1 MARKERY NOWOTWOROWE Katedra i Klinika Chirurgii Onkologicznej AMG
2 Epidemiologia molekularna Jest uzupełnieniem epidemiologii tradycyjnej, która bada powiązanie między czynnikami ekspozycji (na przykład położenie geograficzne, dieta, ekspozycja na określone czynniki chemiczne, fizyczne, biologiczne) a zachorowalnością na nowotwory; zajmuje się analizą czynników znajdujących się w szerokiej niszy między dwoma wyżej wymienionymi (poziom kancerogenu, jego metabolitów czy adduktów z DNA, mutacje, aktywacje i deaktywacje genów i wreszcie poziom stymulacji proliferacji komórek – neoplazji.
3 Epidemiologia molekularna c.d. Jest aktualnie ukierunkowana na poszukiwanie markerów biomedycznych, które sygnalizują nie tylko wczesne stadium choroby nowotworowej, często nie wykrywalne w dostępnych metodach obrazowania, ale również wskazują zwiększone ryzyko zachorowania i mogą mieć zastosowanie wśród tak zwanych grup wysokiego ryzyka. Dodatkowo badania są mało inwazyjne, ponieważ biomarkery są łatwo dostępne w materiale komórkowym lub płynach biologicznych
4 Epidemiologia molekularna Biomarkery ekspozycji Biomarkery skutków zdrowotnych Biomarkery wrażliwości
5 I. Biomarkery ekspozycji. 1.Biomarkery znajdujące się w glebie, wodzie, powietrzu. 2.Biomarkery znajdujące się w organizmie żywym: a)Biomarkery dawki wewnętrznej; b)Biomarkery dawki biologicznie skutecznej.
6 Biomarkery dawki wewnętrznej. Ilość kancerogennej substancji chemicznej lub jej metabolitu, która faktycznie wniknęła do organizmu. Aktywność mutagenna wykrywana przy użyciu testów laboratoryjnych, wykorzystujących interakcję substancji kancerogennej lub jej metabolitu z DNA bakterii – test Amesa, lub DNA innych komórek.
7 Biomarkery dawki biologicznie skutecznej. Oznaczeniu podlega poziom adduktów kancerogenu, najczęściej z DNA.
8 1. Związek między ilością wypalanych papierosów i typem acetylacji a zapadalnością na rak pęcherza moczowego. U wolnych acetylatorów poziom adduktu 4- aminobifenyl (substancja zawarta w dymie nikotynowym) – hemoglobina jest wyższy niż u szybkich oraz brak istotnego związku z ilością wypalanych papierosów. Jest to powiązanie poziomu adduktu z cechami osobniczej predyspozycji metabolicznej i może sugerować fakt, iż w niektórych przypadkach osoby z wyższą predyspozycją genetyczną mogą cechować się wyższą zapadalnością na określony typ nowotworów nawet gdy ekspozycja na kancerogeny jest niższa.
9 2. Związek między spożyciem aflatoksyny B1 a zapadalnością na raka wątroby. Poziom adduktu, jaki aflatoksyna B1 tworzy z DNA (aflatoksyno-N7-guanina), jest wyższy w moczu osób eksponowanych na tą kancerogenną mykotoksynę. Wykazano korelację między poziomem aflatoksyno-N7-guaniny w moczu a zapadalnością na raka wątroby. Jest to przykład pomiaru adduktów kancerogenów z DNA uwalnianych w czasie procesów naprawczych. W tym konkretnym wypadku zwraca uwagę łatwość wykonania badania i dostępność materiału biologicznego, niejednoznaczne zaś jest, czy aflatoksyno-N7-guanina pochodzi wyłącznie z DNA, czy również z RNA.
10 3. Związek między długością ekspozycji na kancerogeny a liczbą wiązań krzyżowych DNA – białko. Jednym ze skutków tworzenia wiązań krzyżowych (crosslinks) DNA – białko może być inaktywacja genu p53. Shaham wykazał zależność między czasem ekspozycji w warunkach narażenia na formaldehyd a liczbą wiązań krzyżowych. Przypuszcza się, że podobne wyniki dają inne przypuszczalne kancerogeny, jak chrom, nikiel, czynniki alkilujące, cisplatyna czy promieniowanie UV.
11 II. Biomarkery skutków zdrowotnych. Dostarczają one informacji o biologicznych lub biochemicznych zmianach, jakie dokonały się w komórkach organizmu w wyniku oddziaływania na nie substancji kancerogennych lub ich metabolitów (mutacje, aktywacje lub deaktywacje genów, zmiany w chromosomach, obecność onkoprotein czy antyonkoprotein).
12 1. Związek między pojawieniem się wykrywalnych zmian w chromosomach a wielkością dawki kancerogenu i czasem ekspozycji. Materiałem badawczym najczęściej są limfocyty krwi obwodowej (jak w większości oznaczeń biomarkerów skutków zdrowotnych), które z pewnym prawdopodobieństwem odzwierciedlają zmiany w garniturze chromosomowym komórek tkanki docelowej, często niedostępnej badaniu. Jako przykład może świadczyć częstość występowania SCE (wymiana chromatyd siostrzanych) w pięć dni po ostrej ekspozycji na tlenek etylenu. Użycie badań cytogenetycznych (np. SCE czy AC – aberracje chromosomowe) jako biomarkera nie może być traktowane jako wystarczające do uzyskania rozstrzygających wyników
13 2. Kumulacja nieprawidłowości genetycznych w wielu genach poprzedza kliniczne pojawienie się choroby. Mutacje w genie p53 oraz w genie ras pojawiają się w ślinie badanych już około roku czasu przed klinicznym ujawnieniem raka płuca. Co więcej, specyficzne miejsce zmiany sekwencji wydaje się odpowiadać obecności określonego czynnika mutagennego.
14 3. Oznaczanie onkoprotein w materiale biologicznym (lub zmutowanych antyonkoprotein) może o kilka lat poprzedzać występowanie choroby nowotworowej. Badania, które to opisują, nie są jednak randomizowane, a niejednokrotnie są opisami określonych przypadków, w związku z czym ich wyniki winny być brane pod uwagę ze szczególną ostrożnością. Mowa tu między innymi o onkoproteinie ras p21, onkoproteinie fes czy beta – transformującym czynniku wzrostu przy narażeniu na azbest, benzopiren (policykliczne węglowodory aromatyczne) czy polichlorowane bifenyle. Nie ulega wątpliwości, że obecność białka p53 w materiale badanym wskazuje na jego mutację (okres półtrwania zmutowanego białka p53 wynosi do 12 godzin, podczas gdy nie zmodyfikowanego do 20 minut), jednak uwzględniając nie do końca jasną i określoną rolę zmiany sekwencji „strażnika genomu” w procesie transformacji nowotworowej, również nie należy wyciągać zbyt pochopnych wniosków
15 III. Biomarkery wrażliwości. Badają zróżnicowanie osobnicze w odpowiedzi na działanie czynników kancerogennych. Ta grupa odzwierciedla czynniki genetyczne lub nabyte wpływające na rozmiar i charakter odpowiedzi komórek na ekspozycję. Identyfikują tych osobników w populacji, którzy są genetycznie lub w nabyty sposób szczególniej narażeni na rozwój choroby nowotworowej, gdy bierzemy pod uwagę określoną ekspozycję na kancerogen.
16 Biomarkery wrażliwości c.d. Przez lata określając biomarkery wrażliwości stosowano testy badające poziom leku w surowicy i klirens jego metabolizowanej pochodnej w moczu jako oznaczenie polimorfizmu enzymu, który miał zostać ustalony. Obecnie stosuje się w tym celu reakcję PCR, która bezpośrednio określa zmiany w sekwencji nukleotydów kodujących dany enzym. Dzięki tym metodom ustalono między innymi genotypy takich enzymów metabolizujących kancerogeny, jak transferaza S- glutationowa, cytochrom CYP1A1 i CYP2D6 czy N-acetylotransferaza
17 Biomarkery wrażliwości c.d. Inną grupą biomarkerów wrażliwości są te, które określają poziom zróżnicowania genetycznego wpływającego na czynność procesów naprawczych. Ta grupa jest niezwykle istotna, umożliwia bowiem wykrycie u potomstwa obecności zmutowanych genów dziedziczonych po rodzicach, jak na przykład gen APC czy BRCA1. W takich sytuacjach wczesne stadia kancerogenezy są ominięte, więc nie należy poddawać wątpliwości zasadności prowadzenia badań w tym kierunku.
18 Nowotwory wywodzące się z komórek płciowych. Alfa – fetoproteina (AFP), ludzka gonadotropina łożyskowa (hCG) oraz dehydrogenaza mleczanowa (LDH) – znane od 20 lat; Istotna wartość diagnostyczna, prognostyczna oraz w monitorowaniu leczenia i obecności wznów. Oznaczanie poziomu nieskuteczne w badaniach przesiewowych. Poziom łożyskowej fosfatazy alkalicznej jako wykładnik nasieniaków jądra (80%). Korelacja poziomu markerów z okresem półtrwania po orchidektomii (AFP – 7 dni, hCG – 3 dni). Gwałtowność zmian w ciągu pierwszych sześciu tygodni cyklu chemioterapii może wskazywać na ewentualność wznów w pierwszym miesiącu po jej zakończeniu, dlatego też pomiar stężenia AFP, hCG i LDH jest rekomendowany w natężeniu tygodniowym.
19 Nowotwory jelita grubego. Znaczenie CEA w prognozowaniu i monitorowaniu leczenia, lecz brak w badaniach przesiewowych i wczesnej diagnostyce. Badaniem przedoperacyjne rekomendowanym przez American Cancer Society jako pomoc w określeniu zaawansowania histopatologicznego guza oraz zdeterminowaniu zakresu resekcji. Podwyższony poziom w przynajmniej dwóch badaniach po resekcji guza w natężeniu dwumiesięcznym sugeruje progresję choroby. Monitoring po resekcji izolowanych przerzutów w wątrobie: raz na dwa / trzy miesiące w ciągu dwóch lat od zabiegu; podwyższony poziom sugeruje cechę T4.
20 Rak piersi. Poziom receptorów estrogenowych i progesteronowych jako wskaźnik odpowiedzi na terapię hormonalną. Nadekspresja HER – 2 / neu (c-erbB-2) przy kwalifikacji do leczenia trastuzumabem. Wartość CA 15-3 czy BR27.29 w badaniach przesiewowych, wczesnej diagnostyki czy określenia stopnia zaawansowania choroby (staging) jest niewielka – mała specyficzność i niska wrażliwość. Badanie pomocnicze przy określeniu niepowodzenia leczenia gdy zmiany kliniczne czytelnie na to nie wskazują. CEA jest pomocny przy monitorowaniu leczenia lecz wyłącznie przy ścisłej korelacji z obrazem klinicznym; nieużyteczny przy screeningu, diagnostyce czy określaniu stopnia zaawansowania.
21 Rak jajnika. CA 125 użyteczny przy wczesnej diagnostyce (screening przy pozytywnym wywiadzie rodzinnym), lecz nie odgrywa roli w określaniu stopnia zaawansowania. Pomocny w różnicowaniu guzów w obrębie miednicy na łagodne i złośliwe. Spadek poziomu zauważalny po resekcji jajników lub cytotoksycznej chemioterapii. Oznaczanie sugerowane co 2 – 3 tygodnie; podwojenie ilości CA 125 – wskazanie do TK miednicy. Często progresja nowotworu przebiega bez zmian poziomu CA 125.
22 Rak gruczołu krokowego. PSA i jego rola w badaniach przesiewowych (najbardziej znany i użyteczny biomarker). W połączeniu z badaniem per rectum lub DRE (digital rectum examination) daje obraz diagnostyczny i jest wskazaniem do biopsji. Określanie poziomu PSA jest również pomocne w monitorowaniu leczenia raka prostaty.
23 Rak płuca. Oznaczanie poziomu NSE pomocne w różnicowaniu drobnokomórkowego raka płuca. Seryjny pomiar NSE po terapii (resekcja, chemioterapia) jako ocena doszczętności resekcji i obecności wczesnych, bezobjawowych wznów.
24 Guzy narządów neuroendokrynnych. Rzadko występujące. Oznaczanie katecholamin lub (i) ich metabolitów w moczu pomocne w różnicowaniu pheochromocytoma i neuroblastoma.
25 Rak tarczycy. Zwiększone stężenie kalcytoniny w osoczu koreluje z występowaiem rdzeniastego raka tarczycy. Poziom tyreoglobuliny i jego zastosowanie w diagnostyce oraz monitorowaniu leczenia raka tarczycy.
26 Zastosowanie, korzyści i ograniczenia. Analiza wyniku otrzymanego z laboratorium musi ściśle korelować z obrazem klinicznym i nie może być jedynym narzędziem diagnostycznym. W przypadku biomarkerów będących metabolitami hormonów należy pamiętać o wahaniach dobowych ich stężenia. Znajomość okresu półtrwania markerów zapobiega błędnej interpretacji. Korelacja zastosowanego leczenia i wpływ na zmiany stężenia oznaczanych substancji (głównie farmakoterapia).