ADN tumoral circulant : où en sommes-nous en pratique clinique ?

Au cours des dernières décennies, la biopsie liquide s’est imposée comme une avancée majeure en oncologie. Il s’agit d’une approche de diagnostic moléculaire novatrice pour analyser des composants d’origine tumorale circulant dans les fluides corporels, le plus souvent dans le sang. D’autres fluides biologiques, tels que l’urine, la salive ou le liquide céphalorachidien, ont également démontré leur potentiel en tant que sources de biomarqueurs.

Dans le sang, l’ADN tumoral circulant (circulating tumor DNA [ctDNA]) constitue l’analyse la plus étudiée. D’autres biomarqueurs font également l’objet d’investigations et peuvent fournir des informations complémentaires, comme les cellules tumorales circulantes (CTCs), les vésicules extracellulaires (EVs), les micro-ARN associés aux tumeurs, les ARN libres circulants (cfRNA) ainsi que les plaquettes « éduquées » par la tumeur.

Contrairement à la biopsie tissulaire, qui demeure la référence pour le diagnostic tumoral, la biopsie liquide est une technique peu invasive, facilement répétable, qui offre une surveillance dynamique, et en temps réel, de l’évolution du cancer. Elle présente également l’avantage de mieux comprendre l’hétérogénéité spatiale et temporelle des tumeurs.

Sa capacité à refléter les altérations génomiques tumorales – notamment l’émergence de mutations de résistance ou la progression de la maladie – fournit aux cliniciens des informations précieuses pour orienter la prise de décision thérapeutique et améliorer la prise en charge des patients.

Ce mois-ci, le Dr Mathieu Minsat reçoit le Pr Pascal Pujol, responsable de l'équipe médicale oncogénétique clinique du CHU de Montpellier et président de la Société française de médecine prédictive et personnalisée (SFMPP), afin de dresser un état des lieux des applications cliniques de la biopsie liquide et de la place du ctDNA dans la prise en charge des patients atteints de cancer.

Qu'est-ce que l'ADN circulant ?

L’ADN circulant (cell-free DNA [cfDNA]) correspond à des fragments d’ADN associés à des protéines, ce qui leur confère une certaine protection contre la dégradation dans le sang.

Chez les individus sains, ces fragments proviennent principalement de la dégradation cellulaire résultant des processus de mort cellulaire, tels que l’apoptose ou la nécrose. Ils sont majoritairement issus des cellules hématopoïétiques et sont présents dans le plasma à de très faibles concentrations (inférieures à 10 ng/ml). Leur taille est généralement d’environ 167 paires de bases (pb).

Chez les patients atteints de cancer, une fraction variable de ce cfDNA est d’origine tumorale : on parle alors d’ADN tumoral circulant. Celui-ci peut représenter parfois moins de 1 % de l’ADN circulant total. Les fragments de ctDNA sont généralement plus courts, avec une taille moyenne d’environ 147 pb. Ils résultent de la dégradation de l’ensemble des sous-clones tumoraux, et reflètent l’hétérogénéité génétique de la tumeur. Ainsi, l’analyse du ctDNA peut fournir une représentation génomique globale de la tumeur primaire, et des lésions métastatiques.

La concentration de ctDNA est principalement liée au volume tumoral et au stade de la maladie, mais d’autres facteurs liés à la tumeur, l’hôte ou les traitements peuvent interférer :

• type de cancer :
  • les tumeurs du système nerveux central, du rein ou de la prostate produisent peu de ctDNA. Leur détection est plus difficile,
  • à l’inverse, les concentrations du ctDNA sont généralement plus élevées dans les cancers de l’ovaire, du foie, du pancréas, de la vessie, du côlon, du poumon, de l’estomac ou du sein ;
• taux de prolifération et d’apoptose cellulaires, présence de nécrose, et inflammation ;
• micro-environnement tumoral ;
• facteurs liés à l’hôte : exercice physique intense, inflammation, pathologies aiguës ou chroniques ;
• traitements anticancéreux : chimiothérapie, thérapies ciblées, immunothérapie ou radiothérapie.

Comment le recherche-t-on ?

La recherche du ctDNA est réalisée à partir d’un prélèvement sanguin. Plusieurs technologies avancées ont été développées pour sa détection, parmi lesquelles les deux principales sont le séquençage de nouvelle génération (Next-Generation Sequencing [NGS]) et la PCR numérique (digital PCR [dPCR]).

Le séquençage de nouvelle génération offre une détection large et non ciblée de diverses altérations génétiques telles que les mutations ponctuelles, les insertions et délétions, les variations du nombre de copies ou encore les réarrangements génomiques. Il est particulièrement précieux pour le profilage tumoral complet et la découverte de nouvelles mutations, en particulier lors du profilage initial. Certaines plateformes ont la capacité de détecter des mutations dont la fréquence est < 1 % et parfois même < 0,1 %.

La dPCR offre une sensibilité très élevée pour la détection et la quantification de mutations spécifiques connues. Son seuil de détection est souvent plus bas que la PCR standard ou même que certaines plateformes NGS dans les analyses les plus ciblées. Du fait de sa très haute sensibilité, elle est principalement employée pour suivre l’évolution de mutations tumorales connues, surveiller la réponse au traitement ou détecter une maladie résiduelle minimale (Minimal Residual Disease [MRD]).

Dans les cancers avancés, ces technologies présentent une excellente spécificité et une forte valeur prédictive positive, généralement comprise entre 95 % et 99 %, avec des seuils de détection très faibles. La sensibilité et la spécificité de ces tests devraient encore s’améliorer grâce au développement d’approches multi-omiques intégrant différents types de données biologiques – génomiques, épigénomiques et transcriptomiques – ainsi qu’à l’utilisation croissante d’algorithmes d’intelligence artificielle pour l’analyse et l’interprétation des données [1].

Quels sont les avantages du ctDNA par rapport à une biopsie tissulaire ?

Les biopsies tissulaires restent aujourd'hui la référence, mais la biopsie liquide et l'analyse du ctDNA présentent de nombreux avantages.

Réalisée à partir d'un simple prélèvement sanguin, la biopsie liquide n'expose pas les patients à l’inconfort ni aux complications potentielles des biopsies traditionnelles.

Les prélèvements tissulaires sont parfois limités, de qualité et de quantité insuffisantes pour une analyse moléculaire satisfaisante. L'analyse moléculaire est parfois difficile dans les tissus à faible cellularité, tels que le poumon et l'os. Par ailleurs, lorsque le matériel prélevé au diagnostic n'est plus disponible, on peut, grâce à l'analyse du ctDNA, accéder à nouveau aux données de la tumeur primitive sans avoir à la rebiopsier. Elle renseigne également sur les métastases parfois difficiles à biopsier.

En France, l'organisation territoriale des centres d'analyse offre un accès relativement facile (cancer.fr). L’obtention des résultats est parfois plus rapide que pour une biopsie standard, les laboratoires performants peuvent les communiquer en 10 jours. Cela facilite et accélère la prise de décision médicale.

Le ctDNA est libéré par l’ensemble des clones tumoraux, provenant à la fois de la tumeur primitive et des sites métastatiques. Son analyse donne une meilleure caractérisation de l’hétérogénéité spatiale des cancers comparativement aux biopsies dont les résultats ne correspondent qu’à un fragment limité du seul site tumoral prélevé.

La possibilité de répéter les prélèvements sanguins aide également à suivre l’évolution temporelle de la maladie avec l’identification de variants de résistance émergents au traitement en cours et l’apparition de nouvelles anomalies qui peuvent être ciblées par d’autres molécules. Cette approche facilite l’adaptation des traitements systémiques.

Quelles sont les limites ?

À ce jour, la biopsie liquide ne remplace pas la biopsie tissulaire traditionnelle qui reste la référence pour le diagnostic initial et l’analyse détaillée de l’histologie et de l’architecture cellulaire. Malgré ses nombreux avantages, elle présente des limites avec des faux positifs et des faux négatifs.

Les faux négatifs sont principalement liés à des concentrations trop faibles de ctDNA pour que celui-ci soit détecté ; c'est le cas dans différentes situations :

• maladie de faible volume, stade précoce, faible concentration après traitement pour détecter une MRD ;
• variabilité des concentrations en fonction du type histologique :
  • dans le cancer du poumon non à petites cellules, les concentrations sont toujours plus élevées pour le carcinome épidermoïde que pour les adénocarcinomes,
  • les tumeurs cérébrales ont, en général, des concentrations de ctDNA faibles,
  • dans les cancers colorectaux, la concentration varie selon le site métastatique (foie versus péritoine versus poumon) ;
• certains patients, même atteints de cancers avancés relativement étendus, peuvent présenter des taux faibles de ctDNA.

À l'inverse, certains facteurs peuvent donner des résultats faussement positifs, le plus souvent en raison de l'hématopoïèse clonale. Ce mécanisme correspond à la présence de mutations somatiques non liées au cancer dans les cellules sanguines. Cette observation est d’autant plus fréquente que la personne est âgée. Il est parfois difficile de faire la distinction entre ces mutations dérivées de l'hématopoïèse clonale des véritables altérations tumorales.

La précision, la qualité et la reproductibilité des résultats peuvent être influencées par de nombreux facteurs préanalytiques et analytiques (volume de sang prélevé, type de tube utilisé, conditions de conservation de l’échantillon, et modalités de traitement et d’extraction de l’ADN). Afin d’harmoniser les pratiques, le Groupe francophone de cytogénomique oncologique a élaboré des recommandations spécifiques sur ces différentes étapes.

Quelles sont les principales applications cliniques de la recherche du ctDNA ?

La place en oncologie de la biopsie liquide est aujourd'hui en plein essor. Selon les tumeurs primitives, son rôle est plus ou moins prépondérant. Le dosage du ctDNA semble prometteur dans les différents domaines d'applications cliniques suivants :

• la détection précoce du cancer ;
• l’orientation de stratégie thérapeutique personnalisée ;
• le suivi de la réponse thérapeutique ;
• la survenue de résistance au traitement systémique ;
• l’identification de la maladie résiduelle.

Peut-on utiliser le dosage du ctDNA et la biopsie liquide dans le diagnostic précoce des cancers ?

Le dépistage et la détection précoce des cancers sont des enjeux majeurs de santé publique. La biopsie liquide fondée sur le dosage du ctDNA semble prometteuse dans ce domaine [2].

Les technologies et approches principales reposent sur les tests de détection précoce multicancer (Multi-Cancer Early Detection [MCED]). Ceux-ci s'appuient principalement sur le dosage et les tests de méthylation du ctDNA. D’autres biomarqueurs sont également en cours d'évaluation (cellules tumorales circulantes, vésicules extracellulaires, ARN tumoral circulant, plaquettes éduquées par la tumeur, protéines tumorales…).

Si les tests MCED actuels démontrent une spécificité élevée (> 99 %), ils ont en revanche une sensibilité variable et généralement faible pour les cancers de stade précoce et se heurtent à des taux de faux positifs et faux négatifs encore élevés [3].

Plusieurs essais randomisés de grande envergure sont en cours pour évaluer l'utilité clinique des tests MCED, avec des critères d'évaluation qui incluent la réduction de l'incidence des cancers de stade avancé et la mortalité spécifique par cancer [3]. À ce jour, à l’instar de l’essai Grail dont le critère principal était la réduction de l'incidence des cancers de stades III-IV, ces tests n’ont pas démontré de bénéfice par rapport aux stratégies de dépistage standard. Même si leurs résultats sont encourageants, leur développement se poursuit et, de ce fait, ils n’ont pas encore leur place dans les stratégies de dépistage [4].

Comment le ctDNA participe-t-il à l’orientation de la stratégie thérapeutique personnalisée ?

L’un des enjeux majeurs en oncologie est de définir, pour chaque patient, une stratégie thérapeutique personnalisée dès les premières étapes de la prise en charge. Cette stratégie repose, entre autres critères, sur l’identification d’altérations génétiques dites « actionnables », c’est-à-dire susceptibles d’être ciblées par des thérapies spécifiques. Ces informations s'appuient sur les données de la biopsie, laquelle reste la référence. Elles sont désormais complétées par les données du ctDNA, lorsque les prélèvements tissulaires ne sont pas disponibles ou réalisables, ou en complément [5].

C’est le cas dans de nombreuses localisations :

• cancer du poumon non à petites cellules (CPNPC) avancé ou métastatique avec la détection de la mutation du gène EGFR, de réarrangements ALK ou ROS1, ou des mutations BRAF [6, 7] ;
• cancer colorectal métastatique avec le statut mutationnel des gènes KRAS, NRAS et BRAF déterminant l’éligibilité aux anticorps monoclonaux anti-EGFR [5] ;
• mélanome avancé ou métastatique, pour lequel l’identification d’une mutation BRAF V600 détermine l’utilisation d’une thérapie ciblée associant inhibiteurs de BRAF et de MEK [8] ;
• cancer de la prostate métastatique résistant à la castration, l’identification d’altérations des gènes de réparation de l’ADN, en particulier BRCA1, BRCA2 et ATM, sélectionne les patients susceptibles de bénéficier d’inhibiteurs de PARP [9] ;
• dans les carcinomes urothéliaux, l’altération moléculaire de FGFR impacte le choix des traitements systémiques en situation métastatique [10] ;
• dans le cancer du sein métastatique hormonodépendant, l’identification des mutations PIK3CA oriente un traitement par inhibiteur de PI3K, tel que l’alpélisib, en association avec une hormonothérapie. L'expression de ESR1 oriente davantage les traitements vers des hormonothérapies de type Selective Estrogen Receptor Downregulators (SERD), dégradeurs sélectifs des récepteurs aux estrogènes) [11] ;
• le profilage moléculaire des cancers de primitif inconnu (Cancer of Unknown Primary [CUP]) sert à prédire le tissu d’origine, à identifier des altérations actionnables et à guider les traitements systémiques [12]. Dans les cancers multimétastatiques, le ctDNA renseigne sur le profil moléculaire de l'ensemble des métastases en identifiant à la fois les mécanismes de résistance lors des rechutes et de la progression de la maladie et l'identification d'altérations actionnables susceptibles de réorienter le traitement systémique.

Dans quelle mesure le dosage du ctDNA peut-il aider au suivi thérapeutique ?

Contrairement aux marqueurs sériques classiques (ACE et CA 125) qui ont des demi-vies de plusieurs jours, le ctDNA a une demi-vie courte d'environ 1 heure. Son dosage mesure en temps réel la charge tumorale en réponse au traitement. Une baisse importante du ctDNA 1 à 2 semaines après l'administration du traitement systémique signe son efficacité. Cette information connue précocement engendre un meilleur monitoring global du traitement.

Dans le cancer colorectal métastatique, la clairance du ctDNA (diminution ≥ 99 %) après 4 semaines de traitement est associée à une survie globale et une survie sans progression significativement prolongées [13]. À l’inverse, l’augmentation du ctDNA pendant un traitement systémique est associée à une survie sans progression et des survies globales réduites [14].

Autre exemple, dans le cancer du poumon non à petites cellules (CPNPC) avancé traité par inhibiteurs de tyrosine kinase (ITK), la clairance du ctDNA dans les 10 semaines suivant l'initiation du traitement est associée à une amélioration de la survie globale et de la survie sans progression [15]. Ces constatations sont similaires dans une population de patients CPNPC non limitée au traitement par ITK [16].

Outre la chimiothérapie, le ctDNA est également utile pour le suivi de l’immunothérapie [17]. Quel que soit le type de cancers traité par inhibiteurs de points de contrôle immunitaires (ICI), la réponse moléculaire du ctDNA, 3 semaines après l'initiation du traitement, est également corrélée avec une amélioration de la survie sans progression et de la survie globale et établit le distinguo entre la pseudo-progression et la vraie progression [18]. Plus spécifiquement dans le mélanome malin, la présence de ctDNA détectable avant ou pendant un traitement par ICI est associée à une moins bonne survie globale et une moins bonne survie sans progression [19].

Le suivi du ctDNA peut-il aider à prédire l'échec des traitements ?

Le ctDNA reflète l'hétérogénéité spatiale et temporelle du cancer, il prend toute sa place dans la détection des altérations de résistance, aussi bien lors de l’initiation des traitements systémiques que dans leur suivi. En effet, lors d'une progression de la maladie sous traitement systémique, l'analyse du ctDNA aidera à identifier le facteur de résistance responsable et à choisir une nouvelle ligne de traitement.

Dans le CPNPC, la mutation EGFR T790M est responsable d’une résistance aux ITK de l’EGFR de 1^re génération tels que l’erlotinib ou le géfitinib. Sa détection lors d'une progression réorientera le traitement vers des ITK EGFR de 3^e génération comme l’osimertinib. La coexistence d'autres altérations de résistance avec la mutation T790M telles que l'amplification MET indiquera une moindre sensibilité aux ITK EGFR de 3^e génération et pourra diriger les patients vers des thérapies supplémentaires [20].

Dans le cancer du sein métastatique RH + /HER2 -, l'apparition d'une mutation ESR1 est responsable d'une récidive ou d'une progression sous traitement endocrinien avec ou sans inhibiteur CDK4/6. Devant l'apparition de cette mutation, les patientes pourront bénéficier de plusieurs options thérapeutiques comme l'élacestrant, l'imlunestrant, ou d'autres traitements endocriniens seuls ou en combinaison avec des agents ciblés tels que l'alpélisib (pour les tumeurs mutées PIK3CA) ou l'évérolimus [21]. Par ailleurs, l’interception précoce de l'émergence de ESR1 avant la progression améliore la survie sans progression et la survie globale [22].

Chez les patients traités pour un cancer colorectal métastatique, le ctDNA est régulièrement utilisé. Dans la population des patients métastatiques RAS/BRAF sauvage, le ctDNA détecte des mutations de résistance primaire ou acquise aux anticorps anti-EGFR (panitumumab) dans plus de 40 % des cas [23]. Dans l’ensemble de la population, la présence d’altérations de la voie EGFR-MAPK, détectée dans près de 30 % des cas au moment de la progression, est liée à une survie globale plus courte lors de la réintroduction de la chimiothérapie d'induction complète [24]. Lors des traitements par anti-EGFR,la survenue d’une mutation RAS acquise est le signe d’un échappement thérapeutique. À l'arrêt de l'anti-EGFR, le taux de mutation RAS dans le ctDNA diminuera spontanément pour devenir indétectable. L'anti-EGFR pourra être réintroduit et retrouvera son efficacité. Avec le suivi de cette mutation par ctDNA, on saura à quel moment la réintroduction de l’anti-EGFR est opportune dans le cadre d’une stratégie de « rechallenge » [25].

Lors d’un traitement par ICI de différents types de cancer, le suivi du ctDNA peut aider à distinguer la pseudo-progression d’une vraie progression et prédit les résultats chez les patients qui reçoivent un traitement continu après la progression initiale [18].

Dans le mélanome avancé, le profilage sérié du ctDNA a révélé des changements dynamiques de la fréquence allélique variante (Variant Allele Frequency [VAF]) qui avaient un impact sur des gènes liés aux ICI, incluant BRAF, NRAS, KRAS, EGFR et PIK3CA. L'augmentation de VAF dans les gènes liés aux ICI est associée à une survie globale plus courte [26].

Quel est l’intérêt du ctDNA dans la détection de la maladie résiduelle minimale ?

Après un traitement curatif, la détection de la maladie résiduelle minimale (Minimal Residual Disease [MRD]) par ctDNA est également une application clinique majeure avec une forte validité clinique démontrée dans de nombreux cancers [27].

Par exemple, dans une étude de 795 patients opérés d'un cancer du côlon stades I-III, les patients ctDNA-positifs pendant la fenêtre MRD et la surveillance présentaient une survie sans maladie significativement plus courte (HR : 9,85 et 26,91, respectivement). Les patients MRD-positifs ayant reçu une chimiothérapie adjuvante avaient une survie sans maladie améliorée par rapport aux patients en observation (HR ajusté : 6,1), tandis qu'aucun bénéfice de la chimiothérapie adjuvante n'a été observé chez les patients MRD-négatifs [28].

De la même manière, après traitement curatif par chirurgie et radiothérapie, un ctDNA détectable prédit un risque élevé de rechute dans de nombreux cancers, tels que le cancer du sein, le cancer du pancréas et le cancer du poumon. La question de l'adaptation de la stratégie thérapeutique en fonction du MRD n'est pas encore validée [29].

Elle est bien sûr en évaluation dans de nombreux essais tels que :

• l'étude SURVIVE (NCT05658172) dans le cancer du sein ;
• ou PRODIGE et GALAXY dans le cancer du côlon ;
• ou les essais dans le cancer du poumon (MERMAID et ADAPT) ;

qui ont pour but, chez les patients traités pour un cancer à risque moyen ou élevé, de comparer une surveillance standard à une intensification thérapeutique guidée en fonction des résultats d'une biopsie liquide [30].

Dans le cancer de la vessie, l’essai de phase III IMvigor011 démontre l'intérêt du MRD pour prédire le bénéfice de l'immunothérapie adjuvante par atézolizumab aux fins d’augmenter la survie sans récidive et la survie globale [31].

Le ctDNA représente une avancée majeure en cancérologie. De simple outil complémentaire, il devient progressivement un pilier du diagnostic moléculaire, du suivi thérapeutique et de la détection précoce des rechutes.

Bien que des défis techniques et organisationnels subsistent, l’intégration croissante du ctDNA dans la pratique clinique marque une transition vers une oncologie plus précise, plus dynamique et véritablement personnalisée.