PLoS ONE: Malignt potentiale Mave Kræft Vurderet af Structural Equation Modeling

Abstrakt

Baggrund

Parametre rapporteret i patologiske anmeldelser er ikke at vurdere præcis den maligne potentiale af gastrointestinale kræftformer. Vi antager, at maligne potentiale kunne defineres ved fælles latente variable (hypotese I), men der er væsentlige forskelle i sammenhænge mellem maligne potentiale og patologiske parametre efter oprindelsen af ​​gastrointestinale kræftformer (hypotese II). Vi belyser disse spørgsmål ved strukturelle ligning modellering.

Materialer og metoder

Vi har udført en tværsnitsundersøgelse af 217 esophageal, 192 gastrisk, og 175 kolorektal cancer patienter, der fortløbende gennemgik helbredende kirurgi for deres patologiske trin i kræftformer hos Keiyukai Sapporo Hospital. Latente variable identificeret af faktor analyse og syv konventionelle patologiske parametre blev introduceret i den strukturelle ligning modellering analyse.

Resultater

Fordi latente variable var uensartede bortset fra deres nummer, “tre” i den undersøgte mave kræft, blev den første hypotese afvist. Fordi configural invarians tværs gastrointestinale kræftformer ikke blev godkendt, blev den anden hypotese verificeret. Vi kunne spore de tre væsentlige veje på den kausale graf fra latente variable til lymfeknude metastaser, som blev formidlet gennem dybde, lymfe invasion, og matrilysin udtryk i kræft i spiserøret, mens kun én væsentlig vej kunne spores i både gastrisk og kolorektal cancer. To af de tre latente variable var exogent i esophageal cancer, mens én faktor var eksogent i de andre gastrointestinale cancerformer. Kræft stemness forfremmet levedygtighed i kræft i spiserøret, men det blev undertrykt i andre.

Konklusion

Disse resultater afspejler den maligne potentiale for kræft i spiserøret er højere end i de andre gastrointestinale kræftformer. Sådanne oplysninger kan bidrage til raffinering kliniske behandlinger for gastrointestinale kræftformer

Henvisning:. Shimizu H, Arimura Y, Onodera K, Takahashi H, Okahara S, Kodaira J, et al. (2016) malignt potentiale Mave Kræft vurderet af Structural Equation Modeling. PLoS ONE 11 (2): e0149327. doi: 10,1371 /journal.pone.0149327

Redaktør: Rupesh Chaturvedi, Jawaharlal Nehru University, INDIEN

Modtaget: August 21, 2015; Accepteret: 29 jan 2016; Udgivet: 18 Februar 2016

Copyright: © 2016 Shimizu 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:.. forfatterne har ingen støtte eller finansiering til at rapportere

konkurrerende interesser:. forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

De populære udtryk »maligne potentiale” eller “biologisk malignitet ‘af gastrointestinale (GI) kræftformer, herunder esophageal (ECA), gastrisk (GCA), og kolorektal cancer (CRC) er alsidige at bruge i praksis, men tvetydig til definere i teorien. Alligevel patologiske parametre, såsom tumor indtrængningsdybde, cancer kvalitet, lymphovascular invasion, og lymfeknudemetastaser, er almindeligt anvendt til at vurdere den maligne potentiale, såsom hærdelighed ved endoskopisk resektion i GI cancere [1-4]. forventes imidlertid hver parameter at have forskellige kliniske betydninger afspejler det maligne potentiale, såsom risikoen for metastatisk spredning. Derfor er vi i stand til i tilstrækkelig grad at oversætte og bruge oplysningerne fra allerede eksisterende patologiske anmeldelser af GI cancer. I modsætning til konventionelle patologiske anmeldelser [5-8], vi tidligere foreslået tumor matrilysin ekspression kan forudsige metastatiske potentiale patologisk stadium I (PT1) colon og rektal kræft [9]. Heldigvis locoregional knudepunkter er næsten altid den første site af metastatisk spredning i pT1 GI kræftformer. Derfor bør udviklingen af ​​lymfeknudemetastase afspejle den metastatiske og delvist maligne potentiale af den primære tumor for pT1 GI cancere. . I denne undersøgelse at vurdere dårligt defineret metastatisk potentiale, vi indfører strukturel ligningsmodel (SEM) med fokus på pT1 GI kræft hos patienter, som har gennemgået kirurgi

Generelt SEM omfatter to komponenter: måling og strukturelle modeller [10]. Målingen model specificerer forholdet mellem de latente og observerede variabler, mens den strukturelle model identificerer bestemte relationer mellem de latente variable. SEM tillader test af hypotese direkte, indirekte eller medieret, og de samlede sammenslutninger af latente variable til hinanden og mellem observerede og uobserverede latente variable. Derfor kan SEM analysere relationer mellem de teoretiske variabler af primær interesse uden effekterne blive forvirret af målefejl [11]. Endvidere SEM muliggør samtidig analyse af virkningen af ​​multiple uafhængige variable på flere afhængige variable, mens multipel regressionsanalyse afprøvning tillader evaluering af kun en afhængig variabel ad gangen. I denne sammenhæng, de sædvanlige form af afhængige og uafhængige variable er mindre passende, fordi den afhængige variabel i en ligning kan være en uafhængig variabel i en anden ligning. Af denne grund, er variablerne i en model kaldet enten endogene eller eksogene [11].

Udgangspunktet for SEM er at afgøre, om en teoretisk model er understøttet af de indsamlede data. Således foreslår vi to hypoteser i denne undersøgelse. Hypotese I er, at den maligne potentiale pT1 GI cancere kan bestemmes ved fælles latente variable. Hypotese II er, at der er betydelige forskelle i sammenhænge mellem de maligne potentiale og patologiske parametre efter kræft oprindelse. Vores primære mål var at verificere disse hypoteser ved SEM.

Materialer og metoder

Undersøgelse deltagere

Vi har udført et tværsnit undersøgelse omfattende tre grupper af patienter med Pt1 GI cancer, defineret som invasion af tumor i submucosa, der gennemgik helbredende kirurgi på Keiyukai Sapporo Hospital: 217 konsekutive patienter med ECA (mand /kvinde = 203/14, alder: 41-82 år), 192 patienter med GCA (mand /kvinde = 136/56, alder: 33-91 år), og 175 patienter CRC (mand /kvinde = 123/52, alder: 31-81). Alle patienter blev indrulleret i den 10-årige rekruttering periode fra Mar 2004 til apr 2014 (tabel 1). Alle esophageale tumorer var pladecellecarcinom, mens andre var adenocarcinomer. Klinisk-patologisk funktioner blev klassificeret i henhold til TNM (tumor, noder, metastase) klassificering af Union for International Cancer Control [12]. Vi ekskluderede patienter med multiple tumorer, familiær cancer syndromer og idiopatisk inflammatorisk tarmsygdom. Alle deltagere forudsat skriftligt informeret samtykke baseret på Helsinki-deklarationen (1964, 1975, ændret i 1983, 2003 og 2008) af World Medical Association. Undersøgelsen blev godkendt af den institutionelle gennemgang bestyrelse Keiyukai Sapporo Hospital og den etiske komité i Sapporo Medical University. Klinisk-patologisk data blev hentet fra de medicinske og patologiske journaler (tabel 1).

Demografiske data og foranstaltninger

De klinisk-patologiske træk ved de patienter blev analyseret i henhold til patologiske parametre, såsom tumor indtrængningsdybde, cancer histologisk bedømmelse (godt, er moderat, og dårligt differentieret carcinom forkortet samt, mod, og por henholdsvis), lymfatisk /vaskulær invasion (ly /v), lymfeknudemetastase (n), tumorstørrelse, alder , køn og matrilysin udtryk. Målinger af patologiske parametre var baseret på den japanske klassifikation af esophageal /gastrisk /kolorektal cancer som følger [13-15]. Indtrængningsdybde blev scoret som submukøst invasion 1 (SM1), sm2, eller Sm3, hvori sm2 blev defineret mellem SM1 (let invasion blev defineret når tumoren invaderede den øverste tredjedel af det submukøse lag) og Sm3 (massiv invasion blev defineret ved tumoren invaderede den nederste tredjedel lag) [13]. I denne undersøgelse blev underklassificering af SM1 til tre almindeligt vedtaget i både mave- og tarmkræft samt esophageal kræft på grund af at analysere samtidig med multigroup SEMs. Differentieringen klasse blev scoret efter godt som 1, mod som 2 eller por som 3, ly så negativ 0 eller positiv 1, v som negative 0 eller positiv 1, og n som negative 0 eller positiv 1. Alle data blev efterfølgende hentet fra de patologiske anmeldelser og medicinske journaler.

Matrilysin immunhistokemi og evaluering

Archival formalinfikserede, paraffinindlejrede sektioner blev immunofarvet ved hjælp af en standard avidin-biotin peroxidase teknik hjælp LSAB2 System-HRP (Dako , Glostrup, Danmark) som anbefalet af producenten. Det monoklonale muse-antistof var mod humant matrixmetalloproteinase-7 (også kendt som matrilysin) (141-7B2; Daiichi Fine Chemical, Toyama, Japan). Den enkleste kriterium for at vurdere immunoreaktivitet blev vedtaget efter en alt-eller-intet-princippet. Matrilysin immunfarvning blev bedømt som positive billede basilar og /eller cytoplasmatisk farvning blev observeret ved den invasive kant. Undgå observatør bias, to uafhængige forskere (KO og KY) evalueret alle immunfarvning på en blindet måde.

Dataanalyse

Beskrivende statistik blev opsummeret som frekvensfordelinger for kategoriske data, og de midler og standard afvigelser for kontinuerte data. For beskrivende formål, blev univariate statistikker udført ved hjælp af de demografiske karakteristika. Demografiske data såsom alder, køn, tumorstørrelse, indtrængningsdybde, tumor kvalitet, ly, v, n og matrilysin udtryk blev korreleret til at undersøge deres statistiske foreninger (statistisk signifikans:

P

0,05).

Ikke-rekursive SEMs af GI kræftformer er afbildet i figurerne 1-3. De tre latente variable, F1-3, blev identificeret ved eksplorativ faktor analyse (EFA) med en direkte oblimin rotation som en forløber for bekræftende faktoranalyse (CFA). De syv patologiske parametre, herunder ly, v, n, indtrængningsdybde, matrilysin ekspression, tumorstørrelse, og histologisk klasse, blev indført i SEM-analyse som observeret variabler. Modellen blev statistisk evalueret af

t

-tests af alle veje, og

r

2 værdier eller kvadreret flere korrelationer blev beregnet. Desuden blev modellen modificeret af multivariate Largrange Multiplikator og Wald test [16]. Der var ingen manglende data i denne SEM analyse. Detaljeret håndtering af binære data i ordinale eller kategoriske variabler, såsom v, ly, n, dybde, matrilysin udtryk, og kvalitet, er ikke forklaret her, men afhænger af ændring af ” Lee- Poon-Bentler “tilgang med polychoric og polyserial korrelationskoefficienter [17]. Statistisk parameterestimering ansat den maksimalt sandsynlighed metoden med ” ROBUST “valgmulighed implementeret i softwaren [18] (se tekst 1 i S1 fil for detaljer). For at vurdere, hvor godt modellen passer med de data, den komparative fit indeks (CFI), og geometriske middelværdi fejl tilnærmelse (RMSEA) blev anvendt som goodness-of-fit indeks. Ifølge konventionelle kriterier, CFI 0,95 og RMSEA 0,08 indikerer en acceptabel pasform, og CFI 0,97 og RMSEA 0,05 indikerer en god pasform [19]. Prøve størrelse blev bestemt ved en generel tommelfingerregel, der er, at minimumsantallet af stikprøver skal helst ikke mindre end 200 eller 5-20 gange antallet af parametre, der skal estimeres [20]. Magt analyse af SEM blev udført under anvendelse af en web hjælpeprogram til at generere R kode, der kan beregne den statistiske styrke til afprøvning af et kovarians struktur model ved hjælp RMSEA [21]. Alle statistiske analyser blev udført ved hjælp af miljøkvalitetskrav 6.2 (Multivariate Software, Inc., Encino, CA) [18], SPSS Statistics 21 (International Business Machines Corporation, Armonk, NY), og R (Tilgængelig via http: //www.R- project.org) [22]. Desværre er en udvidelse af følsomhedsanalyse endnu ikke implementeret i miljøkvalitetskrav.

Cirkler angiver uobserverede latente variable, mens rektangler repræsenterer observerede variabler. Gul angiver en afhængig endogen variabel og grå angiver en uafhængig eksogen variabel. Væsentlige stier med deres estimerede parameter er vist med fuldt optrukne linier, mens ubetydelige stier er vist med punkterede linier (fig 2). Rred pile repræsenterer enten en negativ kausal virkning eller målefejl inden for modellen. Den blå trekant i midten antyder, at maligne potentiale indbefatter tre latente variable. Determinationskoefficienten skrives som R

2. Forkortelser: v, vaskulær invasion; ly, lymfatisk invasion; n, lymfeknudemetastase; hist, histologisk klasse.

Cirkler angiver uobserverede latente variable, mens rektangler repræsenterer observerede variabler. Gul angiver en afhængig endogen variabel og grå angiver en uafhængig eksogen variabel. Væsentlige stier med deres estimerede parameter er vist med fuldt optrukne linier, mens ubetydelige stier er vist med punkterede linier (fig 2). Rred pile repræsenterer enten en negativ kausal virkning eller målefejl inden for modellen. Den blå trekant i midten antyder, at maligne potentiale indbefatter tre latente variable. Determinationskoefficienten skrives som R

2. Forkortelser: v, vaskulær invasion; ly, lymfatisk invasion; n, lymfeknudemetastase; hist, histologisk klasse.

Cirkler angiver uobserverede latente variable, mens rektangler repræsenterer observerede variabler. Gul angiver en afhængig endogen variabel og grå angiver en uafhængig eksogen variabel. Væsentlige stier med deres estimerede parameter er vist med fuldt optrukne linier, mens ubetydelige stier er vist med punkterede linier (fig 2). Røde pile repræsenterer enten en negativ kausal virkning eller målefejl inden for modellen. Den blå trekant i midten antyder, at maligne potentiale indbefatter tre latente variable. Determinationskoefficienten skrives som R

2. Forkortelser: v, vaskulær invasion; ly, lymfatisk invasion; n, lymfeknudemetastase; hist, histologisk klasse.

Resultater

Karakteristik af GI kræftpatienter

Som vist i tabel 1 i detaljer, ECA patienter var overvejende mænd. Tumorstørrelsen af ​​CRC var signifikant mindre end for andre GI cancere. ECA var tilbøjelige til at trænge massivt ind i submucosa lag, mens CRC var tilbøjelige til at trænge lidt. GCA var sandsynligvis differentiere dårligt sammenlignet med de andre GI kræftformer. ECA invaderede sjældent i vaskulaturen. Lymfeknudemetastaser blev observeret i ECA, GCA, og CRC, i nævnte rækkefølge af frekvens

Uafhængige prædiktive faktorer for lymfeknude metastaser identificeret ved logistisk regressionsanalyse var som følger:. Indtrængningsdybde (

P

= 0,01), ly (

P

= 1,0E-4), og tumor matrilysin udtryk (

P

= 0,04) for Revisionsretten; indtrængningsdybde (

P

= 0,02), ly (

P

= 4.5E-5), matrilysin (

P

= 0,01) for GCA; v (

P

= 0,03), og matrilysin (

P

= 1.44E-4) til CRC. Det var bemærkelsesværdigt, at matrilysin udtryk var det eneste negative indikator i GCA (tabel 2)

Hypotese I:.? Er maligne potentiale bestemt af fælles latente variable

Fordi vi ikke havde en betydelig teoretisk model om udefineret malignt potentiale GI kræft, blev EFA uropført for hver type GI cancer. Som vist i tabel 3, den urer testen identificeret de tre latente variabler, som vi defineret som centrale elementer i den maligne potentiale i hver type GI cancer. I ECA, to af de tre latente variable, der er udpeget som invasiv og stemness var eksogene variable (Fig 1), mens en af ​​de tre latente variable, der er udpeget som stemness var en eksogen variabel i GCA (figur 2) og CRC (figur 3). Fordi eksogene (uafhængige) variable ikke var påvirket af andre variabler, kan disse resultater afspejler mere selvstændig progression af ECA end de andre GI kræftformer. CFA blev efterfølgende udført med direkte oblimin rotation [23]. Det var bemærkelsesværdigt, at kræft stemness i både GCA og CRC negativt reguleret levedygtighed kræft, mens ECA stemness lettet levedygtighed. Endvidere kunne GCA stemness direkte inhibere lymfeknudemetastase. Disse resultater antydede, at GCA og CRC stemness delvist opretholde den normale stamcelle niche egenskab stram kontrol for at forhindre unormale stamceller fra prolifererende ukontrolleret. I modsætning hertil ECA stemness mistede sådan niche kontrol og forbedret kræft levedygtighed. Den ondartede potentiale ECA var mere selvstændig og højere end for andre GI kræftformer. I CRC, var det vanskeligt at definere maligne potentiale af de samme tre variable i både ECA og GCA, og indførelsen af ​​en ny latent variabel, ‘metastaticity’, var nødvendig. Derfor var der betydelige forskelle mellem maligne potentialer de undersøgte GI kræftformer

Hypotese II:. Er der væsentlige forskelle i sammenhænge mellem maligne potentiale og patologiske parametre

Fordi configural? invarians tværs GI cancer grupper blev ikke godkendt, multigroup SEM [24] kunne ikke udføres, som kraftigt antydet, at der var væsentlige forskelle i hver type GI cancer i SEM. For eksempel i ECA, kunne vi spore de tre stier på den kausale graf fra en kausal forfader (invasiv og stemness) til en kausal efterkommer (lymfeknude metastase): invasionsevne → ly → n, invasiv → dybde → n, stemness → levedygtighed → matrilysin → n. I GCA, kunne vi spore den eneste væsentlige vej fra stemness til lymfeknude metastaser, som var sandsynligt, at en negativ regulering af lymfeknude metastaser. I CRC, kunne vi spore den eneste vej fra metastaticity til lymfeknude metastaser.

Baseret på magten analyse af SEM med en α-niveau på 0,05, den anslåede effekt af ECA, GCA, og CRC SEM blev beregnet som 0,997, 0,997, og 0,678, henholdsvis [21]. Godhed-of-fit indeks af de etablerede modeller var som følger:. CFI = 1,000 og RMSEA = 0,000 i ECA, CFI = 0,974 og RMSEA = 0,065 i GCA, CFI = 0,909 og RMSEA = 0,113 i CRC

diskussion

Vi testede to hypoteser i denne SEM. Hypotese I er, at den maligne potentiale pT1 GI cancere er bestemt af tre latente variabler, herunder stemness, invasionsevne, og levedygtighed. Fordi de latente variable var uensartede bortset fra antallet af variabler i de undersøgte GI kræftformer, hypotese jeg blev afvist. Trods dette resultat, SEM viste, at det maligne potentiale kunne defineres i kombination med de latente variable indført i undersøgelsen. Hypotese II er, at der er betydelige forskelle i sammenhænge mellem maligne potentiale og patologiske parametre efter oprindelse kræftformer. Fordi configural invarians tværs af GI cancer grupper ikke blev godkendt i en multigroup SEM-analyse, blev denne hypotese verificeret.

Desværre, trods mange histologiske undersøgelser, vi stadig kan ikke helt vurdere metastatiske potentiale kræft [25]. Vurdering og forudsigelse af metastatiske potentiale af cancer er vanskelig at vurdere direkte. Heldigvis locoregional knudepunkter er næsten altid den første site af metastatisk spredning i pT1 GI kræftformer. Desuden Pt1 GI kræftformer har en god prognose sammenlignet med fremskreden sygdom. Derfor bør udviklingen af ​​lymfeknudemetastase afspejle den metastatiske og delvist maligne potentiale pT1 GI cancere. Dette er baggrunden for den aktuelle undersøgelse med fokus på maligne potentiale pT1 GI kræftformer.

Målet med SEM-analyse er at bestemme, i hvilket omfang den hypotese model er understøttet af eksempeldata. Selv om den nuværende tværsnit, observationsstudie datasæt ikke kan give stærke beviser for årsagssammenhæng, er en omstændighed, som kan gøres svage krav om kausal inferens i forbindelse med nonexperimental data, når der er tidsmæssig forrang mellem forudsigelse og kriteriet variabler [26] . Fordi forudsigelse og kriterium variabler svare til det maligne potentiale i hele latente variabler og lymfeknudemetastaser (n), henholdsvis kan gøres beskedne krav om kausal inferens mellem latente variabler og lymfeknudemetastaser i vores SEM-analyse.

i ECA, kunne vi spore de tre stier på den kausale graf fra en kausal forfader (invasiv og stemness) til en kausal efterkommer (n), som blev formidlet gennem dybde, ly, og matrilysin udtryk (figur 1). Interessant nok disse parametre var i samtidig overensstemmelse med prædiktive faktorer for lymfeknudemetastaser identificeret af logistiske regressionsmodel (tabel 2). I modsætning til ECA, kunne vi spore kun en direkte vej fra den latente variabel til lymfeknudemetastase i både GCA og CRC, selvom den logistiske regressionsmodel identificeret nogle prædiktive faktorer fra observerede variable. Disse resultater tyder på, at den kausale inferens af lymfeknude metastaser i både GCA og CRC høj grad mangler at blive afklaret med yderligere undersøgelser.

maligne potentiale ECA omfattede to eksogene og en endogene latente variable, mens den for både GCA og CRC inkluderet et exogent og to endogene latente variable. Desuden kræft stemness forfremmet kræft celle levedygtighed i ECA, det undertrykte levedygtighed i både GCA og CRC. Disse resultater sandsynligvis afspejler en højere grad af maligne potentiale i ECA end de andre GI kræftformer.

Der er nogle begrænsninger i denne undersøgelse. For det første fordi bevis for kausalitet er helt sikkert den stærkeste i eksperimentelle design med tilfældig opgave, yderligere undersøgelser bør gennemføres med en langsgående design. For det andet, i GCA, der var compellingly ubetydelige veje til lymfeknudemetastaser som vist ved punkterede linier i den udviklede model (figur 2) på grund af at sikre goodness-of-fit i den etablerede model [26]. Desuden RMSEA i CRC var ikke mindre end 0,08. Yderligere udforskning af disse modeller vil være behov for at løse disse problemer. For det tredje skal det bekræftes, om forfatternes latente variable tilstrækkeligt udpeget ved yderligere SEM-analyser. Fjerde, clinicopathologic parametre, såsom køn (S1 Table) og alder (S2 Table), der blev observeret og eksogene variable, blev udelukket i denne analyse på grund af at undgå komplicerede modeller og upassende løsninger. Men hvordan køn eller alder påvirker maligne potentiale GI kræft i de andre datasæt tegningsretter yderligere SEM analyser, og dette ville være et meget interessant spørgsmål, der skal løses i den nærmeste fremtid. Femte, statistisk styrke mere end 0,8 var påkrævet ved at rekruttere flere CRC patienter. Endelig den kliniske betydning af tumor matrilysin udtryk mangler at blive afklaret ved yderligere undersøgelser af GI kræftformer.

Konklusion

Afslutningsvis undersøgte vi udfordrende spørgsmål om at vurdere maligne potentiale GI kræftformer. Vi håber, at sådanne oplysninger medvirker til at raffinere kliniske behandlinger for GI kræftformer.

Støtte Information

S1 fil. . Normal, Polychoric og Polyserial Korrelationer

doi: 10,1371 /journal.pone.0149327.s001

(DOCX)

S1 Table. Kønsmæssig skævhed i patologiske parametre

doi:. 10,1371 /journal.pone.0149327.s002

(DOCX)

S2 Table. Alder skævhed i de patologiske parametre

doi:. 10,1371 /journal.pone.0149327.s003

(DOCX)

Tak

Vi takker Ms E. Katahira af Sapporo Medical University for teknisk bistand.