Predictive and prognostic clinical and molecular markers for primary epithelial ovarian cancer

Abstract

Background/Aim: In the current work we analyzed three molecular markers for clinical applications in patients with primary epithelial ovarian cancer (EOC). Ovarian cancer is the fifth most common cancer in women and the most lethal neoplasm among the gynecological malignancies. Due to the absence of specific symptoms and the lack of biomarkers, two-thirds of patients with ovarian cancer are already in an advanced stage when they are first diagnosed. There is considerable interest in identifying diagnostic, predictive, and prognostic clinical and molecular markers. We therefore investigated the p18 fragment of the YB-1 cold shock protein and the hormone, insulin growth factor 1 (IGF-I). Despite the continuous improvement of multimodal therapy concepts in ovarian cancer, the high rate of recurrence – about 80% – underscores the need for new biomarkers, also for predicting disease recurrence. For this reason, we studied the role of human epididymis protein 4 (HE4), alone and in combination with cancer antigen or carbohydrate antigen 125 (CA125), in predicting recurrence in EOC patients after first-line chemotherapy. We also assessed the role of HE4 in predicting recurrence after second-line chemotherapy. Patients and Methods: Protein fragment YB-1/p18 -as potential diagnostic biomarker for EOC- was quantified by sandwich Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA) in serum samples from 132 healthy female volunteers and 206 patients with primary EOC. To investigate the expression of circulating IGF-I levels in plasma -as potential prognostic and predictive biomarker for EOC-, we analyzed plasma samples from 275 patients with primary EOC as part of the European multicenter project “Ovarian Cancer Diagnosis” (OVCAD). Plasma IGF-I was detected using ELISA. To assess the role of HE4 in predicting recurrence of disease in a subset of the OVCAD patients, we analyzed data from 92 out of 275 patients with primary EOC. The concentrations of HE4 were determined by ELISA, and the concentrations of CA125 were determined by Luminex technology, pre-operatively and six months after the end of platinum-based first-line chemotherapy. Results: We detected significantly lower serum levels for YB-1/p18 in patients with primary EOC when compared to the control group (p≤0.0001), with a sensitivity and specificity of 76%. We observed significantly higher plasma IGF-I levels in patients with a low-grade EOC compared with high-grade EOC (p = 0.047). We did not find any correlation with other clinic pathological parameters. The combined use of HE4 and CA125 at follow-up was a better predictor of recurrence within 12 months after first-line chemotherapy than either HE4 or CA125 alone (p≤0.001). Conclusions: Despite intensive research, there is a lack of biomarkers for early diagnosis, predictive and prognostic factors of ovarian cancer, and (early) detection of ovarian cancer recurrence. Directing the focus of clinical research on additional serum markers is of particular interest. Our studies provide a foundation for further investigations.

Hintergrund/Ziel: Das besondere Augenmerk wurde bei der vorliegenden Arbeit auf die Untersuchung diagnostischer, prognostischer und prädiktiver molekularer Biomarker für das primäre epitheliale Ovarialkarzinom (EOC) gelegt. Das Ovarialkarzinom ist die fünft häufigste Krebserkrankung der Frau und hat die schlechteste Prognose unter den gynäkologischen Tumorerkrankungen. Aufgrund der unspezifischen klinischen Symptome und der fehlenden Biomarker wird die Diagnose bei zwei Drittel der Patientinnen im fortgeschrittenen Stadium gestellt. Wir haben im Rahmen dieser Arbeit sowohl das p18 Fragment des YB-1 Kälteschockproteins als auch das Hormon IGF-I (Insulinähnlicher Wachstumsfaktor 1) untersucht. Trotz kontinuierlicher Verbesserung des multimodalen Therapiekonzeptes des Ovarialkarzinoms, entwickeln etwa 80% der Patientinnen im fortgeschrittenen Tumorstadium ein Rezidiv und sterben schließlich an der Erkrankung. Die Vorhersage eines Rezidivs gestaltet sich in der klinischen Praxis aufgrund von fehlenden Biomarkern schwierig. Aus diesem Grund haben wir die Rolle von HE4 (Humanes Epididymis Protein 4) allein und in Kombination mit CA125 (Carbohydrate Antigen 125) bei Ovarialkarzinomrezidiv untersucht. Patienten und Methoden: Anhand einer Sandwich-ELISA (Enzyme Linked Immunosorbent Assay) wurde das YB-1/P18 Kälteschockprotein bei 206 Patientinnen mit der Diagnose Ovarialkarzinom retrospektiv untersucht und mit 132 gesunden Probandinnen verglichen. Um die Expression vom zirkulierenden IGF-I im Plasma zu analysieren, haben wir 275 Patientinnen retrospektiv im Rahmen des „OVCAD“ Projektes mit primären epithelialen Ovarialkarzinom untersucht. Die Messung der IGF-I Konzentrationen im Plasma erfolgte mittels ELISA. Ebenfalls analysierten wir im Rahmen des OVCAD-Projektes retrospektiv Daten von 92 von insgesamt 275 Patientinnen mit primärem epithelialen Ovarialkarzinom. Die Konzentrationen von HE4 und CA125 wurden präoperativ mittels ELISA und Luminex Technik und sechs Monate nach dem Ende der platinumbasierten Erstlinienchemotherapie bestimmt. Ergebnisse: Bezüglich der Fragestellung, ob das YB-1/p18 Kälteschockprotein ein potenzieller diagnostischer Tumormarker für das Ovarialkarzinom ist, konnten wir nachweisen, dass die YB-1/p18-Konzentration im Serum der Patientinnen mit einem primärem Ovarialkarzinom erheblich niedriger war, als bei gesunden Probandinnen (p≤0.0001, bei einer Sensitivität und Spezifität von 76 %. Bezüglich der Fragestellung, ob es einen Zusammenhang zwischen IGF-I und dem primären Ovarialkarzinom gibt und ob IGF-I ein potentieller prognostischer oder prädiktiver Biomarker ist, konnten wir feststellen, dass IGF-I signifikant höher bei Patientinnen mit einem gut differenziertem im Vergleich zum schlecht differenzierten Ovarialkarzinom (p=0,047) waren. Wir konnten jedoch keinen Zusammenhang zu den anderen klinisch-pathologischen Parametern nachweisen. Wir konnten des Weiteren nachweisen, dass HE4 in Kombination mit CA125 besser als CA125 und HE4 allein bei der prädiktiven Vorhersage des Ovarialkarzinomrezidives innerhalb von 12 Monaten nach der Erstlinien- Chemotherapie ist. Schlussfolgerung: Trotz intensiver Forschung existiert kein etablierter, prädiktiver und prognostischer Marker für das Ovarialkarzinom und das Ovarialkarzinomrezidiv. Von besonderem Interesse ist es den Schwerpunkt der klinischen Forschung auf zusätzliche Biomarker zu setzen, um die Morbidität und Mortalität des Ovarialkarzinoms zu verringern. Im Rahmen unserer Studien und der Studienergebnisse konnten wir hierfür einen Grundstein legen.