Are preoperative acute phase proteins serum levels associated with clinical outcome in non-small cell lung cancer patients?

Wstęp

Reakcja ostrej fazy stanowi element odporności nieswoistej i obejmuje najwcześniej zachodzące zmiany w odpowiedzi na uszkodzenie tkanek. W przebiegu tej reakcji dochodzi do szeregu zmian endokrynnych, metabolicznych i neurologicznych – zarówno lokalnie, jak i systemowo występujących w krótkim czasie po urazie, na początku zakażenia lub procesu zapalnego. Każda forma uszkodzenia lub zaburzenia struktury tkanek wywołuje nieuchronnie reakcję ostrej fazy. Szczególną cechą tej reakcji jest skoordynowana synteza szeregu białek, nazywanych białkami ostrej fazy (BOF). Są one produkowane głównie w wątrobie (95% całkowitej produkcji), ale są również wytwarzane przez monocyty, leukocyty, limfocyty, makrofagi pęcherzyków płucnych i komórki ściany naczyń krwionośnych [1–3]. Podstawą zaliczenia danego białka do BOF jest zmiana jego surowiczego stężenia podczas reakcji ostrej fazy co najmniej o 25%. Białka ostrej fazy dzielą się na białka dodatnie, których stężenie zwiększa się w czasie reakcji ostrej fazy, oraz białka ujemne, których stężenie zmniejsza się. Do białek dodatnich należą: białko C-reaktywne (ang. C-reactive protein – CRP), alfa-1 kwaśna glikoproteina (AGP), alfa-1 antytrypsyna (AT), haptoglobina (Hp), alfa-1 antychymotrypsyna, alfa-2 makroglobulina, ceruloplazmina. Białkami ujemnymi są transferyna i albumina [4]. Za uruchomienie syntezy BOF w trakcie reakcji na bodziec uszkadzający odpowiadają cytokiny, z których największe znaczenie mają: interleukina 6 (IL-6), interleukina 1 (IL-1) oraz czynnik martwicy guza (ang. tumor necrosis alpha – TNF-) [1, 5, 6].

Rola zmian ilościowych i jakościowych cytokin i BOF w przebiegu procesu nowotworowego nie jest do końca poznana. Mogą one wynikać z rozwoju stanu immunosupresji związanej z produkcją przez guz immunosupresyjnych cytokin [7, 8].

Rak płuca należy do najczęstszych nowotworów złośliwych, stanowi również najczęstszą przyczynę zgonów z powodu chorób nowotworowych. Od wielu lat poszukuje się czynników korelujących z agresywniejszym przebiegiem tej choroby. Doniesienia na temat cytokin i BOF jako czynników rokowniczych u chorych po leczeniu operacyjnym nowotworów złośliwych są nieliczne, a ich wyniki niejednoznaczne [9–12].

Cel pracy

Celem pracy była ocena zmian ilościowych wybranych BOF w surowicy chorych kwalifikowanych do radykalnej resekcji niedrobnokomórkowego raka płuca (NDRP). Zbadano zależności między przedoperacyjnym stężeniem BOF a: wiekiem, płcią, typem histologicznym raka płuca, cechą T, cechą N, stopniem zaawansowania klinicznego i stopniem zróżnicowania komórek raka.

Materiał i metoda

Analizie poddano grupę 192 chorych operowanych z powodu NDRP w latach 2008–2009 w Klinice Torakochirurgii Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu. W badanej grupie było 144 mężczyzn i 48 kobiet. Wiek pacjentów wahał się od 38 do 79 lat (śr. 62,9 roku). U 88 chorych w badaniu histopatologicznym stwierdzono raka płaskonabłonkowego, u 71 – raka gruczołowego, u 17 – raka wielkokomórkowego, u 5 – raka oskrzelikowo-pęcherzykowego, u 3 – mieszanego raka płaskonabłonkowo-gruczołowego, u 3 – typowego rakowiaka, a u 5 – inne typy histologiczne. Żaden z chorych nie został poddany przedoperacyjnej chemio- bądź radioterapii. Najczęstszym zabiegiem operacyjnym była lobektomia (139 chorych), u 5 chorych wykonano mankietową resekcję płata płuca (mankiet oskrzelowy), u 31 pneumonektomię,

u 4 pacjentów wykonano mankietową pneumonektomię, u 11 bilobektomię, u 1 resekcję klinową i u 1 segmentektomię. U 2 pacjentów wykonano dodatkowo częściową resekcję lewego przedsionka serca, u 2 – mankietowe wycięcie tętnicy płucnej, u 1 – resekcję ściany żyły głównej górnej,

u 5 – resekcję ściany klatki piersiowej, a u 1 – resekcję klinową drugiego płata płuca. Stadium zaawansowania klinicznego raka określono wg 7. wydania znowelizowanej klasyfikacji TNM z 2009 r. opracowanej przez Międzynarodowe Towarzystwo do Badań nad Rakiem Płuca (ang. International Association for the Study of Lung Cancer – IASLC). Przeważali chorzy w stopniu zaawansowania IB (52 pacjentów), IIIA (39 chorych) i IA (36 chorych) (tab. I). Żaden chory nie zmarł w okresie okołooperacyjnym. W badanej grupie nie było pacjentów z chorobami autoimmunologicznymi, przewlekłymi chorobami zapalnymi ani otrzymujących przewlekle glikokortykosteroidy. Wszyscy chorzy wyrazili świadomą zgodę na udział w doświadczalnym badaniu klinicznym.

Badany materiał stanowiła surowica chorych, w której zbadano stężenie wybranych BOF. Próbki krwi (10 ml) pobierano od każdego pacjenta w dniu poprzedzającym zabieg operacyjny. Metodą immunoelektroforezy rakietkowej wg Laurella zbadano stężenie w próbkach surowicy następujących BOF: CRP, AT, AGP i Hp.

Analizę statystyczną przeprowadzono za pomocą testów dwustronnych na poziomie istotności p = 0,05 w programie statystycznym Statistica 8.0. Normalność rozkładu zmiennych mierzalnych weryfikowano testem Shapiro-Wilka. Do określenia zależności między poszczególnymi zmiennymi zastosowano współczynnik korelacji rang Spearmana. Istotność różnic dla dwóch prób niepowiązanych sprawdzano testem U-Manna-Whitneya, a dla więcej niż dwóch prób testem Kruskala-Wallisa. Uzyskując istotne statystycznie różnice przy porównaniu więcej niż dwóch prób niezależnych, stosowano test wielokrotnych porównań Dunna.

Wyniki

Nie zaobserwowano zależności między stężeniem BOF a wiekiem chorych, natomiast poziom wszystkich białek był istotnie większy u mężczyzn. Zbadano korelację między stężeniem BOF w surowicy a typem histologicznym raka, stopniem zaawansowania klinicznego oraz stopniem zróżnicowania komórek raka. Stwierdzono znamiennie większe stężenie we krwi CRP i Hp u chorych na raka płaskonabłonkowego w porównaniu z innymi typami histologicznymi (CRP – p = 0,029; Hp – p = 0,017; ryc. 1.). Istotnie większe były stężenia CRP i AT u chorych z nisko zróżnicowanymi rakami – najmniejsze stężenia w guzach G1, największe w guzach G3 (CRP – p = 0,005; AT p = 0,048; ryc. 2.). Oceniając zależność między stężeniami poszczególnych BOF a stopniem zawansowania klinicznego raka, wzięto pod uwagę cechę T i cechę N. Zaobserwowano znamienną statystycznie dodatnią korelację między stężeniem wszystkich badanych białek a cechą T – im większa cecha T, tym większe było przedoperacyjne stężenie wszystkich BOF (CRP – p = 00002; AT p = 0,001; AGP p = 0,0002; Hp p = 0,001; tab. II). W zależności od obecności przerzutów w regionalnych węzłach chłonnych podzielono pacjentów na dwie grupy: chorych z cechą N0 (136 pacjentów) oraz pacjentów z przerzutami w węzłach N1 i/lub N2 (56 chorych). Chorzy z przerzutami w regionalnych węzłach chłonnych (N1 i/lub N2) charakteryzowali się istotnie większymi stężeniami białek: CRP

(p = 0,025) i Hp (p = 0,017) (ryc. 3.). Podobnie jak w przypadku cechy T, stężenia wszystkich badanych BOF korelowały ze stadium zaawansowania klinicznego raka. Im większe było przedoperacyjne stężenie białek, tym wyższe obserwowano stadium zaawansowania raka (CRP – p = 0,00007;

AT – p = 0,003; AGP – p = 0,002; Hp – p = 0,0004;

tab. III). Tak więc analizowane BOF okazały się białkami wyraźnie korelującymi z miejscowym zaawansowaniem guza

(cecha T, stadium zaawansowania klinicznego raka) oraz potencjałem złośliwości nowotworu (stopień zróżnicowania komórek raka i przerzutowanie do regionalnych węzłów chłonnych).

Omówienie

Znaczenie wydzielania cytokin i BOF w trakcie procesu kancerogenezy jest niejasne. Już dawno zaobserwowano współistnienie przewlekłych procesów zapalnych z chorobą nowotworową. Nie wiadomo jednak, czy przewlekłe zapalenie może indukować proces nowotworowy, czy zapalenie jest rezultatem progresji guza, czy oba te czynniki nakładają się na siebie. W kilku badaniach dotyczących ryzyka rozwoju raka zaobserwowano większą zapadalność na choroby nowotworowe u osób z większym stężeniem niektórych BOF we krwi [13–16]. Allin przeanalizował losy 10 408 osób, u których zbadano stężenie CRP we krwi. W 16-letnim okresie obserwacji u 1624 z nich doszło do rozwoju raka. Stężenie CRP > 3 mg/dl wiązało się ze znamiennie wyższym ryzykiem rozwoju choroby nowotworowej, a w szczególności raka płuca i raka jelita grubego [13]. Wielu autorów potwierdziło w swych publikacjach większe stężenia cytokin i BOF w surowicy chorych na raka płuca w porównaniu ze stężeniem u ludzi zdrowych [10, 17–21]. Siemens zaobserwował większe stężenia CRP u osób, u których doszło do rozwoju raka płuca i sugeruje, iż CRP może być biomarkerem przewlekłego zapalenia poprzedzającego rozwój raka płuca [19]. Chaturvedi udowodnił większe ryzyko zachorowania na raka płuca wśród osób ze zwiększonym stężeniem CRP we krwi zarówno u aktualnie palących, jak i byłych palaczy tytoniu, co sugeruje duże znaczenie przewlekłego zapalenia w etiologii raka płuca [14]. Guzy nowotworowe, aby uniknąć odpowiedzi immunologicznej gospodarza, mogą produkować czynniki maskujące swoje antygeny i utrudniające proces prezentacji własnych antygenów komórkom immunokompetentnym gospodarza [10]. Niektóre cytokiny (IL-4, IL-5, IL-6, IL-10 i IL-13) mogą być wydzielane nie tylko przez komórki gospodarza, ale również przez komórki raka i mają wyraźne działanie immunosupresyjne. Ich większe stężenie we krwi, które skutkuje większym stężeniem szeregu BOF w surowicy, może hamować odpowiedź komórkową, proliferację limfocytów T, prezentację antygenów, aktywację komórek cytotoksycznych oraz produkcję cytokin stymulujących odpowiedź komórkową (IL-2, interferon), prowadząc do spadku odporności przeciwnowotworowej gospodarza [10]. Również ich nadmierne uwalnianie wskutek urazu operacyjnego może prowadzić do spadku odporności, co zwiększa ryzyko powstania przerzutów odległych [22–24]. Dlatego duże stężenia cytokin i uwalnianych przez nie BOF nie są korzystne u chorych operowanych z powodu nowotworu złośliwego. Niektórzy autorzy sugerują, że przedoperacyjne stężenie cytokin pro- i antyzapalnych oraz BOF może być markerem złośliwości raka płuca [7, 25–27]. Uszkodzenie tkanek związane z urazem operacyjnym zaburza równowagę między stężeniem cytokin pro- i antyzapalnych, co może prowadzić do upośledzonej przeciwnowotworowej reakcji obronnej organizmu. Monitorowanie ich stężenia w okresie pooperacyjnym lub po chemioterapii mogłoby służyć wczesnej identyfikacji wznowy procesu nowotworowego. Duże stężenie IL-6 i CRP u chorych na NDRP koreluje z gorszym stanem sprawności wg Światowej Organizacji Zdrowia (ang. World Health Organization – WHO), złym stanem odżywienia, odgrywa dużą rolę w patofizjologii wyniszczenia nowotworowego i może być niezależnym czynnikiem wpływającym na przeżycie [18, 20, 28]. Hara zaobserwował w grupie 203 chorych leczonych operacyjnie z powodu NDRP istotnie krótszy czas przeżycia, gdy przedoperacyjne stężenie CRP było > 0,5 mg/dl [29]. De Vita wskazuje na wyraźną korelację między stężeniem IL-10 a odpowiedzią na chemioterapię – pacjenci, u których nie stwierdzono remisji po chemioterapii, mieli zdecydowanie większe stężenia IL-10 zarówno przed leczeniem, jak i po nim, w porównaniu z chorymi, u których osiągnięto przynajmniej częściową remisję. Ponadto stężenie IL-10 było niezależnym czynnikiem wpływającym na przeżycie [10]. Z kolei wyraźne zmniejszenie stężenia IL-6 po chemioterapii i jej wpływ na rokowanie u chorych na NDRP stwierdził Tas [21]. Również inni autorzy zaobserwowali istotny wpływ stężenia niektórych BOF i cytokin we krwi na przeżycia odległe. Yildirim analizował stężenie wybranych BOF (AGP, ceruloplazmina, transferyna, ferrytyna, albumina) u chorych na pierwotnego raka płuca. Stwierdził większe stężenie ceruloplazminy i ferrytyny, a mniejsze transferyny i albuminy u pacjentów z rakiem płuca, a większe stężenie AGP i ferrytyny korelowało z obecnością przerzutów do regionalnych węzłów chłonnych, gorszym stanem sprawności i gorszym rokowaniem [12]. Podobnie stężenie AGP we krwi okazało się niezależnym czynnikiem wpływającym na przeżycie w grupie 180 chorych leczonych docetakselem z powodu NDRP [9]. Liu i Khan podają, że stężenie innego białka – amyloidu A, może być markerem służącym do monitorowania progresji raka płuca. Jego stężenie jest większe u chorych z wyższym stopniem zaawansowania klinicznego raka, a zmniejsza się po resekcji raka płuca lub po chemioterapii [17, 30].

W badanej grupie chorych stwierdzono wyraźną korelację między stężeniem wszystkich BOF a lokoregionalnym zaawansowaniem procesu nowotworowego. U chorych z niskim stopniem zróżnicowania raka, charakteryzującym się wysokim potencjałem złośliwości oraz chorych z przerzutami w regionalnych węzłach chłonnych zauważono znamiennie większe stężenia CRP, AT oraz Hp we krwi. Szczególnie ciekawą obserwacją było duże stężenie CRP w nisko zróżnicowanych (G3) i miejscowo zaawansowanych rakach (T3/4 i N1/2). Podobne wnioski przedstawił w swej publikacji Craig, stwierdzając duże stężenia CRP u chorych z wyższym stopniem zaawansowania raka płuca – niezależnie od tego, czy resekcja była wykonywana metodą wideotorakoskopii czy klasycznej torakotomii [23]. Także Lee i Hara potwierdzili zależność między przedoperacyjnym stężeniem CRP a cechą T; Lee zaobserwował również korelację między stężeniem CRP a obecnością martwicy w obrębie guza i zatorami nowotworowymi w naczyniach chłonnych. Podobnie jak w naszych badaniach, zauważyli oni większe stężenia CRP u chorych z rakiem płaskonabłonkowym w porównaniu z innymi typami histologicznymi [29, 31]. Z kolei El-Akawi potwierdził dodatnią korelację między stężeniem AT i neopteryny a stopniem zaawansowania klinicznego NDRP [15].

W publikowanych analizach przeżyć odległych obok typu histologicznego, przerzutów w regionalnych węzłach chłonnych i stopnia zróżnicowania raka również stężenie niektórych BOF okazało się czynnikiem istotnie związanym z czasem przeżycia chorych na raka płuca [12, 29, 32]. Wydaje się, iż badanie stężenia tych białek w surowicy u chorych na NDRP kwalifikowanych do leczenia operacyjnego mogłoby mieć znaczenie prognostyczne, ułatwiałoby wyselekcjonowanie grupy chorych z większym ryzykiem wznowy procesu nowotworowego.

Wnioski

U chorych na NDRP stężenie niektórych BOF w surowicy krwi może korelować z agresywniejszym przebiegiem klinicznym. Pacjenci z rakiem płaskonabłonkowym i przerzutami w regionalnych węzłach chłonnych wykazują znamiennie większe stężenia CRP i Hp we krwi, a chorzy z nisko zróżnicowanym rakiem istotnie większe stężenia CRP i AT. Przedoperacyjne stężenia wszystkich badanych białek korelowały ze stopniem zaawansowania klinicznego raka. Konieczne są dalsze badania dotyczące przydatności BOF jako czynników rokowniczych w ocenie ryzyka nawrotu choroby nowotworowej po leczeniu operacyjnym.



Praca prezentowana na V Kongresie Polskiego Towarzystwa Kardio-Torakochirurgów w Poznaniu, 20–22.05.2010.

Piśmiennictwo

1. Baumann H, Gauldie J. The acute phase response. Immunol Today 1994;

15: 74-80.

2. D’Armiento J, Dalal SS, Chada K. Tissue, temporal and inducible expression pattern of haptoglobin in mice. Gene 1997; 195: 19-27.

3. Kushner I, Mackiewicz A. Acute phase proteins as disease markers. Dis Markers 1987; 5: 1-11.

4. Kushner I. The phenomenon of the acute phase response. Ann N Y Acad Sci 1982; 389: 39-48.

5. Grenier A. Dehoux M, Boutten A, Arce-Vicioso M, Durand G. Oncostatin M production and regulation by human polymorphonuclear neutrophils. Blood 1999; 93: 1413-1421.

6. Streetz KL, Wustefeld T, Klein C, Manns MP, Trautwein C. Mediators of inflammation and acute phase response in the liver. Cell Mol Biol 2001; 47: 661-673.

7. Atwell DM, Grichnik KP, Newman MF, Reves JG, McBride WT. Balance of proinflammatory and antiinflammatory cytokines at thoracic cancer ope-ration. Ann Thorac Surg 1998; 66: 1145-1150.

8. Smith DR, Kunkel SL, Burdick MD. Production of IL-10 by human bronchogenic carcinoma. Am J Path 1994; 145: 18-25.

9. Bruno R, Olivares R, Berille J, Chaikin P, Vivier N. Alpha-1-acid glycoprotein as an independent predictor for treatment effects and a prognostic factor of survival in patients with non-small cell lung cancer treated with docetaxel. Clin Cancer Res 2003; 9: 1077-1082.

10. De Vita F, Orditura M, Galizia G, Romano C, Roscigno A. Serum Interleukin-10 levels as a prognostic factor in advanced non-small cell lung cancer patients. Chest 2000; 117: 365-373.

11. Kamińska J, Kowalska M, Kotowicz B, Fuksiewicz M, Glogowski M, Chech-linska M, Steffen J. Pretreatment serum levels of cytokines and cytokine receptors in patients with non-small cell lung cancer and correlations with clinicopathological features and prognosis. Oncology 2006; 70: 115-125.

12. Yildirim A, Meral M, Kaynar H, Polat H, Ucar E. Relationship between serum levels of some acute-phase proteins and stage of disease and performance status in patients with lung cancer. Med Sci Monit 2007; 13: 195-200.

13. Allin KH, Bojesen SE, Nordestgaard BG. Baseline C-reactive protein is associated with incident cancer and survival in patients with cancer. J Clin Oncol 2009; 27: 2217-2224.

14. Chaturvedi AK, Caporaso NE, Katki HA, Wong HL, Chatterjee N, Pine SR, Chanock SJ, Goedert JJ, Engels EA. C-reactive protein and risk of lung cancer. J Clin Oncol 2010; 28: 2719-2726.

15. El-Akawi ZJ, Abu-Awad AM, Sharara AM, Khader Y. The importance of alpha-1 antitripsin (alpha1-AT) and neopterin serum levels in the evaluation of non-small cell lung and prostate cancer patients. Neuro Endocrinol Lett 2010; 31: 113-116.

16. Cremona M, Calabro E, Randi G, De Bortoli M, Mondellini P, Verri C, Sozzi G, Pierotti MA, La Vecchia C, Pastorino U, Bongarzone I. Elevated levels of the acute-phase serum amyloid are associated with heightened lung cancer risk. Cancer 2010; 116: 1326-1335.

17. Khan N, Cromer CJ, Campa M, Patz EF. Clinical utility of serum amyloid A and macrophage migration inhibitory factor as serum biomarkers for the detection of non-small cell lung carcinoma. Cancer 2004; 101: 379-384.

18. McKeown DJ, Brown DJ, Kelly A, Wallace AM, McMillan DC. The relationship between circulating concentrations of C-reactive protein, inflammatory cytokines and cytokine receptors in patients with non-small cell lung cancer. Br J Cancer 2004; 91: 1993-1995.

19. Siemes C, Visser LE, Coebergh JW, Splinter TA, Witteman J. C-reactive protein levels, variation in the C-reactive protein gene and cancer risk: the Rotterdam Study. J Clin Oncol 2006; 24: 5216-5222.

20. Songur N, Kuru B, Kalkan F, Ozdilekcan C, Cakmak H, Hizel N. Serum interleukin-6 levels correlate with malnutrition and survival in patients with advanced non-small cell lung cancer. Tumori 2004; 90: 196-200.

21. Tas F, Duranyildiz D, Argon A, Oguz H, Camlica H. Serum levels of leptin and proinflammatory cytokines in advanced-stage non-small cell lung cancer. Med Oncol 2005; 22: 353-358.

22. Christou NV, Meakins JL. Phagocytic and baktericidal functions of polymor-phonuclear neutrophils from anergic surgical patients. Can J Surg 1982; 25: 444-448.

23. Craig SR, Leaver HA, Yap PL, Pugh GC, Walker WS. Acute phase responses following minimal access and conventional thoracic surgery. Eur J Cardio Thorac Surg 2001; 20: 455-463.

24. Pollock RE, Lotzova E, Stanford SD. Surgical stress impairs natural killer cell programing of tumour for lysis in patients with sarcomas and other solid tumours. Cancer 1992; 70: 2192-2202.

25. Arias-Diaz J, Vara E, Torres-Melero J. Nitrite/nitrate and cytokine levels

in bronchoalveolar lavage fluid of lung cancer patients. Cancer 1994; 74: 1546-1551.

26. Martinet N, Charles T, Vaillant P. Characterisation of a tumor necrosis factor-alpha inhibitor activity in cancer patients. Am J Respir Cell Mol Biol 1992; 6: 510-515.

27. Partanen R, Koskinen H, Hemminki K. Tumor necrosis factor-alpha (TNF-αlpha) in patients who have asbestosis and develop cancer. Occup Environ Med 1995; 52: 316-319.

28. Mahmoud FA, Rivera NI. The role of C-reactive protein as a prognostic indicator in advanced cancer. Curr Oncol Rep 2002; 4: 250-255.

29. Hara M, Matsuzaki Y, Shimuzu T, Tomita M, Ayabe T, Enomoto Y, Onitsuka T. Preoperative serum C-reactive protein level in non-small cell lung cancer. Anticancer Res 2007; 27: 3001-3004.

30. Liu DH, Wang XM, Zhang LJ. Serum amyloid A protein: a potential biomarker correlated with clinical stage of lung cancer. Biomed Environ Sci 2007; 20: 33-40.

31. Lee JG, Cho BC, Bae MK, Lee CY, Park IK, Kim DJ, Ahn SV, Chung KY. Preoperative C-reactive protein levels are associated with tumor size and lymphovascular invasion in resected non-small cell lung cancer. Lung Cancer 2009; 63: 106-110.

32. Bharti A, Ma PC, Maulik G, Singh R, Khan E, Skarin AT. Haptoglobin alpha-subunit and hepatocyte growth factor can potentially serve as serum tumor biomarkers in small cell lung cancer. Anticancer Res 2004; 24: 1031-1038.