Genomic Profiling Using Vaginal Swab and Plasma in Patients with Endometrial Cancer by Deep Sequencing

Abstract

Endometrial cancer is the most common gynecological cancer in the USA and has recently surpassed cervical cancer as the leading gynecological cancer in Korea. Diagnosing it is challenging due to its heterogeneity, and current methods like tissue-based next-generation sequencing (NGS) are invasive and may miss important mutations. This study aimed to explore noninvasive alternatives by analyzing genomic DNA (gDNA) from vaginal swabs and circulating tumor DNA (ctDNA) from plasma to assess their potential for genomic profiling and predicting outcomes in endometrial cancer. This prospective study involved 191 patients, with both cancer and benign cases. Vaginal swab-based gDNA and plasma-based ctDNA were collected for analysis. NGS targeting 101 genes was used, focusing on common mutations like PTEN, TP53, and PIK3CA. Also, plasma samples were obtained at multiple time points postsurgery to assess the role of plasma-based ctDNA in monitoring recurrence and progression. The results indicated that vaginal swab-based gDNA exhibited 77.7% sensitivity and 96.6% specificity, making it a useful tool for detecting mutations, especially in early-stage endometrial cancer. PTEN, TP53, and PIK3CA mutations were the most common. This study established a novel classification, comprising only PTEN and TP53 mutations, based on the association of TP53 mutations with adverse prognosis and PTEN mutations with favorable prognosis. Vaginal swab-based gDNA also strongly correlated with prognostic factors like lymphovascular invasion and was more effective than traditional PAP cytology in detecting cancer in negative cytology cases. Plasma-based ctDNA analysis, although less sensitive in early-stage cancers, was more closely linked to advanced-stage disease, lymphovascular invasion, and recurrence, highlighting its potential for posttreatment monitoring. Cox regression analysis identified both lymphovascular invasion and plasma-based ctDNA positivity as significant prognostic factors. Patients with positive plasma-based ctDNA results had significantly worse outcomes, suggesting plasma-based ctDNA can predict recurrence earlier than conventional imaging methods in some cases. A novel aspect of this study was the application of both vaginal swab-based gDNA and plasma-based ctDNA through deep sequencing across a large cohort of endometrial cancer patients. These noninvasive techniques allowed us to track genomic alterations over time, providing insights into tumor progression and resistance. The study also explored cost-efficient alternatives to three full-gene sequencing and three targeting specific mutation hotspot genes, maintaining high diagnostic accuracy while lowering the cost of comprehensive testing. In conclusion, vaginal swab-based gDNA shows promise for diagnosing and profiling endometrial cancer for identifying key prognostic mutations. Plasma-based ctDNA complements this by providing critical information on tumor burden, recurrence, and prognosis. Combining these methods could improve diagnosis and monitoring for endometrial cancer, although further research is needed to improve accuracy, refine clinical use, optimize sensitivity, and assess their cost-effectiveness in broader clinical settings.

자궁내막암은 미국에서 가장 흔한 부인암이며, 최근 한국에서도 자궁경부암을 제치고 가장 흔한 부인암으로 자리 잡았다. 이 질환의 이질성으로 인해 진단이 어려운 경우가 많으며, 현재의 조직 기반 차세대 염기서열 분석(NGS) 방법은 침습적이고 중요한 변이를 놓칠 가능성이 있다. 본 연구는 비침습적 대안으로 질 도말을 통한 유전체 DNA(gDNA)와 혈장 순환 종양 DNA(ctDNA)를 분석하여 자궁내막암의 유전체 프로파일링과 예후 예측 가능성을 평가하고자 했다. 본 연구는 자궁내막암 및 양성 질환을 포함한 총 191명의 환자를 대상으로 진행하였다. 각 환자에게서 질 도말 기반 gDNA와 혈장 기반 ctDNA를 수집하여 분석하였으며, PTEN, TP53, PIK3CA와 같은 변이를 포함한 101개 유전자에 대해 NGS를 실시했다. 고도기 환자에게는 수술 후 여러 시점에서 샘플을 수집하여, 혈장 기반 ctDNA가 재발 및 진행 감시에 유용한지 평가했다. 연구 결과, 질 도말 기반 gDNA는 77.7%의 민감도와 96.6%의 특이도를 보이며, 특히 초기 자궁내막암의 변이 검출에 유용함을 보였다. PTEN, TP53, PIK3CA 변이가 가장 흔했다. 이 연구는 새로운 분류 체계를 만들어 냈으며, TP53 변이는 나쁜 예후와 연관되어 있고, PTEN 변이는 좋은 예후와 연관되어 있는 것과 관련되어 있다. 또한, 질 도말 기반 gDNA는 림프관 침윤과 같은 예후 인자와 강한 상관관계를 보였으며, 음성 세포진 검사에서도 전통적인 PAP 세포진보다 암 검출에 효과적이었다. 혈장 기반 ctDNA 분석은 초기 암에서는 민감도가 낮았으나, 고도기 질환, 림프관 침윤 및 재발과 밀접하게 관련되어, 치료 후 모니터링에 잠재적 유용성을 보였다. Cox 회귀 분석을 통해 림프관 침윤 및 혈장 기반 ctDNA 양성 결과가 중요한 예후 인자임을 확인했으며, 혈장 기반 ctDNA 양성 환자는 결과가 더 나빴으며 일부 경우에는 기존 영상 검사보다 재발을 더 일찍 예측할 수 있음을 시사했다. 본 연구의 독창적인 점은 대규모 자궁내막암 환자 집단에서 질 도말 기반 gDNA와 혈장 기반 ctDNA를 딥 시퀀싱을 통해 분석한 점이다. 이러한 비침습적 기법을 통해 종양 진행 및 저항성에 관한 유전체 변화를 시간 경과에 따라 추적할 수 있었으며, 3가지 유전자의 모든 부분과 3가지 유전자의 핫스팟 부분을 판독하는 방식으로 검사 비용을 낮추면서도 높은 진단 정확도를 유지할 수 있는 효율적인 대안을 모색했다. 결론적으로, 질 도말 기반 gDNA는 자궁내막암의 진단 및 유전체 프로파일링에 유망한 방법이며, 주요 예후 변이를 식별하는 데 효과적이다. 혈장 기반 ctDNA는 자궁내막암에서 종양 부담, 재발 및 예후에 대한 중요한 정보를 제공하여 이를 보완한다. 이 두 방법을 결합하면 자궁내막암의 진단과 모니터링을 개선할 수 있으나, 정확성 향상, 임상적 활용의 정교화, 민감도 최적화 및 폭넓은 임상 적용에 대한 비용 효과 평가를 위한 추가 연구가 필요하다.