Abstract
Formål
Lung betennelse fører til lungetoksisitet etter strålebehandling (RT) kan forekomme hos pasienter med ikke-småcellet lungekreft (NSCLC). Vi har undersøkt kinetikken RT indusert plasma inflammatoriske cytokiner hos disse pasientene for å identifisere kliniske prediktorer for toksisitet.
Experimental Design
I 12 NSCLC, RT 60 Gy (30 fraksjoner over 6 uker) ble levert; 6 mottas samtidig chemoradiation (chemoRT) og 6 mottok RT alene. Blodprøver ble tatt før behandlingen, ved 1 og 24 timer etter levering av en
st fraksjon, 4 uker til RT, og 12 uker etter avslutning av behandling, for analyse av et panel bestående av 22 plasma cytokiner. Alvorlighetsgraden av åndedretts toksisitet ble registrert ved hjelp av felles terminologi kriterier for bivirkninger (CTCAE) v4.0.
Resultater
Tolv cytokiner ble påvist i respons til RT, hvorav ti signifikante tidsmessige endringer i plasmakonsentrasjon. For eotaxin, IL-33, IL-6, MDC, MIP-1α og VEGF, plasmakonsentrasjoner var avhengig av behandlingsgruppe (chemoRT vs RT alene, alle
p-
verdier 0,05), mens konsentrasjonene av MCP-1, IP-10, MCP-3, MIP-1β, TIMP-1 og TNF-α var ikke. Gjennomsnittlig lungestråledose korrelert med en reduksjon på 1 time i plasmanivået av IP-10 (
r
2 =
0,858,
p
0,01), MCP-1 (
r
2
= 0,653,
p
0,01), MCP-3 (
r
2
= 0,721,
p
0,01), og IL-6 (
r
2
= 0,531,
p
= 0,02). Pasienter som vedvarende pulmonær toksisitet viste signifikant forskjellige nivåer av IP-10 og MCP-1 til 1 time, og eotaxin, IL-6 og TIMP-1-konsentrasjon ved 24 timer (all
p-verdier
0,05) sammenlignet med pasienter uten luft toksisitet.
Konklusjoner
inflammatoriske cytokiner ble indusert i NSCLC pasienter under og etter RT. Tidlige forandringer i nivåene av IP-10, MCP-1, eotaxin, IL-6 og TIMP-1 ble assosiert med høyere grad av toksisitet. Måling av cytokin konsentrasjoner under RT kan bidra til å forutsi lungetoksisitet og føre til nye terapeutiske strategier
Citation. Siva S, MacManus M, Kron T, Best N, Smith J, Lobachevsky P, et al. (2014) Et mønster av Early stråling-indusert inflammatoriske cytokin uttrykk er assosiert med lunge toksisitet hos pasienter med ikke-småcellet lungekreft. PLoS ONE 9 (10): e109560. doi: 10,1371 /journal.pone.0109560
Redaktør: Yong J. LEE, University of Pittsburgh School of Medicine, USA
mottatt: 02.06.2014; Godkjent: 29 august 2014; Publisert: 07.10.2014
Copyright: © 2014 Siva 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
Data Tilgjengelighet:. Den forfatterne bekrefter at alle data som underbygger funnene er fullt tilgjengelig uten restriksjoner. Alle relevante data er i avisen og dens saksdokumenter filer
Finansiering:. Dr Shankar Siva har fått National Health and Medical Research Council stipend midler til denne forskningen, APP1038399. https://www.nhmrc.gov.au/grants/apply-funding/postgraduate-scholarships. Finansiører hadde ingen 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
Lungekreft er den ledende årsak til kreft dødsfall hos begge kjønn [1]. Ikke-småcellet lungekreft (NSCLC) står for 85% av tilfellene. Strålebehandling (RT), alene eller i kombinasjon med kjemoterapi, er en standard definitiv behandling tilnærming for pasienter med lokalavansert NSCLC eller ubrukelige pasienter med tidlig stadium sykdommen [2], [3]. Over halvparten av NSCLC pasienter som behandles med RT. Denne prisen kan øke i fremtiden med den optimale RT utnyttelsesgraden blir anslått til å være 76% [4]. Men lokale feil er en viktig årsak til den relativt dårlig overlevelse rapportert hos pasienter behandlet med RT. En fersk meta-analyse tyder på at lokale feil fortsatt forekomme hos opptil 38% av pasientene [5]. Arbeidet med å intensivere RT, derimot, er sterkt begrenset av behovet for å begrense dosen til den omgivende normal lunge for å bevare funksjonen [6]. Lunge toksisitet forårsaket av RT (kalt
pneumonitt
) er en ekte og potensielt ødeleggende toksisitet, noen ganger fører til pasientens død [7]. I moderne tid symptomatisk lungebetennelse fortsatt forekommer i 29,8% av pasientene og dødelig lungebetennelse hos 1,9% [8]. Foreløpig brukes RT planlegging begrensninger som ble laget for å begrense risikoen for lungebetennelse er basert på bevis over et tiår gammel [9]. Disse begrensningene gjelder for populasjoner og gir ingen indikasjon på den enkelte pasient mottakelighet for dødelig forgiftning, utover det faktum at i gjennomsnitt høyere RT doser til større volumer er mer sannsynlig å være giftig. Det er derfor viktig å etablere
in vivo
biomarkører for prediksjon eller tidlig vurdering av lungebetennelse som til slutt vil bistå i å unngå RT indusert lungedysfunksjon ved individualizing behandling.
Patofysiologien av stråling-indusert lungetoksisitet er ufullstendig forstått i dag. En stor mengde bevis fra dyremodeller, molekylærbiologi og kliniske observasjoner tyder på at normalt vev skade er en dynamisk og progressiv prosess [10], [11]. En kompleks interaksjon mellom stråling-indusert skade parenkymceller, støtte blodkar og tilknyttede fibrotiske reaksjoner resultater i akutte og sene stråling toksisitet. I lungene, kan disse endringene manifesterer seg som redusert lungefunksjon og i en kronisk inflammatorisk kaskade som kalles lungebetennelse [12]. Det er mange faktorer som påvirker sannsynligheten for alvorlig luftveis toksisitet inkludert volumet av bestrålt parenchyma, pre-eksisterende lungesykdom og bruk av radiosensitizing kjemoterapi [13]. Imidlertid er de nøyaktige biologiske mekanismer for inflammatorisk kaskade og eventuelt lungefibrose ikke fullt belyst.
cytokin frigivelse som respons på ioniserende stråling er en dokumentert fenomen, og kan spille en viktig rolle i etterfølgende strålingsinduserte lungetoksisitet (gjennomgått i [14] – [18] en ikke-spesifikk akutt reaksjon, eller «cytokin storm» som regel mindre enn 24 timer [19] Fraksjonert stråling, skaper imidlertid et konstant kompleks stressrespons og en cytokin-profil er forskjellig fra det som blir indusert ved.. . en enkelt stråledose [20] RT-relaterte plasmakonsentrasjoner av ett eller flere cytokiner hos mennesker er korrelert med lungetoksisitet transformerende vekstfaktor (TGF) -β1 [21] – [24]., interleukin (IL) -6 og IL -10 [25], [26] mens RT har blitt foreslått som mulige risikomarkører i disse studiene. imidlertid har andre studier rapportert motstridende eller negative funn [27], [28].
Bakgrunnen for sammensetningen av vårt panel av 22 mulige biomarkører for lungevev toksisitet var basert på flere publiserte rapporter dissekere inflammatorisk og stråling respons. Plasmanivå av et utvalg av cytokiner har tidligere blitt undersøkt i forbindelse med både murine [29] og cellemodeller [20]. Et utvalg av pro-inflammatoriske cytokiner er uttrykt som akuttfase-reaktanter, herunder tumor nekrose faktor (TNF) -α, i IL-1 og IL-6 [14], [18]. Kjemokiner virker som kjemoattraktanter for leukocytter som forsterker den inflammatoriske respons, for eksempel interferon-induserbart protein-10 (IP-10) som tiltrekker seg overveiende neutrofiler, makrofag inflammatoriske proteiner (MIP) -1α, og makrofag kjemotiltrekkende protein (MCP) -3 som tiltrekker overveiende monocytter og MIP-1β og MIP-3α som tiltrekker seg hovedsakelig lymfocytter [16], [17]. Induksjon av MIP-3P resulterer i chemoattraction av dendrittiske celler og antigen involvert B-celler [30]. MCP-1 er et cytokin som har vært forbundet med mange inflammasjonsrelaterte sykdommer og har vært implisert i progresjon og prognose av flere typer kreft [29], [31]. Oppregulering av MCP-3-genekspresjon har vist seg å være maksimal ved 1-times reaksjon på bestråling i rottelever [32]. Overdreven frigjøring av interferon-gamma (IFNy) har blitt forbundet med patogenesen av kroniske inflammatoriske og autoimmunsykdommer [17]. Makrofag-avledet kjemokin (MDC), er involvert i kronisk inflammasjon og dendrittiske celle og lymfocytt homing [17]. Eotaxin er en kjemotiltrekkende for eosinofile og er innblandet i akutte inflammatoriske lungeskade reaksjoner, spesielt i emfysem og astma [33], [34]. IL-3, IL-11, IL-22 og IL-33 er alle akutte fase reaktanter som potensierer cellulær immunsignalering og inflammatoriske responser [35] – [37]. Induksjonen av alle disse inflammatoriske cytokiner som respons på bestråling stimulere den etterfølgende ekspresjon av fibrotiske cytokiner slik som TGF-β familie og vaskulær endotelial vekstfaktor (VEGF). Disse igjen lette progresjon fra lungebetennelse til lungefibrose [38], [39]. Hjelper til å balansere denne prosess, både IL-22 og IL-10 kan virke til å ned-regulere pneumonitic reaksjon ved blokkering av pro-inflammatoriske cytokiner og funksjon av antigen-presenterende celler [25], [37]. I tillegg vev hemmere av metalloproteinase (TIMP) -1 handlinger for å ned-regulere profibrotic respons og er forhøyet i kroniske inflammatoriske sykdomstilstander [29], [40].
I denne studien rapporterer vi modulering av plasmakonsentrasjoner av disse cytokiner hos pasienter som fikk RT alene eller RT med samtidig radiosensitising kjemoterapi. I motsetning til mange tidligere studier, anser vi differensial mønstre av respons hos pasienter som fikk radiosensitizing kjemoterapi sammenlignet med de som fikk RT alene. Vi vurderer en homogen kohort av pasienter som får identiske dose /fraksjoneringsplaner, og ansette et stort panel av kandidat cytokiner. I tillegg rapporterer vi effekten av behandlingsvolumet og dosen som normalt lungevev på plasma cytokin-konsentrasjoner, hvilket antyder at disse cytokinene kan brukes som
in-vivo
«biodosimeters «av enkelte strålingsdose. Til slutt identifiserte vi fem cytokiner som som kan være prediktive for lungelungetoksisitet og bør validert i en større kohort så tidlig prediktive markører for klinisk stråling lungebetennelse.
Materialer og metoder
Denne forskningen ble translasjonsforskning del av en institusjonell etisk komité godkjente prospektiv klinisk studie på Peter MacCallum Cancer Centre (Universal Trials Antall U1111-1138-4421). Alle pasienter gitt skriftlig samtykke til å delta i denne studien. Påfølgende pasienter som gjennomgår definitive RT med eller uten samtidig kjemoterapi gikk serievenepunksjon og blod samling for inflammatorisk cytokin testing. Pasientene ble fulgt opp på tre måneders intervaller etter behandling. Toksisitet scoring ble utført prospektivt ved hvert klinisk besøk ved hjelp av Common Terminologi Kriterier for bivirkninger (CTCAE) versjon 4.0.
Stråleterapi
Alle pasientene ble planlagt for å motta 60 Gy i 30 fraksjoner av RT levert over 6 uker ved hjelp av 3D-konforme teknikker. Åndedretts-sortert fire-dimensjonale computertomografi (4DCT) ble brukt for RT planlegging. Target avgrensning ble utført på en Elekta FocalSim arbeidsstasjon (Stockholm, Sverige). Et innvendig mål volum (ITV) ble avgrenset fra den maksimale intensitet fremspring (MIP) -serien, og en ytterligere isotropisk ekspansjon av 5 ekspansjons mm ble brukt til å generere den kliniske mål volum, og en ytterligere 10 mm isotropisk ekspansjon ble brukt til å lage planleggingen målvolum (PTV). Lungen organ i fare volum ble definert som volumet av begge lunger minus volumet av ITV. Typisk vil en 3-4 felt RT teknikk ved hjelp 6mV fotoner ble anvendt med betydelig anstrengelse gjøres for å unngå den kontralaterale upåvirket lunge og reserve ryggmarg samtidig som det sikres PTV var innenfor -5% og + 7% av den foreskrevne dose, i henhold til ICRU 62 anbefalinger. Dose begrensninger til orgelet i risiko dose var som følger: spinalkanalen ≤45 Gy, mener lunge dose ≤20 Gy, volumet av lungene motta 5 Gy (V5) ≤60%, V20≤35%, V30≤30%. Hos pasienter som får samtidig kjemoterapi, ble dette levert med platina dubletter. Dette besto av enten 2 × 3 ukentlige sykluser på 50 mg /m
2 cisplatin dag 1 og 8, med 50 mg /m
2 etoposid dager 1-5, eller 6x ukentlige sykluser av karboplatin AUC 2 dag 1 med 45 mg /m
2 paclitaxel dag 1. den første syklusen av samtidig kjemoterapi ble påbegynt umiddelbart før den første fraksjon av strålebehandling. Ingen pasienter fikk adjuvant kjemoterapi etter samtidig kjemoterapi levering. Alle pasientene i vår institusjon er planlagt samtidig kjemoterapi uten hinder hjerte komorbiditet eller nyresvikt.
Blood prøvebehandling
Pasientblodprøver ble samlet inn og behandlet på fem tidspunkter i denne studien. Basislinjeblodprøver ble oppsamlet før behandlingen, og 4 fortløpende prøver ble oppsamlet ved 1 time etter den første fraksjon av RT, 24 timer etter den første fraksjon av RT, 4 uker, og i løpet av RT, og 12 uker etter avslutningen av RT. De tidlige tidspunkter ble valgt for pragmatiske formål å reflektere klinisk praktiske; pasienter er rutinemessig i avdelingen i løpet av en time av den første og andre fraksjon av RT. Disse tider åpner for muligheten for tidlig tilpasningen av RT-plan basert på cytokin respons. Den fire ukers tidspunkt ble valgt da dette vanligvis faller sammen med ca 40 Gy av avgitt dose, noe som gir en ideell mulighet for adaptiv stråling planlegging før gjennomføringen av RT [41]. Den endelige tidspunkt, ved 12 uker etter ferdigstillelse av RT, sammenfaller med den perioden der fibrosing alveolitt og den kliniske manifestasjon av påfølgende lungebetennelse kan oppstå [42]. Blod ble samlet opp i 9 ml etylendiamintetraeddiksyre (EDTA) rør, og sentrifugert to ganger ved 2000 rpm i 10 minutter og deretter ved 4000 opm i 10 minutter. Den øvre 90% av plasmaet ble overført til 2 ml alikvoter inn i cryovials og lagret ved -80 ° C. Disse ble deretter behandlet i batch ved anvendelse av en kommersielt strømningscytometri system.
cytokinanalyse
Hver pasient prøve ble kjørt i duplikat ved anvendelse av 100 ul plasma fortynnet med en faktor på 2. En kommersiell multiplekset sandwich- Elsia basert utvalg ble brukt (Quantibody tilpasset array, RayBiotech Inc., Norcross, GA, USA). Alle prøvene ble testet ved hjelp av et panel av 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 matrisen er et glass-chip-baserte multiplekset sandwich-ELISA-system som er utformet for å bestemme konsentrasjonene alle 22 cytokiner samtidig. En standard objektglass ble oppdaget med 16 brønner av identiske biomarkør antistoff arrays. Hvert antistoff, sammen med den positive og negative kontrollen, var kledd i fire eksemplarer. Prøvene og standardene ble tilsatt til brønnene av chip matrisen og inkubert i 3 timer ved 4 ° C. Dette ble etterfulgt av tre til fire vasketrinn og tilsetning av primært antistoff og HRP-konjugert streptavidin til brønnene. Signalene (Cy3 bølgelengder: 555 nm eksitasjon, 655 nm emisjon) ble skannet og ekstrahert med en GenePix laserskanner (Axon Instruments, Foster City, CA), og kvantifisert ved hjelp Quantibody Analyzer programvare (Ray Biotech Inc). Hvert signal ble identifisert ved sin plassering sted. Skannerprogramvaren beregnes bakgrunnssignaler automatisk. Konsentrasjonsnivåer, uttrykt i pikogram per milliliter (pg /ml), ble beregnet mot en standardkurve satt for hver biomarkør fra de positive og negative kontroller.
statistiske metoder
Pasientene ble gruppert i de samtidig får kjemoterapi (chemoRT) og de som mottar RT alene. Toveis ANOVA forutsatt gjentatt tiltak testing for ulike tidspunkt ble brukt for å vurdere forskjeller i cytokin konsentrasjoner mellom chemoRT og RT grupper og på tvers av samplede tidspunkter. Disse endringer fra baseline cytokin konsentrasjon ble målt ved den enkelte pasient nivå. Deretter ble 95% konfidensintervall beregnes og korrigeringer for multiple sammenligninger ble utført ved anvendelse av Dunnetfs fremgangsmåte og en alfa på 0,05. Kliniske toksisitet sekundært til behandling ble vurdert ved hjelp av CTCAE v4.0 ved baseline, 4 uker til behandling og 12 uker etter fullført behandling. PTV og gjennomsnittlig lunge dose (MLD) av RT ble registrert for hver pasient og korrelert med endring i cytokin konsentrasjoner fra baseline på en time etter første fraksjon, fire uker til behandling og 12 uker etter fullført behandling ved bruk av en lineær regresjonsmodell. Pasientene ble dikotomisert til dem som opplever alvorlig luftveis toksisitet (grad 2+) og de som ikke gjorde det. Uparede to-tailed
t-tester
ble brukt til å sammenligne gjennomsnitts Cytokinkonsentrasjoner på disse tidspunkter mellom pasient toksisitet grupper. Alle statistiske analyser ble utført ved hjelp av PRISM v6.0 programvare.
Resultater
Tolv pasienter ble inkludert i denne studien med en median alder på 67 år (46-89 år). Alle pasientene fikk 60 Gy i 30 fraksjoner av RT. Seks pasienter fikk samtidig kjemoterapi og seks fikk RT alene (på grunn av komorbiditet). Seks pasienter hadde stadium III sykdom, tre hadde stadium II sykdom og tre hadde stadium I sykdom. Pasientegenskaper er oppført i tabell 1. individuelle pasientkarakteristika er videre gitt i tabell S1.
Effekt av behandlingsgruppe og Prøver Tidspunkt
Av de 22 cytokiner analysert, resultater fra 12 cytokiner var over deteksjonsgrensen. Disse var eotaxin, IL-33, IL-6, MCP-1, MDC, MIP-1α, VEGF, IP-10, MCP-3, MIP-1β, TIMP-1 og TNF-α. Av disse 12 cytokiner, alle unntatt for IL-33 og TNF-α viste betydelig variasjon i konsentrasjoner over de ulike tidspunkter (alle
p Anmeldelser –
verdier
≤0.02, Tabell S2). De absolutte endringer i konsentrasjoner for hver av de 12 plasma cytokiner er avbildet i figur 1. Nivåer av eotaxin, IL-33, IL-6, MDC, MIP-1α og VEGF var forskjellige i de pasientene som fikk chemoRT sammenlignet med dem som fikk RT alene (alle
p-verdier
0,01), mens konsentrasjoner av IP-10, MCP-1, MCP-3, MIP-1β, TIMP-1 og TNF-α ikke var avhengig av behandlingsgruppen . I RT alene gruppen, ble toppen endringen i cytokinnivåer (depresjon eller høyde) etter 4 uker i løpet av behandling av IL-33, IP-10, MCP-1, MIP-1α. Maksimal endring i cytokin-nivået ble observert ved 12 uker etter at behandlingen er fullført til eotaxin, IL-6, MCP-3, TIMP-1 og VEGF. Til sammenligning, i chemoRT gruppen, ble toppen endringen i cytokinnivåer (depresjon eller høyde) etter 4 uker under behandling for MDC og bare MIP-1α. Toppen endring i cytokin nivå ble sett ved 12 uker etter fullført behandling for eotaxin, MCP-3, MIP-1β, og VEGF. Det var signifikant interaksjon mellom behandlingsgrupper og prøve tidspunkt (
p-verdier
0.01) for konsentrasjonen av IL-6, IP-10, MCP-1, MDC, MIP-1α, MIP-1β og VEGF, noe som indikerer at variasjon av plasmakonsentrasjoner over tid cytokin var ikke den samme for RT gruppe som for chemoRT gruppe. Derimot var det ingen signifikant interaksjon mellom behandlingsgruppene og prøven tidspunkter for eotaxin, MCP-3 og TIMP-1 som indikerer at variasjonen av cytokin-konsentrasjoner over tid var den samme for begge behandlingsgrupper. En oppsummering av cytokin nivåer som varierte etter tid og de som varierte etter behandlingsgruppe er avbildet i Figur 2.
Levels er gruppert i behandlingstype (ChemoRT vs RT alene). Cytokiner der variasjonen er forskjellig avhengig av behandlingsgruppene er merket med en
delta product: (
δ
). Innenfor hvert cytokin graf, en
stjerne plakater (
*
) angir på hvilket tidspunkt nivå av plasma cytokiner er vesentlig forskjellige fra basalnivået, med korreksjoner for multiple sammenligninger utføres ved hjelp av Dunnetts metode.
MCP-1, TIMP-1, IP-10, MCP-3 og MIP-1β variere forskjellig på tvers av de ulike tidspunkter samplet, men er har lik varians mellom behandlingsgruppene (RT alene vs ChemoRT). IL-6, eotaxin, MDC, MIP-1α og VEGF nivåer varierte på tvers av både tid og behandlingsgruppen. TNF-a-nivåer var ikke annerledes på tvers av tidspoeng samplet eller behandling levert.
Effekt av Mean Lung Dose og PTV volum
median (spredning) PTV volum i alle pasienter var 320 cm
3 (87 cm
3-1138 cm
3). Plasmakonsentrasjon redusert fra baseline ved 1-time etter bestråling i alle pasienter i en lineær volumavhengig måte for IL-6 (
r
= 0,887,
p
0,01), MCP-1 (
r
= 0,664,
p
= 0,03), og IP-10 (
r
= 0,819,
p
0,01), som er er vist i Figur 3. omfanget av reduksjonen i disse plasma cytokin-konsentrasjoner korrelerte med bestrålte target volum. Den sterkeste korrelasjon ble observert for IL-6 (figur 3A). Endring i plasmakonsentrasjon på 1 time i de 9 gjenværende cytokiner korrelerte ikke med PTV volum. Endringene i plasmakonsentrasjon fra baseline for alle 12 cytokiner korrelerte ikke med bestrålte mål volum på enten 4 uker til behandling eller 12 uker etter behandling.
Linear-regresjonslinjen (blå) vises med 95% konfidensintervall (rød stiplet linje).
median (spredning) MLD hos alle pasienter var 11,7 Gy (5,97 Gy-19.14 Gy). I likhet med effekten sett med PTV volum, plasmakonsentrasjon redusert fra baseline ved 1-time etter bestråling i en lineær doseavhengig måte for IL-6 (
r =
0,729,
p
= 0,02 ), MCP-1 (
r =
0,808,
p
0,01), og IP-10 (
r =
0,926,
p
0,01), vist i figur 4. i tillegg, MCP-3 viste også lineær reduksjon i plasmakonsentrasjon på 1 time for en gitt MLD (
r =
0,849,
p
& lt 0,01). MLD var proporsjonalt med en reduksjon av disse plasma cytokin-konsentrasjoner på 1 time. Endring i plasmakonsentrasjon på 1 time i de 8 gjenværende cytokiner korrelerte ikke med MLD. Igjen, endring i plasmakonsentrasjonen fra baseline for alle 12 cytokiner ikke korrelerer med en gjennomsnittlig normal lunge dose på enten 4 uker til behandling eller 12 uker etter behandling.
Linear-regresjonslinjen (blå) vises med 95 % konfidensintervall (rød stiplet linje).
Association of Plasma Cytokinkonsentrasjoner med Sannsynligheten for alvorlig luftveis Toxicity
Fem av de tolv pasientene hadde alvorlig lungetoksisitet (CTCAE grad 2 eller høyere ) I denne studien. Tre av disse pasientene var i chemoRT gruppe og to av disse pasientene fikk RT alene. Overall, pasienter med en større depresjon i konsentrasjoner av MCP-1 og IP-10 nivåer på 1 time etter den første fraksjon av stråling senere vedvarende alvorlig lungetoksisitet (figur 5A, 5B). For pasienter med alvorlige toksisitet, den gjennomsnittlige (+/- standardavvik) reduksjon av plasmakonsentrasjonen av MCP-1 og IP-10 var 167,0 pg /ml (+/- 119,0 pg /ml) og 233.0 pg /ml (+ /-232,0 pg /ml), henholdsvis. Disse nivåene var signifikant mer redusert enn de hos pasienter som senere ikke har alvorlig lungetoksisitet, med tilsvarende gjennomsnittlig reduksjon på 38,6 pg /ml (+/- 62,2 pg /ml), og 4,0 pg /ml (+/- 76,7 pg /ml), henholdsvis (
p =
0,05). Ved 24 timer etter den første fraksjon av stråling, pasienter med en reduksjon i konsentrasjonene av eotaksin og IL-6 nivåer i ettertid vedvarende luft toksisitet (figur 6A, 6B). For pasienter med alvorlig toksisitet, er gjennomsnittlig (+/- standardavvik) reduksjon i eotaxin og IL-6 fra før behandling var 6,8 pg /ml (+/- 36,6 pg /ml) og 8,9 pg /ml (+ /-8,8 pg /ml), henholdsvis. Til sammenligning hadde disse pasienter uten giftighet øket eotaksin og IL-6 nivåer med en gjennomsnittlig (+/- standardavvik) på 31,9 pg /ml (+/- 20,4 pg /ml),
p
= 0,03 og 1,4 (+/- 2,5 pg /ml)
p
= 0,04, henholdsvis. I motsetning til dette ble forhøyede konsentrasjoner av TIMP-1 i 24 timer assosiert med mer alvorlig toksisitet (figur 6C). Den midlere økning (+/- standardavvik) av TIMP-1 i pasienter med alvorlig lungetoksisitet var 337,0 pg /ml (+/- 867,0 pg /ml), mot en reduksjon av 762.0 pg /ml (+/- 292,0 pg /ml) for de uten,
p
= 0,02. Ingen av cytokiner testet var signifikant forskjellig i de med eller uten alvorlige lungetoksisitet på 4 uker til behandling eller 12 uker etter avsluttet behandling.
statistisk signifikante forskjeller mellom pasienter med alvorlige luftveis toksisitet [skyggelagte bokser] og de uten [åpne bokser] er markert med tilhørende
p
-. verdier
statistisk signifikante forskjeller mellom pasienter med alvorlige luftveis toksisitet [skyggelagte bokser] og de uten [åpne bokser] er uthevet med tilhørende
p
– verdier
Diskusjoner
I denne studien, oppdaget vi at alvorlig lungetoksisitet (CTCAE grad 2 eller høyere) er forbundet med vesentlig endring. i enkelte cytokin plasmakonsentrasjoner fra før behandling hos pasienter som får definitive RT for NSCLC. Spesielt ble alvorlig toksisitet i forbindelse med påvisning av lave nivå av IP-10 og MCP-1 til 1 time post bestråling, så vel som lavere nivåer av eotaksin og IL-6 ved 24 timer etter bestråling sammenlignet med pasienter som ikke gjorde ikke senere utvikler alvorlig lungetoksisitet (figur 5 og 6). Nivåer av TIMP-1 på 24 timer ble signifikant forhøyet hos pasienter med alvorlig lungetoksisitet sammenlignet med de uten. Disse tidlige prognostiske variasjoner i cytokin nivåer kan representere et individs lunge følsomhet og påfølgende risiko for lungetoksisitet og fibrose etter gjentatt eksponering for en strålings fornærmelse. Påvisningen av en prognostisk signal etter den første fraksjon av en 30-fraksjon løpet av RT er spesiell klinisk betydning, da dette kan muliggjøre en tidlig intervensjon i løpet av behandlingsforløpet. Fra et klinisk perspektiv, kan dette fortone seg som mer intensiv inter-brøk toksisitet vurdering og tidlig støttende intervensjon, potensielt med kortikosteroider. Alternativt kan tidlig prognostisk cytokin signatur tillate personlig biologisk tilpasning av behandlingsforløpet ved å øke eller redusere intensiteten av behandlingen. Disse cytokin signalene var generelt mindre tydelig på 4 uker til behandlingen. Vi hypotese at i løpet av en lang 6-ukers kurs strålebehandling at pasienter kan tilpasse seg de gjentatte eksponeringer og manifestere en mindre livlig akutt inflammatorisk cytokin respons enn de første eksponeringene i starten av behandlingen. Tolkning av prognostisk betydning av cytokiner 12 uker post-terapi er utfordrende, da dette er en kompleks endepunktet på grunn av variasjon innført av et bredt spekter av enkelte pasients kliniske utfall. På denne tiden noen pasienter vil ha komplette tumor reaksjoner på behandling, mens andre vil ha stabil eller progressiv sykdom. I tillegg kan denne gangen også påvirkes av ernæringsmessige underskudd indusert av behandlingsrelaterte esophagitus og dysfagi. Resultatene av denne studien tyder på at tidlige endringer i disse cytokinene bør undersøkes nærmere prognostiske markører for sannsynligheten for giftighet i pasienter som får definitive bestråling for NSCLC.
Fra en mekanistisk perspektiv, disse antatte biomarkører for lungeskade ser ut til å være rimelig prognostiske kandidater på grunn av deres pro-inflammatorisk rolle i ulike sykdomstilstander. MCP-1 fører til cellulær aktivering av spesifikke funksjoner knyttet til vertskap forsvar og betennelse, blant annet monocytter, granulocytter og lymfocyttmigrering [43]. IP-10 også selektivt stimulerer retnings migrering av T-celler og monocytter, i tillegg til å delta i T-celle-adhesjon [16]. TIMP-1 virker til å ned-regulere profibrotic respons og er forbundet med graden av betennelse i slimhinnene i pasienter med kroniske inflammatoriske tilstander (så som inflammatorisk tarmsykdom) [40]. I tidligere studier, tidlig reduksjon (i løpet av 3-6 timer) av serumnivået av IP-10, MCP-1 og TIMP-1 har tidligere blitt demonstrert i murine stammer mer følsom for fibrose [C57BL /6] i forhold til mer tolerante stammer [C3H /høne] [29], [43], [44]. Senere etter bestråling, induksjon av IP-10 og MCP-1 mRNA genekspresjon opp til 6 måneder etter RT i murine modeller er tenkt i ettertid føre til sent vev fibrose og påfølgende lungeskade [16], [45]. IL-6 er en pleiotropisk cytokin utskilt av T-lymfocytter og er involvert i modningen av B-lymfocytter, og er antatt å mediere klinisk feber og regulerer inflammasjon og fibrose gjennom immunceller [38]. Chen et al. [26] observerte tidlig reduksjon i IL-6 cytokin hos pasienter som vedvarende lungebetennelse, i likhet med funnene i denne studien. Eotaxin er en primær mediator av IgE-relaterte allergiske inflammatoriske reaksjoner i lungene, som er karakteristisk forbundet med en tidlig, forbigående akkumulering av neutrofiler og påfølgende nøytrofil-avhengige akutt lungebetennelsesskader [34]. Plasmanivåer av eotaxin tidligere er blitt dokumentert i en murin modell for å begynne med å redusere deretter stiger deretter over dager, tilsvarende det tidsmessige mønster observert i denne studien [29].
Konsentrasjonene av flere cytokiner ble også vist å være avhengig av dosen som normalt lungevev og det bestrålte tumorvolum (figurene 2 og 3). I 3D konform radioterapi er dosen for det bestrålte normalt lungevev (MLD) påvirket av antallet av bjelker valgt, strålevinkler som anvendes, er plasseringen av svulsten, og graden av sparsom av ikke-affisert lunge. I motsetning til dette målet volum (PTV) er en direkte funksjon av tumorvolumet og geometriske marginer søkt å gjøre rede for mikroskopisk sykdom og leveringsfeil. I denne studien ble begge målinger relatert til cytokin-konsentrasjoner i 1-time etter bestråling. Cytokin-nivåer ble lineært korrelert til dosen til det bestrålte normalt lungevev (MLD), med depresjon av IP-10, MCP-1 og MCP-3 idet de er sterkt korrelert. Reduksjon i sirkulerende nivåer av IL-6, MCP-1 og IP-10 på en time ble også korrelert med PTV, selv om denne forbindelsen var mindre robust. Spesielt ble dette forholdet påvirket særlig ved responsen i en bestemt pasient med et stort PTV volum på 1138 cm
3. Til tross for dette potensialet confounder, en plausibel forklaring for en differensial sammenheng mellom cytokin nivåer og PTV /MLD er at større strålefelt (med en større PTV) som dekker mediastinale lymfeknuteaffeksjon ikke nødvendigvis traversere større mengder normal lungeparenkym enn mindre tumorvolum plassert dypere i lungevevet (som kan ha et større MLD).
