PLoS ONE: Serum Biomarkører associeret med kliniske resultater Fail at forudsige Brain Metastaser i patienter med Stage IV Ikke-småcellet Cancers

Abstrakt

Baggrund

Lungekræft tegner sig for størstedelen af ​​hjernen metastaser, som udgør store terapeutiske udfordringer. Biomarkører prognosticering for udviklingen af ​​hjernemetastaser i patienter med ikke-småcellet lungekræft (NSCLC), kan forbedre personlig pleje. Seks serum proteom biomarkører blev tidligere undersøgt på Memorial Sloan Kettering men deres foreninger med hjernemetastaser var ukendt.

Metoder

Serum NSE, CYFRA 21-1, ProGRP, SCC-Ag, TIMP1, og HE4 ved ELISA-baserede proteomik assays blev prospektivt indsamlet fra konsekutive patienter med stadium IV NSCLC. Forbehandling serum biomarkør niveauer samt alder, histologi, og

epidermal vækstfaktor receptor

(

EGFR

) mutation status blev evalueret for associering med baseline tilstedeværelse af hjernemetastaser ved hjælp af logistisk regression og multivariabel analyse. For patienter uden hjernemetastaser ved baseline, blev den kumulative incidens af efterfølgende hjernemetastaser forhold i henhold til baseline biomarkører og kliniske faktorer ved hjælp Grays test.

Resultater

I alt 118 patienter blev inkluderet, 31 (26%; 95% CI 0,19 til 0,35) havde hjernemetastaser ved baseline og yderligere 26 (22%; 95% CI 0,15-0,30) udviklede hjernemetastaser efterfølgende. Pre-behandling serum biomarkør niveauer var tilgængelige i 104 patienter. Der var ingen signifikant sammenhæng mellem de seks serum biomarkører og baseline tilstedeværelse eller efterfølgende udvikling af hjernemetastaser. Alder yngre end 65 år var den eneste klinisk faktor signifikant associeret med hjernemetastaser ved baseline (OR 3,00; 95% CI 1,22-7,34, P = 0,02) ved multivariabel analyse. En tendens i retning af øget kumulative incidens af efterfølgende hjernemetastaser blev observeret hos patienter med

EGFR

mutation (p = 0,2), men dette var ikke statistisk signifikant muligvis på grund af lille prøvestørrelse.

Konklusioner

Serum NSE, CYFRA 21-1, Pro-GRP, SCC-Ag, TIMP1, og HE4 ikke signifikant associeret med hjernemetastaser. Vores metoder under hensyntagen til follow-up tid kan anvendes til uafhængige datasæt til at identificere en patient kohorte med en højere biologisk tilbøjelighed til at udvikle hjernemetastaser. Sådanne oplysninger kan være nyttige for studiet af agenter rettet mod udvikling af hjernemetastaser

Henvisning:. Li BT, Lou E, Hsu M, Yu HA, Naidoo J, Zauderer MG, et al. (2016) Serum Biomarkører associeret med kliniske resultater Fail at forudsige hjernemetastaser i patienter med Stage IV ikke-småcellet lungekræft. PLoS ONE 11 (1): e0146063. doi: 10,1371 /journal.pone.0146063

Redaktør: Amit Dutt, Advanced Center for behandling, forskning og uddannelse i Cancer, Tata Memorial Center, INDIEN

Modtaget: Juli 20, 2015; Accepteret: 11. december 2015; Udgivet: 5 jan 2016

Copyright: © 2016 Li 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:. Ubegrænset filantropisk finansiering til Thoracic Oncology service på Memorial Sloan Kettering Cancer center blev brugt til at støtte undersøgelsen som modtaget af MGK. Denne undersøgelse blev støttet af Core Grant (P30 CA008748) på Memorial Sloan Kettering Cancer Center fra National Institutes of Health, USA. 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

Hjernemetastaser fortsat den mest almindelige form for centralnervesystemet maligniteter og omkring halvdelen af ​​dem stammer fra lungekræft [1, 2]. Trods fremskridt i kræftbehandlingen, mediane overlevelse for patienter med lungekræft hjernemetastaser som gruppe er kun 4-6 måneder [3]. I øjeblikket er der ingen godkendt biomarkør, der kunne anvendes til patienter med lungekræft til pålideligt prognosticate for udvikling af hjernemetastaser. Undersøgelserne om sammenslutning af

epidermal vækstfaktor receptor (EGFR)

mutation status og udvikling af hjernemetastaser har givet blandede resultater, og undersøgelser, der viser en højere forekomst af hjernemetastaser i patienter med

EGFR

mutation har ikke taget højde for den relativt længere overlevelse for patienter [4-9]. Udviklingen af ​​ikke-invasive prognostiske biomarkører for hjernemetastaser kunne hjælpe vælge risiko patienter højt med ikke-småcellet lungekræft (NSCLC) for mere intensiv hjernescanning overvågning og profylaktiske behandlingsstrategier som dem vist sig at forbedre overlevelsen i småcellet lungekræft [ ,,,0],10, 11].

En tidligere undersøgelse offentliggjort i

British Journal of Cancer

af Jacot

et al

[12] har fundet, at høje niveauer af serum neuron-specifikke enolase (NSE) kan være forbundet med hjernemetastaser i patienter med lungekræft. De høje niveauer af NSE mentes at være medieret af neuronale vævsbeskadigelse omgivende hjernemetastaser, men dette fund blev aldrig uafhængigt valideret [12]. Vores gruppe har tidligere udgivet en analyse af seks serum biomarkører: NSE, cytokeratin 19 fragment 21-1 (CYFRA 21-1), pro-gastrin-frigivende peptid (Pro-GRP), pladecellecarcinom antigen (SCC-Ag), væv inhibitor af metalloproteinase-1 (TIMP1) og humant epididymis protein 4 (HE4), og undersøgt deres evne til at fremme ikke-invasiv diagnose og differentiering af histologiske undertyper af lungecancer [13]. I yderligere analyse af dette datasæt, vi har registreret tendenser i retning forhøjede serum biomarkør niveauer i undergruppen af ​​patienter med lungekræft hjernemetastaser. Vi således søgt at vurdere den prognostiske værdi af disse serum biomarkører ved at undersøge deres tilknytning til baseline tilstedeværelse og efterfølgende udvikling af hjernemetastaser i patienter med NSCLC. Desuden er vi også søgt at afgøre, om de kliniske faktorer som alder, histologi, og

EGFR

mutation status, associeret med udvikling af hjernemetastaser under hensyntagen overlevelse og opfølgning tid.

Materialer og metoder

Undersøgelse design og patienter

Denne forskning blev godkendt af Memorial Sloan Kettering Cancer center (MSK) Institutional Review Board. Vi har udført et prospektivt studie på MSK med det primære formål at vurdere den prognostiske værdi af serum-baserede biomarkører (NSE, CYFRA 21-1, Pro-GRP, SCC-Ag, TIMP1, og HE4) [13]. På hinanden følgende patienter med metastatisk lungekræft behandles på MSK mellem 2004 og 2008 blev bedt om at blive indskrevet. Alle patienter skal have skriftligt informeret samtykke og serumprøver blev indsamlet forud for indledningen af ​​kemoterapi. De kvantitative værdier af serum biomarkører blev efterfølgende analyseret for deres tilknytning til baseline tilstedeværelse og efterfølgende udvikling af hjernemetastaser. Alle patienter i denne analyse havde patologisk bekræftet stadie IV NSCLC. Patient clinicopathologic karakteristika, herunder alder, histologi og

EGFR

mutation status blev evalueret for associering med baseline tilstedeværelse og efterfølgende udvikling af hjernemetastaser.

Plasma biomarkør assays

Prøver blev indsamlet , opbevaret ved -80 ° C, behandlet og analyseret på et MSK Clinical Laboratory Improvement Ændringer (CLIA) certificeret laboratorium. Vi udførte serum biomarkør analyse ved hjælp validerede kommercielt tilgængelige enzymmaerket Assay (ELISA) kits. Den Canag NSE EIA ikke-kompetitivt immunassay (

FUJIREBIO Diagnostics AB

,

Sverige

) blev anvendt med to monoklonale antistoffer rettet mod αγ form af den glycolytiske enzym enolase (2-phospho-D- glycerat hydrolase, EF 4.2.1.11). Den CYFRA 21-1 EIA (

FUJIREBIO Diagnostics AB

,

Sverige

) blev anvendt med to monoklonale antistoffer (Mab) specifikke for cytokeratin 19 i serum. Den Canag ProGRP EIA (

FUJIREBIO Diagnostics AB

,

Sverige)

ikke-konkurrerende assay blev anvendt. Den Canag SCC EIA ikke-konkurrerende immunoassay (

FUJIREBIO Diagnostics AB

,

Sverige

) blev udført ved hjælp af den direkte sandwich-teknik. Den kvantitative sandwich enzymimmunanalyse blev anvendt til at vurdere menneskelige TIMP1

(Quantikine® R Odds Ratio [OR 3.01], 95% CI: 1,24-7,28, p = 0,01) (tabel 3). Denne forening var betydelig i multivariabel analyse justering for histologi og

EGFR

mutation status (OR 3,00, 95% CI: 1,22-7,34, P = 0,02) (tabel 4). Men blandt patienter uden baseline hjernemetastaser, var der ingen signifikant forskel mellem aldersgrupperne i forekomsten af ​​efterfølgende hjernemetastaser (P = 0,5) (Figur 2).

Med hensyn til histologi, var der ingen signifikante forskelle mellem patienter med adenocarcinom og pladecellecarcinom histologi i forhold til udgangssituationen tilstedeværelse af hjernemetastaser (OR = 0,84, 95% CI: 0,22-3,30, P = 0,81) (tabel 3). Hos patienter uden hjernemetastaser ved baseline, var der ingen signifikant forskel mellem patienter med adenocarcinom og pladecellecarcinom histologi i forhold til deres kumulative incidens af efterfølgende hjernemetastaser tværs af alle tidspunkter (P = 0,51) (Figur 2).

Foreningen af ​​

EGFR

mutation status med lungekræft hjernemetastaser

af de 44 patienter testet for

EGFR

mutation blev 17 patienter testet positiv, hvoraf 11 (65 %) havde hjernemetastaser ved slutningen af ​​studiet, herunder 4 ved baseline og 7 efterfølgende. Til sammenligning kun 11 af 27 patienter (41%) blev testet negative for

EGFR

mutation havde hjernemetastaser ved slutningen af ​​studiet, herunder 5 ved baseline og 6 efterfølgende (tabel 1). Den ELLER knytte

EGFR

mutation med baseline hjernemetastaser var 1,35 (P = 0,69) (Tabel 2). Hos patienter uden hjernemetastaser ved diagnose af stadie IV NSCLC (n = 35), var der en tendens til højere kumulative incidens af hjernemetastaser blandt patienter testet positiv for

EGFR

mutation i forhold til dem testet negative. (P = 0,22) (figur 2).

Diskussion

Vores undersøgelse fandt ikke en signifikant sammenhæng mellem nogen af ​​6 forbehandling serum biomarkører og baseline tilstedeværelse eller den efterfølgende udvikling af hjernen metastaser i patienter med stadium IV NSCLC. Vores undersøgelse modbevist hypotesen ved Jacot

et al

[12] at serum NSE kan være en specifik markør for neuronal skade fra hjernemetastaser. kan have tegnet metodologiske forskelle for forskelle i konklusionerne, da den undersøgelse, som Jacot

et al

[12] undersøgte overlevelsen af ​​patienter med lungekræft hjernemetastaser, og vores undersøgelse undersøgte alle metastatisk lungekræftpatienter for deres baseline eller efterfølgende udvikling af hjernemetastaser. En ældre undersøgelse af patienter med småcellet lungekræft ved van de Pol

et al

[21] viste også, at mens serum NSE niveauer steg med udviklingen af ​​metachronous hjernemetastaser, ændringer i NSE niveauer, der ikke var specifikke for intrakraniel sygdomsaktivitet. Mens vores offentliggjorte primære analyse [13] bekræftede konstateringen af ​​Jacot

et al

[12], at baseline forbehandling NSE niveau var prognostisk for samlet overlevelse (HR 1,266, P = 0,0298), vores undersøgelse tyder på, at serum NSE er ikke en specifik biomarkør for lungekræft hjernemetastaser, og sådanne yderligere undersøgelser ikke bør forfølges.

til dato har ingen serum biomarkør for hjernemetastaser blevet valideret hos patienter med NSCLC. Lee et al [22] fandt, at forbehandling serum carcinoembryonisk antigen korreleret med hjernemetastaser i patienter med NSCLC. Dog vil en uafhængig validering undersøgelse nødt til at tage hensyn til timingen af ​​hjernemetastaser og overlevelse for en biomarkør kan anses biologisk relevant og klinisk nyttige i udvælgelse af patienter med høj risiko for senere udvikling af hjernemetastaser til personlig pleje.

observationen fra dette studie, at patienter med alder yngre end 65 år er signifikant associeret med hjernemetastaser ved baseline er i overensstemmelse med tidligere offentliggjorte rapporter [11, 23]. En stor retrospektiv gennemgang af databasen Southwest Oncology Group (SWOG) af Gaspar et al [23] viste, at yngre alder og adenocarcinom histologi var forbundet med udviklingen af ​​hjernemetastaser. Hvorvidt yngre alder og adenocarcinom histologi har en højere biologisk tilbøjelighed mod udviklingen af ​​hjernemetastaser kunne ikke på hensigtsmæssig vis af denne undersøgelse i betragtning af den lille antal patienter, der udviklede efterfølgende hjernemetastaser (25 hændelser). Eventuelle yderligere forsøg på at undersøge sammenslutning af alder og histologi med udviklingen af ​​hjernemetastaser anvender uafhængige datasæt skal tage hensyn til forskelle i overlevelse og opfølgning tid.

På grund af det begrænsede antal patienter, som havde undergået

EGFR

mutation på tidspunktet for denne undersøgelse, var vi ikke i stand til endegyldigt at løse uenighed om sammenhængen mellem

EGFR

mutation og udvikling af hjernemetastaser. Men vores metoder var væsentligt anderledes end tidligere undersøgelser i forsøget på at løse dette spørgsmål [4-9]. Mange tidligere undersøgelser har set på et sæt af patienter med NSCLC og kendt hjernemetastaser, og så på forekomsten af ​​

EGFR

mutationer i denne udvalgte gruppe uden tegner sig for overlevelse og tid til udvikling af hjernemetastaser [4, 5 , 7]. Mens flere rapporter har fundet en højere forekomst af hjernemetastaser i patienter med

EGFR

mutante lungekræft, er det aldrig blevet vist, om dette skyldes en biologisk tilbøjelighed eller blot et resultat af længere overlevelse for patienter på grund til EGFR målrettet terapi [24-26]. I vores undersøgelse har vi ikke kun vurderet for tilstedeværelsen af ​​hjernemetastaser, men også tid til udvikling af hjernemetastaser på tværs af alle tidspunkter således tager hensyn til forskelle i overlevelse og opfølgning tid.

Der er flere begrænsninger i denne undersøgelse. Analysen blev udført retrospektivt som kan have indført bias. Desuden stikprøvestørrelsen var relativt lille og det begrænsede antal

EGFR

mutation test har forhindret enhver virksomhed eksplorativ statistisk analyse. Slid på grund af mistede samlinger eller tabte prøver fremhæver de praktiske udfordringer i at designe en biomarkør undersøgelse. På trods af disse begrænsninger og negative resultater, var der ingen tegn på, at serum biomarkører studeret kan bruges klinisk til prognosticate for udvikling af hjernemetastaser. Mens der var en tendens mod en associering mellem høj basislinie HE4 og øget efterfølgende udvikling af hjernemetastaser (p = 0,07), kan en sådan biomarkør ikke anbefales til klinisk brug uden uafhængig validering af en yderst signifikant forbindelse. Givet serum HE4 blev for nylig vist sig at være forbundet med dårlig prognose hos patienter med NSCLC [27], kan yderligere valideringsundersøgelser begrundes.

Den største styrke i denne undersøgelse er vores metoder i bestemmelse af sammenslutningen af ​​biomarkører med hjernen metastaser både ensartet ved baseline, og efterfølgende, og tegner sig for tid og tålmodig overlevelse. For at bekræfte sammenhængen mellem

EGFR

mutation eller andre biomarkører og udvikling af hjernemetastaser over tid, kan uafhængige datasæt analyseres ved hjælp af de samme metoder.

Det er værd at påpege, at mens ikke-invasive prognostiske biomarkører for udvikling af hjernemetastaser er vigtige for at forbedre personlige terapier af patienter, skal disse biomarkører blive vist at være yderst følsom og specifik for at være klinisk nyttigt. Enhver positiv association findes ved sonderende analyser skal uafhængigt valideret før klinisk anvendelse [28]. Brug serum NSE som et eksempel, på trods af tidligere rapporter, vores uafhængige undersøgelse viste, at det ikke er en specifik biomarkør for lungekræft hjernemetastaser. Hertil kommer, at store uafhængige datasæt ikke eksisterer for alle biomarkører. Således, når de udvikler nye serum biomarkører for hjernemetastaser, en høj størrelsesorden effekt er afgørende for deres potentielle kliniske anvendelighed.

Som konklusion, denne uafhængige biomarkør undersøgelse viste, at de 6 forbehandling serum biomarkører herunder NSE var ikke forbundet med baseline tilstedeværelse eller efterfølgende udvikling af hjernemetastaser i patienter med metastatisk lungekræft. Vores metoder kan anvendes til uafhængige datasæt til at identificere en patient kohorte med en højere biologisk tilbøjelighed til at udvikle hjernemetastaser under hensyntagen forskel i follow-up tid. Sådanne oplysninger kan være nyttige for studiet af agenter rettet mod udvikling af hjernemetastaser.

Tak

Vi takker Michael Franklin, M. S., til redaktionel bistand og kritisk gennemgang af dette manuskript. Vi takker også IOS Press BV (Nederlandene) for at give tilladelse til at bruge tidligere offentliggjorte dele af afsnittet Materialer og metoder fra vores tidligere publikation som følger: Lou E, Johnson M, Sima C, Gonzales-Espinoza R, Fleisher M, Kris MG, Azzoli CG, Serum biomarkører til vurdering histologi og resultater hos patienter med metastatisk lungekræft. Kræft Biomark. 2014; 14 (4): 207-14, med tilladelse fra IOS Press

.