PLoS ONE: Et mønster af tidlig Stråling-induceret inflammatoriske cytokin Expression er forbundet med Lung Toksicitet i patienter med ikke-småcellet Cancer

Abstrakt

Formål

Lunge betændelse fører til pulmonal toksicitet efter strålebehandling (RT) kan forekomme hos patienter med ikke-småcellet lungekræft (NSCLC). Vi undersøgte kinetikken for RT-induceret plasma inflammatoriske cytokiner i disse patienter for at identificere kliniske prædiktorer for toksicitet.

Eksperimentel Design

I 12 NSCLC patienter, RT til 60 Gy (30 fraktioner over 6 uger) blev leveret; 6 modtog samtidig chemoradiation (chemoRT) og 6 modtog RT alene. Blodprøver blev taget før behandling, efter 1 og 24 timer efter levering af 1

st fraktion, 4 uger inde i RT, og 12 uger efter afsluttet behandling, til analyse af et panel af 22 plasma cytokiner. Sværhedsgraden af ​​respiratoriske toksiciteter blev registreret ved hjælp af fælles terminologi kriterier for bivirkninger (CTCAE) v4.0.

Resultater

blev fundet Tolv cytokiner som reaktion på RT, hvoraf ti viste betydelige tidsmæssige ændringer i plasmakoncentration. For eotaxin, IL-33, IL-6, MDC, MIP-1α og VEGF, var plasmakoncentrationerne afhængig behandlingsgruppe (chemoRT vs RT alene, alle

p- Salg værdier 0,05), mens koncentrationerne af MCP-1, IP-10, MCP-3, MIP-1β, TIMP-1 og TNF-α var ikke. Mean lunge strålingsdosis korreleret med en reduktion på 1 time i plasmaniveauer af IP-10 (

r

2 =

0,858,

s

0,01), MCP-1 (

r

2

= 0,653,

s

0,01), MCP-3 (

r

2

= 0,721,

s

0,01), og IL-6 (

r

2

= 0,531,

s

= 0,02). Patienter, som vedvarende pulmonal toksicitet påvist signifikant forskellige niveauer af IP-10 og MCP-1 ved 1 time og eotaxin, IL-6 og TIMP-1-koncentration på 24 timer (alle

p-værdier Salg 0,05) sammenlignet med patienter uden respiratorisk toksicitet.

konklusioner

Inflammatoriske cytokiner blev induceret i NSCLC patienter under og efter RT. Tidlige ændringer i niveauerne af IP-10, MCP-1, eotaxin, IL-6 og TIMP-1 var forbundet med højere toksicitet grad. Måling af cytokin koncentrationer under RT kunne hjælpe med at forudsige lungetoksicitet og føre til nye terapeutiske strategier

Henvisning:. Siva S, MacManus M, Kron T, Best N, Smith J, Lobachevsky P, et al. (2014) En Mønster af Tidlig Stråling-induceret inflammatoriske cytokin Expression er forbundet med Lung Toksicitet i patienter med ikke-småcellet lungekræft. PLoS ONE 9 (10): e109560. doi: 10,1371 /journal.pone.0109560

Redaktør: Yong J. LEE, University of Pittsburgh School of Medicine, USA

Modtaget: Juni 2, 2014, Accepteret: August 29, 2014; Udgivet: 7 okt 2014

Copyright: © 2014 Siva 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:. Det forfattere bekræfter, at alle data, der ligger til grund resultaterne er fuldt tilgængelige uden restriktioner. Alle relevante data er inden for papir og dens Støtte Information filer

Finansiering:. Dr. Shankar Siva har modtaget National Health og Medical Research Council legat midler til denne forskning, APP1038399. https://www.nhmrc.gov.au/grants/apply-funding/postgraduate-scholarships. De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

Lungekræft er den hyppigste årsag til kræft-relaterede dødsfald i begge [1] køn. Ikke-småcellet lungekræft (NSCLC) tegner sig for 85% af tilfældene. Strålebehandling (RT), alene eller i kombination med kemoterapi, er en standard definitiv behandling tilgang til patienter med lokalt fremskreden NSCLC eller inoperable patienter med tidlig fase sygdom [2], [3]. Over halvdelen af ​​NSCLC-patienter behandles for tiden med RT. Denne sats kan stige i fremtiden med den optimale RT udnyttelsesgrad bliver vurderet til at være 76% [4]. Men lokale fejl er en væsentlig årsag til den relativt dårlige overlevelse rapporteret for patienter behandlet med RT. En nylig meta-analyse viser, at de lokale fejl stadig forekommer i op til 38% af patienterne [5]. Indsats for at intensivere RT, er imidlertid alvorligt begrænset af behovet for at begrænse dosis til den omgivende normale lunge for at bevare funktionen [6]. Lung toksicitet forårsaget af RT (betegnet

pneumonitis

) er en reel og potentielt invaliderende toksicitet, nogle gange fører til patientens død [7]. I stadig forekommer den moderne æra symptomatisk pneumonitis i 29,8% af patienterne og dødelig lungebetændelse hos 1,9% [8]. I øjeblikket anvendes RT bymæssig bebyggelse, der var designet til at begrænse risikoen for pneumoni, er baseret på beviser over et årti gamle [9]. Disse begrænsninger gælder for befolkninger og giver ingen indikation af en enkelte patients følsomhed over for dødelig toksicitet, ud over det faktum, at i gennemsnit højere RT doser større mængder er mere tilbøjelige til at være giftige. Det er derfor bydende nødvendigt at etablere

in vivo

biomarkører for forudsigelse eller tidlig vurdering af pneumonitis der i sidste ende vil hjælpe med at undgå RT induceret lunge dysfunktion ved individualiserende behandling.

patofysiologi stråling-induceret lungetoksicitet er ufuldstændigt forstået på nuværende tidspunkt. En stor mængde af beviser fra dyremodeller, molekylær biologi og kliniske observationer tyder på, at normalt væv skade er en dynamisk og fremadskridende proces [10], [11]. Et komplekst samspil mellem strålingsinduceret beskadigelse parenchymceller, understøtter vaskulatur og tilhørende fibrotiske reaktioner resulterer i akutte og sene stråling toksiciteter. I lungen, kan disse ændringer manifestere sig som nedsat lungefunktion og i en kronisk inflammatoriske kaskade kendt som pneumonitis [12]. Der er mange faktorer, der påvirker sandsynligheden for alvorlig respiratorisk toksicitet, herunder mængden af ​​bestrålet parenkym, præ-eksisterende lungesygdom og anvendelsen af ​​strålingssensibiliserende kemoterapi [13]. Imidlertid er de nøjagtige biologiske mekanismer inflammatoriske kaskade og eventuel lungefibrose ikke fuldstændigt belyst.

Cytokinfrigivelse som reaktion på ioniserende stråling er en dokumenteret fænomen og kan spille en vigtig rolle i den efterfølgende strålingsinduceret lungetoksicitet (revideret i [14] – [18] en ikke-specifik akut reaktion eller “cytokin storm” forsvinder sædvanligvis inden for 24 timer [19] fraktioneret bestråling, skaber imidlertid en konstant kompleks stressrespons og en cytokin-profil er anderledes end induceret af.. . en enkelt dosis stråling [20] RT-relaterede plasmakoncentrationer af et eller flere cytokiner hos mennesker er korreleret med lungetoksicitet transformerende vækstfaktor (TGF) -β1 [21] – [24]., interleukin (IL) -6 og IL -10 [25], [26] under RT er blevet foreslået som mulige risikomarkører i disse studier. imidlertid har andre undersøgelser rapporteret modstridende eller negative resultater [27], [28].

begrundelsen for sammensætningen af ​​vores panel af 22 potentielle biomarkører for lungevæv toksicitet blev baseret på flere offentliggjorte rapporter dissekere inflammatoriske og stråling respons. Plasmaniveauerne af en række cytokiner er tidligere blevet undersøgt i forbindelse med både murine [29] og cellemodeller [20]. En række pro-inflammatoriske cytokiner er udtrykt som akutfasereaktanter, herunder tumornekrosefaktor (TNF) -α, i IL-1 og IL-6 [14], [18]. Kemokiner virker som kemoattraktanter for leukocytter, der potenserer den inflammatoriske reaktion, såsom interferon-inducerbart protein-10 (IP-10), som tiltrækker overvejende neutrofiler, makrofag inflammatorisk protein (MIP) -1α, og makrofag kemoattraktant protein (MCP) -3 som tiltrækker overvejende monocytter og MIP-1β og MIP-3α der tiltrækker overvejende lymfocytter [16], [17]. Induktion af MIP-3p resulterer i chemoattraktion af dendritiske celler og antigen engageret B-celler [30]. MCP-1 er et cytokin, der er blevet forbundet med mange inflammationsrelaterede sygdomme og er blevet impliceret i progressionen og prognose af flere kræftformer [29], [31]. Opregulering af MCP-3-genekspression har vist sig at være maksimal ved 1-times som reaktion på stråling i rottelever [32]. Overdreven frigivelse af interferon-gamma (IFNy) er blevet forbundet med patogenesen af ​​kroniske inflammatoriske og autoimmune sygdomme [17]. Makrofag-afledt chemokin (MDC), er involveret i kronisk inflammation og dendritisk celle og lymfocyt homing [17]. Eotaxin er en kemoattraktant for eosinofile og er impliceret i akutte inflammatoriske lungeskade responser, især i emfysem og astma [33], [34]. IL-3, IL-11, IL-22 og IL-33 er alle akutfasereaktanter der forstærker cellulær immun signalering og inflammatoriske reaktioner [35] – [37]. Induktionen af ​​alle disse inflammatoriske cytokiner som respons på stråling stimulere efterfølgende ekspression af fibrotiske cytokiner, såsom TGF-β familien og vaskulær endotelvækstfaktor (VEGF). Disse igen lette progression fra pneumonitis til lungefibrose [38], [39]. Bidrager til at opveje denne proces, både IL-22 og IL-10 kan virke til at nedregulere pneumonitic respons ved at blokere pro-inflammatoriske cytokiner og funktion af antigenpræsenterende celler [25], [37]. Derudover vævsinhibitorer af metalloproteinase (TIMP) -1 virker til nedregulere profibrotic respons og er forhøjet i kroniske inflammatoriske sygdomstilstande [29], [40].

I denne undersøgelse rapporterer vi modulationen af plasmakoncentrationer af disse cytokiner i patienter, der fik RT alene eller RT med samtidig radiosensitiviserende kemoterapi. I modsætning til mange tidligere undersøgelser, mener vi den differentierede reaktionsmønstre hos patienter i strålingssensibiliserende kemoterapi, sammenlignet med dem, der fik strålebehandling alene. Vi vurderer en homogen gruppe af patienter, der får ens dosis /fraktionering tidsplaner, og beskæftiger et stort panel af kandidat cytokiner. Derudover rapporterer vi virkningen af ​​behandling volumen og dosis til normal lungevæv på plasma cytokinkoncentrationer, hvilket antyder, at disse cytokiner kunne anvendes som

in vivo

‘biodosimeters “af individuelle strålingsdosis. Endelig har vi identificeret fem cytokiner, der kunne være prædiktiv for pulmonal lungetoksicitet og bør valideres i et større kohorte så tidligt prædiktive markører for klinisk stråling pneumonitis.

Materialer og metoder

Denne forskning blev den translationelle komponent i en institutionel etisk komité godkendt prospektiv klinisk forsøg på Peter MacCallum Cancer Centre (Universal Trials Antal U1111-1138-4421). Alle patienter skal have skriftligt samtykke til at deltage i denne undersøgelse. På hinanden følgende patienter, der gennemgår endelig RT med eller uden samtidig kemoterapi undergik serielle venepunktur og blodprøvetagning for inflammatorisk cytokin test. Patienterne blev fulgt op på tre måneders intervaller efter behandlingen. Toksicitet scoring blev udført prospektivt ved hvert klinisk besøg ved hjælp af fælles terminologi Kriterier for bivirkninger (CTCAE) version 4.0.

Strålebehandling

Alle patienter var planlagt til at modtage 60 Gy på 30 fraktioner af RT leveret over 6 uger ved hjælp af 3D-konforme teknikker. Respiratorisk-sorteret firedimensionale computertomografi (4DCT) blev anvendt til RT planlægning. Target afgrænsning blev udført på en Elekta FocalSim arbejdsstation (Stockholm, Sverige). Et internt mål volumen (ITV) blev afgrænset fra den maksimale intensitet fremspring (MIP) serie, og en yderligere isotropisk udvidelse af 5 mm ekspansion blev anvendt til at generere mål volumen kliniske, og yderligere 10 mm isotrop ekspansion blev brugt til at skabe planlægningen målvolumenet (PTV). Lungen orgel i fare volumen blev defineret som volumenet af begge lunger minus volumenet af ITV. Typisk en 3-4 felt RT teknik ved hjælp 6mV fotoner blev brugt med indsats for at undgå den kontralaterale upåvirkede lunge og reservedele rygmarv samtidig sikre PTV var inden -5% og + 7% af den ordinerede dosis, som pr ICRU 62 anbefalinger. Dosis begrænsninger for orgel på risici dosis var som følger: rygmarvskanalen ≤45 Gy, betyder lunge dosis ≤20 Gy, mængden af ​​lunge modtager 5 Gy (V5) ≤60%, V20≤35%, V30≤30%. Hos patienter, der får samtidig kemoterapi, blev dette leveres ved hjælp af platin dubletter. Dette bestod af enten 2 × 3 ugentlige cyklusser af 50 mg /m

2 cisplatin dag 1 og 8, med 50 mg /m

2 etoposid dag 1-5 eller 6x ugentlige cyklusser af carboplatin AUC 2 dage 1 med 45 mg /m

2 paclitaxel dag 1. den første cyklus af samtidig kemoterapi blev påbegyndt umiddelbart før den første fraktion af strålebehandling. Ingen patient fik adjuverende kemoterapi efter den samtidige kemoterapi levering. Alle patienter i vores institution er planlagt til samtidig kemoterapi medmindre hinder kardiovaskulære co-morbiditet eller nyreinsufficiens.

blodprøve Processing

Patient blodprøver blev indsamlet og behandlet på fem tidspunkter i denne undersøgelse. Baseline blodprøver blev opsamlet før behandling, og 4 på hinanden følgende prøver blev opsamlet 1 time efter den første del af RT, 24 timer efter den første del af RT, 4 uger inde i løbet af RT, og 12 uger efter afslutningen af ​​RT. De tidlige tidspunkter blev valgt til pragmatiske formål at afspejle den kliniske praktiske; patienter er rutinemæssigt i afdelingen inden for 1 time af den første og anden fraktion af RT. Disse tider åbner mulighed for tidlig tilpasning af RT plan baseret på cytokin respons. Den fire uger tidspunktet blev valgt som det typisk falder sammen med ca. 40 Gy leverede dosis, som giver en ideel mulighed for adaptiv stråling planlægning forud for færdiggørelsen af ​​RT [41]. Det sidste tidspunkt, på 12 uger efter afslutningen af ​​RT, falder sammen med den periode, hvor fibroserende alveolitis og den kliniske manifestation af efterfølgende lungebetændelse kan forekomme [42]. Blod blev opsamlet i 9 ml ethylendiamintetraeddikesyre (EDTA) rør og centrifugeret to gange ved 2000 rpm i 10 minutter og derefter ved 4000 rpm i 10 minutter. Den øvre 90% af plasmaet blev overført til 2 ml prøver i kryohætteglas og lagret ved -80 ° C. De blev efterfølgende behandlet i batch ved anvendelse af et kommercielt flowcytometri system.

Cytokine Analyse

Hver patient prøve blev kørt in duplo under anvendelse af 100 pi plasma fortyndet med en faktor 2. En kommerciel multiplex sandwich Elsia-baserede vifte blev anvendt (Quantibody brugerdefinerede array, RayBiotech Inc., Norcross, GA, USA). Alle prøverne blev testet under anvendelse af et panel af 22 cytokiner: eotaxin, IFNy, IL-6, IL-10, IL-11, IL-22, IL-3, IL-33, IP-10, MCP-1, MCP -3, MDC, MIP-1α, MIP-1β, MIP-3α, MIP-3β, TGF-β1, TGF-β2, TGF-β3, TIMP-1, TNF-α, VEGF. Antistoffet array er en glas-chip-baserede multipleksede sandwich-ELISA-system udformet til at bestemme koncentrationerne alle 22 cytokiner samtidigt. En standard objektglas blev spottet med 16 brønde af identiske biomarkør antistof-arrays. Hver antistof, sammen med den positive og negative kontrol, var klædt i fire. Prøverne og standarder blev tilsat til brøndene i chippen array og inkuberet i 3 timer ved 4 ° C. Dette blev efterfulgt af tre til fire vasketrin og tilsætning af primært antistof og HRP-konjugeret streptavidin til brøndene. Signalerne (Cy3 bølgelængder: 555 nm excitation, 655 nm emission) blev scannet og ekstraheret med en GenePix laserscanner (Axon Instruments, Foster City, CA), og kvantificeret under anvendelse Quantibody Analyzer software (Ray Biotech Inc). Hvert signal blev identificeret ved sin spot placering. Scanneren software beregnet baggrundssignaler automatisk. Koncentrationsniveauer, udtrykt i picogram per milliliter (pg /ml), blev beregnet over for en standardkurve fastsat for hver biomarkør fra de positive og negative kontroller.

Statistiske Metoder

Patienterne blev inddelt i dem modtager samtidig kemoterapi (chemoRT), og dem, der modtager RT alene. To-vejs ANOVA Antages gentagen testning foranstaltninger til forskellige tidspunkter blev anvendt til at vurdere forskelle i cytokinkoncentrationer mellem chemoRT og RT-grupper og på tværs samplede tidspunkter. Disse ændringer fra baseline cytokin koncentration blev målt ved den enkelte patient niveau. Efterfølgende blev 95% konfidensintervaller beregnet og korrektioner for multiple sammenligninger blev udført under anvendelse af Dunnetts fremgangsmåde og en alfa på 0,05. Kliniske toksiciteter sekundært til behandling blev vurderet ved hjælp af CTCAE v4.0 ved baseline, 4 uger inde i behandlingen og 12 uger efter behandlingen er afsluttet. Lungen dosis PTV og betyder (MLD) af RT blev registreret for hver patient og korreleret med ændringen i cytokinkoncentrationer fra baseline til en time efter den første fraktion, fire uger inde i behandlingen og 12 uger efter at behandlingen er afsluttet under anvendelse af en lineær regressionsmodel. Patienterne blev dikotomiseret i dem, der oplever alvorlig respiratorisk toksicitet (grad 2+), og dem, der ikke gjorde. Uparrede tosidige

t-tests

blev brugt til at sammenligne de gennemsnitlige cytokinkoncentrationer på disse tidspunkter mellem patienten toksicitet grupper. Alle statistiske analyser blev udført ved hjælp af PRISM v6.0 software.

Resultater

Tolv patienter blev inkluderet i denne undersøgelse med en median alder på 67 år (spændvidde 46-89 år). Alle patienter fik 60 Gy på 30 fraktioner af RT. Seks patienter modtog samtidig kemoterapi og seks modtaget RT alene (grundet co-morbiditet). Seks patienter havde stadium III-sygdom, tre havde stadie II-sygdom og tre havde stadium I-sygdom. Patientpopulation egenskaber er anført i tabel 1. Individuelle patientkarakteristika er yderligere angivet i tabel S1.

Effekt af behandlingsgruppe og prøve Tidspunkt

Af de 22 cytokiner analyserede, resultater fra 12 cytokiner var over detektionsgrænsen. Disse var eotaxin, IL-33, IL-6, MCP-1, MDC, MIP-1α, VEGF, IP-10, MCP-3, MIP-1β, TIMP-1 og TNF-α. Af disse 12 cytokiner, alle undtagen for IL-33 og TNF-α viste betydelig variation i koncentrationer på tværs af de forskellige tidspunkter (alle

s

–

værdier

≤0.02, tabel S2). De absolutte ændringer i koncentrationer for hver af de 12 plasma cytokiner er afbildet i figur 1. Niveauer af Eotaxin, IL-33, IL-6, MDC, MIP-1α og VEGF var forskellige i disse patienter, der fik chemoRT sammenlignet med dem som modtog RT alene (alle

p-værdier

0,01), mens koncentrationerne af IP-10, MCP-1, MCP-3, MIP-1β, TIMP-1 og TNF-α var ikke afhængig af behandlingsgruppen . I alene RT-gruppen blev den maksimale ændring i cytokinniveauer (depression eller elevation) set ved 4 uger under behandlingen for IL-33, IP-10, MCP-1, MIP-1α. Toppen ændring i cytokinniveau blev set ved 12 uger efter behandlingen er afsluttet for eotaxin, IL-6, MCP-3, TIMP-1 og VEGF. Til sammenligning i chemoRT gruppen, blev den maksimale ændring i cytokinniveauer (depression eller elevation) set ved 4 uger under behandlingen for kun MDC og MIP-1α. Den maksimale ændring i cytokin niveau blev set ved 12 uger efter behandlingen er afsluttet for Eotaxin, MCP-3, MIP-1β, og VEGF. Der var signifikant interaktion mellem behandlingsgruppe og prøve tidspunkt (

p-værdier

0,01) for koncentrationer af IL-6, IP-10, MCP-1, MDC, MIP-1α, MIP-1β og VEGF, hvilket viser, at variationen af ​​plasma cytokinkoncentrationer over tid ikke var det samme for RT gruppe som for chemoRT gruppen. Omvendt var der ingen signifikant interaktion mellem behandlingsgrupperne og prøve tidspunkter for eotaxin, MCP-3 og TIMP-1 indikerer, at variationen af ​​cytokinkoncentrationer tværs af tid var den samme for begge behandlingsgrupper. En oversigt over cytokin niveauer, der varierede efter tid, og dem, der varierede fra behandlingsgruppe er afbildet i figur 2.

Niveauer grupperes i behandling type (ChemoRT vs RT alene). Cytokiner, hvor variationen er forskellig afhængig af behandlingsgrupper er markeret med en

delta

(

δ

). Inden for hver cytokin graf, en

asterisk

(

*

) angiver, på hvilket tidspunkt omfanget af plasma cytokiner er signifikant forskellige fra basislinien niveau, med korrektioner for multiple sammenligninger udføres under anvendelse af Dunnetts fremgangsmåde.

MCP-1, TIMP-1, IP-10, MCP-3 og MIP-1β varierer forskelligt på tværs af de forskellige tidspunkter stikprøven, men er har lignende varians mellem behandlingsgrupper (RT alene vs ChemoRT). IL-6, eotaxin, MDC, MIP-1α og VEGF-niveauer varierede på tværs af både tid og behandlingsgruppe. TNF-a-niveauer var ikke anderledes på tværs tidspunkter samples eller behandling leveret.

Effekt af Mean Lung Dosis og PTV volumen

Den mediane (område) PTV volumen i alle patienter var 320 cm

3 (87 cm

3-1138 cm

3). Plasmakoncentrationerne faldt fra baseline ved 1 time efter bestråling i alle patienter på en lineær afhængig måde volumen for IL-6 (

r

= 0,887,

s

0,01), MCP-1 (

r

= 0,664,

s

= 0,03), og IP-10 (

r

= 0,819,

s

0,01), hvilket er afbildet i figur 3. omfanget af reduktionen i disse plasma cytokinkoncentrationer korrelerede med bestrålede target volumen. Den stærkeste korrelation blev observeret for IL-6 (figur 3A). Ændring i plasmakoncentration ved 1 time i de 9 resterende cytokiner korrelerede ikke med PTV volumen. Ændringerne i plasmakoncentrationen fra baseline for alle 12 cytokiner korrelerede ikke med bestrålede target volumen på enten 4 uger inde i behandlingen eller 12 uger efter behandlingen.

Lineær-regressionslinje (blå) vises med 95% konfidensintervaller (rød stiplet linje).

Den mediane (område) MLD hos alle patienter var 11,7 Gy (5,97 Gy-19.14 Gy). Svarende til den virkning, set med PTV volumen, plasmakoncentrationerne faldet fra baseline ved 1 time efter bestråling i en lineær dosisafhængig måde for IL-6 (

r =

0,729,

s

= 0,02 ), MCP-1 (

r =

0,808,

s

0,01), og IP-10 (

r =

0,926,

s

0,01), afbildet i figur 4. desuden MCP-3 også demonstreret lineær reduktion i plasmakoncentrationen ved 1-time for en given MLD (

r =

0,849,

s

& lt 0,01). Den MLD var proportional med en reduktion i disse plasma cytokin koncentrationer ved 1-time. Ændring i plasmakoncentration ved 1 time i de 8 resterende cytokiner korrelerede ikke med MLD. Igen, ændringen i plasmakoncentration fra baseline for alle 12 cytokiner ikke korrelerer med gennemsnitlig normal lunge dosis ved enten 4 uger inde i behandlingen eller 12 uger efter behandlingen.

Lineær-regressionslinje (blå) vises med 95 intervaller% sikkerhedsgrænser (rød stiplet linje).

Foreningen af ​​Plasma Cytokine Koncentrationer med Sandsynlighed for svær Respiratory toksicitet

Fem af de tolv patienter havde alvorlige lunge toksicitet (CTCAE grad 2 eller højere ) i denne undersøgelse. Tre af disse patienter var i chemoRT gruppe og to af disse patienter fik strålebehandling alene. Samlet, patienter med en større depression i koncentrationer på MCP-1 og IP-10 niveauer ved 1-time efter den første fraktion af stråling efterfølgende vedvarende alvorlig lungetoksicitet (figur 5A, 5B). For de patienter med alvorlige toksicitet, den gennemsnitlige (+/- standardafvigelse) reduktion af plasmakoncentrationen af ​​MCP-1 og IP-10 var 167,0 pg /ml (+/- 119,0 pg /ml) og 233,0 pg /ml (+ /-232,0 pg /ml), hhv. Disse niveauer var signifikant mere reduceret end hos patienter, som efterfølgende ikke har alvorlige lungetoksicitet, med tilsvarende gennemsnitlige reduktioner på 38,6 pg /ml (+/- 62,2 pg /ml), og 4,0 pg /ml (+/- 76,7 pg /ml) henholdsvis (

s =

0,05). Ved 24 timer efter den første fraktion af stråling, patienter med en reduktion af koncentrationer af Eotaxin og IL-6-niveauer efterfølgende opretholdt respiratorisk toksicitet (figur 6A, 6B). For de patienter med alvorlige toksiciteter er den gennemsnitlige (+/- standardafvigelse) fald i Eotaxin og IL-6 fra præ-behandlingsniveauer var 6,8 pg /ml (+/- 36,6 pg /ml) og 8,9 pg /ml (+ /-8.8 pg /ml), hhv. Til sammenligning havde de patienter uden toksicitet øget eotaxin og IL-6 niveauer ved en middelværdi (+/- standardafvigelse) på 31,9 pg /ml (+/- 20,4 pg /ml),

s

= 0,03 og 1,4 (+/- 2,5 pg /ml)

s

= 0,04 hhv. I modsætning hertil fandtes forhøjede koncentrationer af TIMP-1 ved 24-timer forbundet med mere alvorlig toksicitet (figur 6C). Den gennemsnitlige stigning (+/- standardafvigelse) TIMP-1 i patienter med svær lungetoksicitet var 337,0 pg /ml (+/- 867,0 pg /ml), versus et fald på 762.0 pg /ml (+/- 292,0 pg /ml) for dem uden,

s

= 0,02. Ingen af ​​de testede cytokiner var signifikant forskellige i dem med eller uden alvorlige lunge toksiciteter på 4 uger inde i behandlingen eller 12 uger efter afslutningen af ​​behandlingen.

Statistisk signifikante forskelle mellem patienter med svære respiratoriske toksicitet [skraverede kasser], og dem uden [åbne kasser] er fremhævet med tilhørende

p

-. værdier

Statistisk signifikante forskelle mellem patienter med svære respiratoriske toksicitet [skraverede kasser] og dem uden [åbne kasser] er fremhævet med tilhørende

p

– værdier

diskussion

I denne undersøgelse opdagede vi, at alvorlige lunge toksicitet (CTCAE grad 2 eller højere) er forbundet med væsentlige ændringer. i nogle cytokin plasmakoncentrationer fra før behandling hos patienter, der fik endelig RT for NSCLC. Specifikt blev alvorlig toksicitet forbundet med påvisning af lave niveauer af IP-10 og MCP-1 ved 1-time efter bestråling, samt lavere niveauer af Eotaxin og IL-6 ved 24 timer efter bestråling sammenlignet med patienter, som ikke efterfølgende udvikler alvorlig lunge toksicitet (figur 5 og 6). Niveauer af TIMP-1 ved 24 timer var signifikant forhøjet hos patienter med svær lungetoksicitet sammenlignet med dem uden. Disse tidlige prognostiske variationer i cytokinniveauer kan repræsentere en persons lunge følsomhed og efterfølgende risiko for lungetoksicitet og fibrose efter gentagen eksponering for et stråling insult. Påvisningen af ​​en prognostisk signal efter den første del af en 30-fraktion løbet af RT er særlig klinisk betydning, da det kan muliggøre en tidlig intervention i behandlingsforløbet. Fra et klinisk perspektiv, kan det manifestere sig som en mere intensiv inter-fraktioneret toksicitet vurdering og tidlig støttende indsats, potentielt med kortikosteroider. Alternativt kan tidlig prognostisk cytokin signatur muliggør personlig biologisk tilpasning af behandlingsforløbet ved at øge eller mindske intensiteten af ​​behandlingen. Disse cytokin signaler var generelt mindre synlige på 4 uger i terapi. Vi hypotesen, at i løbet af en lang 6-ugers kursus strålebehandling, som patienter kan tilpasse sig de gentagne eksponeringer og manifestere en mindre rask akut inflammatorisk cytokin respons end de indledende eksponeringer i starten af ​​behandlingen. Fortolkning af den prognostiske betydning af cytokiner 12 uger efter terapi er udfordrende, da dette er en kompleks tidspunkterne følge af variabiliteten indført ved et bredt spektrum af individuelle patients kliniske resultat. På dette tidspunkt vil nogle patienter har fuldstændig tumorale reaktioner på behandlingen, mens andre vil have stabil eller progressiv sygdom. Desuden kan denne gang også påvirkes af ernæringsmæssige underskud induceret af behandling relateret esophagitus og dysfagi. Resultaterne af denne undersøgelse viser, at tidlige ændringer i disse cytokiner bør undersøges yderligere som prognostiske markører for risiko for toksicitet inden patienter, der får endelig bestråling for NSCLC.

Fra et mekanistisk synspunkt disse potentielle biomarkører for lungebeskadigelse synes at være rimelige prognostiske kandidater på grund af deres pro-inflammatorisk rolle i forskellige sygdomstilstande. MCP-1 forårsager cellulær aktivering af specifikke funktioner i forbindelse med vært forsvar og inflammation, herunder monocyt, granulocytter og lymfocytmigration [43]. IP-10 også selektivt stimulerer retningsbestemt vandring af T-celler og monocytter, samt deltage i T-celle adhæsion [16]. TIMP-1 virker til nedregulere profibrotic respons og er forbundet med graden af ​​inflammation i slimhinden af ​​patienter med kroniske inflammatoriske tilstande (såsom inflammatorisk tarmsygdom) [40]. I tidligere undersøgelser, tidlig reduktion (3-6 timer) af serumniveauer af IP-10, MCP-1 og TIMP-1 er tidligere blevet påvist i murine stammer mere følsomme over for fibrose [C57BL /6] i sammenligning med mere tolerante stammer [C3H /HeN] [29], [43], [44]. Senere efter bestråling, induktion af IP-10 og MCP-1 mRNA genekspression op til 6 måneder skrive RT i murine modeller menes efterfølgende føre til sen væv fibrose og efterfølgende lungeskade [16], [45]. IL-6 er et pleiotropisk cytokin secerneret af T-lymfocytter og er involveret i modningen af ​​B-lymfocytter, og menes at mediere klinisk feber og regulerer inflammation og fibrose gennem immunceller [38]. Chen et al. [26] observeret tidlige reduktioner i IL-6 cytokin i patienter, der vedvarende pneumonitis, svarende til resultaterne i den foreliggende undersøgelse. Eotaxin er en primær mediator af IgE-relaterede allergiske inflammatoriske reaktioner i lungerne, som er karakteristisk forbundet med en tidlig, forbigående akkumulering af neutrofiler og efterfølgende neutrofil-afhængig akut lunge inflammatorisk skade [34]. Plasmaniveauer af Eotaxin er tidligere blevet dokumenteret i en murin model til indledningsvis falde så efterfølgende stige over dage, svarende til den tidsmæssige mønster observeret i den foreliggende undersøgelse [29].

Koncentrationerne af adskillige cytokiner blev også påvist at være afhængige af dosis til normal lungevæv og den bestrålede tumorvolumen (figur 2 og 3). I 3D konform strålebehandling, er dosen til det bestrålede normale lungevæv (MLD) påvirkes af antallet af bjælker valgt, spredningsvinkler anvendes, placeringen af ​​tumoren, og graden af ​​sparsom af udenforstående lunge. I modsætning hertil målvolumen (PTV) er en direkte funktion af tumorvolumen og geometriske, der anvendes i at tage højde for mikroskopisk sygdom og levering fejl. I denne undersøgelse blev begge målinger relateret til cytokinkoncentrationer ved 1-time efter bestråling. Cytokinniveauer blev lineært korreleret med dosis til det bestrålede normale lungevæv (MLD), med depression af IP-10, MCP-1 og MCP-3 er det mest stærkt korreleret. Reduktion i cirkulerende niveauer af IL-6, MCP-1 og IP-10 ved 1-times blev også korreleret med PTV, selvom denne forening var mindre robust. Især blev dette forhold påvirket især ved reaktion i en specifik patient med en stor PTV volumen på 1138 cm

3. På trods af dette potentiel confounder, en plausibel forklaring på en differentieret forhold mellem cytokinniveauer og PTV /MLD er, at større stråling felter (med et større PTV), der dækker mediastinal lymfeknudeinvolvering ikke nødvendigvis krydse større mængder af normal lungeparenkym end mindre tumor volumen placeret dybere i lungevævet (som kan have en større MLD).