PLoS ONE: autoantistof Profilering for lungekræft Screening Longitudinal retrospektiv analyse af CT Screening Kohorter

Abstrakt

Anbefalinger til lunge kræftscreening udgør en konkret mulighed for at integrere prædiktive blod assays med radiografisk billeddannelse. Denne undersøgelse sammenligner ydeevnen af ​​autoantistof markører fra forudgående opdagelse i prøveceller kohorter fra to CT screeningsforsøgene. One-hundrede firs ikke-kræft og 6 prævalens og 44 incidens kræfttilfælde opdages i Mayo Lung Screening Trial blev testet ved hjælp af et panel af seks autoantistof markører til at definere et normalområdet og tildele cutoff-værdier for klasse forudsigelse. En cutoff for minimal specificitet og bedst opnåelige følsomhed blev anvendt til 256 prøver udtaget årligt for tre år fra 95 deltagere i Kentucky Lung Screening Trial. Data, afslørede en uoverensstemmelse i fraktil fordeling mellem de to tilsyneladende sammenlignelige prøvesæt, som skæv analysen dynamikområde mod specificitet. Denne cutoff tilbudt 43% specificitet (102/237) i kontrolgruppen og præcist klassificeret 11/19 lungekræft prøver (58%), som omfattede 4/5 cancere på tidspunktet for radiografisk detektering (80%), og 50% af okkult kræftformer op til fem år forud for diagnosen. En tilsyneladende loft analysesensitivitet vil kunne begrænse anvendeligheden af ​​dette assay på en traditionel screening paradigme. Pre-analytisk skævhed indført ved prøve alder, håndtering eller opbevaring forbliver en praktisk bekymring under udvikling, validering og implementering af autoantistofanalyser. Denne rapport er ikke drage konklusioner om andre logiske applikationer til autoantistof profilering i lungekræft diagnosticering og behandling, og heller ikke dens potentiale, når det kombineres med andre biomarkører, der kan forbedre den samlede prædiktiv nøjagtighed

Henvisning:. Trudgen K, Khattar NH, Bensadoun E, Arnold S, Stromberg AJ, Hirschowitz EA (2014) autoantistof Profilering for lungekræft Screening Longitudinal retrospektiv analyse af CT Screening Kohorter. PLoS ONE 9 (2): e87947. doi: 10,1371 /journal.pone.0087947

Redaktør: Roberto Furlan, San Raffaele Scientific Institute, Italien

Modtaget: Oktober 3, 2013; Accepteret: 2 januar 2014; Publiceret: 3 feb 2014

Dette er en åben-adgang artiklen, fri for alle ophavsrettigheder, og kan frit gengives, distribueres, overføres, ændres, bygget på, eller på anden måde bruges af alle til ethvert lovligt formål. Værket gøres tilgængeligt under Creative Commons CC0 public domain dedikation

Finansiering:. Disse undersøgelser blev støttet af National Institutes of Health R01 # CA10032-01, Centers for Disease Control, HRSA og Veteran Administration. 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

Resultater fra den 10-årige National Lung screening Trial (NLST) viser lav dosis CT screening giver en overlevelse i udsatte befolkning [1]. Selvom radiografisk billeddannelse er de-facto screening modalitet, cirkulerende biomarkører har potentiale til at forbedre initiativer tidlig påvisning og yderligere forbedre resultaterne [2] – [6]. Vores gruppe og andre har udviklet autoantistofanalyser, der kunne supplere CT scanning i lungekræft diagnose og forvaltning [4] – [9]. Det er nu veletableret, at kræftpatienter producerer autoantistoffer mod tumor proteiner, som muterede, fejlfoldet, ektopisk præsenteret, overeksprimeres aberrerende nedbrudte eller unormalt glycosyleret [4] – [13]. Analyser består af paneler af robuste og komplementære markører udvalgt fra en omfattende repertoire af tumor-associerede antistoffer er designet til at kompensere for tumor heterogenitet. Biologisk forstærkning af lavfrekvens cellulær-uregelmæssighed gør autoantistoffer logiske biomarkører til tidlig opdagelse og en fremherskende strategi til påvisning okkult malignitet [2] – [15]. Seks markører fra forudgående opdagelse blev analyseret i en sammenlignende undersøgelse med prøver fra to uafhængige CT screening undersøgelser. Integritet og relativ sammenlignelighed to screening prøve kohorter fra, hver med en høj procentdel af prøver kræft trukket før radiografisk detektion, tilbydes en unik mulighed for at afprøve principper, forskrifter, og dominerende mål af undersøgelsen til dato [7] – [9], [16] – [18]

et panel på seks autoantistofniveauer markører blev anvendt til assay-prøver fra Mayo Clinic CT screening forsøg, at indsamle normalfordeling af værdier, og generere en afskæringsværdi, der kan anvendes til at forbedre. effektiviteten af ​​screening lungekræft. Etablerede cutoff værdier blev anvendt på 285 prøver fra 95 deltagere i en regional CT screening undersøgelse i 5

th distriktet Kentucky (Appalacherne). Det primære formål med undersøgelsen var at bestemme evne et autoantistof profil til at opdage lungekræft på tidspunktet for eller før CT-scanning. Ensartetheden af ​​prøvetagning og kriterier indrejse undersøgelse var en vigtig standard til analyse inden for og mellem de to screening prøve kohorter. Klasse forudsigelse i prøvesæt bestående overvejende af okkulte lungecancere (før radiografisk påvisning) er et unikt aspekt af denne analyse. Præcis klassifikation af fase I screening opdages kræft var en sekundær parameter.

Materialer og metoder

Etik Statement

Prøver blev indsamlet under protokoller er godkendt af akkrediteret Institutional Review Boards (Mayo Clinic IRB og University of Kentucky IRB). Alle emner forudsat skriftligt informeret samtykke forud for eventuelle forskningsresultater procedurer. Denne forskning blev godkendt af de respektive interne metoder og blev gennemført i henhold til Institutional Review Board regler og tilsyn.

Mayo kohorte

The Mayo Lung Screening Trial udført fem årlige CT’er på 1520 emner med minimum 20 pack årig rygning historie, alder 50-75, og ingen anden malignitet inden for fem års studier post [16], [17]. Kræft satser var 2,6% efter 3 år stigende til 4% ved 5 års screening. En enkelt blodprøve blev trukket ved studiets start. Prøven kohorte bestod af 180 kontroller ikke-kræft, seks fase I forekomsten lungekræft, og 44 lungekræft diagnosticeret 12 til 60 måneder fra blod draw [16], [17].

Kentucky kohorte

Marty Driesler Lung screening Project var en community-baseret CT screening undersøgelse, påløbne 254 udsatte fag fra Eastern Kentucky mellem 2005 og 2008 [18]. Kriterier inkluderet alderen 55 til 75 år, 30 pack-års historie af rygning, og ingen anden malignitet inden for fem års studier indrejse. Kræft sats var 2,6%. Alle emner forudsat skriftligt informeret samtykke forud for eventuelle forskningsresultater procedurer.

Da analyse af alle tilgængelige prøver var omkostningerne uoverkommelige, en prøve sæt af to hundrede og halvtreds seks prøver fra femoghalvfems deltagere blev bygget af en uafhængig forsker og analyseret i et blindet måde. Testen kohorte af nitten lungekræft prøver omfattede fem fase I screening opdaget lungekræft (tre prævalens, to forekomst), og fire lungekræft diagnosticeret klinisk ét til fem år efter den sidste serielle screening CT og tilsvarende blodprøve. Et tilfælde af hoved- og halscancer blev diagnosticeret i screeningen periode, og seks andre ikke-thorax maligniteter blev diagnosticeret op til fem år fra den sidste lungekræft screening CT. Alle cancertilfælde er opsummeret i tabel 1. En eller flere ikke-maligne lungeknuder blev bemærket i 56% af undersøgelsen kohorte. Dominerende ikke-maligne radiografiske fund inkluderet emfysem, mediastinal adenopati og granulomatøs sygdom

Assay sammensætning og procedurer

Marker opdagelse, måling og statistisk analyse er blevet beskrevet tidligere [7] -. [ ,,,0],9]. Markøren Panelet bestod af seks individuelle tumor-associerede autoantistoffer, der tilbydes robust forskelsbehandling mellem kræft og noncancer prøver i forudgående analyse; disse seks gav også ensartet ydeevne som et kombineret mål i samme assay baseret på Receiver Operating karakteristisk område under kurven. T7-fag-udtrykte capture proteiner blev afledt fra cDNA tumor biblioteker [7] – [9]. Disse formodede autoantistof markører svarede til apurin- /apyrimidinisk endonuclease-1 (APEX1), nucleolar og coiled-krop phosphoprotein en (NOLC1), splejsning faktor 3a (SF3A3), paxillin (PXN), BAC klon R-580E16 (ukendt protein produkt) og mitokondrielle 16S ribosomale RNA (MT-RNR2). [7,8 og upubliceret] Alle fag-udtrykte capture proteiner blev covalent bundet til Luminex mikrosfærer til multiplex-analyse ved anvendelse af kommercielt tilgængelige protokoller. Autoantistofniveauer blev kvantificeret under anvendelse af biotinyleret anti-humant IgG og R-phycoerythrin-mærket streptavidin. Den gennemsnitlige absolutte fluorescens til hver markør blev beregnet ud fra tredobbelte målinger for hver prøve. Ingen-sample kontroller, der indgår i hver kørsel konsekvent målt nær nul.

En enkelt absolutte fluorescens værdi blev genereret for hver prøve ved hjælp af summen fra de enkelte markører. En cutoff-værdi på 640, hvilket svarer til den laveste kvartil (sat specificitet på 25%), ville forventes at maksimere kapaciteten til påvisning kræft i de tidligste stadier af sygdom, mens det stadig giver et forbedret forholdet mellem scanninger udført til cancere påvises. At cutoff blev anvendt på klasse forudsigelse i Kentucky CT screening kohorte. Relevante punkter dataanalyse inkluderet distribution i udsatte befolkning og sammenlignelighed Mayo Clinic kohorte, konsistens af årlige foranstaltninger fra enkelte fag, nøjagtig klassificering af prøver kræft på tidspunktet for og forud for radiografisk detektion.

Resultater

additive sum af absolut fluorescens fra seks markører blev brugt som en intuitiv mål for den samlede autoantistof reaktivitet til at give en enkelt værdi point for hver prøve, definere distribution i udsatte befolkning, og tildele cutoffs for kræft forudsigelse i en uafhængig kohorte. Medianværdien tværs 180 ikke-kræft prøver fra Mayo Clinic prøve kohorte var 1126 fluorescerende enheder (FU), med 25% /75% kvartil værdier på 640 og 2076 FU henholdsvis; der var en ekstrem outlier. En cutoff på 640 fluorescerende enheder tilbudt 88% følsomhed over halvtreds kræft prøver i Mayo kohorte, som omfattede nøjagtig klassificering af 6/6 etablerede fase I kræft og 38/44 prøver taget et til fem år forud for radiografisk udseende. Til sammenligning medianværdien tværs 237 ikke-kræft prøver fra Kentucky kohorten var 726 fluorescerende enheder (FU), med 25% /75% kvartil værdier på 461 og 1249 FU henholdsvis, hvilket er omkring en tredjedel lavere end målt i Mayo Clinic prøve kohorte. En beredskabsplan diagram (tabel 2) viser klasse forudsigelse i Kentucky kohorte på forudbestemte cutoff på 640 FU, og blotter også virkningen af ​​oppustede cutoff værdier på sensitivitet og specificitet, der førte fra uoverensstemmelsen mellem uddannelse og afprøvning kohorter. Den cutoff på 640 FU præcist klassificeret 102/237 ikke-lungekræft prøver (43%) og 11/19 kræft prøver (58%), som omfattede 4/5 fase I lungekræft (80%), og 7/14 af okkult cancer prøver (50%) et til fem år forud for radiografisk udseende. Klasse forudsigelse og tidsmæssige forhold prøve lodtrækningen til kræft diagnose er sammenfattet i tabel 1.

Pladecellekræft og adenocarcinom histologier blev begge repræsenteret blandt de sande positiver; der var ikke noget entydigt tydeligt om falske negative prøver. Andre kræftformer udgjorde 13/135 falske positive foranstaltninger (tabel 1). Seks af de syv uafhængigt diagnosticerede ikke-thorax maligniteter i KY kohorten målt positivt i én eller flere årlige prøver. Enkelt højeste værdi var et emne tabte til opfølgning efter forekomsten screening, der blev diagnosticeret med ekstranodal marginal zone B-celle lymfom (MALT) fem år efter indskrivning. Godartede intrathorakale fund var fælles for patienter med falsk positive og sande negative foranstaltninger. De fleste af falske positiver repræsenterede vedvarende stigninger på tværs af serielle screening cyklusser. Blandt de 130 falske positive prøver ( 640 FU) hos patienter med mindst to årlige prøver, kun seks (4,6%) var enestående begivenheder i serie af to eller flere årlige foranstaltninger

Diskussion

.

Primære mål var at bekræfte de principper og forskrifter autoantistof profilering og vurdere potentialet af et autoantistof profil for at øge effektiviteten og diagnostisk nøjagtighed screening CT. Prøver fra Mayo Clinic CT-screening forsøg blev anvendt til at definere rækkevidde og distribution af et sammensat mål inden for en screening befolkning, og tildele en cutoff værdi, der ville tillade maksimal følsomhed for lungekræft på og under de påviselige grænser for CT-scanning. Distribution foranstaltninger og relative cutoffs til påvisning af kræft blev testet i en uafhængig screening kohorte fra 5

th distriktet Kentucky. En cutoff sat på den nederste kvartil af 180 noncancer kontrol i Mayo kohorten forudsat pålidelig detektering af etablerede fase I kræft og kapacitet til at opdage en procentdel af forekommende kræftformer før radiografisk udseende i begge kohorter. Observeret frekvens serielt positive og serielt negative værdier på tværs af årlige gentagelser i Kentucky screeningen kohorte tyder på, at autoantistofniveauer har en specifik biologisk grundlag, selv når der ikke er nogen klinisk synlig betydning for foranstaltningen. Analysen vises ikke specifik for lungekræft, selv om mange ikke-thorax maligniteter udelukker enhver konklusion om histologisk specificitet.

Oppustede cutoff-værdier, der førte fra den bemærkelsesværdige forskel i kvartil fordelinger mellem de to kohorter skæv dynamikområde i retning specificitet i Kentucky kohorte. Selvom demografi, forskelle i kriterierne i de to undersøgelser og talrige uafhængige kliniske variable støtteberettigelse kunne redegøre for denne uoverensstemmelse, hverken kohorte tilstrækkeligt dimensioneret til multivariabel lagdeling. Omvendt observerede forskelle i to uafhængige, men ensartet indsamlet, moderat store og relativt sammenlignelige eksempelsæt peger stærkt til prøve alder, forarbejdning, håndtering og /eller opbevaring som en kilde til præklinisk fejl. Konkret fordeling analyse og tildeling af cutoff-værdier baseret på arkiverede prøver fra to højrisiko-kohorter forekommer sandsynligt at have identificeret en biologisk virkning, som ikke kunne have været anerkendt med alternative studiedesign. På trods af den antagelse, at autoantistoffer er elastiske biomarkører, der er en mangel på data på sammenhængen i autoantistof foranstaltninger under forskellige betingelser og varigheder opbevaring. Omend begrænset, litteratur indikerer serumantistofniveauer stige i kryopræserverede prøver i løbet af års lagring, muligvis relateret til antigen-antistof kompleks dissociation og protein nedbrydning [19], [20]. Vigtigere den aktuelle data viser, hvordan valideringsprocessen kan belastet af variabler unikke for arkiverede prøvesæt, der skal overvejes, når der skiftes fra laboratorie-baseret analyse til implementering i populationsbaserede applikationer.

Selv når det gives godtgørelse for kvantificerbare prækliniske fejl og effekten af ​​oppustede cutoff værdier prædiktiv nøjagtighed i valideringen sæt, dataene modvirke mere avanceret validering. Appellen detektere okkult sygdom med bly-tid fordel over CT-scanning er hærdet af overdreven falsk negative, og helt sikkert begrænser denne analyse anvendelighed i at vælge personer, de fleste berettiger seriel imaging [5]. Fortolkning af positive foranstaltninger er yderligere forvirret af den tilsyneladende mangel på specificitet for thorax malignitet.

Foreløbig vurdering af det lille antal radiografisk påviselige kræftformer i post-hoc analyse tilnærmer at af autoantistof profiler uafhængigt valideret af andre grupper test for etablerede cancere [21] – [23]. Hvis der ved udvidelse vi antager det bedst opnåelige følsomhed for trin I kræft er 80%, med en tilsvarende specificitet på 40% udvide vores analyse til at prøve sæt med større antal etablerede kræftformer synes ikke berettiget. Også ligner andre analyser i litteraturen, en foreløbig følsomhed på 40% for etablerede sygdom svarer til specificitet 90% [21] – [24]. Justering af cutoff for høj specificitet synes kun at afvige yderligere fra en konventionel screening paradigme. Hvis de anvendes til yderligere stratificere tilfælde af sandsynligheden for cancer imidlertid en cutoff der favoriserer specificitet kunne afbøde inter-reader variabilitet og reducere antallet af falske negative aflæsninger på screening CT scanninger [25], [26]. En meget specifik analyse kan også hjælpe skelne benigne fra maligne knuder identificeret under screening, selv om prædiktiv værdi vil blive kompromitteret af promiskuitet af analysen for både okkulte og radiografisk tilsyneladende sygdom [27]. Sammenfattende er denne rapport ikke drage konklusioner om fremtidige anvendelsesmuligheder for denne tilgang, men denne valideringsstudie synes ikke at understøtte brugen af ​​denne analyse som en primær populationsbaseret screeningsværktøj. Ved at kombinere supplerende undersøgelse med kendskab til denne analyse resultat kan identificere andre logiske områder for autoantistof profilering i lungekræft diagnosticering og behandling.