Abstract
Zielsetzung: Die Ergebnisse früherer Studien deuteten darauf hin, dass die Serumspiegel der microRNA (miR)-371a-3p (so genannter M371-Test) eine sehr viel höhere Sensitivität und Spezifität aufweisen als die klassischen Tumormarker für testikuläre Keimzelltumoren (germ cell tumors, GCTs) und sowohl für Seminome als auch für Nichtseminome anwendbar sind. Unser Ziel war es, den Nutzen dieses Tests als neuen Biomarker für GCTs zu bestätigen. Patienten und Methoden: Im Rahmen einer prospektiven Multicenter-Studie wurden die Serumspiegel von miRNA-371a-3p (miR-Spiegel) in Serumproben von 616 Patienten mit testikulären GCTs und 258 männlichen Kontrollen mittels quantitativer Polymerase-Kettenreaktion untersucht. Die GCT-Patientenpopulation umfasste 359 Patienten mit Seminom und 257 mit einem Nichtseminom; 371 hatten eine Erkrankung im klinischen Stadium I, 201 hatten eine systemische Erkrankung und 46 ein Rezidiv. Bei 424 Patienten erfolgten paarige Messungen vor und nach der Orchiektomie und bei 118 Patienten mit systemischer Erkrankung wurden serielle Messungen während der Behandlung durchgeführt. Die miR-Spiegel wurden mit denen von β-HCG (humanes Choriongonadotropin), α-Fetoprotein und Laktatdehydrogenase verglichen. Ergebnisse: Bei der GCT-Primärdiagnose betrug die Sensitivität des M371-Tests 90,1 %, die Spezifität 94,0 %, die Fläche unter der Kurve 0,966 in der Receiver-Operating-Characteristic-Analyse und der positive prädiktive Wert 97,2 %. Die Sensitivität von α-Fetoprotein, humanem β-Choriongonadotropin und Laktatdehydrogenase lag bei Seminomen bei weniger als 50 % und bei Nichtseminomen geringfügig höher. Es bestand eine signifikante Assoziation zwischen den miR-Spiegeln und dem klinischen Stadium, der Größe des Primärtumors und dem Ansprechen auf die Behandlung. Bei Rezidiven waren erhöhte miR-Spiegel zu beobachten, die anschließend bei einer Remission auf den Normalwert abfielen. Teratome exprimierten keine miR-371a-3p. Schlussfolgerung: Mit einer Sensitivität und Spezifität von mehr als 90 % schneidet der M371-Test besser ab als die klassischen GCT-Tumormarker. Alle histologischen Subgruppen mit Ausnahme des Teratoms exprimieren diesen Tumormarker. Nach weiterer Validierung könnte der Test für den klinischen Einsatz in Betracht kommen.
Einführung
Die Serumtumormarker β-HCG (β-Untereinheit des humanen Choriongonadotropins), α-Fetoprotein (AFP) und Laktatdehydrogenase (LDH) wurden in den späten 1970er Jahren zu wichtigen Instrumenten für das klinische Management von testikulären Keimzelltumoren (germ cell tumors, GCTs) [1, 2]. Die aktuellen Leitlinien empfehlen die Messung von Tumormarkern für das klinische Staging, die Therapieüberwachung und die Nachsorge von Patienten mit GCTs [3-6]. Allerdings ist ihre Gesamtsensitivität gering, was einen großen Nachteil darstellt. Nur 50 % aller GCTs exprimieren einen der 3 Tumormarker, und bei Seminomen fehlt die AFP-Expression vollständig [7, 8]. Eine LDH-Expression findet sich darüber hinaus auch bei etlichen anderen Krankheiten [9].
Die Verwendung der Serumspiegel von microRNAs (miRs) des Clusters miR-371–3- und miR-302/367 als neuartige GCT-Biomarker wurde erstmals 2011 vorgeschlagen [10]. Ganz allgemein handelt es sich bei miRs um kleine nicht-kodierende RNAs, die bei der epigenetischen Regulation der Genexpression eine Rolle spielen [11]. Frühere Studien zeigten eine hohe Sensitivität (> 80 %) und Spezifität (> 90 %) von miR-371–3 und miR-302/367 für GCTs, wobei miR-371a-3p die höchste Sensitivität und Spezifität besaß [12-15]. Die Serumspiegel dieser miR scheinen sowohl mit dem klinischen Stadium (clinical stage, CS) als auch mit der Tumormasse assoziiert zu sein, und nachdem der Krebs geheilt ist, gehen die Werte mit einer Halbwertszeit von weniger als 24 Stunden auf Normalwerte zurück [16, 17]. Bedeutsam ist, dass bei mehr als 85 % der Patienten mit Seminom eine miR-371a-3p-Expression feststellbar war.
Derzeit herrscht Einigkeit darüber, dass die Bestimmung von miR-371a-3p, der so genannte M371-Test, gegenüber den klassischen Tumormarkern deutlich überlegen ist, was die klinische Einführung des Tests gerechtfertigt erscheinen lässt. Die vorliegenden Daten stammen jedoch lediglich aus sieben unabhängigen kleinen bis mittelgroßen Studien mit retrospektiver und prospektiver Patientenaufnahme, in denen außerdem unterschiedliche miR-Messverfahren verwendet wurden [13, 14, 18-22]. Zudem befanden sich die meisten der bislang untersuchten Patienten in einem frühen klinischen Stadium und nur wenige in fortgeschrittenen Stadien. Infolgedessen ist die Evidenzlage begrenzt und anfällig für Verzerrungen. Ziel der vorliegenden Studie war es daher, den Nutzen des M371-Tests in einer großen und repräsentativen Population von Patienten, die an zahlreichen europäischen Einrichtungen rekrutiert wurden, unter Einbeziehung unterschiedlicher Histologien und klinischer Stadien prospektiv zu beurteilen. Insbesondere sollte eine Beurteilung der diagnostischen Sensitivität und Spezifität des Tests für die Primärdiagnose von Keimzelltumoren und eine Nutzenbewertung für die Überwachung der GCT-Therapie erfolgen.
Patienten und Methoden
Studiendesign und Studienteilnehmer
Es handelt sich um eine prospektive Studie, die zwischen September 2015 und Dezember 2016 an 37 Einrichtungen in Deutschland, Österreich, der Schweiz, Ungarn und Italien durchgeführt wurde (Anhang Tabelle A1, nur online; siehe Originalpublikation). Insgesamt wurden 1.364 aufeinander folgende männliche Patienten im Alter von 16 bis 69 Jahren für die Studie rekrutiert. Vierhundertneunzig (490) Patienten wurden aus verschiedenen Gründen aus der Studie ausgeschlossen (Abb 1). Die endgültige Studienpopulation umfasste 616 Patienten mit GCT und 258 Kontrollen (Tabelle 1). Von 522 GCT-Patienten lagen präoperativ entnommene Proben vor, und bei 118 Patienten mit systemischer Erkrankung wurden im Verlauf der Chemotherapie wiederholt Proben entnommen. Die Kontrollen umfassten 133 Männer im Alter von 18 bis 60 Jahren mit nicht-maligner Hodenerkrankung (nonmalignant testicular disease, NMTD) und 125 gesunde männliche Blutspender gleichen Alters. Einzelheiten zur Begründung der Stichprobengröße sind im Anhang (nur online) angegeben. Folgende patientenbezogene Daten wurden erfasst: Datum der Blutentnahme, Alter des Patienten, Histologie, Größe des Primärtumors, lokales pathologisches Stadium (pT), klinisches Stadium gemäß Lugano-Klassifikation, Serumspiegel der klassischen Tumormarker und erhaltene Behandlung. Es lagen keine Informationen zu den Nachsorgeuntersuchungen der eingeschlossenen Patienten vor. Alle Patienten gaben eine informierte Einverständniserklärung ab. Die Studie erhielt die Genehmigung durch die Ethikkommission der Ärztekammer Bremen (#301, 2015).
Studienprofil. Das Diagramm zeigt den Auswahlprozess bei der Aufnahme der Patienten in die Studie. GCT: germ cell tumor (Keimzelltumor)
Studienprofil. Das Diagramm zeigt den Auswahlprozess bei der Aufnahme der Patienten in die Studie. GCT: germ cell tumor (Keimzelltumor)
Labormethoden
Die Messung der Serumspiegel von miR-371a-3p erfolgte nach der bereits beschriebenen Methode [22]. Kurz gesagt, wurde RNA aus dem Serum einer venösen Blutprobe aus der Ellenbeuge isoliert und eine reverse Transkription für miR-371a-3p und für die endogene Kontrolle miR-30b-5p in cDNA durchgeführt. Nach Präamplifikation erfolgte eine quantitative Polymerase-Kettenreaktion. Die Messergebnisse wurden als relative Quantitäten (RQ) dokumentiert. Einzelheiten zu den Laboruntersuchungen sind im Anhang angegeben.
Statistische Methoden
Zur Beurteilung der Unterschiede zwischen zwei unverbundenen Gruppen von Proben wurde ein zweiseitiger Mann-Whitney-U-Test verwendet. Für den Vergleich von Messwiederholungen bei einzelnen Patienten kam ein Wilcoxon-Vorzeichen-Rangtest zur Anwendung. Der optimale Cutoff-Wert (der höchste Youden-Index) wurde mittels Receiver Operating Characteristic (ROC)-Analyse aus empirischen Daten bestimmt. Sensitivität, Spezifität, positiver prädiktiver Wert (PPV), negativer prädiktiver Wert (NPV) sowie positive und negative Likelihood-Quotienten wurden berechnet. Für die Berechnung der prädiktiven Werte wurden nur Patienten aus vier großen urologischen Einrichtungen der Primärversorgung ausgewertet (Begründung siehe Anhang). Als Modell der RQ-Verteilung bei unbegrenztem Stichprobenumfang wurde die Kerndichteschätzung verwendet. Die Berechnung der 95%-Konfidenzintervalle (KIs) für die diskriminativen Messungen, die aus der Dichteschätzung abgeleitet wurden, erfolgte durch Bootstrapping mit 2 500 Simulationen. Unterschiede zwischen kategorialen Daten wurden mit einem exakten Chi-Quadrat-Test berechnet. Der Zusammenhang zwischen Tumordurchmesser und miR-371a-3p-Expression wurde mittels linearer Regression untersucht. Die Assoziation von Tumordurchmesser und Sensitivität wurde mittels logistischer Regression getestet. Für die Kerndichteschätzung und die Regressionsanalyse wurden die RQ-Werte log-transformiert, wobei Werte von 0 als äquivalent zu 0,001 galten. Zur Adjustierung für multiples Testen wurde die Bonferroni-Korrektur auf den Vergleich der miR-371a-3p-Sensitivität mit den klassischen Tumormarkern angewandt. Alle Tests waren zweiseitig, und ein p-Wert <0,05 galt als statistisch signifikant. Die statistischen Analysen erfolgten unter Verwendung der Software SPSS Version 24 (IBM Corporation, Armonk, NY, USA) oder R Version 3.2.3 (The R Foundation, Wien, Österreich).
Ergebnisse
Bewertung des M371-Tests für die Primärdiagnose von Keimzelltumoren
Die Expression von miR-371a-3p war in der Gesamtgruppe der GCT-Patienten und in allen CS-Subgruppen im Median signifikant höher als bei den Kontrollen. Bei Patienten mit CS > I lagen die Serumspiegel höher als bei Patienten mit CS I (alle p-Werte < 0,001; Abb 2a). Seminome wiesen im Vergleich zu Nichtseminomen signifikant niedrigere miR-371a-3p-Werte auf; ein Unterschied, der allerdings nur bei Patienten mit CS I zu beobachten war (Abb 2b). Von allen Subtypen zeigten Teratome die niedrigsten Expressionswerte (Abb 2c). Bei den Kontrollen fanden sich keine signifikanten Unterschiede in den medianen RQ-Werten zwischen gesunden Blutspendern und Patienten mit NMTD (p = 0,4).
Relative Expression von microRNA (miR)-371a-3p bei Patienten mit Keimzelltumoren (GCTs) und Kontrollen. (A) Box-Plots zur Darstellung der miR-371a-3p-Expression bei den Kontrollen und Patienten mit GCTs, stratifiziert nach klinischem Stadium (clinical stage, CS) I, II und III. (B) Unterschiedliche miR-371a-3p-Expression durch Seminome (S) und Nichtseminome (NS) in verschiedenen klinischen Stadien. (C) Markerexpression durch verschiedene histologische Subtypen bei CS-I- und CS-II/III-Patienten. Box-Plot-Darstellung für: Seminome (S), gemischte Nichtseminome (mixed nonseminoma, mNS), embryonale Karzinome (embryonal carcinoma, EC) Dottersacktumoren (yolk sac tumor, YST) und Teratome (T). (D) miR-371a-3p-Expression bei Kontrollen und Patienten mit GCT-Rezidiv.. Die Y-Achse ist in allen Darstellungen logarithmisch skaliert. (*) p < 0,05; (†) p < 0,01; (‡) p <0,001.
Relative Expression von microRNA (miR)-371a-3p bei Patienten mit Keimzelltumoren (GCTs) und Kontrollen. (A) Box-Plots zur Darstellung der miR-371a-3p-Expression bei den Kontrollen und Patienten mit GCTs, stratifiziert nach klinischem Stadium (clinical stage, CS) I, II und III. (B) Unterschiedliche miR-371a-3p-Expression durch Seminome (S) und Nichtseminome (NS) in verschiedenen klinischen Stadien. (C) Markerexpression durch verschiedene histologische Subtypen bei CS-I- und CS-II/III-Patienten. Box-Plot-Darstellung für: Seminome (S), gemischte Nichtseminome (mixed nonseminoma, mNS), embryonale Karzinome (embryonal carcinoma, EC) Dottersacktumoren (yolk sac tumor, YST) und Teratome (T). (D) miR-371a-3p-Expression bei Kontrollen und Patienten mit GCT-Rezidiv.. Die Y-Achse ist in allen Darstellungen logarithmisch skaliert. (*) p < 0,05; (†) p < 0,01; (‡) p <0,001.
Eine ROC-Analyse, die auf präoperativ gewonnenen Proben der GCT-Patienten und Kontrollen basierte, ergab eine Fläche unter der Kurve (AUC) von 0,97 und einen optimalen Cutoff-Wert bei einem RQ von 5 (höchster Youden-Index). Ausgehend von diesem Cutoff-Wert ließen sich GCT-Patienten mit einer diagnostischen Sensitivität von 91,8 % und einer Spezifität von 96,1 % von den Kontrollen abgrenzen. Nach der Kerndichteschätzung zur Modellierung der RQ-Werte-Verteilung lag die AUC bei 0,966, die Sensitivität bei 90,1 % und die Spezifität bei 94,0 % (Abb 3a). Der PPV und NPV betrugen 97,2 % bzw. 82,7 %. In Tabelle 2 sind alle diskriminativen Parameter für die Gesamtgruppe der GCTs und die Untergruppen der Seminome und Nichtseminome aufgeführt.
Diskriminative Fähigkeit von microRNA (miR)-371a-3p. (A) Receiver Operating Characteristic (ROC)-Kurven, die die Kontrollen (n = 258) gegenüber allen Patienten mit Keimzelltumoren (germ cell tumors, GCTs) abgrenzen (n = 522; Fläche unter der Kurve [area under the curve, AUC] 0,966), nur klinisches Stadium (clinical stage, CS) I (n = 371; AUC, 0,953) oder nur CS II/III (n = 151; AUC, 0,996). (B) Sensitivität von miR-371a-3p bei allen GCTs (n = 522) im Vergleich zu den klassischen GCT-Markern β-HCG (beta-Untereinheit des humanen Choriongonadotropins), AFP (α-Fetoprotein) und LDH (Lactatdehydrogenase) sowie der Kombination von allen drei Markern. (C) Der gleiche Vergleich nur für GCT CS I (n = 371). (D) Der gleiche Vergleich nur für GCT CS II/III (n = 151). (C) Der gleiche Vergleich nur für Seminome (n = 323). (C) Der gleiche Vergleich nur für Nichtseminome (n = 199). Die Fehlerbalken repräsentieren die 95%-Konfidenzintervalle. (*) p < 0,001.
Diskriminative Fähigkeit von microRNA (miR)-371a-3p. (A) Receiver Operating Characteristic (ROC)-Kurven, die die Kontrollen (n = 258) gegenüber allen Patienten mit Keimzelltumoren (germ cell tumors, GCTs) abgrenzen (n = 522; Fläche unter der Kurve [area under the curve, AUC] 0,966), nur klinisches Stadium (clinical stage, CS) I (n = 371; AUC, 0,953) oder nur CS II/III (n = 151; AUC, 0,996). (B) Sensitivität von miR-371a-3p bei allen GCTs (n = 522) im Vergleich zu den klassischen GCT-Markern β-HCG (beta-Untereinheit des humanen Choriongonadotropins), AFP (α-Fetoprotein) und LDH (Lactatdehydrogenase) sowie der Kombination von allen drei Markern. (C) Der gleiche Vergleich nur für GCT CS I (n = 371). (D) Der gleiche Vergleich nur für GCT CS II/III (n = 151). (C) Der gleiche Vergleich nur für Seminome (n = 323). (C) Der gleiche Vergleich nur für Nichtseminome (n = 199). Die Fehlerbalken repräsentieren die 95%-Konfidenzintervalle. (*) p < 0,001.
Der M371-Test war in der Lage, Patienten mit lokalisiertem GCT (CS I) von Patienten mit systemischer Erkrankung abzugrenzen, wobei die AUC 0,76 (Anhang Abb. A1, nur online) betrug und die diagnostische Sensitivität und Spezifität 83,4 % bzw. 60,1 %. Der Vergleich der Sensitivitätswerte des M371-Tests (empirische Daten) mit den klassischen GCT-Tumormarkern (Abb 3b) ergab, dass der neue Test eine signifikant höhere Sensitivität aufwies als die jeweiligen klassischen Tumormarker und sogar als die Kombination aller drei Marker. Die überlegene Sensitivität des M371-Tests zeigte sich auch in den Analysen der CS-Subgruppen und der beiden histologischen Subgruppen (Abb 3c bis f); diese war bei CS I (Abb 3c) und beim Seminom (Abb 3e) am stärksten ausgeprägt.
Bei Patienten mit CS I fand sich ein signifikanter Rückgang des Tumordurchmessers mit log-transformierten Serumspiegeln von miR-371a-3p (R2 = 0,653; p < 0,001). In den Subgruppenanalysen war dieser Rückgang auch bei Seminomen, gemischten Nichtseminomen und embryonalen Karzinomen (R2 = 0,686, 0,745 bzw. 0,619; jeweils p < 0,001; Abb 4a) zu beobachten, wobei die Regressionskurven bei gemischten Nichtseminomen und embryonalen Karzinomen deutlich höhere Steigungen aufwiesen als bei Seminomen (Abb 4a). Dementsprechend fiel die Sensitivität von miR-371a-3p für den Nachweis von Seminomen in den beiden niedrigsten Kategorien für die Tumorgröße (≤ 9 mm und 10 bis 19 mm) signifikant niedriger aus als in den höheren Tumorgrößenkategorien (p < 0,001; Abb 4b). Bei Nichtseminomen waren keine Sensitivitätsunterschiede zwischen den verschiedenen Größenkategorien feststellbar (p = 0,8; Abb 4c). Die medianen miR-Werte fielen bei CS-I-Patienten mit lokalisierten Tumoren (pT1) signifikant niedriger aus als bei fortgeschrittenen lokalen Stadien (> pT1) (R2 = 0,664; p < 0,001; Anhang Abb. A2, nur online).
Abhängigkeit der microRNA (miR)-371a-3p-Expression und Sensitivität vom Tumordurchmesser. (A) Scatterplot zur Darstellung der Beziehung von Tumordurchmesser und miR-371a-3p-Expression von Seminomen im klinischen Stadium (clinical stage, CS) I (Kreise; n = 259), gemischte CS-I-Nichtseminome (Quadrate; n = 74) und embryonale CS-I-Karzinome (Dreiecke; n = 29). Die Regressionslinien sind für alle drei Gruppen in der entsprechenden Farbe dargestellt. Die gestrichelten Linien entsprechen dem Cutoff-Wert. (B) Sensitivität bei verschiedenen Tumordurchmesser-Kategorien von CS-I-Seminomen. (C) Sensitivität bei verschiedenen Tumordurchmesser-Kategorien von CS-I-Nichtseminomen. Die Fehlerbalken repräsentieren die 95%-Konfidenzintervalle.
Abhängigkeit der microRNA (miR)-371a-3p-Expression und Sensitivität vom Tumordurchmesser. (A) Scatterplot zur Darstellung der Beziehung von Tumordurchmesser und miR-371a-3p-Expression von Seminomen im klinischen Stadium (clinical stage, CS) I (Kreise; n = 259), gemischte CS-I-Nichtseminome (Quadrate; n = 74) und embryonale CS-I-Karzinome (Dreiecke; n = 29). Die Regressionslinien sind für alle drei Gruppen in der entsprechenden Farbe dargestellt. Die gestrichelten Linien entsprechen dem Cutoff-Wert. (B) Sensitivität bei verschiedenen Tumordurchmesser-Kategorien von CS-I-Seminomen. (C) Sensitivität bei verschiedenen Tumordurchmesser-Kategorien von CS-I-Nichtseminomen. Die Fehlerbalken repräsentieren die 95%-Konfidenzintervalle.
miR-371a-3p-Spiegel in der Therapieüberwachung
Paarige Messungen von miR-371a-3p bei 424 Patienten vor und nach Orchiektomie zeigten einen signifikanten Rückgang der miR-Expressionswerte sowohl bei lokalisierter als auch bei systemischer Erkrankung (p < 0,001 für jede Kategorie; Abb 5a). Postoperativ wiesen 91,77 % der CS-I-Patienten gegenüber 82,41 % der Patienten mit Metastasen verringerte Werte auf (p = 0,008 für die Anteile mit verringerten Spiegeln). Weitere Einzelheiten sind in Abbildung A3 im Anhang (nur online) dargestellt.
Rückgang der microRNA (miR)-371a-3p-Spiegel nach der Behandlung. (A) Rückgang der miR-371a-3p-Expression nach chirurgischer Resektion des Primärtumors bei Patienten im klinischen Stadium (clinical stage, CS) I (n = 316), CS II (n = 80) und CS III (n = 28). (B) miR-371a-3p-Serumspiegel im Verlauf der Chemotherapie bei CS-II-Patienten (n = 70). (C) miR-371a-3p-Serumspiegel im Verlauf der Chemotherapie bei CS-III-Patienten (n = 46). (D) Rückgang der miR-371a-3p-Expression bei Patienten mit rezidivierten Keimzelltumoren (germ cell tumors, GCTs) nach der Behandlung (n = 29). Die Linien in Darstellung B und C wurden durch fehlende Werte hindurch interpoliert. Die Y-Achse ist in allen Darstellungen logarithmisch skaliert. (*) p < 0,001. (†) Patient mit bekannter Krankheitsprogression und letalem Ausgang.
Rückgang der microRNA (miR)-371a-3p-Spiegel nach der Behandlung. (A) Rückgang der miR-371a-3p-Expression nach chirurgischer Resektion des Primärtumors bei Patienten im klinischen Stadium (clinical stage, CS) I (n = 316), CS II (n = 80) und CS III (n = 28). (B) miR-371a-3p-Serumspiegel im Verlauf der Chemotherapie bei CS-II-Patienten (n = 70). (C) miR-371a-3p-Serumspiegel im Verlauf der Chemotherapie bei CS-III-Patienten (n = 46). (D) Rückgang der miR-371a-3p-Expression bei Patienten mit rezidivierten Keimzelltumoren (germ cell tumors, GCTs) nach der Behandlung (n = 29). Die Linien in Darstellung B und C wurden durch fehlende Werte hindurch interpoliert. Die Y-Achse ist in allen Darstellungen logarithmisch skaliert. (*) p < 0,001. (†) Patient mit bekannter Krankheitsprogression und letalem Ausgang.
Serielle Messungen der miR-371a-3p-Spiegel während der Chemotherapie bei 118 Patienten mit systemischer Erkrankung ergaben einen signifikanten Rückgang nach dem ersten Therapiezyklus. Bei den 70 Patienten mit Erkrankung im Stadium CS II a,b bewirkten die nachfolgenden Zyklen keinen weiteren signifikanten Rückgang der miR-Spiegel (Abb 5b). Bei CS-III-Patienten (n = 46) kam es nach dem zweiten Chemotherapiezyklus zu einem weiteren signifikanten Rückgang der miR-Spiegel; weitere signifikante Veränderungen durch zusätzliche Therapiezyklen waren nicht zu beobachten (Abb 5c). Bei zwei Patienten mit mediastinalen GCTs fiel der Rückgang der miR-Spiegel unter der Behandlung ähnlich aus wie bei den CS-III-Patienten (Daten nicht dargestellt). Zwei Patienten mit tödlichem Krankheitsverlauf wiesen während der Krankheitsprogression stark erhöhte miR-Spiegel auf (Abb 5b und c, gekennzeichnet durch †). Patienten mit gutem Risiko gemäß IGCCCG (International Germ Cell Cancer Collaborative Group) hatten signifikant niedrigere Medianwerte von miR-371a-3p als Patienten in der schlechten Risikoklasse (p = 0,04; Anhang Abb. A4, nur online).
miR-371a-3p-Spiegel bei Patienten mit rezidivierter Erkrankung
Patienten mit Krankheitsrezidiv (n = 46) wiesen signifikant höhere mediane miR-Serumspiegel auf als die Kontrollen (p < 0,001; Abb 2d). Bei 38 Patienten waren die Werte erhöht, was einer Sensitivität von 82,6 %, einer Spezifität von 96,1 % und einer AUC von 0,921 in Hinblick auf die Rezidiverkennung entspricht. In seriellen Messungen während der Behandlung war bei 28 von 29 Patienten ein signifikanter Rückgang der miR-Spiegel zu beobachten (Abb 5d).
Diskussion
Die vorliegende Studie liefert umfangreiche Belege, die den Nutzen der miR-371a-3p-Serumspiegel als neuer Biomarker für GCTs stützen. Fünf Charakteristika des M371-Tests sind hervorzuheben: Der Test verfügt über eine Sensitivität von 90,1 % und eine Spezifität von 94,0 % für die Primärdiagnose eines GCT; er ist für die beiden wichtigsten histologischen Untergruppen von GCT von Bedeutung; es besteht eine Korrelation zwischen den miR-Serumspiegeln und der Größe des Primärtumors, dem lokalen Stadium und den klinischen Stadien; die miR-Konzentrationen spiegeln behandlungsbedingte Veränderungen der Krankheit wider und bei Rezidiven sind die miR-Spiegel erhöht.
Aufgrund ihrer geringen Sensitivität und Spezifität sind die klassischen Tumormarker gemäß den aktuellen Leitlinien nicht ausreichend effektiv für die Primärdiagnose eines GCT.4–6 Die tragenden Säulen bei der Diagnose von GCTs sind derzeit die klinische und die sonografische Untersuchung gefolgt von einer chirurgischen Exploration. Diagnostisches Mittel der zweiten Wahl ist die Magnetresonanztomographie des Hodens; bei zufällig festgestellten kleine Raumforderungen kann eine Beobachtung erfolgen [23, 24]. Die hohe Trennschärfe des Tests zeigt sich in der AUC von 0,966 in der ROC-Analyse, in der Gesamtgenauigkeit von 93,2 % und insbesondere in dem mit 23,675 sehr hohen positiven Likelihood-Quotienten (Tabelle 2). In Fällen, die trotz Beurteilung mithilfe sämtlicher leitlinienempfohlener Untersuchungsverfahren weiter unklar sind, kann der M371-Test daher hilfreiche Informationen für die klinische Entscheidungsfindung vor der Operation liefern [16, 25]. Ein voraussehbarer möglicher Schwachpunkt ist die Erkennung von reinen Seminomen mit einer Größe von weniger als 1 cm, da diese den Marker lediglich in 59 % der Fälle exprimieren (Abb 4b).
Es besteht eine signifikante Korrelation zwischen den miR-371a-3p-Serumspiegeln und den klinischen Stadien von GCTs (Abb 2a) sowie der Größe des Primärtumors (Abb 4). Am wahrscheinlichsten ließe sich dies durch eine enge Korrelation zwischen den miR-Spiegeln und der vorhandenen Tumormasse (d. h. der Anzahl der Zellen) erklären. Tatsächlich ist dies eine der sechs Voraussetzungen, über die ein idealer Tumormarker verfügen sollte [2, 26]. Entsprechend kann der M371-Test eine lokal begrenzte Erkrankung mit einer Sensitivität von 83,4 %, jedoch nur mit einer Spezifität von 60,1 % von einer metastasierten Erkrankung unterscheiden. Die Computertomographie, der Grundpfeiler für das klinische Staging, besitzt eine Gesamtgenauigkeit von 82 % und eine Sensitivität von 59 % beim Nachweis retroperitonealer Metastasen [5, 6, 27, 28]. Das heißt, selbst wenn sie in Verbindung mit der Bestimmung der klassischen Marker verwendet wird, bleiben einige Fälle ungeklärt. Der M371-Test kann möglicherweise bei der Abschätzung des korrekten klinischen Stadiums von Nutzen sein.
Anders als bei den klassischen Biomarkern exprimierten die beiden wichtigsten histologischen Untergruppen, mit Ausnahme des Teratoms, miR-371a-3p mit einer Häufigkeit von etwa 90 %. In Übereinstimmung mit früheren Serum-[14, 22, 29] und gewebebasierten Untersuchungen [30, 31], fand sich bei CS-I-Patienten mit reinem Teratom eine sehr geringe bis überhaupt keine nachweisbare miR-371a-3p-Expression. Bedeutsam ist, dass die miR-Expression bei Patienten mit metastasiertem Teratom erhöht war (Abb 2c). Dieser Anstieg könnte durch eine Beimischung anderer GCT-Komponenten verursacht worden sein. Nichtseminome weisen bei lokal begrenzter Erkrankung signifikant höhere mediane Serumspiegel auf als Seminome, und diese Unterschiede in der Expression wurden – allerdings nicht einheitlich – bereits früher berichtet [13, 14]. Aufgrund der Hinweise, nach denen der miR-371–3-Cluster hauptsächlich von undifferenzierten Stammzellen exprimiert wird [32, 33] nahm man an, dass die enge biologische Assoziation zwischen dem embryonalen Karzinom und undifferenzierten Stammzellen eine höhere Expression von miR-371a-3p bei Nichtseminomen zur Folge hat als bei den höher differenzierten Seminomen und noch weniger bei gut differenzierten Teratomen [22]. Gegenteilige Ergebnisse wurde von einer gewebebasierten Untersuchung berichtet, bei der Seminome eine signifikant höhere Expression von miR-371a-3p zeigten als Nichtseminome [30]. Diese Ergebnisse sind jedoch mit Vorsicht zu bewerten, da zwischen den miR-Spiegeln im Gewebe und den Serumspiegeln keine Korrelation besteht [18].
Ein wesentlicher Nachteil der Marker AFP, β-HCG und LDH ist ihre insgesamt geringe Sensitivität und Spezifität, vor allem in den niedrigen klinischen Stadien [34, 35]. Die medianen miR-371a-3p-Expressionsraten fallen in den Frühstadien ebenfalls niedriger aus als bei fortgeschrittener Erkrankung; allerdings sind diese Unterschiede gering und die Sensitivität liegt zwischen 86,7 % und 98,4 %. Daher schneidet der M371-Test in allen klinischen Stadien sehr viel besser ab als die klassischen Marker (Abb 3). Dies ist vor allem für das Management des Seminoms klinisch bedeutsam, bei dem nützlichere Instrumente zur Überwachung von Patienten, die sich unter Beobachtung befinden, notwendig sind [36].
Die Hypothese, der zufolge die miR-371a-3p-Serumspiegel mit der Tumormasse korrelieren, wird durch unsere Beobachtung gestützt, die zeigte, dass die Serumspiegel als Reaktion auf die Therapie zurückgingen (Abb 5). Nach der Orchiektomie waren bei 91,8 % aller CS-I-Patienten verringerte Serumspiegel zu beobachten, die größtenteils bis in den Normalbereich abfielen. Der Grund dafür, dass bei einem kleinen Teil der Patienten die miR-Spiegel nach der Orchiektomie unzureichend zurückgingen, ist weiter unklar, da in dieser Studie keine Follow-up-Daten zur Verfügung standen. Diese Beobachtung ist höchstwahrscheinlich durch das Vorliegen von okkulten Metastasen zu erklären.
Bei vielen Patienten mit systemischer Erkrankung führt die Orchiektomie zu einem Rückgang der miR-Spiegel, wenngleich diese bei den meisten Patienten nicht den Normalbereich erreichen. Dies ist höchstwahrscheinlich auf die Tumormarkerbildung durch das Metastasengewebe zurückzuführen. Bemerkenswerterweise kam es bei einigen wenigen CS-II-Patienten zu einem postoperativen Abfall der miR-Spiegel bis in den Normalbereich (Abb 5a). Die Interpretation dieses Ergebnisses wird durch die fehlenden Follow-up-Informationen erschwert. Eine attraktive Hypothese wäre jedoch, dass bei diesen Patienten ein klinisches Overstaging vorlag und dies stünde im Einklang mit chirurgischen Studien, die über ein fehlerhaftes Staging bei ca. 20 % der CS-II-Patienten berichteten [37]. Serielle miR-Messungen bei Patienten mit systemischer Erkrankung zeigten einen signifikanten Rückgang nach der Chemotherapie. Zu erwähnen ist, dass die Werte bei den meisten CS-II-Patienten nach nur einem Therapiezyklus in den Normalbereich abfielen, mit unwesentlichen zusätzlichen Verminderungen nach weiteren Therapiezyklen (Abb 5b). Da zwischen den miR-Spiegeln und der Tumormasse eine Korrelation besteht, lässt dieser Befund möglicherweise die Hypothese zu, dass die kumulative Chemotherapie-Dosierung, die bei einer Low-Volume-Erkrankung erforderlich ist, überdacht werden sollte.
Auch bei CS-III-Patienten ist nach dem ersten Chemotherapiezyklus ein hochsignifikanter Rückgang der miR-Spiegel zu beobachten, und der zweite Zyklus bewirkt eine weitere signifikante Abnahme. Die meisten Patienten mit metastasierter Erkrankung haben bei Abschluss der Behandlung normale miR-Spiegel. Bei einigen wenigen Patienten wurde klinisch ein Therapieversagen in Verbindung mit steigenden miR-Spiegeln nachgewiesen. Die beiden Patienten mit letalem Ausgang wiesen mit fortschreitender Erkrankung steigende miR-Spiegel und die höchsten Werte von allen Patienten auf.
In zwei kürzlich veröffentlichten unabhängigen Untersuchungen kam es bei Patienten mit Metastasen, die eine Chemotherapie erhielten, ebenfalls zu einem signifikanten Rückgang der M371-Serumspiegel, und dies stützt den Nutzen dieses Tumormarkers für die Überwachung des Behandlungsergebnisses [29, 38]. Die Princess Margaret Group wies darüber hinaus den Nutzen des Markers für die Identifizierung von vitalem Resttumorgewebe in postchemotherapeutischen Residualtumoren nach und bestätigte die fehlende M371-Expression in Teratomen [29].
Der M371-Test besitzt eine Sensitivität von 82,6 % bei einer AUC von 0,921 für den Nachweis eines Rezidivs. Eine mögliche Ursache dafür, dass der Test Rezidive mit einer etwas geringeren Sensitivität erkennt als primäre GCTs, könnte sein, dass bei einem Rezidiv häufiger miR-negative Subtypen wie Teratome und somatische Malignome auftreten [27, 39, 40]. Wie vor Kurzem nachgewiesen wurde, ist der M371-Test jedoch potenziell in der Lage, bei einem großen Teil der Patienten ein Rezidiv im Frühstadium zu erkennen [16, 19, 25, 41]. Ebenso wie bei der metastasierten primären Erkrankung kam es auch unter der Rezidivbehandlung zu einem Rückgang der MiR-Spiegel.
Die vorliegende Studie wird durch die fehlenden klinischen Informationen zur Nachbeobachtung der Patienten eingeschränkt, denn etliche individuelle miR-Spiegel-Messreihen konnten nicht hinreichend dargestellt werden. Außerdem erfolgten die histologischen Untersuchungen der Orchiektomie-Präparate durch örtliche Pathologen ohne eine zentrale pathologische Beurteilung, so dass gewisse Unsicherheiten hinsichtlich der unterschiedlichen Beurteilung von Nichtseminomen bestehen. Was die seriellen Messungen bei Patienten mit metastasierter Erkrankung betrifft, so wurden nicht bei allen Patienten nach jedem Chemotherapiezyklus Messungen durchgeführt. Das Fehlen einiger Messwerte könnte daher die statistische Power verringert haben. Alle Serumproben wurden bis zur Messung mehrere Monate lang tiefgefroren und in dieser Zeit könnte es zu einer gewissen Verschlechterung der Proben gekommen sein [42]. Eine der Stärken der Studie ist das multizentrische, multinationale Studiendesign, das mit einem minimalen Selektionsbias verbunden war. Ferner wurden für alle untersuchten Proben einheitliche Laborverfahren eingesetzt.
Insgesamt bestätigt die vorliegende Studie überzeugend frühere Daten zum Nutzen des M371-Tests als neuer Serum-Biomarker für GCT, der sowohl bei Seminomen als auch bei Nichtseminomen aussagekräftig ist. Aufgrund seiner hohen Sensitivität und Spezifität ist dieser Test potenziell in der Lage, die klinischen Behandlungspfade beim Management des GCT zu vereinfachen; allerdings ist eine weitere Validierung in einer unabhängigen Kohorte erforderlich.
Danksagung
Wir danken den Labormitarbeitern der Universität Bremen, des Albertinen-Krankenhauses Hamburg und der Asklepios Klinik Altona für die besondere technische Unterstützung.
Fußnoten
Vorgestellt auf dem Kongress der Deutschen Gesellschaft für Urologie, Dresden, Deutschland, 26. bis 29. September 2018. Gefördert durch die Wilhelm Sander-Stiftung, München (Nr. 2014.178.2), und die Werner Otto Stiftung Hamburg (2/91/2017). Der Rotary Club Hamburg Blankenese unterstützte die Studie durch einen finanziellen Zuschuss im Jahr 2015.
Anhang
Siehe Serum Levels of MicroRNA-371a-3p (M371 Test) as a New Biomarker of Testicular Germ Cell Tumors: Results of a Prospective Multicentric Study (nih.gov)
Lizenzangabe
Dieckmann KP, Radtke A, Geczi L, Matthies C, Anheuser P, Eckardt U, Sommer J, Zengerling F, Trenti E, Pichler R, Belz H, Zastrow S, Winter A, Melchior S, Hammel J, Kranz J, Bolten M, Krege S, Haben B, Loidl W, Ruf CG, Heinzelbecker J, Heidenreich A, Cremers JF, Oing C, Hermanns T, Fankhauser CD, Gillessen S, Reichegger H, Cathomas R, Pichler M, Hentrich M, Eredics K, Lorch A, Wülfing C, Peine S, Wosniok W, Bokemeyer C, Belge G. Serumspiegel von MicroRNA-371a-3p (M371-Test) als neuer Biomarker für testikuläre Keimzelltumoren: Ergebnisse einer prospektiven Multicenterstudie. J Clin Oncol. 1. Juni 2019;37(16):1412–1423. doi: 10.1200/JCO.18.01480. Epub: 15. März 2019. PMID: 30875280; PMCID: PMC6544462. © 2019 Die Autoren. (Übersetzung; Ergänzende Materialien, Beiträge der einzelnen Autoren, Finanzielle Unterstützung, Danksagungen und Abkürzungen gekürzt), lizensiert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de).