Evaluierung der Tumor M2-Pyruvatkinase (Tu M2-PK) als Tumormarker beim Zervixkarzinom

Abstract

Die Pyruvatkinase ist ein Schlüsselenzym der Glykolyse, welche steten Veränderungen während der Tumorentstehung unterliegt. Das M2 Isoenzym der Pyruvatkinase schaltet zwischen einer aktiven tetrameren Form und einer inaktiven dimeren Form hin und her, um den Tumorstoffwechsel an das variierende Angebot an Sauerstoff und Nahrung anzupassen. Die vorwiegend in Tumorzellen gefundene dimere Form wird auch Tumor M2-Pyruvatkinase (Tu M2-PK) genannt. Das E7-Onkoprotein des Humanen Papilloma Virus Typ 16, dem in der Pathogenese des Zervixkarzinoms eine entscheidende Bedeutung zukommt, bindet direkt an die M2-Pyruvatkinase und kann ebenfalls zu einer Umwandlung der tetrameren in die dimere Form führen. Tu M2-PK ist ein organ-unspezifischer Marker, der von den Tumorzellen in das Blut abgegeben wird. Die guten Ergebnisse bei einigen Tumorentitäten haben uns veranlasst, die diagnostische Wertigkeit der Tu M2-PK auch bei Patientinnen mit Zervixkarzinom und Vorstufen der Erkrankung (CIN I-III) zu untersuchen. Neben einer Korrelationsanalyse mit dem derzeit am häufigsten in der Anwendung befindlichen Tumormarker, dem SCC- Antigen (squamous cell carcinoma antigen), führten wir eine erste Evaluierung bezüglich der prädiktiven und prognostischen Bedeutung des Markers beim Zervixkarzinom durch. Insgesamt wurde von 125 Frauen die Konzentration der Tu M2-PK im Plasma mittels eines quantitativen Sandwich-Enzym-Immunoassay der Firma ScheBo®•Biotech AG Gießen vor Therapie bestimmt: Gruppe 1: CIN I-III n=50; Gruppe 2: Zervixkarzinom FIGO I-IV n=51; Gruppe 3: Rezidiv n=24. Zwei Kasuistiken geben den Markerverlauf während Therapie des Zervixkarzinoms im FIGO-Stadium IIB wieder. Eine mediane Überlebenszeit von 9 Monaten (Bereich 1-119 Monate) nach Diagnose Rezidiv ermöglichte Untersuchungen hinsichtlich der Bedeutung als prognostischer Marker. Die Differenzierung zwischen den 3 Gruppen, in Abhängigkeit vom Erkrankungsstadium, ergab einen statistisch signifikanten Unterschied mit den höchsten Werten bei Patientinnen mit Zervixkarzinomrezidiv (p<0.001) (Median: CIN I-III: 9.2 U/ml, FIGO I-IV: 16.4 U/ml, Rezidiv: 41.2 U/ml). Ebenso konnte eine deutliche Differenzierung mit ansteigenden Werten entsprechend den FIGO-Stadien nachgewiesen werden (p<0.001). Die Receiver-Operating-Characteristics(ROC)-Analyse ergab mit einer AUC von 0.842 für Tu M2-PK als Marker für die Erstdiagnose eines Zervixkarzinoms, eine Spezifität von 90% und eine Sensitivität von 64% bei einem optimalen cut-off von 16.0 U/ml. Hingegen zeigten sich bei der Differenzierung der Krankheitsvorstufen (CIN I-III) keine signifikanten Unterschiede (p=0.626). Ein Einfluss des HPV-Status auf die Konzentration der Tu M2-PK konnte in dieser Gruppe nicht nachgewiesen werden. In der Korrelation der Prognosefaktoren des Zervixkarzinoms (Lymphknotenstatus: N0/N1; Fernmetastasierung M0/M1; Lymphangioinvasion L0/L1; Angioinvasion V0/V1; Grading G1-3) zeigten sich signifikant höhere Werte bei Patientinnen mit positiven Lymphknoten (N1) (p=0.028) sowie positiven Fernmetastasen (M1) (p<0.001). Bei der Analyse verschiedener Tumorsubtypen wurde deutlich, dass bei Plattenepithelkarzinomen gegenüber Adenokarzinomen höhere Konzentrationen zu verzeichnen sind (p=0.035). Auch wenn die Gesamt-Sensitivität von 65.3% im Vergleich zu SCC mit 77.4% geringer ist, weist Tu M2-PK eine bessere Sensitivität in frühen Tumorstadien auf. Ein Drittel der Frauen mit einem Zervixkarzinom hatten nur einen der beiden Marker erhöht, was eine Erhöhung der Sensitivität durch Kombination der beiden Tumormarker erwarten lässt. Markerabfall nach Tumorentfernung und Radiochemotherapie als auch ein Wiederanstieg bei Rezidiverkrankung zeugen für einen möglichen Nutzen im Monitoring der Therapie des Zervixkarzinoms. Die univariate Cox- Regressionsanalyse ergab einen signifikanten Zusammenhang zwischen der Pyruvatkinase und dem Gesamtüberleben (p=0.013). Erhöhte Werte waren mit einer kürzeren Gesamtüberlebenszeit assoziiert (n=23; Odds Ratio: 1.010). Bei Diagnose Rezidiv waren die Tu M2-PK-Konzentrationen tendenziell höher bei Patientinnen mit einer kürzeren Überlebenszeit (p=0.054; n=23; Odds Ratio: 1.011). Die vorliegenden Daten zeigen auf, dass die Tumor M2-Pyruvatkinase als Marker zur Unterscheidung zwischen prämalignen und malignen Läsionen der Cervix uteri genutzt werden kann. Darüber hinaus nimmt die Konzentration mit zunehmender Ausdehnung und Metastasierung des Zervixkarzinoms zu. Erste Hinweise liegen vor, dass die Tu M2-PK auch als prognostischer und prädiktiver Marker eine Bedeutung hat.

Background: Pyruvate kinase is a key enzyme of the Glycolysis and an important metabolic sensor to adapt tumor metabolism to varying nutrient and oxygen supply conditions. Proliferating cells express the tetrameric isoenzyme pyruvate kinase type M2 (M2-PK), which decomposes to the dimeric form during tumor development (Tu M2-PK). The HPV-16 E7 oncoprotein playing an important role in pathogenesis of cervical cancer binds directly to M2-PK and induces its dimerization. Goal: Tu M2-PK is released from tumor cells into the blood and quantitatively detectable. This suggests that Tu M2-PK can be used as a tumor marker. The goal of the present study was to investigate the diagnostic value in patients with cervical carcinoma and in patients with preinvasive lesions (CIN I-III). We compared Tu M2-PK with SCC (squamous cell carcinoma antigen), used as a tumor marker in cervical cancer, and did a first evaluation of its predictive and prognostic value. Material and Methods: Plasma samples were investigated from a total of 125 patients using the quantitative sandwich enzyme immunoassay for Tu M2-PK (ScheBo®•Biotech AG Gießen, Germany). The patients were divided up into 3 groups depending on the severity of their condition: Group 1 (n= 50): CIN I-III; Group 2 (n= 51): cervix carcinoma FIGO stage I-IV; Group 3 (n=24): relapse of cervical cancer. Two case reports of patients with stage FIGO IIB show the concentration of Tu M2-PK under adjuvant treatment. A median survival of 9 month (range 1-119 month) after relapse allows a first investigation of its prognostic value. Results: The differentiation into three groups depending on the severity of the condition gave significant results, with the group of patients with relapsed cervical carcinoma having the highest concentration of Tu M2-PK (p<0.001)(Median: CIN I-III: 9.2 U/ml, FIGO I-IV: 16.4 U/ml, Relapse: 41.2 U/ml). In addition, there was a significant differentiation with respect to the FIGO stage, with increasing concentration for increasing stages (p<0.001). The ROC curve of Tu M2-PK for the diagnosis of cervical cancer (AUC 0.842, p<0.001) showed a sensitivity of 64% and a specificity of 90% based on the best cut-off (16.0 U/ml). In contrast, there was no significant differentiation in patient subgroups with preinvasive lesions (CIN I-III) (p=0.626). HPV status did not show any influence on the concentration of Tu M2-PK. In the evaluation of the correlation with prognosis factors of cervix carcinoma (lymph-node status: N(+), N(-); lymphangioinvasion: L1; L0; angioinvasion: V1, V0 and grading G1-3) there were significantly higher values with positive lymph nodes (N+) (p=0.028). Patients with distant metastasis have elevated level of Tu M2-PK (p<0.001). Significant differences were determined in the analysis of tumor sub-types (squamous cell carcinoma (n=58) vs. adenocarcinoma (n=8) (p=0.035)). Although the sensitivity of Tu M2-PK (65.3%, cut off 15 U/ml) was lower compared to SCC (77.4%, cut-off 1.5μg/l), Tu M2-PK provided a better sensitivity in early stage disease. In one third of the cancer patients were just one marker increased. An improvement of sensitivity is expected by using the marker combination Tu M2-PK/SCC. There is a correlation between the marker-concentration and the tumor regression under successful chemotherapy as well as subsequent tumor progression. The possibility is demonstrated of using Tu M2-PK for disease-monitoring. In addition, within the group of relapse (n=23) it was found an association between higher marker-levels and a shorter overall survival (p=0.013, OR: 1.010) and a shorter survival after diagnosis of tumor progression ( p=0.054, OR: 1.011). Conclusion: The present results demonstrate that Tu M2-PK can be used as a marker to differentiate between malignant and premalignant lesions for patients with cervical cancer. In addition, the concentration correlates with stage of disease and tumor spreading. Moreover, Tu M2-PK might be a diagnostic aid in monitoring and follow up.