血中循環腫瘍DNAと遺伝子変異検出による早期診断

血中循環腫瘍DNAと遺伝子解析

血中循環腫瘍DNAの基本と検出メカニズム

血中循環腫瘍DNA（circulating tumor DNA、ctDNA）とは、がん細胞が死滅する過程で血液中に放出される腫瘍由来のDNA断片のことです。健康な人の血液中にも細胞から放出されるセルフリーDNA（cell-free DNA、cfDNA）が存在していますが、がん患者の場合はその一部に腫瘍特有の遺伝子変異を持つctDNAが含まれています。

 

ctDNAの特徴として、以下の点が挙げられます：

• 短く断片化されたDNA（約150〜200塩基対）
• 血漿中に微量に存在（cfDNAの1%以下の場合も多い）
• 腫瘍組織と同じ遺伝子変異を保持
• 半減期が短く（約2時間）、リアルタイムの腫瘍状態を反映

ctDNAが血中に放出されるメカニズムは主にアポトーシス（プログラム細胞死）やネクローシス（壊死）によるものですが、一部は生きたがん細胞からも能動的に放出されることが示唆されています。腫瘍の大きさ、位置、血管新生の程度によってctDNAの量は変動します。

 

ctDNAの検出には高感度な技術が必要であり、現在は主に次世代シーケンサー（NGS）やデジタルPCR（dPCR）が用いられています。特に高強度シーケンシング法では、ゲノムの各領域を60,000回以上読み取ることで、微量のctDNAを高精度で検出することが可能になっています。

 

血中循環腫瘍DNAによる遺伝子変異の検出と臨床的意義

血中循環腫瘍DNAを用いた検査の最大の利点は、腫瘍組織の生検に比べて非侵襲的であることです。これは「リキッドバイオプシー」とも呼ばれ、特に以下のような臨床的意義があります：

1. 早期がん診断の可能性
   • 従来の画像診断では検出困難な微小ながんの発見
   • スクリーニング検査としての応用研究が進行中
2. 治療効果のモニタリング
   • 治療開始後数日でctDNA量の変化が観察可能
   • 画像診断よりも早期に治療効果を評価できる可能性
3. 再発の早期検出
   • 画像診断で検出される数ヶ月前に再発を予測
   • 食道がんでは、CT検査や腫瘍マーカー検査より高精度で早期再発を検出
4. 耐性変異の検出
   • 治療中に生じる薬剤耐性変異を迅速に検出
   • 治療方針の変更を適切なタイミングで行うことが可能

研究によれば、進行した乳がん、肺がん、前立腺がん患者を対象とした試験では、腫瘍で検出された遺伝子変異の73%が血中ctDNAでも検出されています。特に、ステージIII大腸がん患者では、術後化学療法終了後にctDNAが検出された患者群は、検出されなかった患者群に比べて再発リスクが3.8倍高いことが報告されています。

 

また、腫瘍の不均一性（heterogeneity）を評価する上でもctDNA解析は有用です。腫瘍の一部からの生検では捉えられない多様な遺伝子変異を、血液検査によって包括的に検出できる可能性があります。

 

血中循環腫瘍DNAと次世代シーケンサーを用いた膵癌診断

膵癌は早期発見が難しく、診断時にはすでに進行していることが多いがんです。そのため、非侵襲的な早期診断方法としてctDNA検査に大きな期待が寄せられています。

 

膵癌では、KRAS、TP53、SMAD4、CDKN2Aなどの遺伝子に高頻度で変異が認められます。これらの遺伝子変異をctDNAから検出することで、膵癌の診断や治療効果のモニタリングが可能になると考えられています。

 

次世代シーケンサーを用いた膵癌におけるctDNA検出系の研究では、PCR増幅後にシーケンシングを行い、バーコードタグを用いて効率よく読み取りエラーを除去する非重複統合リード塩基配列決定法が開発されています。この方法により、微量のctDNAからでも高精度に遺伝子変異を検出することが可能になっています。

 

膵癌におけるctDNA検査の臨床応用としては、以下のような可能性が考えられています：

• 早期診断：従来の腫瘍マーカー（CA19-9など）と組み合わせることで診断精度の向上
• 治療効果判定：化学療法や放射線療法の効果をリアルタイムに評価
• 再発モニタリング：手術後の定期的なctDNA検査による再発の早期発見
• 個別化医療：検出された遺伝子変異に基づいた最適な治療法の選択

膵癌における次世代シーケンサーを用いた血中循環腫瘍DNA検出系の詳細はこちら

血中循環腫瘍DNAの多発性骨髄腫における予後予測能力

多発性骨髄腫は、骨髄中の形質細胞ががん化する血液のがんです。近年、多発性骨髄腫においてもctDNA解析の有用性が報告されています。

 

2024年3月に国立がん研究センターから発表された研究によると、再発・難治性多発性骨髄腫患者261名の臨床検体を用いた遺伝子解析が実施され、骨髄の形質細胞と循環腫瘍DNAにおける遺伝子変異頻度が明らかにされました。特筆すべきは、TP53変異やKRAS変異などの循環腫瘍DNA変異が、骨髄の形質細胞DNAの解析結果よりも優れた無増悪生存率の予測能を示したことです。

 

この研究では、循環腫瘍DNAの変異数（TP53、KRAS、DIS3、BRAF、ATM、NRASの6遺伝子）と血漿DNA濃度、前治療レジメン数を組み込んだ効率的な予後予測モデル（ctRRMM-PI）が開発されました。このモデルにより、再発・難治性多発性骨髄腫患者に最適な治療を選択するための新たな指針となることが期待されています。

 

多発性骨髄腫におけるctDNA解析の利点として、以下の点が挙げられます：

• 低侵襲な検査方法（骨髄穿刺に比べて患者負担が少ない）
• 体内の異なる部位に存在する複数のクローンの遺伝子変異を一挙に検出可能
• 治療反応性や再発リスクの予測に有用
• 経時的なモニタリングが容易

多発性骨髄腫におけるctDNA研究の詳細はこちら

血中循環腫瘍DNAと歯科領域における将来的応用可能性

歯科領域においては、ctDNA解析の直接的な応用はまだ限られていますが、将来的には口腔がんの診断や治療モニタリングに活用できる可能性があります。

 

口腔がんは早期発見が予後改善に重要ですが、現状では視診や組織生検が主な診断方法となっています。ctDNA解析が口腔がんの診断に応用されれば、以下のようなメリットが考えられます：

1. スクリーニング検査としての活用
   • 歯科定期検診時に採血を行い、口腔がんの早期発見に役立てる
   • 前がん病変（白板症、紅板症など）からの悪性転化の予測
2. 術後モニタリング
   • 口腔がん手術後の再発モニタリング
   • 頸部リンパ節転移の早期検出
3. 薬物療法の効果判定
   • 進行口腔がんに対する化学療法や分子標的薬の効果判定
   • 治療抵抗性の早期発見と治療方針の変更

また、歯科医師は全身疾患のスクリーニングの一翼を担う立場にあります。将来的には、歯科医院での採血によるctDNA検査が、口腔がんだけでなく他のがんのスクリーニングにも貢献する可能性があります。特に、歯周病などの慢性炎症性疾患とがんとの関連性が指摘されていることから、歯周病患者におけるctDNA検査の意義についても研究が進むことが期待されます。

 

さらに、口腔内細菌叢（マイクロバイオーム）とがんとの関連性も注目されており、ctDNA解析と口腔内細菌叢解析を組み合わせることで、より精度の高いがんリスク評価が可能になるかもしれません。

 

血中循環腫瘍DNAの技術的課題と今後の展望

ctDNA解析は有望な技術ですが、臨床応用に向けてはいくつかの技術的課題が存在します：

1. 検出感度の問題
   • 早期がんや微小ながんではctDNAの量が極めて少ない
   • 偽陰性のリスクが高まる（特に緩徐な臨床経過を示す腫瘍）
2. 特異度の課題
   • クローン造血由来の遺伝子変異（CHIP）との区別が困難
   • 高齢者ほど頻度が高くなるため、高齢者のがんスクリーニングでは注意が必要
3. 標準化の必要性
   • 採血から検査までの手順の標準化
   • 血液凝固時に生じる白血球溶解によるcfDNAのコンタミネーション防止
4. 解析コストと時間
   • 次世代シーケンサーによる解析は高コスト
   • 結果が出るまでに時間がかかる場合がある
5. 融合遺伝子などの検出限界
   • DNAベースの血漿検体では融合遺伝子の検出率が低下

今後の展望としては、以下のような発展が期待されています：

• 検出感度の向上：新たなシーケンシング技術や解析アルゴリズムの開発
• 早期がん診断への応用：複数の遺伝子変異パターンを組み合わせた診断精度の向上
• AI技術との融合：機械学習を用いたctDNAデータの解析と予測モデルの構築
• マルチオミクス解析：ctDNAに加え、循環腫瘍RNA（ctRNA）、循環腫瘍細胞（CTC）、エクソソームなど複数のバイオマーカーを組み合わせた総合的な解析
• 個別化医療の推進：ctDNA解析に基づく治療選択と効果予測

特に注目されているのは、ctDNAとエクソソーム/マイクロRNAの組み合わせ解析です。エクソソームは細胞から分泌される小胞で、マイクロRNAなどの遺伝情報を含んでおり、ctDNAと相補的な情報を提供する可能性があります。

 

エクソソーム/miR研究とctDNAの臨床的意義に関する詳細はこちら
また、肝癌研究では、cfDNA量が肝癌の進行とともに増加し、独立した予後不良因子であることが示されています。さらに、薬物療法導入数日後にcfDNA量が増加し、その上昇幅が大きい症例ほど治療が奏功する傾向が見られています。このような知見は、他のがん種にも応用できる可能性があります。

 

肝癌におけるcfDNAとctDNAの臨床応用研究の詳細はこちら
ctDNA解析技術の進歩により、将来的には定期健康診断の一環としてのがんスクリーニング検査や、がん患者の治療効果モニタリングの標準的な方法として広く普及することが期待されています。歯科医療従事者も、口腔がんを含む全身のがんの早期発見に貢献できる可能性があり、この分野の発展に注目する必要があるでしょう。

 

最後に、ctDNA解析は単なる診断技術にとどまらず、がんの本質的な理解を深める研究ツールとしても重要です。腫瘍の進化や不均一性、治療抵抗性の獲得メカニズムなど、がん研究の基礎的な課題に取り組む上でも、ctDNA解析は貴重な情報を提供し続けるでしょう。