Kasvainmerkkiaineet! Kristina Hotakainen, dos., erikoislääkäri! Kliinisen kemian yksikkö; HY ja HUSLAB!

Transkriptio

1 Kasvainmerkkiaineet! Kristina Hotakainen, dos., erikoislääkäri! Kliinisen kemian yksikkö; HY ja HUSLAB!

2 Sisältö! Merkkiainetyypit! Merkkiaineiden kliininen käyttö! Herkkyys, tarkkuus, raja-arvot! Merkkiaineiden käyttöön liittyvät ongelmat! Tutkimusesimerkki syöpämerkkiaineesta! Syöpäseulonta!!

3 Syöpämerkkiaine! Kehon nesteissä tai kudoksissa esiintyvä aine, jota käytetään syövän hoidon seurannassa, diagnostiikassa ja ennusteen arvioinnissa! Mikään merkkiaine ei ole syöpäspesifinen eikä osoita varmuudella syövän olemassoloa tai sen puuttumista!

4 Syöpämarkkerityypit Onkofetaaliset antigeenit Tumor-associated AFP, CEA Elinspesifiset Prostataspesifinen antigeeni (PSA) Istukkagonadotropiini (hcg) Tyreoglobuliini Reaktiotuotteet Sytokeratiinifragmentit, Cyfra 21-1 Tumor-associated trypsin inhibitor, TATI β-2-mikroglobuliini Muut syöpätaudin kulusta kertovat merkkiaineet Matala Hb, kohonnut La tai CRP

5 Tumor-associated antigens! Carbohydrate antigens esim. CA 125 (munasarjasyöpä), CA 15.3 (rinta), CA 19-9 (haima! myös CA 242, CA 50) CA 72-4 (colon)! Ilmentyminen ja glykosylaatio muuntunut syövässä! CA 19-9; ilmentyy kookkaissa (2-200 kd) musiinirakenteissa! MUC-geenit koodaavat musiini proteiinirunkoja, joihin hiilihydraatit liittyneitä (50-90% painosta)!

6 Aivot! NSE! PRL! hcg-a progrp! Maksa! AFP! CEA Sappitiet! CA 19-9! CA 50 Haima! CA 19-9! CEA! CA 50! TATI! hcg-b-v! hcg-frag! NSE! Glkg! Gastr Eturauhanen! PSA Virtsarakko! hcg-b-v! hcg-frag Kives! AFP! hcg! hcg-b-v! NSE LD! Keuhkot! CEA! SCC! NSE! ACTH Istukka! hcg! hcg-b-v Kohdun kaula! SCC! CEA! TATI! CA 125 Kilpirauhanen! TYGL! CEA Rintarauhanen! CA 15-3! CEA Melanooma! S100! Maha! CA 50! TATI! CEA! CA 19-9 Paksusuoli! CEA! CA 19-9! CA 50 Munasarja! CA 125! TATI HE4!! CEA! hcg-b-v! AFP Munatorvi! CA 125 Kohdun runko! CA 125! TATI! CEA! SCC

7 Merkkiaineiden käyttö Syövän seuranta Syövän primaaridiagnostiikka Tuntematon primaarikasvain Ongelmatapaukset Syöpäseulonta Prostatasyöpä Munasarjasyöpä Suolistosyövät Maksasyöpä Prognoosin arvionti

8 Merkkiaineiden merkitys eri syövissä Hoitoa ohjataan merkkiainepitoisuuden perusteella Istukkasyöpä - hcg Kivessyöpä - hcg & AFP Prostatasyövän hormonihoito - PSA Markkereita käytetään taudin uusiutumisen toteamiseen Munasarjasyöpä - CA 125 ja TATI Paksunsuolen ja peräsuolen syöpä - CEA Maksasyöpä - AFP Prostatasyöpä - PSA Haimasyöpä - CA 19-9 Markkerin avulla erotetaan syöpä hyvänlaatuisesta muutoksesta HE4 ja CA125

9 TAVALLISIMPIEN SYÖPÄLAJIEN MERKKIAINEET! Syöpälaji Merkkiaine Herkkyys Stage I-II III-IV Prostatasyöpä PSA 20-40% 70-90% PAP 10-20% 50-70% Keuhkosyöpä - SCLC NSE 10-40% 50-70% - NSCLC CEA 10-30% 50-70% Rintasyöpä CA % 50-70% CEA 5-10% 40-60%

10 TAVALLISIMPIEN SYÖPÄLAJIEN MERKKIAINEET Syöpälaji Merkkiaine Herkkyys Stage I-II III-IV Ventrikkelisyöpä CA % 50-70% Paksu- ja peräsuoli CEA 10-20% 60-75% CA % 40-60% Maksasyöpä AFP 40-70% 60-75% Haimasyöpä CA % 70-80% CEA 10-20% 40-65% TATI 20-40% 70-85%

11 TAVALLISIMPIEN SYÖPÄLAJIEN MERKKIAINEET! Syöpälaji Merkkiaine Herkkyys Stage I-II III-IV Munasarjasyöpä - Ei musinoottinen CA % 80-90% - Musinoottinen CA % 40-80% TATI 40-60% 70-80% Kohdunrungon syöpä CA % 40-60% Kohdun kaulan syöpä - Levyepiteeli SCC 10-30% 40-60% - Adenokarsinooma CA % 30-50% Pään ja kaulan syöpä SCC 10-30% 40-60% TATI 10-20% 30-50%

12 TAVALLISIMPIEN SYÖPÄLAJIEN MERKKIAINEET! Syöpälaji Merkkiaine Herkkyys Kilpirauhassyöpä - Papill. & follik. Tyreoglob % - Medullaarinen Kalsitoniini 40-80% CEA Kivessyöpä - Ei seminooma AFP 40-60% hcg 40-60% - Seminooma hcgβ 30-50% Istukkasyöpä hcg 100% hcgβ 100%

13 Raja-arvo ja siten myös herkkyys ja tarkkuus käyttötarkoituksen mukaan!

14 Viitealueen määrittäminen, CA 19-9! Frequency %! 97.5%! 19.3! 25.8! N = 512 healthy adults! Age years! Mean = 6.5 ku/l! Median = 3.7 ku/l! Range = <2-76 ku/l! SD = 6.2! Architect CA 19-9 XR ( ku/l)

15 ROC curve analysis of CA 19-9 methods for pancreatic and biliary cancer! 1,0 0,8 AUC=0.84!!! IMM! ARC E Sensitivity 0,6 0,4 AUC=0.62! AUC=0.55! 0,2 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1 - Specificity

16 ROC analysis of CA 19-9 methods for differentiation between cancers of colon, ventricle and esophagus and benign GI disorders! AUC = 0. 7! p < ! AUC = 0.56! p = 0.20! AUC = 0.56! p = 0.26!!!! IMM! ARC E

17 Merkkiaineiden käyttö syövän seurannassa Tason lasku hoidon jälkeen Tason normaalistuminen Koholle jäävä taso jäännöstauti, residual disease Hidas laskunopeus - heikko vaste sytostaattihoidolle Tason nousu hoidon jälkeen Heijastaa uusiutumista Nousunopeus heijastaa syövän kasvuvauhtia Hoidon yhteydessä tapahtuva nousu voi johtua kasvaimen hajoamisesta ja markkerin vapautumisesta

18 Prostatasyöpäpotilaan seuranta 1000 Kastraatio, androgeenisuppressio 100 Sädehoito S-PSA (µg/l)

19 Colon karsinooma Leikkaushoito! Maksametastaasien resektio (aika=0)! CA19-9 seurannassa kahdella menetelmällä! Markkerin lasku remission merkkinä! Kuvantaminen seuraavana! Tulos VYL ARC 400 ELEC Days after 1. sample

20 Haimasyövän seuranta! Pancreatic cancer, possible liver metastasis! CA19-9 haimasyövän - Merkkiaineen nousu ennakoi metastaasien löytymistä kuvantamisella! seurannassa CA 19-9 ku/l! CA 19-9 (ku/l)s! 10000! !!!!!!!!!!! 1000! 1000! 100! 100! 10! 10! 1! 1! ARC! ELEC! 0! 50! 100! 150! 200! 250! 300! 350! 0! 50! 100! 150! 200! 250! 300!350! Days after 1. sample!!!päiviä 1. näytteestä!

21 Merkkiaineiden käyttöön liittyvät ongelmat Epäspesifisesti koholla olevat arvot Tulehdustaudit Nostavat usempien merkkiaineiden tasoja jkv. Tupakanpoltto ja CEA: nostaa tasoa 2x Määritystä häiritsevät aineet Heterofiiliset vasta-aineet; HAMA, human mouse antibodies Komplementti Vasta-ainekompleksit - autoimmuunitaudit Munuaisten vajaatoiminta voi kohottaa tasoa Pienet proteiiniantigeenit, esim. TATI, β-2-mikroglobuliini Maksa-, sappi-, suolistosairaudet, ikä, hormonaaliset tekijät

22 Afos ja CA 19-9 pitoisuuksien välinen korrelaatio! Vastaava löydös bilirubiinin, ASAT:n ja ALAT:n osalta! Menetelmä: (Immuno 1)! p < ! r = 0.25!

23 Iän vaikutus viitearvoihin, CA Mean CA125 (ku/l) Kaikki < 35 ku/l! Age (yr)

24 Iän vaikutus viitearvoihin, CA CA 153 (ku/l) Kaikki < 35 ku/l! Ikäryhmä

25 Iän ja sukupuolen vaikutus terveillä, CA 19-9! (n = 290)! (n = 222)!

26 Preanalyttisiä tekijöitä: näytteen säilytys! 180 CA125 Storage at -20C Serum Plasma 160 Recovery (%) Time (h)

27 180 CA125 Storage at +4C Serum Plasma 160 Recovery (%) Time (h)

28 180 Serum Plasma CA125 Storage at +20C 160 Recovery (%) Time (h)

29 ch predispopresage the edicine and e screening, False-Positive and a 1:5 hcg dilution). Assay FromResults the data, Leading recent historyto of Unnecessary pregnancy or trophoblast disease. In each case, the Surgery disease preuse and genetic Chemotherapy and Needless Occurrences of Diabetes and inferences are made about the nature Coma! and assay 4 detects the hcg -core fragment only) at three different concentrations (undiluted, a 1:2 dilution, (nonnicked or nicked hcg, free -subunit, and -core fragment) and likely source (trophoblast disease, pito reveal a fetal sac, laparoscopy did not reveal an ectopic pregnancy, and dilation and curettage revealed no false-positive hcg persisted for an additional 3 11 months (5 451 IU/L) before samples were sent to the hcg L.A. Cole, K.M. Rinne, S. Shahabi, and A. Omrani. Clin. Chem. 1999; 45: ! Table 1. Summary of clinical findings and laboratory data. Patient ie individual gs, both the rug use will d by the use o effectively s to individclinical diagming clear ome and the new season. ning biology in the r 1998; Jackson, and the medicine 1996;14:1516. innovation in drug l 1997;15:1318. Patrick Hess chols Institute tega Highway i a ii a iii a iv v vi Age, years hcg test Abbott Abbott Abbott Abbott Abbott Bayer AxSym AxSym AxSym AxSym IMX Immuno-1 hcg hcg hcg hcg hcg total hcg Initial hcg, IU/L Range of hcg, IU/L b Laparoscopy!!!!!! Dilation and curettage!!!!!! Oophorectomy! Hysterectomy!! Methotrexate chemotherapy!!!! EMACO chemotherapy! Type 1 diabetes and coma! a Patients i, ii, and iii are described in more detail in Cole (3). b Range of hcg concentrations in the 3 11 months (depending on case) after initial detection.

30 Pirjo Tanner Kaksoisvasta-ainemääritys

31 Pirjo Tanner Heterofiilinen silta

32 Merkkiaineiden käyttöön liittyvät ongelmat Virheellisesti negatiiviset tulokset Kaikki kasvaimet eivät tuota markkereita Negatiivinen tulos ei sulje syöpää pois: poikkeukset PSA prostatasyövässä (99%) hcg istukkasyövässä (100%) Hoito (sytostaatti- ja sädehoito) voi tappaa selektiivisesti määrättyjä soluklooneja Markkerituotanto muuttuu hoidon aikana (kivessyöpä)

33 Koriongonadotropiini Human Chorionic Gonadotropin (hcg) Glykoproteiinihormonien perhettä, kuten aivolisäkkeen luteinisoiva hormoni (LH), follitropiini (FSH) ja tyreotropiini (TSH) β-alayksikkö Esiintyy useina molekyylimuotoina, hajoamistuotteina sekä vapaina alayksikköinä. Ainoastaan heterodimeerinen hcg on hormonaalisesti aktiivinen. α-alayksikkö

34 Alayksiköt, degradaatiotuotteet ja molekyylimuodot hcg, CG: human chorionic gonadotropin hcgα: vapaa α-ketju (MW 14500) hcgβ : vapaa β -ketju (MW 22200) hcgβcf: beta-ketjun core fragment hcgn: nicked hcg ja hcgβn: nick aus beta-ketjun aa hcg-h: hyperglykosyloitu hcg

35 ! hcg:n kliininen käyttö Raskauden ja raskauteen liittyvien sairauksien diagnostiikka Istukkasyöpä ja rypäleraskaus (hcg) Down n syndrooma (hyperglycosylated hcg, hcgβ) Syöpädiagnostiikka; hcgβ Gastrointestinaalisyövät Gynekologiset syövät (hcgβcf) Urologiset syövät hcgα aivolisäkeperäistä (neuroendokriiniset syövät)

36 Immunokemiallinen kasvainmerkkiainemääritys - Esimerkkinä hcg, hcgβ ja hcgβcf α β β β βcf!

37 Seerumin hcg, hcgβ ja hcgβcf normaali raskaudessa Concentration (pmol/l) hcg hcgß hcgßcf Days after LMP

38 Seerumin hcg ja hcgβ ei-raskaana olevilla; miehet ja naiset 25! FEMALES! 25! MALES! hcg (pmol/l)! hcgβ (pmol/l)! 20! 15! 10! 5! 0! 10! 8! 6! 4! 2! 20! 15! 10! 5! 0! 10! 8! 6! 4! 2! 0! <30! 30-39! 40-49! 50-59! 60-69! >70! Age (years)! 0! <30! 30-39! 40-49! 50-59! 60-69! >70! Age (years)!

39 free hcgβ (pg/ ml) Serum hcgβ in healthy subjects, cancer patients and benign diseases 10 2 Marcillac et al. Cancer Res 52, 1992

40 hcg Percentage of cancer patients with serum values of various hcg forms above the values in healthy subjects or benign diseases Percentage (%) hcgα hcgβ Marcillac et al. Cancer Res 52, 1992

41 hcgβ in superficial bladder cancer MAb 9C11 pta; Grade 1 MAb 9C11 Hotakainen et al. 2002

42 hcgβ in bladder cancer; Immunohistochemistry Overall 30% positive MAb 6G5 pt1; Grade 2 Neg. control Hotakainen et al. 2002

43 hcgβ mrna type II / I in benign urothelium, in different stages (1A; pta-pt2) and grades (1B; G1- G3) of bladder cancer. 1A! 1B! Ratio of hcgβ II/I mrna! 10! 1! 0,1! 0,01! p = 0.014! Ratio of hcgβ II/I mrna! 100! 10! 1! 0,1! p = 0.001! 0,001! Benign! Ta! T1! T2! 0,01! Benign! G1! G2! G3! Hotakainen et al. 2006

44 CGβ in benign epithelium % positive Clinical diagnosis: pollacisuria Cystoscopy : normal Histology: squamous metaplasia

45 hcg kivessyövissä Seminoma Nonseminoma: Yolk sac, embryonal, trophoblast; choriocarcioma Mixed tumors hcg kohonnut 40-60% Nonseminomista Trofoblastikasvamista (mixed)! hcgβ kohonnut 40-50% of seminomista 20% niistä, joissa normaali hcg Sytostaatit aiheuttavat postmenopausaalisia hcgseerumi pitoisuuksia

46 hcg and hcgβ in preoperative serum from patients with nonseminomatous testicular cancer hcgβ β (pmol/l) n=4 (8%) n=36 (71%) 1 n=10 (20%) n=1 (2%) hcg (pmol/l) Lempiäinen et al. 2012

47 hcg and hcgβ in preoperative samples from patients with seminomatous testicular cancer hcgβ b (pmol/l) n=17 (40%) n=5 (12%) n=18 (43%) n=2 (5%) hcg (pmol/l) Lempiäinen et al. 2012

48 ivessyöpäpotilaan seuranta!

49 hcgβ in chromophobe RCC; immunohistochemistry Hotakainen et al, 2003

50 hcgβ in serum and antigen in RCC-tissue Tumor type! S-hCGβ(%)! Median! hcgβ antigen (%)! CRCC! 48/193 (25)! 1.2! Chromophobe! 6/13 (46)! 1.7*! Papillary! 8/31(26)! 1.1! 28/184 (15)! 1/14 (7)! 6/26 (23)! All! 62/237 (27)! 1.2! 35/224 (15)! * p< hcgβ>2pmol/l! Hotakainen et al, 2003!

51 Disease-specific survival in RCC patients in relation to hcgβ mrna expression (n=104) 1,0 logrank p = Cumulative Survival 0,8 0,6 0,4 hcgβ mrna negative 0,2 hcgβ mrna positive 0,0 0,00 5,00 10,00 15,00 Follow-up time (years) Hotakainen et al. 2007

52 Syövän seulonta merkkiaineen avulla! Yleensä käytettävä korkeaa raja-arvoa, jotta tarkkuus olisi hyvä! Diagnoosin varmistaminen ei-invasiisivesti oltava mahdollista! Riskiryhmät! Yli 45-v naiset ja ovariosyöpä! Yli 55-v miehet ja prostatasyöpä! v suolistosyöpien seulontaohjelma 2004-! Esimerkki: Merkkiaineen herkkyys on 50 % ja tarkkuus 99 %. Jos seulotaan ihmistä sellaisen syövän suhteen, jonka esiintyvyys väestössä on 1/1 000, seulonnalla löytyy 50 syöpätapausta (sadasta), mutta lisäksi joudutaan tutkimaan tervettä ihmistä (999) syövän pois sulkemiseksi.!

53

54 Seulonta, prostatasyöpä esimerkkinä 5320 uutta tapausta vuonna 2005 Suomessa Ilmaantuvuus laskussa, mutta prevalenssi nousee Todennäköisyys sairastua tautiin 6-8% Subkliinistä syöpää yli 60-vuotiailla 50% Kuolleisuus n. 800/v Syöpäpotilaan todennäköisyys kuolla tautiin <15%% Taudilla on parannettava prekliininen vaihe Voidaan todeta prekliinisessa vaiheessa PSAseulonnalla

55

56 Model for development of prostate cancer Tumour diameter (mm) 1000 Tumor diameter 100 Tumor doubling time 2 years T h e T h e Rapid growth 10 T h e T h e Lethal stage 1 Detection by screening Symptoms and clinical diagnosis 0,1 Latent stage The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. Prostatic intraepithelial neoplasia 0, Age (years)

57 Prostatasyövän seulonta PSA:lla Seulonnassa 10% pos. tulos (>4 µg/l) Seulontapositiivisista 25%:lla syöpä 4 biopsiaa löydettyä syöpää kohti 70-80%:lla tauti on parannettavissa prostatektomialla tai sädehoidollaa Radikaalisen prostatektomian haitat Impotenssi 30-70%:lla Inkontinenssi 5-20%:lla Leikkauskuolleisuus n. 0.5%

58 HY Näennäisesti terveet miehet!

59 HY Mutta osalla on oireeton syöpä!

60 HY Näillä on kohonnut PSA-arvo, mutta kaikki kohonneet arvot eivät johdu syövästä!

61 HY Syövät löytyvät ultraäänikontrollissa tehdyllä biopsialla!

62 HY

63 CUTOFF LEVEL AGE AND TUMOR VOLUME! 10000! 1000! PSA! (µg/l)! 100! 10! Cutoff level! 1! 40! 50! 60! 70! Age (years)! 80! 90! 100! U-H Stenman 1995!

64 Probability of prostate cancer in biopsy in relation to total and free PSA! Excel formula available at: 80 Probability of finding prostate cancer on biopsy (%) PSA 20 µg/l PSA 10 µg/l PSA 7 µg/l PSA 4 µg/l F/T PSA (%) Finne et al. Urology 2000; 56: !

65 Tulosten tulkinnan parantaminen laskentamalleilla Logistisella regressiolla voidaan Selvittää mitkä diagnostiset menetelmät antavat toisistaan riippumatonta tietoa Kehittää riskilaskenta-algoritmejä Markkerikombinaatioita Tulos ilmoitetaan todennäköisyytenä, että potilaalla on määrätty tauti Neuraaliverkkoja käytetään samaan tarkoitukseen Joustavampia Vaativat isompia aineistoja

66 Yhteenveto 100% herkkää ja spesifistä syöpäkoetta ei ole Syöpämerkkiaineita käytetään markkeripositiivisen taudin diagnostiikassa, ennusteen arvioinnissa hoidon tehon seurannassa taudin uusiutumisen arvioinnissa Joskus epäselvän pahanlaatuisen taudin selvittelyssä (markkerikombinaatiot)