Abstract
Bakgrunn
Den kliniske behandlingen av kreft i bukspyttkjertelen er sterkt hemmet av mangel på effektive screening verktøy.
Metoder
Sixty-sju biomarkører ble evaluert i prediagnostisk sera hentet fra tilfeller av kreft i bukspyttkjertelen innrullert i prostata, lunge, Colorectal, og eggstokkreft screening Trial (PLCO).
Resultater
panelet av CA 19-9, OPN, og OPG, identifisert i en tidligere retrospektiv studie, var ikke effektive. CA 19-9, CEA, NSE, bHCG, CEACAM1 og PRL ble vesentlig endret i sera hentet fra saker som er større enn 1 år før diagnose. Nivåer av CA 19-9, CA 125, CEA, PRL og IL-8 ble negativt assosiert med tid til diagnose. En trening /valideringsstudie ved hjelp av alternative halvdelene av PLCO sett unnlatt å identifisere en biomarkør panel med betydelig forbedret ytelse over CA 19-9 alene. Når hele PLCO sett ble brukt for trening på en spesifisitet (SP) på 95%, et panel av CA 19-9, CEA, og Cyfra 21-1 tilgjengelig signifikant forhøyet følsomhet (SN) nivåer av 32,4% og 29,7% i prøvene samlet 1 og . 1 år før diagnose, henholdsvis i forhold til SN nivåer av 25,7% og 17,2% for CA 19-9 alene
Konklusjoner
De fleste biomarkører identifisert i tidligere gjennomført case /control studier er ineffektive i prediagnostisk prøver, men flere biomarkører ble identifisert som vesentlig endret opptil 35 måneder før diagnosen. To nylig avledet biomarkør kombinasjoner tilbudt fordel fremfor CA 19-9 alene i form av SN, særlig i prøver samlet 1 år før diagnose. Det gjenstår imidlertid effekten av biomarkør-baserte verktøy begrenset i dag. Flere biomarkører viste betydelig hastighet relatert til tid til diagnose, en observasjon som kan tilby et stort potensial for forbedringer i tidlig oppdagelse
Citation. Nolen BM, merke RE, Prosser D, Velikokhatnaya L, Allen PJ, Zeh HJ, et al. (2014) prediagnostisk Serum Biomarkører som tidlig deteksjon Verktøy for bukspyttkjertelkreft i en stor prospektiv kohortstudie. PLoS ONE 9 (4): e94928. doi: 10,1371 /journal.pone.0094928
Redaktør: Francisco X. Real, Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), Spania
mottatt: 28 oktober 2013, Godkjent: 21 mars 2014; Publisert: 18 april 2014
Copyright: © 2014 Nolen et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet av midler gitt i følgende NIH priser:. 2R01CA108990, U01CA117452, og 5P30 CA047904 23. finansiører hadde noen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
konkurrerende interesser: forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
kreft i bukspyttkjertelen er den fjerde største årsaken til kreftdød i USA.. I 2013 vil anslagsvis 43,924 mennesker bli diagnostisert med kreft i bukspyttkjertelen og 37390 vil omkomme av sykdommen [1]. Den høye dødelighet assosiert med bukspyttkjertelen duktale adenokarsinomer (PDAC), som utgjør 85-90% av kreft i bukspyttkjertelen diagnoser, kan i stor grad tilskrives tilstedeværelse av avansert sykdom på diagnosetidspunktet. PDAC er preget av kliniske manifestasjoner som presenterer sent på naturhistorie av sykdommen på et stadium når metastase er et vanlig funn, som fører til en median overlevelse på 6 måneder og en samlet 5-års overlevelse av mindre enn 5% [2]. Utfall er betydelig forbedret i mindretall av pasienter som har små, kirurgisk-resektable kreft som det er en realistisk sjanse for helbredelse og en 5-års overlevelse på 20-30% [3]. Betydelig innsats er for tiden viet til oppdagelsen og utvikling av blodbaserte biomarkører som kan detektere PDAC på tidlig, prekliniske stadiene i riktig målrettede demografiske grupper.
populasjonsbasert screening for kreft i bukspyttkjertelen blant asymptomatiske individer forblir upraktisk basert på sjeldenhet av sykdommen og mangel på diagnostiske tester med tilstrekkelig nøyaktighet. En effektiv screening test på denne innstillingen ville kreve ikke bare en høy følsomhet (SN) for kreft i bukspyttkjertelen, men også en grad av spesifisitet (SP) som overstiger 99% for å opprettholde et akseptabelt lavt nivå av falske positive resultater. Screeningprogrammer rettet mot høyrisikopersoner er sannsynlig å være effektiv på mer oppnåelige ytelsesstandarder grunn til berikelse av PDAC utbredelsen innenfor disse populasjonene. Mucin-assosiert sialylert Lewis (a) antigen CA 19-9 er en biomarkør for PDAC vist seg å være ineffektiv som en frittstående screeningtest. CA 19-9 har vist beskjeden effekt når den brukes som et diagnostisk verktøy i symptomatiske individer på poliklinisk basis med en median SN på 79% (fra 70-90%) og median SP på 82% (fra 68-91%), men det er ikke nyttig i massen screening av asymptomatiske individer [4]. De viktigste begrensningene i CA 19-9 inkludere sin hyppige høyde assosiert med pankreatitt og obstruktiv gulsott, forhold som ofte co-skje med kreft i bukspyttkjertelen og en rekke godartede tilstander.
Bruk av multiplex biomarkør kombinasjoner har gitt noen avansement i søket etter effektive diagnostiske tester for PDAC. Nyere funn har vakt interesse i to potensielle biomarkører, osteopontin (OPN) og TIMP-1, i tidlig deteksjon av kreft i bukspyttkjertelen [5] – [7]. TIMP-1 var også inkludert i en tre-biomarkør panel sammen med CA 19-9 og carcinoembryonic antigen (CEA), som ga en SN /SP av 76/90 for klassifisering av kreft i bukspyttkjertelen fra benign sykdom i bukspyttkjertelen [8]. I den samme studien, et panel bestående av CA 19-9, ICAM-1 og osteoprotegerin (OPG) ga en SN /SP av 88/90 for diskriminering av kreft i bukspyttkjertelen fra friske kontroller. Mest nylig var kombinasjonen av OPN, TIMP-1 og CA 19-9 funnet å være effektiv i diskriminering av pasienter med kreft i bukspyttkjertelen fra en gruppe av friske kontroller og pasienter diagnostisert med pankreatitt [9]. Den store begrensninger knyttet til disse funnene er bruken av serumprøver erholdt i nærheten av eller etter tidspunktet for PDAC diagnose. Flere grupper har forsøkt å identifisere PDAC biomarkører i pre-diagnostiske prøver. I en studie av Faca et al., Et panel av syv proteiner med eller uten tilsetning av CA 19-9, valgt basert på funn i en musemodell, var i stand til å diskriminere mennesker kreft i bukspyttkjertelen saker fra matchede kontroller i en liten gruppe pre-symptomatisk og pre-diagnostisk emne som inngår i cirkumflekstegnet (karoten og retinol effekt Trial) kohort [10]. Andre har benyttet større prospektive kohorter til separat implisere C-peptid nivåer og forholdet IGF-1 /IGFBP-3 som markører for kreft i bukspyttkjertelen risiko [11], [12].
I denne studien undersøkte vi den effekten av en stor gruppe av serum biomarkører, inkludert flere kombinasjoner vist tidligere for å være effektive i en retrospektiv case /kontrollgruppen, i pre-diagnostiske prøver fra pasienter diagnostisert med PDAC som ble tatt i den store prostata, lunge, Colorectal, og Ovarian Cancer Screening Trial (PLCO).
Materialer og metoder
Etikk uttalelse
Alle fag er involvert i denne studien var over 18 år og gitt skriftlig informert samtykke. Siden signert informert samtykke var et kriterium for berettigelse til å delta i PLCO rettssaken, hver Screening Senter bestemt foreløpig berettigelse av potensielle deltakere og innhentet deres samtykke før du melde dem i studien. Koordinator for hver Screening Center var formelt ansvarlig for at informert skriftlig samtykke er innhentet fra hver studie deltaker. I tillegg Institutional Review Board (IRB) i hver Screening Senter godkjente informert samtykkeskjema (e) og prøvetakingsprosedyrer. PLCO Screening Centers inkludert følgende: University of Colorado, Georgetown University, Pacific Health Research Education Institute, Henry Ford Health System, University of Minnesota, Washington University, University of Pittsburgh, University of Utah, Marshfield Clinic Research Foundation, Universitetet i Alabama i Birmingham, UCLA Immunogenetics Center. Den aktuelle studien ble godkjent av University of Pittsburgh IRB.
Valg av saker og kontroller
PLCO Cancer Screening Trial er en randomisert multisenterstudie i USA, som tidligere beskrevet i detalj [13 ], som var rettet mot å evaluere virkningen av tidlig deteksjon prosedyrer for prostatakreft, lungekreft, kolorektal, og ovariecancer på sykdomsspesifikke dødelighet. Studien rekruttering og randomisering startet i november 1993 og ble ferdigstilt i juli 2001. kohorten besto 152,810 menn og kvinner i alderen 55 til 74 år ved baseline.
bukspyttkjertelkreft tilfeller stede blant kohort deltakerne ble identifisert ved selv- rapporten i årlige post-i undersøkelser, statlige kreftregistre, dødsattester, lege henvisninger, og rapporter fra pårørende for avdøde personer. Alle medisinske og patologiske poster knyttet til kreft i bukspyttkjertelen diagnose og støttedokumentasjon ble innhentet og abstrahert av kvalifisert medisinsk rekord spesialister for kreft bekreftelse. Incident tilfeller av primær adenokarsinom i eksokrin pankreas (International Classification of Disease for Oncology, 3
rd edition kode C250-C259) ble inkludert i studien. Det var ett hundre trettifem hendelsen tilfeller av bukspyttkjertel adenokarsinomer mellom 1994 og 2006 (oppfølging til 11,7 år, median, 5,4 år) bekreftet gjennom medisinsk vurdering. Kontroller, live på den tiden da indeksen saken ble diagnostisert, ble tilfeldig valgt fra alle PLCO deltakere. Kontrollene ble matchet til saker i forholdet 4:1 (kontroller: tilfeller). Basert på fordelingen av alder (± 5 år), rase, kjønn og kalender dato for blodprøvetaking i to-måneders blokker innenfor saken kohort
Study design
Serumprøver prøver~~POS=HEADCOMP ble gitt av PLCO administratorer til UPCI blindt for biomarkør analyse (tabell 1). Ifølge PLCO kravene, ble utført analysen i 5 trinn som følger.
Trinn 1. Initial trening på en retrospektiv case /kontroll sett.
Hele saken /kontroll sett rapportert i [8] ble brukt til trening for å identifisere optimale biomarkør kombinasjoner, etablere klasseregler, og beregne scoring funksjoner ved hjelp av MMC-algoritmen (beskrevet nedenfor). Dette settet besto av 343 pasienter diagnostisert med PDAC (163 menn, 180 kvinner, median alder 68, i alderen 29-92) og 227 friske kontroller (88 menn, 139 kvinner, median alder 56, i alderen 18-87). Scenen fordelingen for tilfellene var 2,3% trinn 1, 20% i trinn 2, 10% stadium 3, 25% trinn 4 og 39% ukjent.
Trinn 2. Validering av en første algoritme i den første, blindet halvparten av den PLCO settet.
den første, blindet halvparten av den PLCO settet ble analysert for biomarkører som inngår i de optimale kombinasjonene som er identifisert i trinn 1. To scorings funksjoner angitt i trinn 1, ble påført på denne halvparten av PLCO satt for å tildele diagnoser til hvert fag. Disse eksperimentelle diagnoser ble deretter videresendt til de PLCO administratorer for sammenligning med faktiske diagnoser og diagnose effekt [SN, SP, arealet under ROC-kurven (AUC)] for hver biomarkør kombinasjonen ble rapportert tilbake til UPCI.
Trinn 3. trenings~~POS=TRUNC på den første halvparten av den PLCO satt følgende avblinding.
Når resultatene av den forblindet PLCO treningsanalyse- ble rapportert, er tilfelle /kontroll status av disse prøvene var blindet for å muliggjøre ytterligere biomarkør analyser. Dette halvparten av settet ble evaluert for hele panel av biomarkører 67 og brukes som et treningssett for utvikling av forbedrede algoritmer.
Trinn 4. Validering av resultatene fra trinn 3 i den andre, en blindet -half av PLCO sett.
den forbedrede algoritmen ble brukt til andre blindet halvparten av de PLCO satt og scoring funksjoner og diagnoser (kreft /sunn) ble deretter videresendt til PLCO. De eksperimentelle diagnoser ble igjen i forhold til de faktiske diagnoser og diagnose effekt (SN, SP, AUC) for hver biomarkør kombinasjonen ble rapportert tilbake til UPCI.
Trinn 5. Opplæring på hele PLCO settet.
hele PLCO sett var blindet, ble den sett av 67 kandidat biomarkører målt i alle PLCO prøvene, og hele datasettet ble benyttet for utvikling av en ytterligere optimalisert algoritme.
multiplekset Biomarker Analyse
i alt 67 multipleksede perle baserte immunologiske analyser rettet mot spesifikke protein biomarkører ble benyttet i løpet av den aktuelle studien (tabell 2). Vi har tidligere rapportert resultatene av flere biomarkør kombinasjoner i diskriminering av PDAC saker fra friske kontrollpersoner i en stor retrospektiv case /control studie [8]. I tillegg til biomarkører rapportert å være vesentlig endret i [8], ble en rekke ekstra kandidat biomarkører analyseres, inkludert AGRP, BDNF, CNTF, Cathepsin D, NCAM, MIC-1, MIP4, utfylle C4, Clusterin, IGFBP3, periostin, og TTR. Analyser rettet mot CEACAM-en, CEACAM-6, Alcam, og HIF-1α ble utviklet i henhold til strenge kvalitetskontroll standarder ved UPCI Luminex Kjerne Facility [14] og ble utført som beskrevet tidligere [15]. Analyser målretting TIMPs 1-4 og MMP-3 ble oppnådd fra R 0,03. Hver signifikant endret biomarkør ble observert ved høyere nivåer i tilfeller enn i kontrollene, med unntak av PRL, som ble observert ved lavere nivåer i de tilfeller. CA 19-9, demonstrerte CEA, NSE, og bHCG forskjeller i både MTD 1-12 og MTD 12-25 undergrupper, mens forskjeller i CA 125 og IL-8 nådde statistisk signifikans i bare MTD 1-12 undergruppe. Forskjeller i CEACAM1 og PRL var betydelig i 12-35 MTD og 24-35 MTD grupper, men ikke i 1-12 MTD gruppene.
Nivåer av 67 biomarkører ble evaluert i sera hentet fra 135 individer registrert i PLCO kreft screening rettssaken som senere ble diagnostisert med kreft i bukspyttkjertelen og 540 matchede kontroller. Sirkulerende nivåer av biomarkører som viser signifikante forskjeller mellom saker og friske kontroller presenteres. Signifikansnivå: * – p 0,03, ** – p 0,01, *** – p 0,001, **** – p 0,0001
bilder
biomarkør assosiasjoner med tiden. diagnose og korrelasjoner med CA 19-9 nivåer.
nivåer av CA 19-9, CA 125, CEA, PRL, AGRP, og IL-8 påvist negative assosiasjoner med tid til diagnose med lineære regresjon bakker ulik betydelig fra null (figur 3). Viktigere, CA 19-9, viste bakker signifikant forskjellig fra null i prøver samlet inn mer enn 12 måneder før diagnosen PRL, og AGRP. I tillegg flere biomarkører (Cyfra 21-1, TNFR1, ErbB2, CNTF, IL-6R, HIF-1a, TIMP-4 og Alcam) viste regresjon bakkene som var signifikant bare når analysert i prøver samlet inn mer enn 12 måneder før diagnosen, men ikke i det samlede sett (figur 3). Bare CA 125 (r
2 = 0,5361,
p
0,0001) og CEA (r
2 = 0,6947,
p
0,0001) ble observert være signifikant korrelert med CA 19-9.
biomarkør nivåer ble plottet mot forløpt tidsintervallet mellom blodprøvetaking og kreftdiagnose og tomter ble vurdert ved lineær regresjon. Biomarkører demonstrerer bakker ulik vesentlig fra null presenteres.
Diskusjoner
Vi rapporterer her en systematisk analyse av 67 serum protein biomarkører i pre-diagnostiske prøver fra pasienter diagnostisert med PDAC i løpet av PLCO studien. Publiserte rapporter og vårt tidligere sak /kontroll-analyse benytter sera trukket samtidig med kreft i bukspyttkjertelen diagnose ga et bredt og variert spektrum av biomarkør endringer [20] – [46]. Fra disse resultatene, konkluderte vi med at lokale og systemiske responser til tumorprogresjon i å fremme og /eller symptomatisk sykdom resulterte i et omfattende miljø faktorer påvisbare i sera fra bukspyttkjertelen kreftpasienter. Resultatene av vår nåværende studie gjenspeile de utfordringer knyttet til påvisning av tidlig asymptomatisk sykdom i at bare en subtil rekke 8 biomarkør endringer ble observert. Vår analyse av biomarkør nivå trender over prediagnostisk løpet av PDAC indikerer at CEACAM1 og PRL er tidligst til å bli oppdaget på betydelig endrede nivåer på tidspunktet peker opptil 35 måneder før diagnosen. Deretter blir endringer i CA 19-9, CEA, NSE, og bHCG observert at kan påvises opptil 24 måneder før diagnosen. Endelig er nivåer av CA 125 og IL-8 påviselig forhøyet i inntil 12 måneder før diagnosen. Viktigere, disse resultatene viser begrensningene ved bruk av CA 19-9 som en biomarkør for veldig tidlig eller pre-neoplastisk sykdom.
Våre resultater tyder på at flere sirkulerende PDAC biomarkører som har blitt identifisert i sak /kontrollstudier, inkludert MIC-1, TIMP-1, ICAM1, HE4, OPG, MUC1, MMP9, SAA, og andre [10], [34], [47], kan ikke være nyttig for prediagnostisk risikovurdering. Men som en del av biomarkører forskjellig uttrykt i pre-diagnostiske prøver i denne studien (CA 19-9, CEA, CA 125, CEACAM1, IL-8, PRL og bHCG), ble først rapportert for sak /kontrollstudier [ ,,,0],23], [26], [34], [48], konseptet at saken /kontroll innstilling som er aktuelle for tidlig identifisering av biomarkør kandidater kan vise gyldig i svært selektive tilfeller. Derfor bør det pågående arbeidet må sikte på validering av sirkulerende nivåer av flere biomarkører vist seg å være forskjellig uttrykt i pankreatiske tumorer og preneoplastiske lesjoner, slik som de som er oppsummert i [49], i prekliniske serum /plasma.
mens de høyt presterende paneler identifisert i vår forrige sak /kontroll analyse ikke klarte å gjennomføre skikkelig i denne studien, bør identifisering av mulige alternative paneler gir et godt grunnlag for videre utvikling av screening verktøy. I opplæringen /validering fase av studien, kombinasjonen av CA 19-9 /CEA gjorde det best, selv om en statistisk signifikant fordel fremfor CA 19-9 alene ikke ble oppnådd i valideringssettet. Inkludering av CEA var noe overraskende gitt den observasjon at nivåene av CEA ble signifikant korrelert med de av CA 19-9, således begrenser dets potensial for diagnostiske komplementering. Imidlertid CEA er tidligere kjent for sin relativt høye SP men lav SN for PDAC [48], [50], en tendens som er motsatt CA 19-9, og det kan være at forbedringene i SP førte til effektiv utførelse av denne kombinasjonen . I blindet analyse av hele PLCO sett, kombinasjonen av CA 19-9, CEA, og Cyfra 21-1 gitt det høyeste nivået av ytelse med over 30% av tilfellene korrekt identifisert ved 95% SP.
i henhold til en nylig beskrevet datamodell for den klonale utviklingen av PDAC utvikling, 6,8 år gå mellom utviklingen av en ondartet klon og metastase antyde at vinduet for tidlig deteksjon og intervensjon er bredere enn opprinnelig antatt [51], [52]. Den tidsmessige uttrykk mønster av PDAC biomarkører som er beskrevet her, med endringer som skjer opptil 35 måneder før diagnosen, indikere tilstedeværelse av en systemisk PDAC signatur på pre-metastaserende etapper. Med utgangspunkt i datamodell for PDAC progresjon, vil anvendelse av biomarkør panelene som er identifisert her som en screeningsverktøy sannsynlig identifisere noen, men ikke alle tilfeller av PDAC før utviklingen av metastasering. Selv om den kliniske effekten av en slik screening strategi er å bli vurdert, disse funnene tyder på at en høyere rate av påvisning av resectable sykdom, assosiert med bedre resultater, kan være oppnåelig i visse høyrisikogrupper. Grupper med høy risiko for kreft i bukspyttkjertelen omfatter familier identifisert med Peutz-Jeughers syndrom (relativ risiko på 132), arvelig pankreatitt (relativ risiko på 50 til 67), familiær atypisk flere føflekk melanom (relativ risiko på 13 til 39), arvelig nonpolyposis tykktarms kreft (relativ risiko på 8,6), familiær adenomatøs polypose (relativ risiko på 4,5), brystkreft og eggstokkreft syndrom (relativ risiko for 2-9), og personer med flere førstegradsslektninger med diagnosen PDAC [53]. Screening blant disse gruppene er fortsatt mulig med flere grupper rapporterings siste effekt utnytte bildebehandling og CA 19-9 /CEA baserte strategier (anmeldt i [54]).
Vår analyse gir bevis for at flere biomarkører viser betydelig hastighet relatert til tid til diagnostisering av PDAC. En statistisk modell basert på hastigheten til serie CA 125 serummålinger i eggstokkene kreftpasienter, kalt risiko for eggstokkreft algoritme (ROCA), har vist effekt i tidlig deteksjon av kreft i eggstokkene ved å tilby en betydelig forbedring i SN i forhold til enkelt målinger av CA 125 [55]. En simulert Studien viste også at ROCA kan doble SN av CA 125 for tidlige stadier av kreft i eggstokkene (S. Skates, personlig meddelelse). To av biomarkører som inngår i topp utføre panel, CA 19-9 og CEA, demonstrerte betydelig hastighet relatert til tid til diagnose, noe som tyder på at seriemåling for disse markørene kan føre til lignende forbedringer i panel ytelse. En studie angående resectability av presymptomatic kreft i bukspyttkjertelen hos diabetespasienter som indikerte at et kort tidsvindu på flere år foreligger når tumorer i bukspyttkjertelen kan visualiseres ved CT, og resekterte [56]. Den slående funn i denne studien er rask progresjon fra en normal bukspyttkjertelen til en inoperabel tumor. Disse funnene, kombinert med den molekylære modellen av PDAC progresjon [52], tyder på at prøver tatt 1-4 år før diagnose vil trolig føre til en vellykket identifisering av kandidater for kirurgisk reseksjon.
