PLoS ONE: Blood-Based biomarkører for Aggressive Prostata Cancer

Abstrakt

Formål

Prostatakræft er en bimodal sygdom med aggressive og indolente former. Nuværende prostataspecifikt antigen test og digital rektal undersøgelse screening give tvetydige resultater fører til både under-og over-behandling. Præcis, ensartet diagnose er afgørende for patienter risikovægtede stratificere og lette klinisk beslutningstagning som til behandling versus aktiv overvågning. Diagnose opnås for tiden ved nålebiopsi, en smertefuld procedure. Således er der et klinisk behov for en minimalt invasiv test til bestemmelse prostatakræft aggressivitet. En blodprøve at forudsige Gleason score, som er kendt for at afspejle aggressivitet af kræft, kunne tjene som en sådan test.

Materialer og metoder

Blood mRNA blev isoleret fra nordamerikanske og malaysiske prostata cancer patienter /kontroller. Microarray analyse blev udført udnytte Affymetrix U133 plus 2 · 0 platform. Expression profiler fra 255 patienter /kontroller genererede 85 kandidat biomarkører. Efter kvantitativ realtids-PCR (QRT-PCR) analyse, ti sygdomsassocierede biomarkører forblev for parrede statistisk analyse og normalisering.

Resultater Salg

microarray analyse blev udført for at identificere 85-gener udtrykkes differentielt mellem aggressiv prostatakræft (Gleason score ≥8) og kontroller. Ekspression af disse gener var QRT-PCR verificeret. Statistisk analyse viste en endelig syv-gen panel bedømt som seks-gen-forholdet duplexer. Denne molekylære signatur forudsagt som aggressiv (dvs. Gleason score ≥8) 55% af G6 prøver, 49% af G7 (3 + 4), 79% af G7 (4 + 3) og 83% af G8-10, mens afvise 98 % af kontrol.

Konklusion

i denne undersøgelse har vi udviklet en ny, blod-baserede biomarkør panel, som kan bruges som grundlag for en simpel blodprøve for at identificere mænd med aggressiv prostata kræft og dermed reducere overdiagnostik og overbehandling, der i øjeblikket skyldes diagnose ved hjælp PSA alene. Vi diskuterer mulige kliniske anvendelser af panelet for at identificere mænd mere tilbøjelige til at drage fordel af biopsi og øjeblikkelig behandling versus dem mere egnet til en “aktiv overvågning” strategi

Henvisning:. Liong ML, Lim CR, Yang H, Chao S, Bong CW, Leong WS, et al. (2012) Blood-Based biomarkører for Aggressive prostatakræft. PLoS ONE 7 (9): e45802. doi: 10,1371 /journal.pone.0045802

Redaktør: Franky L. Chan, Den kinesiske University of Hong Kong, Hongkong

Modtaget: 24. maj 2012; Accepteret: August 24, 2012; Udgivet: September 28, 2012 |

Copyright: © Liong et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Finansiering:. Disse forfattere har ingen støtte eller finansiering til at rapportere

Konkurrerende interesser:. forfatterne har læst tidsskriftets politik og har følgende konflikter: Chun Ren Lim, Hengxuan Yang, Samuel Chao, Chun Wei Bong, Choon Gook Yu, Edie JJ Ooi, Karl Wassmann og Choong Chin Liew er medarbejdere i GeneNews Ltd, som sponsoreret denne forskning. Choong Chin Liew er chefforsker for GeneNews og holder bestanden i virksomheden. Ingen af ​​de andre forfattere har nogen konkurrerende interesser. Der er ingen patenter, produkter i udvikling eller markedsførte produkter til at erklære. Dette ændrer ikke forfatternes tilslutning til alle PLoS ONE politikker om datadeling og materialer.

Introduktion

Prostatakræft er den mest almindelige form for kræft hos mænd i USA (efter hudkræft) [1]. Screening for sygdommen er normalt ved digital rektal undersøgelse (DRE) og prostata-specifikt antigen (PSA) assay. Men fordelene ved PSA /DRE screening er kontroversielle, på grund af den høje falske positive, lav positiv prædiktiv værdi (PPV) og rapporteres dårlig nøjagtighed at identificere mænd ramt af aggressiv prostatakræft. I de sidste par år, har to store prospektive undersøgelser fra USA og Europa fremhævet tvetydigheden i værdien af ​​PSA-baserede metoder til screening af prostatacancer. Prostata, lunge, tyktarm og kræft i æggestokkene Screening Trial (PLCO) i USA indskrevet mere end 76.000 mænd randomiseret til at modtage årlige PSA screening for seks år og DRE i fire år versus “sædvanlig behandling” [2]. Forfatterne fandt ingen forskel i carcinom i prostata (CaP) -relateret mortalitet mellem de to grupper. Den europæiske randomiseret forsøg med screening for CaP (ERSPC) Trial inkluderet 182.000 mænd i alderen 50-74 år [3]. Selvom forfatterne rapporterede en 20% reduktion i CaP dødelighed hos mænd, der mindst en gang hvert fjerde år gennemgik PSA-test, denne dødelighed reduktion viste sig dyrt – for hver en CaP død forhindrede, at 1.410 mænd nødvendige screenes årligt og 48 mænd nødvendige behandling. Disse forsøg har styrket debatten om nytte og begrænsninger PSA-screening [4] – [10].

Store problemer i PSA-test opstår som følge af over- og under-diagnose. Nogle 15% af mænd, hvis PSA niveauer betragtes som normal (4 · 0 ng /mL eller mindre), rent faktisk havnen prostatakræft, herunder high-grade carcinom [9]. Ved at øge grænsen til et niveau, som klinisk borderline (4 · 0 -10 · 0 ng /ml), ca. 25% af mændene er fundet at være påvirket af prostatakræft [2]. Omvendt er høje PSA niveauer observeret i mange mænd med indolent kræft [11]. Det anslås, at overbehandling kan forekomme hos 40% til 50% af tilfældene. Endvidere kan mange ikke-maligne tilstande påvirker PSA, herunder benign prostata udvidelsen og prostatitis. Bekræftelse af diagnose kræver nogle 12-18 centrale biopsier, med betydelige omkostninger og sygelighed [12]. I lyset af disse PSA-relaterede udfordringer, er det klart, at der er behov for mere klinisk relevante biomarkører, der er i stand til nøjagtigt at forudsige tilstedeværelsen af ​​aggressiv prostatakræft.

En nylig retrospektiv undersøgelse identificerede et væv-baseret mRNA udtryk underskrift Gleason kvalitet til at forudsige dødbringende prostatacancer [13]. Lignende biomarkører, men blod-baseret og i stand til at identificere high-grade prostatacancer [Gleason score 7 (4 + 3) -10] på et tidligt tidspunkt (før beslutningen om biopsi), ville være klinisk nyttigt [14], [15 ]. En sådan teknik vil supplere de nuværende metoder og bidrage til at øge tilliden til prostatakræft diagnosticering og behandling.

I tidligere arbejde, vi udviklet en ny blod-baserede biomarkør panel stand til risikobaserede stratificere patienter for tarmkræft [16]. Resultaterne af denne test gør det muligt klinikere at opmuntre med større tillid patienter med “high aktuelle risiko” scoringer at gå videre med koloskopi. Her identificerer vi nye blod-baserede biomarkører for høj kvalitet [Gleason score 7 (4 + 3) -10] prostatakræft, der kan bruges til risikovægtede stratificere PSA-positive mænd. Denne test kunne være nyttigt at identificere undergruppen af ​​mænd, for hvem fordelen ved biopsi opvejer den dermed forbundne risiko og ubehag.

Mænd med klinisk lokaliserede lav kvalitet tumorer er ofte rådes til at gennemgå overvågning snarere end aktiv behandling for en sygdom, der er usandsynligt at komme videre. Men Borocas og kolleger har vist, at mindre end 10% af mændene foretrækker overvåger med aktiv behandling [17]. Én foreslåede forklaring på dette er, at selv i lavrisiko-mænd, eksisterer frygten for, at en livstruende, høj kvalitet kræft kan blive savnet [18], [19]. En test, der kan forudsige tilstedeværelsen af ​​potentielle høj kvalitet tumorer kan lindre patientens angst, hvilket resulterer i højere tolerance for overvågning.

Materialer og metoder

Patienter og blodprøver

Sample erhvervelse for biomarkør identifikation blev gennemført mellem 2004 og 2009 i urologi klinikker i hele Nordamerika (Toronto, Ontario, Canada og Boston, MA, USA) og Asien (Penang, Malaysia). Skriftlig, blev informeret samtykke indhentet fra alle deltagere og godkendes af den enkelte institution Research Ethics Board [Partners Health Care Institutional Review Board (Brigham og kvinders Hospital, Boston), University Health Network Research Ethics Board (Sunnybrook Hospital, Toronto), og fælles etiske komité af School of Pharmaceutical Sciences (USM Hospital Lam Wah Ee om kliniske undersøgelser (Penang)].

Alle blodprøver blev taget forud for enhver behandling eller biopsier. Diagnosen blev bekræftet ved transrektal ultralydvejledt tru-Cut® nål biopsi og /eller ved histopatologiske fund i radikal prostatektomi prøver (se bilag S1). Når en prøve havde en radikal prostatektomi rapport blev den ultimative kvalitet baseret på prostatektomi rapporten. antallet af kerneprøver udtaget på biopsi var 6 + 6 for prostatavolumen 40 gram og 7 + 7 for volumen . 40 gram Hver institutionens interne patologer bestemt diagnose og evaluering af Gleason score sager med Gleason score = 7 blev udelukket fra træning datasæt for at kontrollere for genekspression forskelle mellemliggende klasse. prostatacancer med Gleason score 7 (3 + 4), som, vi hypotese, kan være væsentligt anderledes end mere aggressive Gleason score 7 (4 + 3) [14], [15]. Prøver med Gleason score ≥ 8 ved biopsi med eller uden prostatektomi blev specifikt udvalgt til analyse og udvikling af genet signatur med uddannelse datasæt. Den udviklede model med Gleason score ≥ 8 blev derefter senere anvendes på patienter med Gleason score 7 for at bestemme om den molekylære signatur kunne skelne mellem 7 (3 + 4) versus mere aggressive 7 (4 + 3) Gleason scorer.

I alt vi samlet 1.938 prøver, herunder 739 prostatakræft (PRCA) tilfælde og 1.199 kontroller (G0). Fra denne gruppe, en 255 prøve delmængde (n = 91 PRCA med Gleason score ≥ 8 og n = 164 kontroller) indsamlet i EDTA-rør blev afsat i en indledende undersøgelse for biomarkør opdagelse på en microarray platform. Prøver i hver gruppe blev matchet for alder, race, BMI, og co-morbiditet (tabel 1).

For QRT-PCR verifikation undersøgelser, vi testede de identificerede gener på de fleste af de samme prøver hybridiseret til gen identifikation. Vi brugte 245 prøver (G8 = 54, G0 = 191) til vores Kohorte jeg studere, 182 prøver (G8 n = 80 og kontroller n = 102) for vores Kohorte II studie og 121 prøver (G8 n = 64 og kontroller n = 57 ) som en uafhængig test sæt til vores Kohorte III studie (figur 1). En kohorte IV gruppe af tilfælde med mid kræft (G6 n = 33, G7 (3 + 4) n = 35, og G7 (4 + 3) n = 43) blev anvendt til at evaluere cancer aggressivitet ydeevne.

Gene Identifikation ved hjælp af Affymetrix U133Plus 2.0 GeneChip oligonukleotid arrays blev gennemført i Toronto, Canada, og Penang, Malaysia, parallelt. I Toronto blev analyse udført på 166 prøver (G8 = 42, G0 = 124). På den malaysiske site, blev 89 prøver profileret (49 G8, 40 G0). Fra microarray data analyse blev 85 gener identificeret begge steder testet i en serie af kvantitativ real-time PCR-verifikation undersøgelser. Tyve gener blev verificeret gennem en Kohorte jeg studere på flere kohorter af EDTA prøver (i alt 245). Disse 20 gener blev yderligere testet i en Kohorte II række eksperimenter på PAXgene prøver (i alt 182), udført selvstændigt i Penang, Malaysia. 10 af de gener blev verificeret, hvoraf 7 gener blev vores endelige biomarkører og også bekræftet i en anden uafhængig prøve set-Kohorte III-prøve (i alt 121).

Prøver blev udelukket fra analysen, hvis en person var fast besluttet på at have haft: 1) forrige PRCA; 2) forstadier til kræft, såsom high-grade prostata intraepithelial neoplasma og atypisk lille acinære spredning; 3) historie enhver kræft; . Og /eller 4) alvorlige medicinske tilstande udelukker behandling for prostatakræft, såsom hjerte eller nyresvigt

Patienterne blev inddelt i undergrupper baseret på Gleason score: G6 (Gleason score ≤ 6); G7 (Gleason score = 7); G8 (Gleason score ≥ 8); og kontroller (G0). Det nordamerikanske kontrolgruppe bestod urologi klinik patienter med en enkelt negativ biopsi. Den malaysiske kontrolgruppe bestod af mænd i alderen 50-75 år, negativ for DRE, og hvis PSA niveauer var under 2 · 5 ng /ml for fem på hinanden følgende år, til og med datoen for ansættelsen. Denne ekstra betingelse effektivt justerer de malaysiske kontrol med den nordamerikanske årlige PSA screening standard. Dette også tilladt os at sikre, at PSA hastighed forblev under 0 · 4 ng /ml /år, hvilket reducerer sandsynligheden for forpasset karcinomer til en ubetydelig værdi.

Blood indsamling og RNA isolering

For microarray analyse og Cohort i, blev prøver af perifert fuldblod (2 x 10 ml) opsamlet i EDTA Vacutainer®-rør (Becton Dickinson) (for at undgå den høje globintranskriptet problem på Affymetrix microarrays forbundet med PAXgene systemet) og behandles som beskrevet tidligere [20].

prøver blev kørt på Affymetrix U133 Plus 2.0 platform. Confirmational analyse blev udført ved hjælp af QRT-PCR for Kohorte II og Kohorte III. For QRT-PCR, blod opsamles i PAXgene ™ rør (PreAnalytiX) blev behandlet i henhold til PAXgene ™ Blood RNA Kit-protokollen. Den PAXgene system er mere egnet til RT-PCR undersøgelser, og er en bedre egnet til real-life kliniske anvendelser på grund af sin evne til straks at stabilisere RNA og til at holde den stabil over en længere periode, hvorved der tilvejebringes større fleksibilitet i prøve indsamling og transport.

RNA integritet blev vurderet ved hjælp af 2100 Bioanalyzer RNA 6000 Nano Chip (Agilent Technologies). Alle prøver mødte følgende kvalitetskriterier: RIN≥7 · 0; 28S: 18S rRNA forhold ≥ 1 · 0; og en valideret Agilent Bioanalyzer scan. RNA mængde blev bestemt ved absorbans ved 260 nm i en DU-640 spektrofotometer (Beckman Coulter).

Microarray hybridisering og dataanalyse

Microarray data mining til at identificere aggressive prostatakræft biomarkører involverede to analyser samtidigt udført på vores nordamerikanske (Toronto, Canada) og asiatiske steder (Penang, Malaysia). På det nordamerikanske site, vi hybridiseret 166 prøver (G8 n = 42; G0 n = 124). Gener identificeret som signifikant (p 0,05, fold ændring ≥1.0, korrigeret Benjamini-Hochberg FDR) blev udvalgt til yderligere downstream undersøgelse ved hjælp af anmærkninger og probe design, [rådighed på Affymetrix hjemmeside (https://www.affymetrix.com)] og information om gen-struktur og funktion [findes på National Institutes of Health hjemmeside (https://www.ncbi.nlm.nih.gov)]. Lignende profilering og data mining processer blev gennemført på vores asiatiske sted i Malaysia med 89 prøver (G8 n = 49; G0 n = 40), se Figur 1.

Microarray datafiler for den kombinerede 91 G8 og 164 G0 prøver var baggrund korrigeret via GCRMA og importeres til GeneSpring software (version 7 · 3 · 1, Agilent, Californien, USA) til analyse. Upålidelige signaler, som defineret af cross-gen fejl model, blev kasseret fra analysen.

Probe sæt signalintensiteter blev sammenlignet mellem sygdom og kontrolgrupper. Gener blev bestemt at være differentielt udtrykte mellem cases og kontroller ved hjælp af variansanalyse (ANOVA) test inkorporeret i GeneSpring. Probesets med p-værdier mindre end 0 · 05 og fold ændre størrelser større end 1 · 2 blev identificeret som statistisk signifikant. Prøve størrelse blev fastsat på grundlag af en vurdering, vi havde lavet til en tidligere undersøgelse, der er, at 100 prøver pr gruppe er forpligtet til at opnå tilstrækkelig effekt (0,80), med en type I-fejl på mindre end 0,05 og en fold forandring størrelsesorden større end 1.2, for en stor del (over 75%) af gener blive undersøgt [20].

Microarray data blev også behandlet af MAS5. Probe sæt markeret som “fraværende” eller “marginal” i enhver prøve blev kasseret. Analysen blev udført uafhængigt ved hjælp af R-program, som Bioconductor.org (Seattle, Washington, USA). Kun gener, der optrådte statistisk signifikant i begge indsamlingssteder blev udvalgt.

Kvantitativ realtid polymerasekædereaktion

Gener udvalgt fra microarray analyser blev kontrolleres ved hjælp af QRT-PCR i en kohorte jeg studerer. Kun gener identificeret i microarray analyse, der også forblev statistisk signifikant i Kohorte I QRT-PCR undersøgelse blev godkendt til længere nedstrøms analyse.

cDNA skabelon for QRT-PCR blev reverse transkriberet fra RNA ved hjælp af høj kapacitet cDNA Reverse transcription Kit (Applied Biosystems). 20 ng cDNA blev anvendt i en 25 pi reaktion volumen i en TaqMan® Duplex Reaktion (for en oversigt over metoden, se figur 1).

Gener verificerede i Kohorte Jeg blev derefter testet i en Kohorte II studie . Kohorte II blodprøver blev opsamlet i PAXgene ™ rør (PreAnalytiX), ellers Kohorte I og II studie metoder var identiske.

Forsøgene blev udført i duplex QRT-PCR-test. Hvert gen af ​​interesse blev analyseret i en række eksperimenter med et endogent henvisning gen (ACTB; beta actin). Baseline ekspression af ACTB tilladt os væsentligt at identificere forskellige niveauer af gentranskripter mellem prostatakræft og kontrolgrupper. Gener verificeres af begge kohorte analyser blev kombineret som par; forhold mellem et overudtrykt gen og en underexpressed gen var direkte målt i duplex reaktioner. Genekspression forskelle blev estimeret ved anvendelse af sammenlignende tærskelcyklus (Ct) fremgangsmåde til relativ kvantificering [21], normalisere Ct-værdier i forhold til reference-genet. Dette blev udført ved at beregne en ACt

prøve = Ct

(target-gen) – Ct

(partner-gen). Den relative fold-ændring (sygdom versus kontrol) var repræsenteret som 2

-ΔΔCt, hvor ΔΔCt = betyder ACt

Ca – betyder ACt

kontrol

Vi valgte SAMSN1, et overudtrykt gen. som partner genet med hvert af de seks nedreguleret målgener. Dette format giver mulighed for beregning af en “OP /NED” genekspression forholdet mellem hver underexpressed PRCA biomarkør gen og dets duplex partner, SAMSN1, fra forskellen i deres Ct-værdier som tidligere [16] beskrevet. En parametrisk Mann-Whitney test evaluerede statistisk signifikans af forskelle mellem kontrol- og PRCA mRNA niveauer.

Resultater

Fra Kohorte I (kombineret nordamerikanske og malaysiske undersøgelsessteder) 85 gener blev identificeret til at være betydeligt differentielt udtrykt mellem Gleason score ≥8 prostatakræft og kontroller, og udvalgt til yderligere undersøgelse via QRT-PCR (figur 1).

Kvantitativ real-time PCR verifikation

Disse 85 gener blev testet på 245 Kohorte i prøver indsamlet i EDTA-rør (G8 n = 54; G0 n = 191). Tyve af generne blev verificeret som forbliver signifikant i en QRT-PCR assay og beholdt til Kohorte II studie.

Af de 20 kandidatgener, ti forblev signifikant i Kohorte II prøver indsamlet i Paxgene rør (p-værdi 0,001, fold ændringer fra 1. · 31-1 · 58 for overudtrykte gener og -1 · 28 til -1 · 48 for underexpressed gener)

udtrykket værdier af de ti gener blev analyseret ved hjælp af en multivariat. logistisk regressionsmodel. AUC ROC af hvert enkelt gen varierede fra 0 · 60 til 0 · 69; parret sammenligning resulterede i syv-, otte- eller ni-gen kombinationer, alle opnåede en AUC på ca. 0 · 82. Af interesse blev det bedste syv-genet kombination bestående af en overudtrykt gen og seks underexpressed gener (AUC = 0 · 82). valgte derfor vi denne syv-gen biomarkør panel til påvisning af høj kvalitet prostatakræft (tabel 2).

Vi brugte enkelt overudtrykte gen, SAMSN1, at være det fælles partner genet for hver af de seks underexpressed gener: CRTAM, CXCR3, FCRL3, KIAA1143, KLF12 og TMEM204. De seks rækkehuse, der repræsenterer seks genekspression nøgletal blev evalueret på den samme kohorte II prøver (G8, n = 80; Ctrl, n = 102). Ekspressionsniveauerne for de seks rækkehuse blev observeret at afvige betydeligt mellem sygdom og kontrolgrupper (p 0,0001 og fold ændringer i en · 44-1 · 66; tabel 2). Diskriminerende resultater blev også evalueret under anvendelse af AUC ROC Den skelnende evne seks duplex panel (combinative udførelsen af ​​de seks duplexer) opnåede en AUC på 0 · 74 (95% CI: 0 · 67-0 · 80), specificitet på 84%, følsomhed på 63% og nøjagtighed på 75%.

for at estimere den mulighed, at resultaterne var skyldes alene tilfældig chance, udførte vi to-fold cross-valideringer, hvor halvdelen af ​​prøverne blev anvendt til at definere koefficienter og tærskler for modellen, som derefter blev brugt til at forudsige den resterende halvdel af prøverne. Denne proces blev gentaget 1000 gange ved hjælp af de faktiske data, først med den aggressive cancer status og en anden gang med status tilfældigt omfordeles. Fordelingen af ​​AUC ROC fra hver analyse resulterede i to godt adskilte kurver med mindre end 5% overlap hvorfra vi konkludere, at den observerede ydeevne næppe være alene er resultatet af tilfældige chance (figur 2).

histogrammer for AUC blev plottet og sammenlignet; Resultaterne viste AUC fra PCR-data var godt adskilt fra null sæt, med et overlap på mindre end 5%.

Fra data, vi byggede en logistisk regressionsmodel kombinerer PSA og genekspression nøgletal hjælp G8 prøver mod kontroller for yderligere at forbedre skelnende evne af panelet. Dette opnås et AUC ROC på 0,99 på 69 G8 versus 101 kontroller af Kohorte II (følsomhed = 96%, specificitet = 100%).

Dette kombineret panel af PSA og genekspressions forhold (se tabel 3), der er defineret af kohorte II blev testet på kohorte III prøver. Alle seks dobbelthuse forblev betydeligt differentielt udtrykt mellem G8 og kontroller (alle p-værdier er ≤ 0,01). Ligningen bygget fra Kohorte II studie – med faste parametre – blev anvendt til den nye Kohorte III datasæt, for at give en uafhængig vurdering af den differentierede ydeevne biomarkør panel. AUC ROC var 0,88 på 54 G8 versus 57 kontroller (sensitivitet = 83%, specificitet = 98%).

Alle analyser rapporteret over involverede prøver af kontroller eller G8 sager og blev brugt til model validering. Er formålet i denne undersøgelse var imidlertid at estimere aggressivitet af kræft. Til dette formål anvendte vi Cohort IV, et sæt omfattende tilfælde af mellemliggende cancer kvaliteter (G6 n = 33, G7 (3 + 4) n = 35, og G7 (4 + 3) n = 43). Til denne analyse, kontrol, G6 og G7 (3 + 4) sager blev betragtet som ikke-aggressive kræftformer og G7 (4 + 3) og G8 blev anset aggressive kræftformer. ROC-analyse (som ansøgte Kohorter I, II, III) er ikke hensigtsmæssigt her, som ROC beregning er bedst for simple positive og negative proportioner inden for grupper, og Cohort IV indeholdt mere komplekse undergrupperinger.

I stedet for Cohort IV analyse, vi vurderet den positive forudsigelse for hver undergruppe, og fandt, at blev fundet 55% af G6, 49% af G7 (3 + 4) og 79% af G7 (4 + 3) med den samme signatur, havde identificeret G8 aggressive kræfttilfælde (figur 3). Derimod PSA-niveau alene ikke var i stand til at skelne mellem mindre aggressiv G6, G7 (3 + 4) og den mere aggressive G7 (4 + 3) grupper, hvilket gav positive forudsigelse satser på 88%, 89% og 100%, henholdsvis i prøver, hvor PSA-niveauerne nåede 4 ng /ml.

Den negative forudsigelse sats for kontrol tilfælde kortlagt sammen med de positive forudsigelse satser for kræfttilfælde. PSA alene har høje positive prædiktive priser for alle kræft kvaliteter ( 87%), men den kombinerede PSA og RNA panel har lavere positiv forudsigelse for de mindre aggressive G6 og G7 (3 + 4) undergrupper, 55% og 49% ), mens næsten samme positive forudsigelse sats for den mere aggressive G7 (4 + 3) som G8-grupper (79% og 83% henholdsvis.

diskussion

Vores mål i denne undersøgelse var at identificere blod-baserede biomarkører for aggressiv prostatakræft. Vi indsamlede prøver på flere steder, fra både asiatiske og ikke-asiatiske patienter, for at minimere etniske og racemæssige forskelle. Vores strategi fokuserede primært på identifikation af biomarkører for highest- kvalitet kræftformer (Gleason score 8-10), og vi anvendte derefter modellen til patienter med Gleason score 7 (4 + 3), Gleason score 7 (3 + 4), Gleason score 6 og kontroller. modellen var en succes at skelne patienter med høj risiko Gleason score 7 (4 + 3) til Gleason score 10 fra dem med lav til mellemliggende risiko Gleason score 6 og Gleason score 7 (3 + 4). De foreløbige resultater af denne syv gen model til at forudsige aggressiv prostatakræft er opmuntrende og skal valideres i et multi-site validering klinisk studie.

Som bekræftet i ovenstående resultater, PSA på eget har en høj positiv forudsigelse sats. Tilsætningen af ​​den rapporterede blod-baserede biomarkør panel forbedret PSA nøjagtighed til aggressive cancere. Dette blev opnået ved at korrigere for over-diagnose af aggressive kræftformer i G6 og G7 kohorter med omkring halvdelen (færre tilfælde må forventes at udvise en aggressiv kræft molekylære signatur i de lavere-grade kræft kohorter).

Vi identificerede kandidat biomarkør gener og udviklede gen duplekser ved at kombinere et overudtrykt gen med en underexpressed gen for at amplificere differentiel genekspression og normalisere for individuelle variationer (tabel 2). Verifikation på uafhængige Kohorte III prøver viste, at vi var en succes i vores indsats. Dette er repræsenteret ved vores analyse hos kontrolpatienter og bekræftede Gleason score 8-10 prostatakræft patienter, med en specificitet på 80% eller bedre. Et gen-only multivariat prædiktiv model bygget på data Kohorte II blev anvendt på Kohorte III prøver, og specificiteten fortsat høj på 83%.

De syv gener identificeret fra blod-afledt mRNA i denne undersøgelse er hovedsageligt involveret i immunrespons, kemotaxi, og gentranskription regulering i carcinogenese [22] – [25]. Af interesse, vores undersøgelse fandt CRTAM signifikant underexpressed i aggressiv prostatakræft, hvilket antyder en mulig rolle for T-celle-mangel i prostatacancer. Derudover har ændret KLF ekspression blevet fundet i tumorer og tumorprogression [26] – [29], og flere undersøgelser rapporterer, at aktivatorprotein 2 alpha (AP-2alpha) spiller en væsentlig rolle i tumorigenese [30], [31].

Mange mænd med tidlig prostatakræft vil aldrig udvikle sig til sent kræft. Den delmængde af mænd med indolent sygdom ville være fremragende kandidater til aktiv overvågning. Men der er en mangel på klare kriterier for at skelne mellem de mest udsatte for aggressiv kræft og dem, hvis sygdom vil følge en indolent kursus [4], [32], [33]. PSA som en lone vejledende biomarkør har en høj falsk positiv og betydelig falsk negativ rate [34]. Det udsætter mange mænd til gentagne unødvendige biopsier, med risiko for smerter, infektion, sepsis, og potentielle cascading downstream konsekvenser, såsom radikal prostatektomi med bivirkninger af impotens og inkontinens [35]. Således en vigtig klinisk udfordring i prostata onkologi er at identificere, i populationen af ​​PSA-positive mænd, der med høj kvalitet eller aggressiv kræft, uden at kræve alle patienter til at gennemgå en smertefuld væv biopsi.

blod- baseret biomarkør signatur rapporteret her identificerer prostatakræft med Gleason score mellem 7 (4 + 3) og 10. gentages i en mere generel og repræsentativ population, kan denne biomarkør signatur raffineres og anvendes til at danne grundlag for en simpel blodprøve. Anvendes i forbindelse med PSA som en risiko lagdeling værktøj, kan den rapporterede signatur identificere mænd i risiko for at have høj kvalitet prostatacancer. Biopsi, mætning biopsi, bekræftelse og intervention kan anbefales til mænd i denne kategori, som behandling af højere kvalitet kræft har vist sig at have en positiv indflydelse 5-års overlevelsesraten i forhold til observation [36]. Omvendt kan mænd uden denne biomarkør signatur har mere tillid til at vælge “aktiv overvågning” over øjeblikkelig behandling.

Støtte oplysninger

Appendiks S1. Salg Detaljer for biopsier af prøver prostatacancer.

doi: 10,1371 /journal.pone.0045802.s001

(DOC)

Tak

Vi vil gerne anerkende bidragene fra Dr. G Lee og Dr. WL Chong. Forfatterne takker den redaktionelle bistand fra Isolde Prince og David J Novak.