Skóre polygenního rizika (PRS) a jeho potenciál pro stratifikaci rizika karcinomu prsu

Overview

Východiska: Karcinom prsu je komplexní, multifaktoriální onemocnění, na jehož vzniku se podílejí i genetické faktory. Kromě relativně vzácných patogenních variant ve vysoce či středně penetrantních nádorových predispozičních genech ovlivňují riziko vzniku karcinomu prsu i početné nízce penetrantní alely, které vnímáme jako faktory polygenní dědičnosti. Nízce penetrantní alely mají samostatně zanedbatelný význam, avšak jejich kumulativní účinek může dosáhnout klinicky významných hodnot a lze jej vyjádřit pomocí skóre polygenního rizika (polygenic risk score – PRS), které se v současnosti zvažuje jako možný nástroj pro přesnější odhad absolutního a kumulativního rizika onkologického onemocnění u konkrétní osoby. Cíl: V zahraničí již bylo vyvinuto několik setů pro jednonukleotidový polymorfizmus (single nucleotide polymorphism – SNP) pro stanovení PRS za účelem využití metody v individualizaci rizika v klinické praxi. Následující text si klade za cíl osvětlit základy stanovení PRS a jeho interpretaci jako možného predikčního nástroje. Využití PRS by však mělo být vždy podmíněno genetickým vyšetřením patogenních variant v nádorových predispozičních genech.

Klíčová slova:

PRS – polygenní dědičnost karcinomu prsu – stanovení rizika karcinomu prsu – sporadický karcinom prsu

Úvod

Ve vyspělých zemích patří onkologická onemocnění k nejčastějším příčinám úmrtí se setrvale rostoucím významem [1]. Po nemelanomových nádorech kůže je karcinom (ca) prsu druhé nejčastější nádorové onemocnění v populaci žen v ČR [2]. Jeho celoživotní riziko přesahuje 10 %. Vysoká incidence (131/100 000 žen v roce 2020) a mortalita (32/100 000 žen v roce 2020) ca prsu představuje v posledních dekádách významnou zdravotní i socioekonomickou zátěž [3]. Z těchto důvodů byl v roce 2002, jako pro první nádorové onemocnění u nás, zaveden populační screening ca prsu pro všechny ženy od věku 45 let ve dvouletých intervalech. Třebaže toto opatření vedlo ke včasnému zachycení onemocnění u pacientek, existuje obava, že plošné testování může vést k nadsazené incidenci ca prsu (falešně pozitivní výsledky a overdiagnosis), byť v naprosté menšině případů [4,5].

Ca prsu vzniká nejčastěji jako sporadické onemocnění v důsledku získaných poruch genomové DNA, které postihují geny ovlivňující zejména proliferaci buněk prsní epitelové tkáně [6]. Hlavní klinické podskupiny onemocnění jsou určovány přítomností a aktivitou intracelulárních steroidních (estrogenních a progesteronových) receptorů a membránového receptoru pro epidermální růstový faktor ErbB2 (HER2/neu), které normálně regulují mitotickou aktivitu mamární tkáně [7–9]. Ca prsu je tak velmi heterogenním onemocněním se značně proměnlivým biologickým chováním.

Pravděpodobnost vzniku ca prsu ovlivňuje řada rizikových faktorů – vrozených, behaviorálních i environmentálních. Mezi známé rizikové faktory můžeme zařadit časnou menarche spolu s pozdní menopauzou, nuliparitou, těhotenstvím v pozdním věku [10,11] nebo krátkou dobou kojení [12]. Celkové riziko dále mírně zvyšuje obezita, kouření a konzumace alkoholu [12–14]. Mezi nejzávažnější rizikové faktory patří pozitivní onkologická rodinná anamnéza [15,16]. Riziko onemocnění zdvojnásobuje přítomnost ca prsu u jedné přímé příbuzné (matka, sestra, dcera) pacientky, s pozitivní rodinnou anamnézou zároveň stoupá riziko rozvoje onemocnění v mladším věku [16,17].

V méně než 10 % všech případů se setkáváme s dědičnou formou ca prsu, která vzniká na základě přítomnosti zárodečné mutace v některém z nádorových predispozičních genů. Příklady rozvětvených rodin s opakovaným výskytem onemocnění ukazují, že hereditární formy ca prsu vznikají jako monogenní onemocnění s autozomálně dominantním typem dědičnosti nádorové predispozice [18]. Prokázané příčinné dědičné mutace se však vyskytují pouze přibližně u třetiny žen s pozitivní rodinnou anamnézou, a to častěji u pacientek, v jejichž rodinné anamnéze se vyskytuje kromě ca prsu i ca ovarií (23 vs. 59 %) [19]. U pacientek se zvýšeným výskytem ca prsu v rodině, kde se nepodařilo určit příčinnou dědičnou mutaci, hovoříme o familiárním onemocnění.

Charakterizace rozsáhlých rodin s mno- hočetným výskytem ca prsu a pokroky v metodách molekulární genetiky umožnily v 90. letech minulého století objev hlavních predispozičních genů BRCA1 [20] a BRCA2 [21]. Přítomnost vysoce penetrantních mutací v obou genech podmiňuje vznik dědičné formy ca prsu a ovarií. Význam obou genů podtrhuje i relativně vysoká prevalence jejich dědičných mutací, které tvoří přibližně polovinu všech případů hereditární formy ca prsu. Proporce nosičů mutací v obou genech vykazují významné populační rozdíly, přičemž v ČR převládají dědičné alterace v genu BRCA1 [19,22–25]. Třebaže se po objevu genů BRCA1 a BRCA2 na sklonku tisíciletí podařilo identifikovat desítky dalších genů zvyšujících riziko ca prsu, žádný z nich kombinací klinicky mimořádně významného rizika a vysoké prevalence nosičů nezastínil význam genů BRCA1 a BRCA2 [26]. Je však zajímavé, že většina predispozičních genů spojených se vznikem dědičné formy ca prsu kóduje proteiny, které se podílejí na mechanizmu oprav genomové DNA a intracelulární signalizaci reagující na přítomnost jejího poškození [26].

Predispoziční geny lze kategorizovat podle míry rizika (obvykle vyjádřené jako poměr šancí – odds ratio (OR)) vzniku ca prsu u nosičů jejich patogenních zárodečných mutací. Vysoce penetrantní mutace v genech BRCA1, BRCA2, PALB2, PTEN [27], TP53 [28] či STK11 [29] zvyšují riziko vývoje ca prsu proti běžné populaci více než pětinásobně (OR > 5), čímž dosahují celoživotního rizika na úrovni 60–75 %. U středně penetrantních mutací v genech CHEK2 a ATM je riziko zvýšené středně (OR 2–5), a celoživotní riziko tak dosahuje hodnot kolem 25–30 % [24,30].

Zpracování rozsáhlých souborů vysoce rizikových pacientek s ca prsu prokázalo, že u nezanedbatelné části nemocných není možné identifikovat monogenní příčinnou zárodečnou změnu. Takové případy vedly k domněnce, že příčinou onemocnění je polygenní dědičnost, kdy onemocnění vznikají aditivním působením řady variant s nízkou penetrancí [31].

Na základě asociačních studií sledujících výskyt ca prsu mezi příbuznými a mezi dvojčaty byly charakterizovány varianty s nízkou penetrancí, které zvyšují (či případně snižují) riziko ca prsu méně než dvojnásobně [32]. Třebaže míra rizika spojená s jednotlivými samotnými nízce penetrantními variantami je klinicky prakticky bezvýznamná (OR se obvykle pohybuje v intervalu 0,9–1,1), vznik ca prsu může být významně ovlivněn rizikovými genotypy složenými z mnoha (desítek až stovek) nízce penetrantních variant. Na rozdíl od patogenních mutací ve vysoce a středně penetrantních genech se klinicky významné nízce penetrantní varianty vyskytují se značnou populační četností (5–95 %) [33,34]. Dopad těchto variant na riziko vzniku ca prsu může být pozitivní i negativní, a některé varianty tak mohou zvyšovat riziko, zatímco jiné míru rizika snižují.

V nejjednodušší podobě mohou takovéto varianty reprezentovat např. záměny aminokyselin v kódující sekvenci genů, jejichž proteinové produkty souvisejí s rozvojem onemocnění. S ohledem na skutečnost, že kódující genetická informace tvoří jen malou část genomu, je mnohem častější, že asociovaná varianta leží v nekódujících či intergenových oblastech a mechanizmus působení takovýchto variant je obvykle nejasný. Na jedné straně si můžeme představit, že jednotlivé varianty mohou ovlivňovat genovou expresi okolních genů (v podobě změn enhancerů či silencerů) nebo ovlivňují biogenezi nekódujících RNA. Můžeme však uvažovat i o tom, že identifikované nízce penetrantní varianty jsou jen funkčně bezvýznamnými genetickými markery doposud neznámých funkčních variant, se kterými jsou v genové vazbě [35,36].

Celogenomové asociační studie

Podstatou identifikace nízce penetrantních alel je porovnání četnosti výskytu variant zárodečné DNA (nejčastěji SNP) napříč genomem v souboru dobře charakterizovaných pacientek s ca prsu s velikostně srovnatelným kontrolním souborem žen bez onemocnění. Výstupem takovéto studie (tzv. genome-wide association study – GWAS) je identifikace konkrétních sekvenčních variant DNA v genomu, které jsou spojeny s výskytem onemocnění.

S ohledem na skutečnost, že vliv jednotlivých variant na riziko ca prsu je velmi malý, musely všechny GWAS studie zahrnout rozsáhlé soubory pacientů a kontrol. U každého vyšetřovaného vzorku byly analyzovány desítky až stovky tisíc genomových lokusů, což ve výsledku znamenalo vzájemně porovnávat obrovské množství komplexních genotypů. Potřebnou technologickou kapacitu pro masivní genotypizaci katalyzoval na počátku milénia až rozvoj DNA mikročipů, které umožňují poměrně jednoduše analyzovat tisíce genetických variant u tisíců vyšetřovaných subjektů [34,37,38].

Britská studie z roku 2007, jedna z prvních GWAS zaměřených na identifikaci polygenního rizika u ca prsu, analyzovala pomocí DNA mikročipů přes 250 000 variant SNP. Studie sestávala ze tří fází, kdy se postupně zužoval počet analyzovaných SNP a zvyšoval počet probandek. Ve třetí fázi studie, kde byly kromě Britek zahrnuty též probandky z Evropy, USA, Austrálie a Asie, bylo vyšetřeno 30 SNP u 21 860 pacientek a 22 578 kontrol. Výstupem této studie byla identifikace pěti nejrizikovějších SNP variant v genech FGFR2, LSP1, TNRC9 a MAP3K; avšak i u varianty v genu FGFR2 s nejsilnější asociací bylo riziko nízké (OR = 1,26; 95% CI = 1,23–1,30) [34].

Další technologický pokrok, zlevnění vysokokapacitních technologií a mezinárodní konzorciální spolupráce umožnily v následujících letech výrazně vyšší efektivitu v identifikaci nízce penetrantních variant asociujících s ca prsu. Studie Collaborative Oncological Gene-environment Study (COGS), která vzešla ze spolupráce mezinárodních konzorcií Consortium of Investigators of Modifiers of BRCA1/2 (CIMBA) a Breast Cancer Association Consortium (BCAC), již analyzovala > 200 000 SNP [33]. Na tuto studii plynule navázala studie OncoArray z roku 2017, která analyzovala > 500 000 SNP variant [39]. Do roku 2020 byly v rámci těchto projektů analyzovány varianty v genomech > 200 000 jedinců [40].

Uvedené studie umožnily stanovit frekvence nízce penetrantních variant v populacích vyšetřovaných pacientek a kontrol, vyčíslit míru rizika (v podobě OR) pro každou z těchto variant a rovněž hodnotu p, která udává statistickou významnost rozdílu ve frekvenci mezi skupinou pacientek s ca prsu a kontrolami (graf 1). Aktualizovaná data získaná v rámci těchto studií jsou volně dostupná na stránkách BCAC [41].

U SNP variant s co nejvýznamnějším rozdílem distribuce alel mezi nemocnými a zdravými ženami (p < 5 × 10^–8) byla stanovena rizika; OR < 1 pro protektivní varianty a OR > 1 pro varianty rizikové [33,36,40,42].

Skóre polygenního rizika

Jak vyplývá z předchozích poznatků, nízce penetrantní alely samy o sobě ovlivňují riziko vzniku ca prsu jen nepatrně. V populacích se však vyskytují v relativně vysokých frekvencích (> 5 %), a jednotlivec je tak nosičem mnoha variant, jejichž účinky se sčítají. V případě nakupení rizikových variant může aditivní účinek dosáhnout klinicky významných hodnot srovnatelných s riziky patogenních variant ve středně penetrantních genech.

Pro výpočet skóre polygenního rizika (polygenic risk score – PRS) musí být ze souboru SNP variant navržených předchozími GWAS vyloučeny lokusy ve vazbě pro odstranění redundantní informace. Tento set se následně podrobuje redukci nadsazené síly efektu pomocí metod regresní analýzy (např. lasso – least absolute shrinkage and selection operator). Teprve pak je možné pokračovat v genetickém testování probandů kontrolního souboru.

Určení rizik (OR) asociovaných s významnými rizikovými variantami SNP umožňuje vyjádřit kumulativní účinek polygenní zátěže pro každého jedince v podobě PRS. Výpočet se provádí dle rovnice:

 

PRS_j=∑^N_i logOR_i × g_ij,

 

kdy PRS jedince j tvořené z N SNP variant je sumou součinů dekadického logaritmu OR alely i a alelické dávky g, která nabývá hodnot 0, 1, 2 (0 – homozygot v referenční alele, 1 – heterozygot, 2 – homozygot v rizikové/protektivní alele).

Takto získané PRS samo o sobě vypovídá pouze o tom, zda u konkrétního jedince převažují rizikové, či protektivní alely z vybraného setu. Výsledek nevypovídá o míře rizika, které PRS obnáší pro jedince ve vyšetřované populaci. Pro toto zhodnocení je nutné porovnat ženy ve vyšetřovaném souboru (pacientky i zdravé ženy) mezi sebou a stanovit riziko onemocnění pro dosažené hodnoty PRS.

Jak již bylo řečeno, SNP varianty, na kterých je model PRS založen, samy o sobě nesou minimální riziko a nepodléhají tak selekčnímu tlaku, který by redukoval jejich výskyt. V běžné populaci, u níž je známé průměrné kumulativní riziko onemocnění, se proto předpokládá normální distribuce hodnot PRS (graf 2A).

Riziko onemocnění u jedince je vyjádřeno buď na základě proporčního vyjádření v percentilových kategoriích, nebo na základě vzdálenosti hodnot změřeného skóre od mediánu jako směrodatná odchylka (SD). Set SNP variant je kalibrován pro konkrétní populaci tak, aby průměrné PRS skóre odpovídalo průměrnému riziku, kterému odpovídá OR rovno 1 (graf 2B).

Sdílená vstupní data GWAS ze studií COGS a OncoArray tvoří základ většiny setů významných SNP pro konstrukci PRS u pacientek s ca prsu v různých studiích u různých populací. Navzdory očekávání je však mezi sety poměrně malý překryv (schéma 1). Sety se od sebe odlišují vlivem rozdílných četností alel u konkrétních populací, na kterých byly sety testovány (německá a britská), nových dat (databáze COGS je neustále aktualizována), kritérií výběru či rozdílných prioritizací variant ve vazbě.

Vytvořené sety SNP pro výpočet PRS (tab. 1) jsou koncipované jako pomocný nástroj pro identifikaci rizika vzniku ca prsu nebo jako nástroj zpřesňující odhad věkově specifického rizika vzniku onemocnění pro nosičky hereditárních mutací ve známých vysoce penetrantních (např. BRCA1, BRCA2, PALB2) či středně penetrantních (např. CHEK2, ATM) predispozičních genech [43].

Jak je patrné z uvedených výsledků, vysoké hodnoty PRS jsou spojeny se zvýšeným rizikem ca prsu bez ohledu na počet SNP zahrnutých do výpočtu. Především v odlehlých percentilech hodnot PRS riziko překračuje dvojnásobek populačního průměru [44,49].

Některé z uvedených setů byly dále testovány na probandkách s jinými selekčními kritérii. Opakované studie se zaměřovaly na nosičky mutací v BRCA1/2 a CHEK2, které jsou nejvýznamnějšími genetickými faktory pro ca prsu, a ukázaly spojitost mezi PRS a věkem nástupu onemocnění [43,51,52].

Interpretaci rizika však komplikují další faktory. Přestože studie ukazují, že vysoké PRS s sebou nese zvýšené riziko ca prsu, jeho výpovědní hodnota je bez dalších informací o genetické zátěži jedince výrazně omezená vzhledem k relativně vysoké prevalenci patogenních mutací v genech BRCA1/2 a dalších středně penetrantních genech [19,22,53,54].

Budoucnost PRS

Dosavadní studie ukazují praktické využití PRS nejen pro stanovení rizika u jednotlivých žen v rámci běžné populace, ale také jako modifikátor rizika u nosiček známých mutací. Než však bude možné implementovat stanovení PRS do rutinní diagnostiky, musí nejprve proběhnout validace stanovení PRS na konkrétní populaci. Dále je nutné zdůraznit, že bez informace o přítomnosti vysoce penetrantní alely je predikční schopnost PRS značně omezená.

V současné době probíhá řada studií zabývajících se implementací PRS do klinické praxe. Některé laboratoře již PRS zahrnují do stávajících modelů predikce rizika ca prsu v rámci vyšetřovacích panelů sekvenování nové generace nebo jako samostatný test. Společnost Myriad Genetics nabízí nástroj pro predikci rizika vzniku ca prsu ve svém komerčně dostupném testu myRisk^®Hereditary Cancer, který poskytuje odhady pětiletého a celoživotního rizika vzniku ca prsu [55]. AmbryScore (Ambry Genetics) nabízí testy pro predikci rizika BC založené na Tyrer-Cusick modelu, který zahrnuje klinickou anamnézu (věk, etnicita, rodinná anamnéza) plus PRS, který obsahuje 100 variant SNP [56]. Přes zvyšující se popularitu stanovení PRS, která ukazují, že skóre signifikantně zvyšuje, nebo snižuje riziko vzniku ca prsu v extrémních horních či dolních percentilových skupinách analyzovaných souborů pacientek s ca prsu, jsou v současnosti velmi omezeně dostupné údaje o senzitivitě a specifičnosti vyšetření pro individuální pacientky.

Globální implementace PRS pro odhad rizika ca prsu musí brát v potaz i další současné limitace vyšetření, jako jsou nedostatek dat pro mimoevropské (a rovněž jiné než západoevropské) populace, korelace/interference PRS s dalšími rizikovými faktory (např. s nosičstvím germinálních mutací v nádorových predispozičních genech s nejasným dopadem na riziko ca prsu), nestandardizovaný počet zahrnutých SNP a rozdílné statistické metody pro vlastní výpočet PRS a s ním spojeným rizikem. Rutinní klinické využití PRS jako nástroje pro individualizaci zahájení onkologické prevence – např. mamografického screeningu u konkrétních pacientek – tak bude vyžadovat robustní hodnocení potenciálu PRS pomocí standardních klinických studií.

Poděkování

Práce byla podpořena grantem Agentury pro zdravotnický výzkum MZČR NU20-09-00355, grantem MŠMT BBMRI-CZ LM2023033, projekty Univerzity SVV260631 a COOPERATIO.

Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádné komerční zájmy.

The authors declare that they have no potential confl icts of interest concerning drugs, products, or services used in the study.

Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do bi omedicínských časopisů.

The Editorial Board declares that the manuscript met the ICMJE recommendation for biomedical papers.

RNDr. Markéta Janatová, Ph.D.
Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky,
1. LF UK a VFN v Praze
Na Bojišti 3
128 08 Praha 2
e-mail: mjana@lf1.cuni.cz
Obdrženo/Submitted: 14. 12. 2023
Přijato/Accepted: 10. 1. 2023

Klin Onkol 2023; 36(3): 198– 205