Serial analysis of ESR1 and PIK3CA mutations in cell-free DNA from hormone receptor-positive, HER2-negative metastatic breast cancer during palliative endocrine therapy

Abstract

배경: ESR1 및 PIK3CA 유전자의 활성화 돌연변이는 내분비 저항성의 기전으로 알려져 있다. 최근 연구들은 임상적으로 질병이 진행되기 전, 혈액 내 ESR1 돌연변이(bESR1)가 존재할 때 조기 개입의 이점을 보여주었다. 이 연구에서는 호르몬 수용체 양성, 인간 상피 성장 인자 수용체 2 음성 전이성 유방암 환자의 세포유리DNA에서 ESR1 및 PIK3CA 돌연변이의 검출과 변화, 그리고 이 돌연변이들이 무진행 생존 기간에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. 방법: 1차 완화적 내분비 요법을 받고 있는 25명의 환자가 전향적 코호트에서 확인되었다. 리간드 결합 도메인의 7개 ESR1 호발 부위 돌연변이를 미세방울 디지털 중합효소연쇄반응 분석을 사용하여 세포유리 DNA에서 검사했다. 11개의 PIK3CA 호발부위 돌연변이는 종양과 세포유리 DNA 모두에서 앰플리콘 기반 표적 차세대 시퀀싱 방법을 사용하여 검사했다. 무진행 생존 기간 분석은 카플란-마이어 생존 분석 방법을 사용하여 수행되었으며 로그 순위법으로 비교되었다. 결과: 본 연구에서는 25명의 환자로부터 약 3~6개월마다 수집된 일련의 세포유리 DNA 샘플 268개를 분석했다. bESR1은 완화적 내분비 요법 동안 64.0%(16/25)의 환자에서 발견되었으며, D538G가 가장 흔한 돌연변이였고 68.8%는 다클론성이었다. bESR1이 검출된 환자 중 임상적으로 질병 진행이 있는 경우는 50.0%였는데, 이 중 4명은 임상적 질병 진행 전에 bESR1이 검출되었고, 4명은 질병 진행과 동시에 또는 이후에 검출되었다. bESR1은 전체 무진행 생존기간에 영향을 미치지 않았지만, 1차 내분비 치료 후 6개월 이내에 bESR1이 검출된 환자 (18.8%)는 더 나쁜 생존 결과를 보였다 (무진행 생존 기간 중앙값 5.5 대 53.6개월). 또한 후속 세포유리 DNA에서 bESR1이 소실된 환자(81.3%)는 더 나은 결과를 보이는 것으로 나타났다 (무진행 생존 기간 중앙값 53.6개월 대 42.4개월). 세포유리 DNA에서 PIK3CA 돌연변이는 원격 전이 진단 시 68.2%(15/22)의 환자에서 발견되었으며, 그 중 53.3%(8/15)의 환자에서 bESR1이 발견되었다. 원발 종양 조직에서 PIK3CA 돌연변이의 존재는 무병 생존 기간이나 무진행 생존 기간에 영향을 미치지 않았지만, 혈액 PIK3CA 돌연변이가 있는 환자는 무진행 생존 기간이 유의하게 더 나빴다 (p = 0.024). 결론: 이 연구에서는 상당한 수의 ESR1 및 PIK3CA 돌연변이가 일련의 혈장에서 검출되었다. 통계적 유의성을 정확하게 평가하기에는 한계가 있는 소규모 분석이었지만, 완화적 내분비 치료 시작 6개월 이내 bESR1이 조기 검출된 경우와 지속 검출된 환자의 경우 더 나쁜 결과를 보였다. 세포유리 DNA에서 PIK3CA 돌연변이는 표적 치료의 이점을 시사하는 예후 인자였다.|Background: Activating mutations in estrogen receptor 1 (ESR1) and phosphatidylinositol- 4,5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit alpha (PIK3CA) genes are known mechanisms of endocrine resistance. A recent analysis supported the benefit of early intervention when the presence of ESR1 mutations is detected in the blood (bESR1) before clinical progression. Herein, we aimed to investigate ESR1 and PIK3CA mutations detected in cell-free DNA (cfDNA) from patients with hormone receptor-positive, human epidermal growth factor receptor 2-negative metastatic breast cancer and their impact on progression-free survival (PFS). Methods: A total of 25 patients who underwent first-line palliative endocrine therapy (ETx) were included in this study from a prospective cohort. Seven ESR1 hotspot mutations in the ligand-binding domain were tested in cfDNA using a droplet digital polymerase chain reaction assay, and eleven PIK3CA hotspot mutations were tested using an amplicon-based targeted next-generation sequencing method for both tumors and cfDNA. PFS analyses were performed using the Kaplan–Meier method and compared using the log-rank test. Results: We examined 268 cfDNA samples collected from 25 patients every three to six months. bESR1 was observed in 64.0% (16/25) of the patients, with D538G being the most common mutation and 68.8% polyclonal. Among the 50.0% of the patients with bESR1 mutations with clinical progression, bESR1 was detected in four before clinical progression, and four were diagnosed with clinical progression concurrently or after. While bESR1 mutation did not affect overall PFS, patients with bESR1 detected within 6 months of first-line ETx (18.8%) displayed worse outcomes (median PFS 5.5 vs. 53.6 months). Notably, patients with bESR1 cleared in the subsequent cfDNA analysis (81.3%) had better outcomes (median PFS 53.6 vs. 42.4 months). Furthermore, PIK3CA mutations in cfDNA were detected in 68.2% (15/22) of the patients at the time of distant metastasis diagnosis, of whom 53.3% (8/15) had bESR1. While the presence of PIK3CA mutations in the primary tumor tissue did not affect disease-free survival or PFS, patients with blood PIK3CA mutations displayed significantly worse PFS (p = 0.024). Conclusions: A substantial number of bESR1 and PIK3CA mutations were detected in serial plasma samples. Although it was a small-sized analysis to accurately assess statistical significance, we observed worse outcomes in patients with early detection within 6 months and sustained bESR1 expression during palliative ETx. PIK3CA mutations in cfDNA are prognostic factors, supporting the benefits of combined targeted therapies.