Identification of prognostic biomarkers in metastatic colorectal and locally advanced rectal cancer

Abstract

Colorectal cancer (CRC) is the third most common type of cancer for both sexes and one of the leading causes of cancer-related mortality worldwide. These characteristics have attracted numerous research teams across the globe, creating the right conditions for significant advances on unveiling the underlying molecular biology, identifying new diagnostic tests and expanding treatment options while introducing personalized ones. However, despite numerous attempts to identify effective prognostic and predictive tools only little progress has been made. This is because in most studies the size of patient sets is rather small which prevents safe conclusions to be drawn. At the same time, the relatively high cost and complexity of the proposed techniques makes the implementation of these tools deterrent. Therefore, current practice in CRC management continues to evaluate patient response after completion of their treatment. This is of great importance, since patients who develop chemoresistance will be identified with substantial delay, leaving both them and health care systems challenging with the unnecessary side effects and increased cost of ineffective treatments. Thus, in order to optimize clinical practice, the identification of sensitive and easy-to-use tools that will provide valuable information about the prognosis of each patient is emerging as crucial. Such tools are expected to benefit patients with CRC and clinicians directly (as they will be able to discontinue ineffective treatment at an early stage) but also indirectly the health care system given the more efficient management of resources to treat these patients. In addition, it should be noted the possibility of expanding the validation of the prognostic value of these tools to other types of cancer. It is well established that molecular biomarkers can serve as promising candidates for this purpose. In view of the above, the present study focused on validating the clinical value of two new biomarkers: a) micronuclei frequency (MNf) in 55 metastatic CRC (mCRC) and 21 locally advanced rectal cancer (laRC) patients using cytokinesis block micronucleus assay (CBMN assay) and b) telomerase activity (TA) in 23 mCRC and 5 laRC patients using TRAP-ELISA. These biomarkers were chosen on the basis of their close relationship to chromosomal instability (CIN) and aberrant genetic function, both major hallmarks in colorectal carcinogenesis. All biomarkers were evaluated in peripheral blood lymphocytes (PBLs) before, in the middle and at the end of treatment (approximately 0, 3 and 6 months) for mCRC patients and before, at the end of treatment and after surgery for patients with laRC. Overall, MNf demonstrated significant prognostic value, since a reduction of <29% between middle and initial MNf measurements can discriminate between progressive and stable/responsive disease with a sensitivity of 36% and a specificity of 87.0%. It also appeared to be able to identify responsive disease with sensitivity of 72.7% and specificity 59.3%. Regarding TA, no statistically significant difference was found between the disease response groups in any of the sampling points (before the beginning of chemotherapy p = 0.256, in the middle of the chemotherapy p = 0.072, at the end of the chemotherapy p = 0.096). However, it was observed that in the middle and last sampling points, the patients with progressive disease had an increase in TA while the concomitant comparison between groups (disease progression vs stable disease, disease progression vs partial response, disease progression vs complete response) revealed a significant trend to increase TA in patients with disease progression (middle sampling point p = 0.072, final sampling point p = 0.096). However, it was not possible to further statistically compare TA values of patients with progressive disease between the three sampling points due to the absence of a normal distribution of TA values, possibly due to the small sample we studied. In conclusion, the findings of this study demonstrate the value of MN frequency as a promising prognostic biomarker for monitoring the response to treatment of patients with CRC, while TA should be evaluated in a larger group of patients to document its possible change during chemotherapy and its related clinical significance.

Ο κολοορθικός καρκίνος (ΚΟΚ) είναι ο τρίτος πιο κοινός τύπος καρκίνου και για τα δύο φύλα και μία από τις κύριες αιτίες θανάτου σχετιζόμενο με καρκίνο παγκοσμίως. Αυτά τα χαρακτηριστικά έχουν προσελκύσει πολλές ερευνητικές ομάδες σε όλο τον κόσμο δημιουργώντας τις κατάλληλες προϋποθέσεις για την επίτευξη σημαντικής προόδου στην αποκάλυψη της υποκείμενης μοριακής βιολογίας, στον εντοπισμό νέων διαγνωστικών test και στην εισαγωγή νέων και εξατομικευμένων θεραπευτικών επιλογών. Ωστόσο, παρά τις πολυάριθμες προσπάθειες για τον εντοπισμό αποτελεσματικών προγνωστικών εργαλείων, τα αποτελέσματα δεν είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικά. Αυτό συμβαίνει γιατί στις περισσότερες μελέτες ο μικρός αριθμός των υπό μελέτη ασθενών δεν επιτρέπει την ασφαλή εξαγωγή συμπερασμάτων. Παράλληλα, το σχετικά υψηλό κόστος αλλά και η πολυπλοκότητα των προτεινόμενων τεχνικών καθιστά αποτρεπτική την εφαρμογή των εν λόγω εργαλείων. Ως εκ τούτου, η τρέχουσα πρακτική στη διαχείριση του ΚΟΚ εξακολουθεί να αξιολογεί την ανταπόκριση των ασθενών κατόπιν ολοκλήρωσης της θεραπείας τους. Αυτό έχει μεγάλη σημασία, καθώς οι ασθενείς που αναπτύσσουν χημειοανθεκτικότητα, θα αναγνωριστούν με μεγάλη καθυστέρηση, αφήνοντας τόσο αυτούς όσο και τα συστήματα υγείας εκτεθειμένους να αντιμετωπίσουν τις περιττές παρενέργειες και το αυξημένο κόστος των αναποτελεσματικών θεραπειών. Έτσι, προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η κλινική πρακτική, αναδεικνύεται ως ζωτικής σημασίας η ταυτοποίηση ευαίσθητων και εύχρηστων εργαλείων που θα παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με την πρόγνωση της πορείας κάθε ασθενούς. Τέτοια εργαλεία αναμένεται να ωφελήσουν άμεσα τους ασθενείς με ΚΟΚ και τους κλινικούς ιατρούς (αφού θα είναι σε θέση να διακόψουν μια αναποτελεσματική θεραπεία σε πρώιμο στάδιο) αλλά έμμεσα και το σύστημα υγείας δεδομένης της αποδοτικότερης διαχείρισης των πόρων για την θεραπεία αυτών των ασθενών. Επί πλέον πρέπει να σημειωθεί η δυνατότητα επέκτασης της αξιολόγησης της προγνωστικής αξίας των εργαλείων αυτών και σε άλλους τύπου καρκίνου. Ένας μεγάλος αριθμός δεδομένων δείχνει ότι οι μοριακοί βιοδείκτες είναι πολλά υποσχόμενοι υποψήφιοι για αυτόν τον σκοπό. Έχοντας τα ανωτέρω υπ όψιν, η παρούσα μελέτη επικεντρώθηκε στην διερεύνηση της κλινικής αξίας δύο νέων βιοδεικτών: α) της συχνότητας μικροπυρήνων (ΣΜ) σε 55 ασθενείς με μεταστατικό ΚΟΚ (μΚΟΚ) και 21 με τοπικά προχωρημένο καρκίνο του ορθού (τπΚΟ) χρησιμοποιώντας την τεχνική cytokinesis block micronucleus assay (CBMN) και β) της ενεργότητας τελομεράσης (ΕΤ) σε 23 μΚΟΚ και 5 τπΚΟ ασθενείς χρησιμοποιώντας την τεχνική της TRAP-ELISA. Αυτοί οι βιοδείκτες επιλέχθηκαν βάσει της στενής τους σχέσης με τη χρωμοσωμική αστάθεια και τη διαταραγμένη γενετική λειτουργία, αμφότερα ουσιαστικά γνωρίσματα στην καρκινογένεση του παχέος εντέρου. Όλοι οι βιοδείκτες αξιολογήθηκαν σε λεμφοκύτταρα περιφερικού αίματος πριν, στο μέσο και στο τέλος της θεραπείας (περίπου 0, 3 και 6 μήνες) για ασθενείς με μΚΟΚ και πριν, στο τέλος της θεραπείας και μετά από χειρουργική επέμβαση για ασθενείς με τπΚΟ. Συνολικά, η ΣΜ έδειξε σημαντική προγνωστική αξία, καθώς μια μείωσή <29% μεταξύ των μεσαίων και των αρχικών μετρήσεων μπορεί να διακρίνει μεταξύ εξελισσόμενης και σταθερής / ανταποκρινόμενης νόσου με ευαισθησία 36% και ειδικότητα 87,0%. Ακόμα φάνηκε να είναι σε θέση να αναγνωρίσει την ανταπόκριση νόσου με ευαισθησία 72,7 % και ειδικότητα 59,3%. Αναφορικά δε με την ΕΤ, δεν αποδείχθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ των ομάδων ανταπόκρισης νόσου σε καμία από τις μετρήσεις (προ της έναρξης της χημειοθεραπείας p = 0.256, στη μέση της χημειοθεραπείας p=0.072, στο τέλος της χημειοθεραπείας p=0.096). Ωστόσο, παρατηρήθηκε ότι στη μέση και τελευταία μέτρηση οι ασθενείς με πρόοδο νόσου είχαν αύξηση της ΕΤ ενώ η σύγκριση των υπολοίπων ομάδων με αυτή την ομάδα (πρόοδος νόσου vs σταθερή νόσος, πρόοδος νόσου vs μερική ανταπόκριση, πρόοδος νόσου vs πλήρης ανταπόκριση) ανέδειξε μια σημαντική τάση στην αύξηση της ΕΤ στους ασθενείς με πρόοδο νόσου (μέση μέτρηση p=0.072, τελική μέτρηση p=0.096). Παρ’ όλα αυτά, δεν κατέστη δυνατή η περαιτέρω στατιστική μελέτη των ασθενών με πρόοδο νόσου στις τρεις φάσεις της χημειοθεραπείας εξ’ αιτίας της απουσίας κανονικής κατανομής των τιμών της ΕΤ πιθανά λόγω του μικρού δείγματος που μελετήσαμε. Συνοπτικά, τα ευρήματα της μελέτης αυτής καταδεικνύουν την αξία της συχνότητας των μικροπυρήνων ως προγνωστικού βιοδείκτη για την παρακολούθηση της ανταπόκρισης στη θεραπεία ασθενών με ΚΟΚ, ενώ η ΕΤ πρέπει να αξιολογηθεί σε μια μεγαλύτερη ομάδα ασθενών για να τεκμηριωθεί η πιθανή μεταβολή της κατά τη διάρκεια της χημειοθεραπείας οπότε και η κλινική της σημασία.