V022.熊言熊语：当泛癌早筛领头羊GRAIL也开始卷伴随诊断研究，我们能学到什么

写在前面

你好，我是思考问题的熊，你现在阅读的是「熊言熊语」newsltter。每次邮件通讯，我会和你聊聊自己过去一段时间看到的行业新闻研究进展，以及自己的日常思考感悟。

临近年关，之后 2 期 newsletter 为大家准备了 2023 癌症相关研究的年度汇总和盘点，而在本期内容中，我将会从另一个角度和你聊聊最近几个月正处在风口浪尖上的一家公司：GRAIL。

当一家专注于泛癌种早筛的商业化领头羊开始反卷癌症伴随诊断，我们能学到什么？

临近年底，忙里忙外的GRAIL

浓眉大眼的 Grail，一个厨师不看菜谱改看兵法了

临近年底，Grail 最近新闻不断，这家泛癌种早筛的商业化公司领头羊，一边需要配合爸爸的正式剥离计划，一边还忙着配合 FDA 咨询委员会探讨 MCED 好处和风险以及如何进行研究设计。

12 月 17 日，Illumina 正式宣布将按照欧盟委员会的剥离令，通过第三方出售或资本市场交易的方式剥离 GRAIL，目标是在 2024 年第二季度末敲定条款。

而时间回到半个月之前，他们刚刚作为重要的参与方和被讨论对象，配合 FDA Advisory Committee 完成了一次长达 8 小时的「 拉通对齐会]。

其实，除了这两件大事儿，在 12 月，Grail 转化医学的同学们还密集地在几个学术会议上公布了自家近期在 biopharmaceutical precision oncology 这个领域的小小成就。

为何从泛癌早筛反卷伴随诊断

当各家肿瘤NGS厂都在从晚期走向早期，从伴随诊断走向早筛早诊的时候，Grail 偏要大张旗鼓的逆行。

可能你也会忍不住问：一个专注泛癌早筛的公司，干啥卷伴随诊断，这既不符合公司的产品应用场景也不符合长远发展方向，你说说做这个是为什么，啊？（不好意思，有点代入有点激动）

虽然没有标准答案，但是猜起来大抵是这三个原因：

• 技术成熟度和完成度到这一步了，做什么以及做不做就是一个时间和选择问题。
• 转化和科研能力有所冗余，有些项目顺手做了也就做了。
• 可能最重要，想靠 MECD 挣大钱还得等等 FDA 获批的步伐以及随后的医保覆盖，那 2B 的药企合作业务，有钱不挣 WBD。

其实，看看之前的相关消息，这几个原因都有佐证。

首先，Grail 并没有把自己定义成一个单纯的 2C 癌症早筛产品公司，面向 Biopharma 本身也是他们的定位之一，只是这个属性被很多人选择性的忽略了。

在 Grail 的介绍中，伴随诊断涉及到的进展预测，风险分层，MRD 和复发监控都是自己的业务范围。

Together, our technology and customizable approach enables applications in the post-cancer diagnosis space for disease prognostication, risk stratification, minimal residual disease (MRD) detection and recurrence and relapse monitoring across many cancer types.

虽然我是做早筛的，做做药企服务不算不务正业吧。

在今年 6 月，Grail 已经宣布与阿斯利康战略合作开发伴随诊断 CDx 用来检测和治疗早期癌症。

至于为什么 AZ 选择和 Grail 合作，从 AZ 研发副总裁的发言中不难看出是相中了 Grail 在识别早期癌症中的技术能力。

利用这个技术优势来改变临床试验中患者入组的筛选方式，加快 ctDNA 在临床实验中的采用，最终目的还是让自己的药物在疾病的更早期去发挥作用。

Identifying and treating cancer early is at the heart of this strategic collaboration. we hope to accelerate the adoption of circulating tumor DNA across clinical trials and make our cancer medicines available at an earlier stage of disease when there is greater potential to transform patient outcomes, and even cure.

具体的应用场景，在报道中特别提到：检测是否存在残留病灶，并为治疗决策提供信息，包括识别可能符合条件的癌症患者用于新辅助或辅助治疗。

从Grail三年自我总结看伴随诊断业务定位

而这项业务在 Grail 摆在什么位置？我们不猜，直接看看他们自己怎么说。

12 月 17 日正式宣布要被剥离之后， Grail 对自己过往三年的成绩进行了总结，回首过去才能更好地走向未来。

在这里我只是做一下搬运工，一起看看他们是如何评价自己取得的成绩。

1. 在获得报销之前部署了多渠道的商业策略，推动 Galleri 检测的广泛应用；
2. 与美国的医疗系统、雇主、保险机构等医疗生态系统的各方建立了 100 多个商业合作伙伴关系；
3. 对超过 15 万个商业化的 Galleri 检测返回了结果；
4. 拥有 14 万多名参与者的 NHS-Galleri 试验进入了第三年；
5. NHS 将在 2024 年审查该研究的第一轮筛查结果，并根据这些结果可能在两年内对高达 100 万名英国患者开始实施 Galleri 检测。
6. 在 The Lancet 和 Lancet Oncology 上分别发表了 PATHFINDER 和 SYMPLIFY 多癌早检研究，以及在 Nature 上发表了全面的 DNA 甲基化图谱；
7. 在美国招募了超过 2.5 万名参与者参加 PATHFINDER 2 试验；
8. 宣布启动 Galleri-Medicare(REACH) 研究,这是首个旨在评估 Galleri 在 5 万名医疗保险受益者中临床影响的真实世界研究。医疗保险将为研究参与者报销 Galleri 以及相关项目和例行服务的费用；
9. 继续推进 Galleri 在美国 FDA 的 PMA(Premarket approval) 申请；
10. 扩大了我们的生物制药精准肿瘤业务，从多个合作伙伴处获得收入，并推出了仅用于研究的解决方案；
11. 扩大了位于 Research Triangle Park 的 CAP 认可、CLIA 认证实验室的规模和能力，为持续推广 Galleri 做好准备；
12. 获得了一些备受瞩目的国家荣誉，包括被《时代》和《大西洋月刊》评为 2022 年的顶尖突破，并被列入了 2023 年《财富》杂志改变世界榜单。

从这份 Grail 自己钦定的成就清单里，首先共识是它们每一条的重要性一定有先后顺序。哪些在 Grail 看来更重要呢？

• 对于一家尚无 FDA 获批产品（前提是有产品）的公司，最重要的是自己的商业策略和销售渠道，这能保证有把货卖出去的能力（上面的1-3点）。
• 接下来是能「带货」和有助于 FDA 获批的临床试验进度与结果（上面的4-9点），以上两 part 都针对自己的核心产品。
• 而能够带来现金流的药企合作业务（伴随诊断）同样也很重要。 以及，如果能有高质量的学术产出，即便和产品无强相关，同样有它的价值。

利用早筛技术进行伴随诊断应用的其它案例

说到基于甲基化的早筛相关技术用到伴随诊断的场景，这样的案例还有一些，这里可以列举两家国内公司的案例。

鹍远肠癌早筛产品“常艾克”应用于结直肠 I-III 期术后 MRD 监控

比如 2023 年 4 月 JAMA oncology 发表的一项研究中，鹍远将自己的肠癌早筛产品常艾克应用在结直肠 I-III 期术后 MRD 的前瞻性研究中，利用 ctDNA 甲基化的纵向评估在早期发现复发，有可能优化 CRC 患者的风险分层和术后治疗。

这项研究相比于大多数基于 NGS 检测突变进行 MRD 监控的方案，使得成本和周期都可以降低，基于 PCR 平台的甲基化检测，临床应用也要更容易些。

燃石验证 NGS cfDNA 甲基化用于NSCLC术后监控

再比如，2023 年 7 月发表在 BMC medicine 的一项研究中，燃石医学研究了癌症相关甲基化的动态变化以及对已切除肺癌患者进行基于甲基化的术后监控的可行性。

Grail 在伴随诊断方向做了什么

在了解GRIAL能在伴随诊断做什么之前，需要先明白他们有多少数据。GRAIL 在2016年启动的 CCGA (Circulating Cell-free Genome Atlas) 研究，在美国和加拿大招募了约 15000 名参与者，并且计划​记录5年的随访结果，涉及的癌种包括各类实体瘤和血液肿瘤50多种。

CCGA本身有包括了3个子研究，为了确定技术路线，其中设计了多种cfDNA​组学类型检测，因此叫 Circulating Cell-free Genome Atlas 也算的上诚不我欺。

又回到了文章开头我们说的：技术积累到了，随访数据样本积累在那儿，做什么和什么时候做，无非就是时间问题。

接下来，就让我们具体看看最近 Grail 的三个伴随诊断相关poster研究究竟做了些什么。

借助 cfDNA 靶向甲基化检测预测早期肺腺癌 (LUAD) 复发的分析性能

首先是 2023 NACLC 上发表的 Analytical Performance of a Cell-free DNA Targeted Methylation Test for Early Lung Adenocarcinoma ( LUAD ) Recurrence Prediction

基于血液的 MDS 风险分层检测的甲基化生物学研究

第二个 poster 2023 ASH 上发表的 Methylation Biology of a Blood-Based MDS Risk Stratification Test

基于 cfDNA 甲基化的泛血液病预后分类

最近发表的最后一个 poster 主题是利用 cfDNA 甲基化的方法对泛血液肿瘤进行预后分类。CfDNA Methylation-Based Pan-Hematologic Prognostic Classification

一点思考

就产品和策略而言，当 GRAIL 开始认真做 biopharmaceutical precision oncology 内容，也许会让一些专注于伴随诊断的公司更焦虑。

你尚且可以通过技术下放做MRD，那我？做早筛？

这毕竟是一块可预期能快速带来真金白银收入的业务。

在 GRAIL 为数不多被披露的财报信息中，2022 Q4 他们曾经有一次同比130%的增长（该季收入为23个million），其主要原因就是由于MRD药企合作伙伴贡献的里程碑式付款。

以及，抛开行业和产品层面。

对于一个需要培养科研 sense 的个体来说，GRIAL的例子也能给我们一些很明确的启发（所谓明确就是这道理谁又不知道呢）。

如何在自己熟悉的领域找出一点点跨出舒适区的方向呢？

无非就是拿一张纸，把你掌握的研究技术、分析方法和科学问题都罗列出来。

然后，做出不同的排列组合，接着去做调研。

Grail 近期伴随诊断研究 poster 详解

好了，以上就是本期熊言熊语 newsletter 的常规内容，希望对你有所帮助和启发。

接下来是本期会员部分内容，我们具体看看上面三个poster的细节解读，感谢你的订阅支持～

Analytical Performance of a Cell-free DNA Targeted Methylation Test for Early Lung Adenocarcinoma ( LUAD ) Recurrence Prediction

这项研究就是来自于 GRAIL 和 AZ 的合作，首先对 poster 做一个小小总结。

• 背景：已有证据表明在早期 NSCLC 中诊断时的 ctDNA 水平与长期预后相关。而在早期评估复发风险可能有助于干预并改善患者的预后。
• 目的：展示一种基于血液的、无需组织检测的早期肺癌预后分析方法来评估肺腺癌的复发风险，同时详细描述该检测的关键性能特征，包括敏感性、特异性、精确性和稳定性等。
• 方法：GRAIL 使用自己覆盖超过 10^5 个基因组区域和超过 100 万个 CpG 位点的 cfDNA 甲基化 panel，利用从健康人血液和早期 LUAD 患者的 cfDNA 样本，评估该测试的各项关键性能指标。
• 结果：这一检测显示早期肺腺癌在低 cfDNA 样本量时表现出了稳健的分析性能，能够在低 cfDNA 6 ng 下检测到低至 0.005% 的肿瘤甲基化分数（TMeF），并且在 2-75 ng 的范围内保持高质量和准确的分类，同时在有内源性干扰物和不同温度、存储条件下都具有良好的稳定性。为早期 LUAD 的复发风险评估提供了一种无创方法，后续研究将评估其临床效用。

首先需要说明的是，因为是 Poster 的原因，这里并没有详细说明 Grail 这套所谓肿瘤甲基化评分究竟是怎么来的，只是给了下面这个没有信息量的示意图。

不过没关系，关于 TMeF 更多的细节，GRAIL 这两天刚刚发表的一篇 paper 中已经有了更详细的介绍，在后续的会员内容中我们会进行进一步学习。

你暂时大概可以理解为：

• 通过在健康人和肿瘤患者队列比较得到一组差异甲基化区域（DMR）
• 在前期处理中需要考虑包括克隆性造血，性别因素等和甲基化模式等等，通过一顿操作找到最能稳定代表肿瘤特征的一组 DMR 区域。
• 使用改进的 DMRS 来推断来自癌症参与者的血浆 cfDNA 靶向甲基化样本的肿瘤含量，再通过模型将 TF 转换为等效的等位基因分数（TMeF）。
• TMeF 可以作为 ctDNA 丰度的估计，也可以反映肿瘤负担的大小。

在性能分析的过程中，通过 TMeF 可以很好的来区分 LUAD 和健康人，而健康人中位 TMeF 比 LUAD 样本低接近 10 倍。

LUAD 和非癌症样品的 TMEF 在 Intra-Batch 和 Inter-Batch 也具有比较好的一致性。如下图，在输入 6 ng cfDNA 的情况下，测试所有重复的 TMeF 分布。positive precision 的中位 TMeF 为 0.0061%，negative precision 的中位 TMeF 为 0.0004%

在分析其实样本量对于分析结果的影响时，样本在不同 cfDNA 投入量范围内被正确分类。

• 在 2 到 75 ng 的 cfDNA 范围内 100% 准确分类
• 当小于 2ng，在 0.25 和 0.5 ng 的水平下，62 个重复中的 59 个被正确分类，但其中 57 个未能通过质控标准。

此外，不同的温度和内源性干扰物不影响可评估性和分类准确性。

通过下表的关键性能特征的结果可以表明，基于 cfDNA 的血液样本的靶向甲基化检测方法在预测 LUAD 复发风险方面具有稳健的分析性能

未来的研究将评估在早期 LUAD 中，通过检测 ctDNA 是否超过预先指定的阈值来评估复发风险评估的临床效用。

Methylation Biology of a Blood-Based MDS Risk Stratification Test

还是做一个小小的总结。

• 背景：骨髓增生异常综合征（MDS）作为一种骨髓恶性肿瘤具有很强的异质性，在治疗过程中，风险分层对于做出最佳决策非常重要。，需要风险分层来指导最佳的治疗决策。目前的金标准是修订的国际预后评分系统 (IPSS-R)，但具有需要骨髓穿刺和缺乏对所有患者进行准确生存预测的局限性。
• MDS 相关的体细胞突变通常会影响关键的表观遗传调控因子（如 TET2、DNMT3A、IDH1、IDH2 和 WT1），从而引发下游的表观遗传变化。因此，基于甲基化的分析是一种有潜力的 MDS 风险分层替代方法。
• 方法：在 2023 年 ASCO 上，Grail 其实已经发表了一篇 poster，证实使用甲基化特征训练的 MDS 预后分类器，无论是来自骨髓 WGBS 还是 panel 检测，都能与 IPSS-R 具有相似的风险分层性能。
• 结果：MDS 基于甲基化的预后分类器使用与生存相关的差异甲基化区域 (DMRs) 来创建。这些分类器能够与 IPSS-R 相媲美地预测二元化的短期 (< 3 年) 和长期 (> 3 年) 总生存，并且揭示了一些与 MDS 生物学相关的关键生物通路和驱动因子。

骨髓的 WBGS 数据以及血清的甲基化 panel 测序分析和生存长短相关的差异 DMR 结果的聚类热图分别如下所示。

这里的分析以短期（< 3 年）和长期（> 3 年）的总生存作为分类标准。可以看出，通过这些差异甲基化，可以明显将患者分为短生存、混合和长生存三组。

其中的短 OS 相关的 DMR 主要是高甲基化。

对差异甲基化区域进行 CpG 岛和最近基因的注释，在下图中可以看出，BM WGBS 中与生存相关的 DMR 与启动子，CpG 岛和 CpG shore 相关。

而血清的甲基化 panel 中与生存相关的 DMR 在现有 panel 区域没有显示任何显着富集，这大概率是因为这里的 panel 已经在癌症相关功能区中进行了富集。

随后对于寻找到的 DMR 进行通路和 motif 分析，富集的通路包括 cAMP、Calcium、 Rap1 和 Wnt 等，这些先前被报道过与 MDS 进展有关。而 motif 分析则发现了几个以前与 MDS 向 AML 进展相关的驱动基因，如 EWS/Fli-1、ERG、Pu.1 和 RUNX1

使用 WGBS 和 panel 鉴定的生存相关 DMR 使用主成分随机森林进行分类器，在使用 Concordance Index 评估时与 IPSS-R 相当。

甲基化预后分类器可以将 MDS/AML 患者的预测存活分为短 (< 3 年) 或长 (> 3 年) 生存组。

如果仔细看下图的人数可以看出，甲基化模型相比于 IPSS-R，其实更倾向于将患者分为长生存状态。后续还需要改进和验证这类液体活检方法的性能，这里只能说利用 cfDNA 的靶向甲基化液体活检为 MDS 风险分层提供了一种相对于骨髓活检的替代方案。

cfDNA Methylation-Based Pan-Hematologic Prognostic Classification

还是一个小小的总结

• 背景：恶性血液肿瘤（heme malignancies）中，准确的预后预测对于制定有效的治疗策略至关重要。然而，由于这些疾病的复杂多样的生物学特征以及检测（如骨髓穿刺）的侵入性，确定血液恶性肿瘤的预后一直是个挑战。
• 方法：利用 GRAIL 外周血的 cfDNA 甲基化 panel 检测的大规模数据库，使用随机生存森林（RSF）模型训练了一种泛血液恶性肿瘤分类模型，可以用于预测预后并更好地指导临床患者管理，使用一致性指数（C-index）来评估模型的预测性能。
• 结果：展示一种全血液恶性肿瘤的甲基化预后分类模型的概念验证性能，重点关注每个主要血液谱系中的一个代表性指标。

可以看到，一共纳入了 6 类不同类型的血液肿瘤。

整体的分析流程示意如下图所示。

针对泛血液瘤，使用 c-index 进行比较，甲基化预测模型比仅考虑临床特征的基线预测模型显示出更好的风险区分能力（老实说其实也没好多少）。

甲基化预后模型在 9 种血液肿瘤亚型中的风险判别能力等于或优于仅基于临床特征的预后模型。可以看到非霍奇金淋巴瘤中 Mantle cell 效果明显更好（老是说也可能是样本太少）。

在样本量比较大的肿瘤类型中，基于甲基化的模型可以从 KM 曲线中看出明显要比临床特征效果更好。（下图中实线的分类效果和虚线的分类效果对比）

以及，在高风险和低风险患者组之间，识别出与甲基化状态相关的生物学通路也主要涉及癌症相关的信号通路，如 Wnt、MAPK 和 Hippo 等等。

不过需要注意的是，这些通路在高甲基化和低甲基化状态下都有表达，说明调控很复杂而且很可能在泛血液肿瘤中的作用也不尽相同。

需要再次说明的是，这里GRAIL展示的所谓非侵入性的利用 cfDNA 靶向甲基化 panel 测序进行泛血液预后分类模型，其结果只能算是一种概念性的性能验证，后续还需要在更大的样本量和其它独立队列中进行完善。

参考资料

• Melton CA, Freese P, Zhou Y, Shenoy A, Bagaria S, Chang C, Kuo C-C, Scott E, Srinivasan S, Cann G, et al. A Novel Tissue-Free Method to Estimate Tumor-Derived Cell-Free DNA Quantity Using Tumor Methylation Patterns. Cancers. 2024; 16(1):82. https://doi.org/10.3390/cancers16010082 
• Chen, Kezhong, Guannan Kang, Zhihong Zhang, Analyn Lizaso, Stephan Beck, Iben Lyskjær, Olga Chervova, et al. “Individualized Dynamic Methylation-Based Analysis of Cell-Free DNA in Postoperative Monitoring of Lung Cancer.” BMC Medicine 21, no. 1 (July 14, 2023): 255. https://doi.org/10.1186/s12916-023-02954-z.
• Mo, Shaobo, Li Ye, Dongyang Wang, Lingyu Han, Shuang Zhou, Hui Wang, Weixing Dai, et al. “Early Detection of Molecular Residual Disease and Risk Stratification for Stage I to III Colorectal Cancer via Circulating Tumor DNA Methylation.” JAMA Oncology, April 20, 2023. https://doi.org/10.1001/jamaoncol.2023.0425.
• Harnessing ctDNA technology to improve patient outcomes
• GRAIL Announces Strategic Collaboration with AstraZeneca to Develop Companion Diagnostic Tests to Enable the Treatment of Early-Stage Cancer - GRAIL
• Biopharma Partnerships - GRAIL
• GRAIL Introduces State-of-the-Art Methylation-Based Solution to Accelerate Cancer Research in the Post-Diagnosis Setting - GRAIL

以上就是本次推送的全部内容，下次再见。祝你早安午安晚安，一切顺利～

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