Znaczenie prognostyczne ekspresji cykliny D1 i cykliny B u
Transkrypt
Znaczenie prognostyczne ekspresji cykliny D1 i cykliny B u
136 PRACE ORYGINALNE / ORIGINALS Znaczenie prognostyczne ekspresji cykliny D1 i cykliny B u pacjentów z rakiem krtani leczonych radioterapią Prognostic significance of cyclin D1 and cyclin B expression in laryngeal squamous cell carcinomas treated with radiotherapy Dorota Dupla1, Marcin Frączek 2, Tomasz Kręcicki2, Zbigniew Woźniak 3 Otolaryngol Pol 2009; 63 (2): 136-140 ©by Towarzystwo Otorynolaryngologów – Chirurgów Głowy i Szyi Otrzymano/Received: 21.12.2008 Zaakceptowano do druku/Accepted: 26.01.2009 1 Zakład Teleradioterapii, Dolnośląskie Centrum Onkologii we Wrocławiu Kierownik: dr n. med. B. Spytkowska 2 Klinika Otolaryngologii AM we Wrocławiu Kierownik: prof. dr hab. T. Kręcicki 3 Zakład Anatomii Patologicznej AM we Wrocławiu Kierownik: prof. dr hab. J. Rabczyński Wkład pracy autorów/ Authors contribution: D. Dupla – główny badacz oraz przewodnicząca zespołu autorów. M. Frączek – analiza danych oraz przygotowanie manuskryptu. Z. Woźniak – analiza histopatologiczna materiału. T. Kręcicki – analiza oraz zbieranie funduszy. Konflikt interesu/ Conflicts of interest: Autorzy pracy nie zgłaszają konfliktu interesów. Adres do korespondencji/ Address for correspondence: imię i nazwisko: Marcin Frączek adres pocztowy: ul. Borowska 213 50-556 Wricław Klinika Otolaryngologii tel. 501815421 e-mail [email protected] SUMMARY Cyclin B1 and cyclin D1 playing the role of regulatory subunits of cyclin-dependent kinases responsible for progression of cell cycle are involved in carcinogenesis of head and neck tumors. The aim of this study is to investigate their value for predicting clinical outcome after radiotherapy of laryngeal squamous cell cancer (LSCC). Material and methods. The study included 50 patients with LSCC treated between the years 1998 and 2003 with radiotherapy. Tissue samples were studied immunohistochemically for detection of cyclin B1 and cyclin D1 and their expression were correlated with clinicopathological factors, local tumor control and patient survival. Results. Accumulation of cyclin D1 and cyclin B1 were detected in 36% and 48% of tumors respectively. No relationship was observed between immunostaining for analyzed proteins and clinicopathologic factors. Cyclin B1 overexpression was associated with higher rate of locoregional recurrence. Fiveyear disease free survival rate for patients with cyclin B1 positive tumors was 73% v. 84% for cyclin B1 negative patients (p=0,005). Conclusion. The expression of cyclin D1 in LSCC does not seem to have a prognostic significance. Overexpression of cyclin B1 may be an indicator of the risk of locoregional recurrence in patient receiving radiotherapy. Thus cyclin B1 detected by immunohistochemistry can be useful for predicting outcome of radiotherapy in patients with LSCC. Hasła indeksowe: rak krtani, cyklina B1, cyklina D1, immunohistochemia, radioterapia, prognoza Key words: laryngeal cancer, cyclin B1, cyclin D1, immunohistochemistry, radiotherapy, prognosis Wstęp Nowoczesne metody badawcze biologii molekularnej umożliwiają nam obecnie lepsze poznanie mechanizmów karcinogenezy i wskazują wiele nowych parametrów mogących mieć znaczenie rokownicze i predykcyjne dla pacjentów z chorobą nowotworową. Uzyskanie informacji na etapie diagnozy o promieniowrażliwości guza ułatwiłoby podejmowanie decyzji terapeutycznych i pozwoliło na indywidualizację leczenia poprzez wybór najskuteczniejszej metody leczenia. Ponieważ nieprawidłowa, niekontrolowana proliferacja jest główną cechą charakterystyczną nowotworu, a także podstawową przyczyną niepowodzeń radioterapii białka kontrolujące przebieg cyklu komórkowego znajdują się obecnie w centrum zainteresowania. Jednym z najczęściej aktywowanych onkogenów w nowotworach głowy i szyi jest cyklina D1 należąca do rodziny białek odgrywających kluczową rolę w inicjacji oraz regulacji progresji poszczególnych etapów cyklu komórkowego. Cykliny uważane za produkty protoonkogenów w pewnych okolicznościach mogą zakłócić delikatną równowagę pomiędzy pozytywnymi i negatywnymi regulatorami cyklu. Akumulacja cykliny D1 w komórce w fazie G1 umożliwia przejście przez punkt restrykcyjny i rozpoczęcie podziału komórkowego [ ]. Nieprawidłowy, podwyższony poziom cykliny D1 może znosić indukowaną przez promieniowanie przerwę w G1. Cyklina B1 jest główną cykliną fazy G2, a tworząc aktywny kompleks z kinazą cyklinozależną CDK1 warunkuje przejście interfazy G2/M i prawidłowy przebieg procesów zachodzących w trakcie mitozy [ ]. Nadekspresja cykliny B1 może modulować odpowiedź komórek na działanie promieniowania jonizującego poprzez wpływ na punkty kontrolne fazy G2 i M, efektem czego może być dalsza nieprawidłowa proliferacja przyczyniająca się do promieniooporności [ ]. Celem pracy było określenie wartości predykcyjnej cykliny D1 oraz cykliny B1 w prognozowaniu skuteczności radioterapii, poprzez ustalenie związku ekspresji ocenianych markerów z ryzykiem wznowy miejscowej i przeżyciem swoistym pacjentów z rakiem płaskonabłonkowym krtani leczonych samodzielną radioterapią. Materiał i metody Do badań włączono 50 chorych leczonych w Zakładzie Teleradioterapii Dolnośląskiego Centrum Onkologii we Wrocławiu w latach 1998–2003. Wśród chorych było 40 mężczyzn i 10 kobiet. Wiek pacjentów wahał się od 33 do 82 lat (średnia 61 lat). Kliniczne zaawansowanie nowotworu określono za pomocą klasyfikacji TNM wg UICC. Wśród chorych były 4 przypadki raka przedinwazyjnego (Tis), 20 chorych z guzem T1, 20 z T2, 5 z T3 i 1 z T4. W 46 przypadkach nie stwierdzono Otolar yngologia Polska tom 63, nr 2, mar zec – k wiecień 20 0 9 PRACE ORYGINALNE / ORIGINALS obecności przerzutów do węzłów chłonnych, 2 chorych oceniono jako N1, a pozostałych 2 jako N2. Pierwszy stopień zaawansowania stwierdzono u 19 chorych, II u 18, III u 7 i IVa u 2 pacjentów. U 39 pacjentów guz nowotworowy zlokalizowany był w głośni, a w 11 przypadkach w nagłośni. Wszyscy chorzy byli leczeni radykalną radioterapią. W niezaawansowanych rakach głośni bez przerzutów do węzłów chłonnych obszar napromieniany był ograniczony do samej krtani, a w rakach nadgłośni oraz w przypadku N+ napromieniano również układ chłonny szyi. Dawka całkowita wahała się od 51 Gy do 72 Gy, dawka frakcyjna od 2 do 3 Gy. Czas trwania radioterapii wynosił średnio 45 dni (mediana 46 dni; SD 8 dni). Średni czas obserwacji po leczeniu wynosił 48,4 miesięcy (SD 22 mies.). U 9 chorych stwierdzono wznowę procesu nowotworowego w krtani. U 1 osoby wznowie miejscowej towarzyszyła wznowa w obrębie węzłów chłonnych szyi. Czas ujawnienia się wznowy liczony od rozpoczęcia radioterapii do momentu potwierdzenia histopatologicznego wynosił od 4 do 46 miesięcy. Spośród 6 chorych, u których wykonano ratującą laryngektomię, 3 żyje bez cech wznowy, 2 zmarło z powodu progresji miejscowej nowotworu a jedna osoba z przyczyn nienowotworowych. Spośród pozostałych 3 osób ze wznową 1 zmarła z powodu progresji miejscowej, a 2 osoby żyją nadal. Badania immunohistochemiczne, stosując metodę ABComplex/HRP, wykonywano na skrawkach parafinowych grubości 4 μm, które umieszczono na szkiełkach silanizowanych (DAKO), odparafinowano w ksylenie i przeprowadzono przez szereg alkoholowy o malejących stężeniach. Endogenną peroksydazę blokowano przez 10 min 3% roztworem H2O2. Następnie na skrawki nanoszono pierwotne mysie monoklonalne przeciwciała p/ludzkiemu białku: cyklinie D1 (DCS-22 DAKO M7155) w rozcieńczeniu 1/50, inkubowano 30 min; cyklinie B1 (7A9 NOVO CASTRA) w rozcieńczeniu 1/20, inkubowano 60 min. Inkubacje prowadzono w temperaturze pokojowej. Reakcja immunocytochemiczna wywołano roztworem 3,3-diaminobenzidine tetrahydrochloride (DAB) (K3486 DAKO). W kontroli negatywnej przeciwciała zastępowano surowicami kontrolnymi zachowując pozostałe warunki reakcji. Do oceny preparatów użyto mikroskopu Olimpus BX 50 i komputerowego systemu analizy obrazów MultiScanBase v.8.08 (css Scan). Każdorazowo pod powiększeniem 40x wybierano pola o najsilniejszej reakcji barwnej, a następnie pod powiększeniem 400-krotnym zliczano komórki nowotworowe oraz komórki wykazujące reakcję dodatnią, uwzględniając co najmniej 500 komórek. Następnie obliczano odsetek komórek wybarwionych. W przypadku cykliny D1 za dodatnią uznawano reakcję jądrową, w przypadku cykliny B1 reakcję cytoplazmatyczną i jądrową. Obecność reakOtolar yngologia Polska tom 63, nr 2, mar zec – k wiecień 20 0 9 cji barwnej w więcej niż 5% komórek dla obu cyklin uznano jako wynik pozytywny. Wyniki uzyskanych badań poddano opracowaniu statystycznemu pakietem programów statystycznych EPIINFO Ver. 3.2. Dla parametrów dyskretnych częstość występowania cechy w grupach analizowano testem t2 z poprawką Yatesa lub, gdy wartość oczekiwana w komórce była mniejsza od 5, testem dwustronnym Fishera. Przeżycie porównywano używając testu log-rank. Analizę wieloczynnikową przeprowadzono stosując model regresji proporcjonalnego hazardu Coxa. Wartość p<0,05 uznawano za znaczącą statystycznie. Wyniki W badaniu immunohistochemicznym cyklinę D1 i cyklinę B1 stwierdzono odpowiednio w 18 (36%) i 24 (48%) analizowanych przypadkach. Guzy pozytywne dla cykliny D1 wykazywały znaczną heterogenność w intensywności wybarwienia oraz liczbie wybarwionych komórek pomiędzy poszczególnymi przypadkami. Nowotwory głośni charakteryzowały się wyższym odsetkiem komórek z pozytywną reakcją na cyklinę D1 (43%) niż nowotwory o lokalizacji nadgłośniowej, wśród których stwierdzono tylko 1 przypadek reakcji dodatniej (9%) (p=0,07) (tab. I). Nie wykazano związku pomiędzy podwyższoną ekspresją analizowanych białek a pozostałymi parametrami klinicznymi i histopatologicznymi guzów jak płeć, wiek, cecha T, stopień zaawansowania klinicznego i obecność przerzutów do węzłów chłonnych. Nie stwierdzono również zależności pomiędzy ekspresją samych białek. Analiza jednoczynnikowa nie wykazała istotnego statystycznie wpływu badanych markerów immunohistochemicznych na ryzyko wznowy i zgonu z powodu raka krtani (tab. II). Jednak w analizie wieloczynnikowej istotnymi statystycznie, niezależnymi czynnikami związanymi z ryzykiem wznowy miejscowej okazały się: cecha T (p=0,004), wiek (p=0,009) i cyklina B1 (tab. III). Guzy gromadzące cyklinę B1 charakteryzowały się wyższym ryzykiem wystąpienia wznowy miejscowej (rr=1,44; p=0,005). Krzywa przeżycia wolnego od wznowy nowotworu w zależności od obecności cykliny B1 przedstawia ryc. 1. Analiza jednowariantowa wykazała znaczący wpływ cechy T na ryzyko wznowy miejscowej (p=0,035) i zgonu z powodu raka krtani (p=0,035). Zawansowanie kliniczne wg TNM korelowało z ryzykiem zgonu z powodu nowotworu (p=0,029). W analizie wieloczynnikowej całkowitego czasu przeżycia jedynym niezależnym czynnikiem rokowniczym pozostała wielkość guza nowotworowego. Ryzyko zgonu chorych z powodu raka krtani z guzami T3 i T4 było wyższe niż dla nowotworów T1 i T2 (rr=14,6; p=0,028). 137 138 PRACE ORYGINALNE / ORIGINALS Tabela I. Zależność pomiędzy ekspresją analizowanych białek a cechami kliniczno-patologicznymi Parametr Płeć Wiek (lata) Lokalizacja guza Cecha T Zaawansowanie Cecha N Wznowa miejscowa Cyklina B1 N Cyklina D1 Cyklina B1 ≤5% > 5% ≤5% > 5% kobiety 10 6 (60) 4 (40) 6 (60) 4 (40) mężczyźni 40 26 (65) 14 (35) 20 (50) 20 (50) <60 23 14 (61) 9 (39) 13 (56) 10 (44) 60 27 18 (66) 9 (34) 13 (48) 14 (52) głośnia 39 22 (56) 17 (44) 18 (46) 21 (54) nadgłośnia 11 10 (91) 1 (9) 8 (73) 3 (27) T1+T2+Tiss 44 26 (59) 18 (41) 22 (50) 22 (50) T3+T4 6 6 (100) 0 4 (77) 2 (33) I+II+Tiss 41 24 (59) 17 (41) 21 (51) 20 (49) III+IV 9 8 (89) 1 (11) 5 (56) 4 (44) N0 56 29 (63) 17 (27) 25 (54) 21 (46) N+ 4 3 (75) 1 (25) 1 (25) 3 (75) 0 41 28 (68) 13 (32) 22 (54) 19 (46) 1 9 4 (44) 5 (56) 4 (44) 5 (56) ≤5% 26 19 (73) 7 (27) - - > 5% 24 13 (54) 11 (46) - - Tabela II. Analiza jednowariantowa wznów miejscowych i zgonów swoistych pacjentów z rakiem krtani Parametr Cyklina D1 Cyklina B1 N Wznowa (n=9) (%) 5Y RFS P Zgony (n=3) (%) 5Y OS P ≤ 5% 32 8 (25) 74,0% 0,134 3 (9) 88,9% 0,192 > 5% 18 1 (5) 85,7% 0 100% ≤5% 26 4 (15) 84,6% 0,590 2 (8) 89,9% 0,62 > 5% 24 5 (21) 73,4% 0,590 1(4) 95,7% 0,62 5Y RFS (recurrens free survival) - 5-letnie przeżycie bez cech wznowy miejscowej; 5Y OS – ryzyko zgonu z powodu nowotworu; p – poziom istotności statystycznej Dyskusja Nieskuteczność radioterapii może być spowodowana zbyt dużą w stosunku do podanej maksymalnej dawki liczbą komórek nowotworowych, ich opornością na promieniowanie, niedotlenieniem guza lub przyspieszoną repopulacją komórek nowotworowych. Wydaje się, że najbardziej istotną przyczyną niepowodzeń leczenia raka krtani jest właśnie przyspieszona repopulacja [ ]. Mechanizmy i przyczyny tego procesu nie są jednak do końca wyjaśnione. Czynniki molekularne zaangażowane w kontrolę cyklu komórkowego, zwłaszcza związane z fazą G1 (cyklina D1) oraz fazą G2 (cyklina B1) mogą mieć bezpośredni związek z tym zjawiskiem. W analizowanej grupie pacjentów z rakiem krtani leczonych samodzielną radioterapią wykazano, że nadekspresja cykliny B1 jest związana z wyższym ryzykiem wystąpienia wznowy miejscowej, co może świadczyć o promieniooporności tych guzów. Korelację akumulacji tego białka z krótszym przeżyciem i zwiększonym ryzykiem nawrotu po radioterapii stwierdzono także w innych badaniach [5, 6]. Cyklina B1 jest białkiem regulatorowym, które zarządza prawidłowym przebiegiem fazy G2 i mitozy. Zaburzenia w przebiegu tych faz mogą przyczyniać się do rozwoju promieniooporności nowotworów. Napromienianie komórek Otolar yngologia Polska tom 63, nr 2, mar zec – k wiecień 20 0 9 PRACE ORYGINALNE / ORIGINALS Tabela III. Analiza wielowariantowa wznów miejscowych pacjentów z rakiem krtani Parametr Wariant N Wznowa (n=9) 5Y RFS Cyklina B1 ≤ 5% 26 4 (15%) 84,6% > 5% 24 5 (21%) 73,4% Rr beta P 1,44 0,367 0,005 rr (relative risk) - ryzyko względne; 5Y RFS (recurrens free survival) - 5-letnie przeżycie bez cech wznowy miejscowej; p – poziom istotności statystycznej z nadekspresją cykliny B1 wykazało znaczne skrócenie fazy G2, wynikiem czego jest przedwczesne rozpoczęcie mitozy w komórkach z nienaprawionym DNA [9]. Zazwyczaj w takich komórkach dochodzi do indukcji apoptozy lub katastrofy mitotycznej i ostatecznie śmierci komórek, co zabezpiecza organizm przed dalszą proliferacją niestabilnych genetycznie komórek [9]. Obecność cykliny B1 w komórkach nowotworowych może świadczyć o zablokowaniu tych mechanizmów, co umożliwia komórkom z uszkodzonym DNA przeżycie katastrofy mitotycznej i kontynuowanie podziałów komórkowych. W przypadku długotrwałego działania czynników uszkadzających może to być jeden z mechanizmów adaptacyjnych umożliwiających komórce przeżycie i proliferację w niekorzystnych warunkach, jednak kosztem zwiększonej tolerancji na uszkodzenia DNA [9]. Nieprawidłowa aktywacja tego mechanizmu w komórkach nabłonka może odgrywać istotną rolę zarówno w procesie karcinogenezy, jak i być przyczyną powstania klonów opornych na promieniowanie. W naszym badaniu nie stwierdziliśmy związku pomiędzy ekspresją cykliny D1 a ryzykiem wznowy i przeżyciem chorych po radioterapii. Według modelu karcinogenezy raków głowy i szyi wg Califano nadekspresja cykliny D1 jest zmianą późną, związaną z progresją nowotworową. Liczne badania potwierdzają tę teorię wykazując związek pomiędzy jej nadekspresją a zaawansowaniem choroby, zajęciem węzłów chłonnych, krótszym przeżyciem i zwiększonym ryzykiem wznowy [10, 11]. Brak związku z czynnikami klinicznymi i patologicznymi stwierdzono w innych doniesieniach [12]. Cyklina D1 może także modulować odpowiedź komórek na napromienianie, pomimo że jej wpływ na promieniowrażliwość nowotworów jest przedmiotem kontrowersji. W większości badań klinicznych wykazano większą promieniowrażliwość nowotworów z nadekspresją cykliny D1 [13, 14]. Obserwowaną w tych przypadkach zwiększoną promieniowrażliwość można tłumaczyć znacznym skróceniem fazy G1, co jest przyczyną nieukończenia zarówno syntezy i prawidłowego rozmieszczenia wszystkich kompleksów prereplikacyjnych jak i naprawy popromiennych uszkodzeń DNA. Uszkodzenia DNA aktywują poprzez białko p53 proces apoptozy, eliminując nieprawidłową komórkę z organizmu [15]. Z kolei Milas i wsp. wykazali, że wysoki Otolar yngologia Polska tom 63, nr 2, mar zec – k wiecień 20 0 9 Ryc. 1. Czas przeżycia bez wznowy dla chorych z rakiem krtani w zależności od ekspresji cykliny B1. poziom cykliny D1 wraz z nadekspresją EGFR jest związany z promienioopornością guzów [16]. Prawdopodobną przyczyną promieniooporności tych guzów był brak apoptozy. Ostateczny wpływ cykliny D1 na promieniowrażliwość nowotworów może zależeć od innych czynników molekularnych i stopnia uszkodzenia mechanizmów zabezpieczających organizm przed karcinogenezą. Wpływ analizowanych białek na promieniowrażliwość nowotworów jest procesem złożonym i zależy prawdopodobnie od rodzaju komórki, jej aktualnej pozycji w cyklu komórkowym, od typu i natężenia uszkodzeń popromiennych a także sprawności mechanizmów ich naprawy. Również aktywność samych białek jest regulowana wielopoziomowo i zależy zarówno od zwiększenia ich syntezy jak i zahamowania degradacji. Przedstawione w pracy wyniki badań wskazują na użyteczność analizy ekspresji białek cykliny B1 w prognozowaniu skuteczności konwencjonalnej radioterapii u pacjentów z rakiem krtani. PIŚMIENNICTWO 1. Coqueret O. Linking cyclins to transcriptional control. 2. Smits V, Medema RH. Checking out the G2/M transition. Gene 2002; 299: 35-55. Biochimica et Biophisica Acta 2001; 1219: 1-12. 3. Tamamoto T, Ohnishi A. Correlation between -ray-induced G2 arrest and radioresistance in two human cancer cells. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 1999; 44: 905-9. 139 140 PRACE ORYGINALNE / ORIGINALS 4. Składowski K, Tarnawski R, Maciejewski B, Wygoda A, Slosarek D. Clinical radiobiology of glottic T1 squamous cell carcinoma. Int J Radiation Oncology Biol Phys. 1999; 5. M, Sasiadek M. Studies of the cell cycle regulatory protei- Hassan KA, El-Naggar AK, Soria JC, Liu D, Hong WK, Mao ns (P16, cyclin D1 and retinoblastoma protein) in larynge- squmous cell carcinoma of the tongue. Clin Cancer Res. randina G. Cyclin D1 gene amplification in human laryn- Kushner J, Bradley G, Young B, Jordan RC. Aberrant ex- geal squmous cell carcinomas: prognostic significance and ma. J Oral Pathol Med. 1999; 28: 77-81. Kao GK, McKenna G. Cyclin B1 availability is a rate-limiting component of the radiation-induced G2 delay in HeLa cells. Cancer Res. 1997; 57: 753-758. 8. clinical implications. Clin Cancer Res. 1996; 2: 175-180. 13. Martin J, Balkenender A. Cyclin D1 overexpression enhances radiaton induced apoptosis and radiosensitivity in a breast tumor cell line. Cancer Res. 1999; 59: 1134-1140. 14. Milas L, Akimoto T, Hunter NR, Mason KA, Buchmiller L, Ying X-Y, Grove L, Datta NS. Inverse regulation of cyclin Yamakawa M, i wsp. Relationship between cyclin D1 ex- B1 by c-myc and p53 and induction of tetraploidy by cyc- pression and poor radioresponse of murine carcinomas. lin B1 overexpression. Cancer Res. 2001; 6: 6487-6493. 9. al carcinoma tissue. J Laryng Otol 2004; 118; 676-680. 12. Bellacosa A, Almadori G, Cavallo S, Cadoni G, Galli J, Fer- 2001; 7: 2458-2462. pression of cyclin A and cyclin B1 proteins in oral carcino7. 497-502. 11. Krecicki T, Smigiel R, Kaczmarz M, Fraczek M, Kowalczyk 43: 101-106. L. Clinical significance of cyclin B1 protein expression in 6. and neck. Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 1997; 125: Int J Radiation Oncology Biol Phys. 2002; 52: 514-521. Illidge TM, Cragg MS, Fringes B, Olive P, Erenpreisa JA. 15. Martin J, Balkenender A. Cyclin D1 overexpression en- Polyploid giant cells provide a survival mechanism for p53 hances radiaton-induced apoptosis and radiosensitivity in mutant cells after DNA damage. Cell Biol Internat. 2000; 24: :621-633. a breast tumor cell line. Cancer Res. 1999; 59: 1134-1140. 16. Milas L, Akimoto T, Hunter NR, Mason KA, Buchmiller L, 10. Michalides RJ, van Veelen NM, Kristel PM, Hart AA, Loftus Yamakawa M, i wsp. Relationship between cyclin D1 ex- BM, Hilgers FJ I in.. Overexpression of cyclin D1 indicates pression and poor radioresponse of murine carcinomas. of poor prognosis in squmous cell carcinoma of the head Int J Radiation Oncology Biol Phys. 2002; 52: 514-521. Otolar yngologia Polska tom 63, nr 2, mar zec – k wiecień 20 0 9