいくつかの癌の腫瘍進行および一次薬剤耐性に密接に関与していることが示されている。最近、Pooreらは、TCGAデータベースに報告されている33のがん種の患者10,481人から得た18,116サンプルの微生物配列を研究した。これらの研究者はまた、4831サンプルの全ゲノム配列、および13,285サンプルの腫瘍サンプル、正常な腫瘍隣接組織、血液サンプル、および非がん患者からのマッチ組織からのRNA配列データを解析した。微生物源の配列は、Krakenソフトウェアを用いて迅速にスクリーニングし、微生物リードに機械学習法（ML）を用いた。その結果、ctDNAではゲノムバリアントが検出できないIa-IIc期がんでは、mbDNAの方がより強力な予測能力を持っていることがわかった。これらの結果の有効性をさらに検証するために、前立腺がん患者（n=59）、肺がん患者（n=25）またはメラノーマ患者（n=16）と健康なボランティア（n=69）をサンプルとして選定した。最小のメラノーマコホートに加えて、正常サンプルとがんタイプの間のペア比較やマルチクラス比較でも、高い程度の区別が見られた。このことは、この新しいタイプの微生物ベースのがん診断ツールが、既存のctDNA検出法を補完してがんの検出とモニタリングを行うことができることを意味している。

ほとんどのがん患者の組織や血液サンプルには、ユニークな微生物DNAシグネチャが存在し、がんの存在と種類を識別することができる。ctDNAと比較して、循環微生物ＤＮＡに基づくがん検出の利点の一つは、異なる体の部位間での多様性である。このモデルは、大腸腺癌、胃腺癌、腎性透明細胞癌のステージIとIVの腫瘍の鑑別に優れた性能を発揮する。しかし、mbDNAの分野では、まだまだ解決すべき課題が多い。例えば、DNAを調製する過程で、微生物汚染に注意しなければならない問題として、mbDNAが正常な老化変化なのか、腫瘍に関連した変化なのかをどのように識別するかが挙げられる。

マイクロRNA(miRNA)

miRNAは、もともと線虫で発見された内因性ノンコーディング小一本鎖RNA（19～24ヌクレオチド）の一群である。miRNAは、損傷した組織、アポトーシス細胞、炎症や転移の過程で壊れた細胞からの受動的な漏出、マイクロベシクルやマイクロベシクルを含まないmiRNAによる様々な刺激による能動的な分泌など、いくつかのメカニズムを経て血液中に放出される。また、標的mRNAの3'UTRに結合してmRNAを分解したり、タンパク質の翻訳阻害を介して転写後のサイレンシングを媒介したりすることで、mRNAを分解する。mRNAと比較して、高い安定性と再現性が特徴である。また、多くの凍結融解サイクルを経ても、それに対応する耐性が示されている。それ以来、研究者はmiRNAを用いた信頼性の高い診断ツールの構築に力を注いできた。

Lawrieらは、MIRN21の高発現が無再発生存率と相関することを示した（P=0.05）。その後、Zenらは、循環中のmiRNAの方が組織のmiRNAよりも疾患のあらゆる側面をよりよく反映していることを提案した。現在までに、早期肺癌の検出にmiRNAのパネルを使用することは、単一のmiRNAを使用するよりも一般的である。

World Conference on Lung Cancer 2019では、4119人の参加者を募集したBioMILDと呼ばれる臨床試験の結果が報告された。この試験では、肺がんの高リスク群をスクリーニングするためにLDCT検査とmiRNA検査を組み合わせ、LDCT検査とmiRNAを組み合わせることで早期診断の効率が大幅に向上する可能性が示唆された。

miRNAは非侵襲性で安定していることから、がん診断のバイオマーカーとしての可能性を秘めている。しかし、miRNAの限界は、定量的に検出するための内部参照遺伝子の選択に矛盾があることにある。さらに、組織、血漿、血清などの異なるソースからのmiRNAは、分離・抽出過程での標準化プロトコルを欠いている。したがって、標準化は解決すべき問題である。

循環エキソソーム

エクソソームは、直径 30 nm から 100 nm の細胞内小胞である。多胞体と細胞膜が融合することで、多胞体から細胞外へのエクソソームの放出が誘導される。エキソソームは、血漿、唾液、尿、母乳、胸水、脳脊髄液、精液など様々な体液から検出され、タンパク質、microRNA、mRNA、DNAなどの生物学的情報を運ぶ。肺がんの浸潤、免疫逃避、化学療法抵抗性を促進する可能性がある。研究者は、診断用バイオマーカーとしてのエクソソームの可能性に徐々に注目している。

その中で、循環エキソソソーム由来のmiRNAやタンパク質に関する研究が多く行われている。血漿中のエクソソームmiRNA（let-7b/let-7e/miR-23a-3p/miR-486）のプロファイルをNGS技術を用いて決定することで、I期NSCLC患者を同定することができる（感度=80.3%、特異度=92.3%、AUC=0.899）。Liらは、Exo-Gas5（成長抑制特異的転写因子5）も上記と同様の効果があることを提唱している。さらに、CEAと共同で評価した場合、AUC値は0.929まで上昇した。さらに、I期NSCLC患者の同定にExo-Gas5を単独で使用した場合、AUC値は0.822にまで達した。これらとは別に、エクソソームは、早期のNSCLC診断のための高感度、非侵襲的で効果的なバイオマーカーの開発の候補となる可能性があることが、より多くの研究で示されている。

エクソソームはナノサイズのため、効率的な抽出と精製プロトコルがまだ大きな問題となっている。しかし、エキソソームは小胞をコーティングし、安定した特性を持っているため、天然の薬剤担体として機能し、確定診断後の肺がん治療におけるエキソソームの展望を広げることができる。つまり、エキソソームは早期診断のみならず、臨床薬理学的にも不可欠な開発トレンドである。

DNAメチル化

DNAメチル化とは、DNAメチル化酵素（DNMT）の作用下で、DNAゲノム中のシトシンリン酸グアニン（CpG）ジヌクレオチドのシトシンに共有結合したメチル基のことである。長さ0.5〜4kbの一部の領域はCpG密度が高く、これをCpGアイランド（CGI）と呼び、その多くは遺伝子の5'末端に位置している。通常の状況では、CGI中のCpGジヌクレオチドはメチル化されていないままである。悪性腫瘍患者では、抗癌遺伝子プロモーターのCGIが異常にハイメチル化しており、正常なゲノムレベルではハイメチル化を示していた。DNAの異常なメチル化は、染色体回転の増加、抗癌遺伝子のサイレンシングおよび発現の喪失を引き起こし、最終的には腫瘍形成につながる。これまでの研究では、治癒期I期肺癌の早期再発や早期肺癌には特異的なDNAメチル化があることが証明されている。したがって、DNAの異常メチル化は、肺腫瘍の診断およびモニタリングのためのバイオマーカーとなり得る。

Maらは、量子ドットベースの蛍光共鳴エネルギー移動（QDs-FRET）技術を利用して、肺癌組織および検体中のPCDHGB6、HOXA9およびRASSF1Aのメチル化レベルを定量的に解析した。その結果、気管支ブラシ標本は腫瘍組織と比較して、早期がんの検出能力がやや弱いことがわかった。I期からII期のNSCLC被験者50人において、全感度（92％）と特異度（100％）は単一遺伝子（68％、80％、64％）よりも高いが、II期のNSCLCを同定する感度はI期のNSCLCよりも優れている（100％対83％）。したがって、DNAメチル化を検出するこの方法は、早期癌の非侵襲的な臨床診断ツールとして機能する可能性がある。さらに、末梢血および喀痰は、初期の肺癌における異常メチル化を検出するための理想的なサンプルである。Liuらは、CT画像上に結節が疑われる被験者を研究対象とし、血漿中および尿中の6つの遺伝子（CDO1、TAC1、HOXA7、HOXA9、SOX17、ZFP42）のメチル化検出がNSCLCの診断に有意に関連していることを明らかにした。この研究をもとに、肺がんCTスクリーニングの補助検査としてのDNAメチル化の有効性をさらに確認した。

結論として、NSCLCにおけるDNAメチル化関連の研究は、分子レベルでの病態解明に役立つとともに、NSCLCの早期診断、転帰、治療への可能性に希望を与えるものである。しかし、肺がんの臨床診断における分子マーカーとしてのDNAメチル化の応用には、まだいくつかの問題点がある。第一に、統一された検査基準がないことである。第二に、腫瘍マーカーとして、単一遺伝子陽性率が低い。最後に、特異性が高くない。これらの問題はすべて改善される必要がある。

・揮発性有機化合物（VOCS）と肺がんスクリーニング

近年、VOCの検出には、迅速、非侵襲、便利、高感度、再現性が良いという利点がある。呼気には多くの物質が含まれており、そのほとんどがVOCである。例えば、Zhongらは、多様な化学反応性着色剤からなる使い捨ての比色アレイを構築した。VOCとの化学的相互作用を通じて、これらのアレイは、呼気中に肺がんに関連する20種類のVOCを少なくとも90%の精度で区別することができた。Liらは、ドーピング支援低圧光イオン化質量分析法（DA-LPPI）を開発し、肺がんに関連する極性VOCの検出におけるジクロロメタンDA-LPPI技術の有効性を証明した。

現在、VOCには多くの種類があり、その発生源も複雑である。主な難点は、サンプルの採取、処理、保存、試験に使用される多くの試験技術や方法が、いまだに統一された基準を欠いていることである。したがって、臨床応用への転換にはまだ大きな課題があるが、肺がん検出のための巨大な展望は否定できない。

・自己抗体と肺がん検診

World Conference on Lung Cancer 2019では、別の臨床試験であるECLSも報告され、ハイリスク患者12208人が登録された。EarlyCDT検査は、肺がん自己抗体に基づく新規の血液検査です。患者はEarlyCDT血液検査を受ける。陽性の場合はレントゲン検査とCT検査を受け、実験群に指定される。EarlyCDT検査を受け、2年間の追跡調査で肺がんを発症し続けた人のうち、初期段階（I期・II期）と診断された人は41.1％だったのに対し、対照群では26.8％だった。また、EarlyCDT試験に無作為化された被験者の2年間の追跡調査の結果、進行肺がんの発症率が36％減少したことが明らかになった。また、EarlyCDT試験を受けた患者は、対照群に比べて2年以内の肺がん関連死亡率が低下するという微妙な傾向を示した。この研究は、EarlyCDTが肺がんの臨床的早期診断に強い応用の可能性を持っていることを証明している[92]。

最後に

上述した肺がんの早期検診・診断法のうち、X線検診は推奨されていない。LDCTは明らかな利点があり、肺がんの早期スクリーニングにおいて最も有望な画像診断法である。気管支鏡検査は管腔内病変を直視できる利点が大きく、診断に利用できる。リキッドバイオプシー、VOC、特殊腫瘍自己抗体検出は簡便で非侵襲的である。特にリキッドバイオプシーは、近年の肺癌の早期診断におけるホットスポットであり、今後の研究の方向性でもある。しかし、現在のところリキッドバイオプシーには明確な閾値や標準的な操作プロトコールがなく、CTのように腫瘍の病期を評価することはできない。したがって、LDCTとリキッドバイオプシーを組み合わせて肺がんを診断したり、合理的な診断法を開発することは、早期発見、早期診断、早期治療を実現し、肺がん患者の利益につながる可能性がある。

おしまいです。

次の記事までお待ちください。