PLoS ONE: Platinum Koncentration og Patologisk Reaktion på cisplatin-Based Neoadjuverende Kemoterapi i Muscle-invasiv Blære Cancer

Abstrakt

Baggrund

Platinum (Pt) -baseret kemoterapi er standarden for pleje af muskel-invasiv blærekræft (MIBC). Men resistens er en væsentlig begrænsning. Reduceret intratumoral lægemiddelakkumulation er en vigtig mekanisme af platin modstand. Vores gruppe tidligere påvist en signifikant sammenhæng mellem væv Pt koncentration og tumor respons på Pt-baserede neoadjuverende kemoterapi (NAC) i lungekræft. Vi antager, at øget Pt koncentration i radikal cystektomi (RC) prøver vil korrelere med forbedret patologisk respons på Pt-baserede NAC i MIBC.

Metoder

En kohorte af 19 klinisk kommenteret, arkiveret, frisk frosne RC prøver fra patienter med MIBC behandlet med Pt-baserede NAC blev identificeret [ypT0 (patologisk komplet respons, pCR), N = 4; ≤ypT1N0M0 (patologisk partielt respons, PPR), N = 6; ≥ypT2 (minimal patologisk respons /progression), N = 9)]. RC enheder fra 2 patienter med MIBC som ikke har modtaget NAC og 1 behandlet med en ikke-Pt indeholdende NAC regime blev anvendt som negative kontroller. Samlet Pt koncentration i normale tilstødende urothelial væv og blæretumorer fra RC prøver blev målt ved flammeloes atomabsorptionsspektrofotometri.

Resultater

koncentration alt Pt i normal urothelium afveg ved tumor patologisk respons (

P

= 0,011). Prøver med pCR havde de højeste Pt koncentrationer sammenlignet med dem med PPR (

P

= 0,0095), eller intet svar /progression (

P

= 0,020). Der var ingen signifikant forskel i Pt niveauer i normal urothelium og tumor mellem PPR og ingen respons /progression grupper (

P

= 0,37;

P

= 0,25, henholdsvis). Konklusioner: Vores fund af øget intracellulær Pt i RC prøver med pCR efter NAC for MIBC forhold til dem med residual sygdom tyder på, at forbedret Pt ophobning kan være en vigtig faktor for Pt følsomhed. Faktorer, der modulerer intracellulær Pt koncentration, såsom udtryk for Pt transportører, garanterer yderligere undersøgelser som prædiktive biomarkører for respons på Pt-baserede NAC i MIBC

Henvisning:. Guancial EA, Kilari D, Xiao GQ, Abu-Farsakh SH, Baran A, Messing EM, et al. (2016) Platinum Koncentration og Patologisk Reaktion på cisplatin-Based Neoadjuverende Kemoterapi i Muscle-invasiv blærekræft. PLoS ONE 11 (5): e0155503. doi: 10,1371 /journal.pone.0155503

Redaktør: Mohammad O. Hoque, Johns Hopkins University, USA

Modtaget: Januar 27, 2016 Accepteret: April 30, 2016; Udgivet: May 17, 2016

Copyright: © 2016 Guancial et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Data Tilgængelighed:. Alle relevante data er inden papiret

finansiering:. ESK modtog institutionel støtte til dette projekt gennem Wilmot Cancer Institute Investigator Award Program ved University of Rochester Medical center. (Ingen tal tilskud eller URL til rådighed.) De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling af data og analyse, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:. Forfatterne har erklæret ingen konkurrerende interesser eksisterer.

Introduktion

muskel-invasiv blærekræft (MIBC) er en chemosensitive malignitet for hvilke reaktioner på cisplatin kemoterapi ses i op til 50-60% af patienter med fremskreden sygdom [ ,,,0],1, 2]. Men udviklingen af ​​platin (Pt) resistens er næsten universel. Den historiske gennemsnitlige overlevelsestid for avanceret sygdom er 14 måneder med cytotoksisk kemoterapi [3]. Kliniske karakteristika associeret med dårlig prognose er blevet identificeret i fastsættelsen af ​​fremskreden blærekræft [4]. Identifikation af prædiktive biomarkører for respons på Pt-baserede terapi er stadig et aktivt område af undersøgelsen. De cytotoksiske virkninger af Pt midler menes at være medieret af irreversibel DNA-beskadigelse. Men udtryk af DNA reparation proteiner, såsom excision reparation cross supplere en (ERCC1) og brystkræft modtagelighed gen 1 (BRCA1), er ikke konsekvent været forbundet med respons på Pt kemoterapi i MIBC [5-7]. Alternative metoder til at forudsige følsomhed over for Pt-baseret behandling involverer flere genekspression profilering med co-ekspression ekstrapolation (Coxen) platform og paneler af multipel immunhistokemi (IHC) -detected protein biomarkører i øjeblikket ved at blive undersøgt i MIBC behandlet med Pt-baserede NAC [8 , 9].

Reduceret intratumoral lægemiddelakkumulation er en vigtig

in vitro

mekanisme Pt ​​modstand og er blevet påvist i cisplatin-resistente blærekræft cellelinjer [10]. Tidligere arbejde fra vores gruppe viste en signifikant korrelation mellem væv Pt koncentration og tumor respons på Pt-baserede NAC i lungekræft [11]. Mens Pt-baserede NAC er forbundet med en forbedring i samlet overlevelse (OS) for MIBC, er denne behandling tilgang underudnyttet i blærekræft for flere grunde. Fremadrettet identifikation af blæretumorer sandsynligvis reagere på Pt-baserede NAC ville ændre risikoen for gavne forholdet mellem kemoterapi og i høj grad kan påvirke den kliniske behandling af MIBC ved at øge satserne for NAC patienter mest sandsynlige til gavn. Vi antager, at forøget Pt koncentration i RC prøver ville korrelere med forbedret patologisk respons på Pt-baserede NAC i MIBC. I denne undersøgelse blev vævet Pt koncentration, målt ved hjælp af flammeløs atomabsorptionsspektrofotometri (FAAS) i MIBC samt normal urotelial væv fra RC prøver udsat for Pt-baserede NAC og korreleret med patologisk respons.

Materialer og metoder

patienter og vævsprøver

En kohorte af 19 klinisk kommenterede RC prøver fra patienter med MIBC behandlet med Pt-baserede NAC blev identificeret ved University of Rochester Medical center (URMC) under en URMC Research emner review Board (RSRB) -godkendt protokol (UMLT-13102). Den URMC RSRB udstedte et afkald på samtykke til denne protokol, fordi emner tidligere havde underskrevet skriftligt samtykke til deres væv, der skal krænges i URMC Urologic Tissue Bank (URMC RSRB-godkendt protokol # 25.352) til fremtidige translationelle forskning; protokollen blev kategoriseret som minimal risiko ved RSRB; data blev analyseret i en de-identificerede måde; og RSRB følte, at ophævelse ikke ville skade de rettigheder og velfærd af emner, i overensstemmelse med Helsinki-deklarationen. Under protokol UMLT-13102, en ekstra RC eksemplar fra en patient med MIBC der modtog en ikke-Pt indeholder NAC regime og 2 RC prøver fra patienter med MIBC som ikke har modtaget NAC blev analyseret som negative kontroller. Arkiveret frisk frosset væv var tilgængelig for 19 tilfælde. Ikke-tumorbærende tilstødende blære væv ( “normal” blære urothelium) og enten carcinom eller dysplasi, i tilfælde af RC prøver, der havde en komplet patologisk respons efter NAC (PCR; ypT0N0M0), blev identificeret ved en urologiske patolog. Patologisk partielt respons (PPR) indikerede tilstedeværelsen af ​​ikke-muskel invasiv blærekræft (NMIBC; ≤ypT1N0M0) i RC prøver. Tilstedeværelsen af ​​≥ypT2 blærekræft i RC prøven blev omtalt som “minimal respons /progression.”

Tissue platin måling

Tumor væv, når de foreligger, og ikke-maligne urothelial væv tilstødende til resterende blæretumorer eller hvorfra tumoren tidligere havde været placeret i tilfælde af PCR, blev identificeret i RC prøver af en urologiske patolog. Væv blev vejet og nedbrudt i benzethoniumchlorid hydroxid ved 55 ° C for at homogenisere prøven. Samlede platinindhold i hver prøve blev analyseret ved FAAS som tidligere beskrevet [12]. Seriefortyndinger af en certificeret bestand platin standard (987 ug /ml; Sigma, St. Louis, MO) blev målt ved FAAS at generere en lineær standardkurve. Platin koncentrationen blev rapporteret som absorbans enhed pr milligram af væv til hver prøve som beskrevet tidligere [11].

Statistisk analyse

Det primære formål med denne undersøgelse var at bestemme, om der var en sammenhæng mellem koncentration Pt væv i MIBC og normal tilstødende blære urothelium fra RC enheder og patologisk respons efter Pt-baserede NAC i MIBC. Kruskal-Wallis test blev anvendt til at sammenligne fordelingerne af Pt-koncentrationer ved patologisk respons (PCR, PPR, eller “minimal respons /progression”), og antallet af cyklusser af NAC. Nonparametric Wilcoxon rank-sum tests blev anvendt til at sammenligne fordelingerne af Pt-koncentration i godartet urothelium efter køn og histologi. Hypotesetest var tosidede og foretaget på 0,05 signifikansniveau. Spearman korrelationskoefficienter blev brugt til at vurdere korrelationer i den målte Pt koncentration mellem de disponible matchede normale og tumorprøver. SAS 9.4 (SAS Institute, Inc. Cary, NC) og GraphPad PRISM (version 6.05, GraphPad Software, La Jolla, CA) blev anvendt til analyser

Resultater

Patient og tumor egenskaber

tabel 1 viser egenskaberne af 19 evaluerbare patienter med MIBC som gennemgik RC efter Pt-baserede NAC. Median alder af patienterne var 67 år; 63% var mænd og 37% kvinder. Størstedelen af ​​patienterne havde klinisk T2 (CT2) sygdom (85%); en patient havde CT4, en patient havde radiografiske positive lymfeknuder, og en patient havde radiografiske fjernmetastaser, alle før Pt kemoterapi. En patient (5%) modtog carboplatin-baserede NAC; resten (95%) modtog cisplatin-baserede NAC. De fleste patienter (69%) behandlet med cisplatin fik kombinationen af ​​gemcitabin og cisplatin (GC). Antallet af cykler af NAC før RC varierede fra 2 til 4, med størstedelen af ​​patienterne (89%), der fik ≥3 cykler.

Blandt de 19 RC prøver, 4 havde PCR, 6 havde PPR, og 9 havde minimal respons /progression. High-grade papillær urothelial karcinom (UC) var til stede i 48% af transuretral blære tumor (TURBT) prøver og ren UC i 26%. To tilfælde havde UC med squamous celledifferentiering (11%), 1 med mikropapillær differentiering (5%), og 1 med en blandet nested variant (5%). Den histologi stede i TURBT enheder af de 4 tilfælde med pCR på tidspunktet for RC inkluderet 2 tilfælde af høj kvalitet papillær UC, 1 ren UC og 1 småcellet carcinom i blæren (tabel 2).

Tissue platin koncentration og tumorrespons Salg

absorbansenheder som målt ved FAAS i de 3 negative kontrolprøver ikke er udsat for en Pt-middel før RC lignede de baggrundsniveauer aflæsninger. Tissue Pt blev målt i 19 benigne urothelial RC prøver og 8 parrede RC tumor prøver behandlet med Pt-baserede NAC. Samlet Pt koncentration i normal urothelial væv væsentligt afveg fra tumor patologisk respons (

P

= 0,011). koncentration pt i normalt urotelial væv fra de 4 tilfælde med pCR følgende NAC var signifikant større sammenlignet med Pt-koncentration i normale blærevæv fra tilfælde med PPR (N = 6) (

P

= 0,0095) og tilfælde med minimal respons /progression (N = 9) (

P

= 0,020) (figur 1). Der var ingen signifikant forskel i Pt niveauer i normalt væv mellem PPR og ingen respons /progression kohorter (

P

= 0,37). Tilsvarende Pt niveauer i tumorvæv fra PPR og ingen respons /progression kohorter var ikke statistisk forskellige (

P

= 0,25) (Figur 2). Ingen korrelation blev observeret mellem den målte Pt koncentration i tilgængelige matchede normale og tumor prøver (korrelation = -0,17;

P

= 0,67). Hverken køn, histologi (ren UC versus høj kvalitet papillær UC) eller antal cyklusser af NAC (2, 3, eller 4) blev associeret med Pt koncentration i godartet urotelial væv (

P

= 0,47;

P

= 1,0;

P

= 0,49, henholdsvis)

Barer i plottene viser middelværdien (standardafvigelse)

Barer i.. plottene viser middelværdien (standardafvigelse).

diskussion

Denne proof-of-principal undersøgelse viser, at Pt koncentration målt ved FAAS i godartet tilstødende urotelial væv korrelerer med MIBC patologisk respons efter behandling med Pt-baserede NAC. Konkret post-NAC cystektomi prøver med pCR havde højere Pt-koncentrationer i det omgivende normale urothelium end sager med nogen grad af residual MIBC eller dysplasi. Vigtigere er det, mens der ikke var nogen sammenhæng mellem Pt koncentration i tilgængelige parrede benigne og maligne væv, tilfælde med et komplet patologisk respons per definition ikke havde nogen residual tumor til rådighed for en sådan test. Vores hypotese var, at øget intratumoral Pt fusion vil resultere i den gunstige patologiske regression af disse tumorer. et forventet resultat af vores experiemtns er imidlertid, at vi ikke var i stand til at teste denne hypotese med den tilgængelige væv, fordi ingen tumor forblev fra de tilfælde, der har oplevet den mest dramatiske reaktion på kemoterapi.

Resultaterne fra vores aktuelle undersøgelse i MIBC støtter tidligere arbejde udført af vores gruppe i ikke-småcellet lungekræft (NSCLC), hvor FAAS-målt væv Pt koncentration korreleret med procent reduktion i tumor størrelse baseret på før og efter NAC computertomografi scanninger [11]. Højere koncentration Pt i NSCLC prøver var forbundet med forlænget tid til tilbagefald (TTR), progressionsfri overlevelse (PFS), og samlet overlevelse (OS) [11]. Variabler som specifik Pt agent, tumor histologi, antal cyklusser af kemoterapi, og længden af ​​tid mellem sidste kemoterapi og kirurgisk resektion påvirkede ikke korrelationen [11]. På grund af den begrænsede størrelse af vores nuværende MIBC kohorte og ufuldstændige kliniske oplysninger, herunder tid fra sidste kemoterapi til cystektomi og tilbagefald eller overlevelsesdata, vi var ude af stand til at vurdere forholdet mellem kemoterapi-relaterede variabler, patologisk respons og kliniske resultater som TTR , PFS og OS. Imidlertid fravær af tumor i RC eksemplarer sammenlignet med resterende tumor er en kendt positiv prognostisk faktor i forbindelse med nedsat risiko for tilbagefald hos patienter med MIBC [13]. Det er således sandsynligt, at patienter i vores kohorte med pCR oplevet forbedrede sygdomsspecifikke resultater sammenlignet med dem med residualcarcinom eller dysplasi [14].

Svarende til MIBC, Pt-dublet kombinationskemoterapi er det vigtigste systemisk behandling for NSCLC. Anvendelsen af ​​Pt-baserede NAC er associeret med en absolut forbedring i OS på cirka 5% efter 5 år for begge sygdomme, selvom pCR satser med cisplatin-baserede NAC er lavere i NSCLC forhold til MIBC, 4% versus 29-49%, henholdsvis [15-19]. Debat eksisterer vedrørende optimal udnyttelse af NAC for MIBC trods niveau 1 tegn på forbedret OS fra randomiserede, fase III undersøgelser [20]. Blandt de mange bekymringer er, at toksicitet fra Pt-baserede regimer kunne true helbredende-hensigt RC eller resultere i øget peri-operative sygelighed, selv om dette ikke er blevet bekræftet i randomiserede undersøgelser af RC med eller uden NAC [21] [14].

En væsentlig begrænsning for brugen af ​​NAC i MIBC og andre Pt-følsomme maligniteter er manglen på klinisk nyttige prædiktive biomarkører for respons på Pt kemoterapi. I modsætning målrettet terapi, hvor virkningsmekanismen kan være afhængig af et mere begrænset sæt af molekylære aberrationer, såsom HER2 overekspression og reaktion på trastuzumab i bryst- og gastriske cancere, cytotoksiske virkninger fra Pt midler er afhængig af en række faktorer, herunder intravenøs levering af midlet til tumoren og det cellulære respons på DNA beskadigelse [22]. DNA beskadigelse reparation respons involverer koordinering mellem flere molekylære veje, såsom nukleotid excision reparation, mismatch reparation og base excision reparation, og det menes generelt, at defekt reparation aktivitet kan være forbundet med forbedrede cytotoksiske virkninger fra Pt agenter. Men protein eller mRNA ekspression af faktorer som excision reparation cross-komplementering gruppe 1 (ERCC1) er ikke konsekvent blevet vist, at korrelere med respons på Pt agenter i NSCLC eller BC [23-25]. Således er der behov for alternative strategier til identifikation prædiktive biomarkører for PT agenter.

Potentielle intracellulære mekanismer forbundet med Pt resistens i BC kan groft kategoriseres som reduceret tilstrømning af lægemiddel, øget udstrømning, og øget tolerance og /eller reparation af Pt-induceret DNA-beskadigelse [26]. Roller Pt transportører, specielt kobber relateret transportør 1 (CTR1), CTR2, ATP7A og ATP7B, bliver i stigende grad anerkendt som vigtige determinanter for intracellulær Pt koncentration og potentielt sine cytotoksiske effekter. ATP7A og ATP7B er kobber transporterer ATPaser impliceret i Pt efflux [27]. En nylig undersøgelse viste, at tabet af heterozygositet på ATP7B locus var forbundet med en forbedret respons på Pt kemoterapi i 17 patienter med metastatisk BC, tyder på, at nedsat udstrømning forfremmet cytotoksicitet [28]. Landon et al. studerede rolle CTR1 ved mediering de tidligere påviste synergistiske virkninger af hypertermi og cisplatin i en BC-cellelinie model [29], og fandt, at de mest cisplatin-sensitive BC cellelinjer var steget CTR1 ekspression. CTR1 vildtype BC cellelinjer sammenlignet med CTR1 – /- BC cellelinjer havde mere Pt akkumulering. Denne forskel blev yderligere forstærket af hypertermi, hvor udsættelse for varme forfremmet CTR1 multimerisering med og efterfølgende tilstrømning af cisplatin.

Forholdet mellem CTR1 udtryk og væv Pt koncentration er tidligere blevet undersøgt i NSCLC af vores gruppe [30]. Vi observerede, CTR1 som målt ved IHC blev differentielt udtrykt i 30 NSCLC tumorer efter Pt-baserede NAC. Både Pt koncentration (

P

= 0,058) og tumor respons (

P

= 0,016) blev reduceret i en undergruppe af patienter med målbart tumor CTR1 udtryk i forhold til dem med ethvert niveau af CTR1 udtryk. Nyligt arbejde med vores gruppe i en separat kohorte af 47 patienter med MIBC behandlet med Pt-baserede NAC viste, at øget CTR1 udtryk i både TURBT (

P

= 0,007) og RC (

P

= 0,02) enheder signifikant korreleret med patologiske reaktioner [31]. Ekspressionen af ​​CTR1 i matchede TURBT og RC prøver var ikke signifikant forskellige (

P

= 0,55). Pt koncentration blev ikke målt i denne undersøgelse.

Vores undersøgelse design og konklusioner blev begrænset af vores antagelse, at Pt-koncentration i normale urotelial væv er et surrogat for Pt-koncentration i RC prøver med PCR. erkender dog, at dette kan være forkert. Mens vi ikke observere en sammenhæng mellem målt Pt i matchede normale og tumor prøver eller en forskel i Pt koncentration mellem prøver med delvis respons versus intet svar /progression af sygdom, dette var en meget lille stikprøve, der vigtigere manglede sager med pCR siden vi havde ikke adgang til serielle RC prøver i løbet af NAC. Vi kunne ikke vurdere virkningerne, om nogen, af forskellige Pt midler på grund af det begrænsede antal prøver, der modtog carboplatin eller længde af tid fra sidste NAC til cystektomi pga begrænsede kliniske data for sager, der har modtaget NAC uden for vores institution, men undergik RC på URMC. I modsætning til NSCLC kohorten tidligere undersøgt af os [11], denne population var temmelig homogen med hensyn til histologi (primært urotelial karcinom) og Pt middel (cisplatin) administreret. Derfor er det mindre sandsynligt, at variabilitet fra disse faktorer påvirkede vores resultater.

Som konklusion, øget Pt koncentration blev observeret i urotelial væv fra RC prøver med pCR sammenlignet med dem med residual sygdom efter Pt-baserede NAC for MIBC . Dette fund tyder på, at øget Pt ophobning kan være en vigtig faktor for Pt følsomhed. Faktorer, der modulerer intracellulær Pt koncentration, såsom udtryk for tilstrømning eller efflux Pt transportører som CTR1, garanterer yderligere undersøgelse som prædiktive biomarkører for respons på Pt-baserede NAC i MIBC.

Tak

Vi taknemmeligt anerkender Dr. Deepak Sahasrabudhe for at gennemgå dette manuskript. Vi takker også Guangan Han og Zahid Siddik på MD Anderson Cancer Center, Houston, TX for teknisk ekspertise med Faas eksperimenter.