Correlation of neuroendocrine differentiation and PTEN expression with pathologic effects after bicalutamide monotherapy in prostate cancer

Abstract

[한글]

목적: bicalutamide 단일요법은 삶의 질 유지 및 적은 빈도의 부작용으로 인해 국소적으로 진행된 전립선암에 대한 대체 치료요법으로 최근 각광을 받고 있다. 그러나 상당수의 환자들은 결국 재발하여 이차적인 치료를 요한다. 이러한 경우, 일차 약물요법에 의해 유도되는 분자학적 변화를 파악하는 것은 이후 치료의 선택 및 성공여부를 판단하는 데에 도움이 된다.

술 전 약물요법의 독특한 이론적 장점들 중의 하나는 술 전 약물요법을 시행함으로서 새로운 약제의 독특한 분자학적 효과와 같은 활동성 및 효율성을 기존의 임상 병리적인 변수들과 비교하여 평가할 수 있는 기회를 제공한다는 것이다. 즉 술 전 약물요법을 시행한 종양의 조직표본을 대상으로 분자학적 인자들 및 병리적 변수들을 평가할 수 있고 이러한 분자학적 인자들 및 병리적 변화들을 바탕으로 앞으로의 치료법을 구상할 수 있다는 것이다.

이러한 이론적 배경을 바탕으로 저자들은 bicalutamide 단일 요법후 발생하는 분자학적 변화를 파악하기 위해 술 전 bicalutamide 단일요법을 시행받은 전립선암환자들의 근치적 전립선적출술 표본을 대상으로 전립선암의 발생 및 진행 특히 호르몬불응성 전립선암으로의 진행에 관계된다고 알려진 분자학적 인자들인 tensin homolog deleted on chromosome 10 (PTEN), human epidermal receptor-2 (HER-2), 및 neuroendocrine differentiation (NED)의 발현양상을 분석하고자 하였다.

PTEN은 phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)과 같은 주요한 종양유발 kinase를 억제하는 종양억제유전자로 PTEN 발현감소는 전립선암에서 흔히 관찰되는 현상으로 serine threonine kinase AKT phosphorylation 증가를 유발한다고 알려져 있다. PTEN 발현 감소와 연관된 PI3K-AKT경로의 구조적 활성화는 전립선암에서 흔히 관찰되며, 조절되지 않는 세포증식 및 세포자멸사 감소를 야기한다.

HER-2는 transmembrane tyrosine growth factor에 대한 proto-oncogene으로 HER-2의 과도한 발현은 악성종양으로의 변형을 유발하고, 종양의 증가된 공격성을 나타낸다고 하며, 남성호르몬결핍환경에서 HER-2는 전립선암세포의 생존에 기여하는 것으로 알려져 있다.

NED는 전립선암의 호르몬 비의존성 성장에 기여하는 것으로 알려져 있다. 호르몬요법이 NED를 유발하고, neuroendocrine 세포들이 주위의 non-neuroendocrine 세포들에 paracrine 방식으로 그들의 산물들을 분비하여 남성호르몬 결핍환경에서 전립선암의 생존에 기여하는 것으로 생각되고 있다.

재료 및 방법: 다양한 기간동안의 술 전 bicalutamide 150 mg 단일요법을 시행받은 107명의 환자에서 적출한 근치적 전립선적출술 표본을 대상으로 앞서 언급한 분자학적 인자들의 변화양상과 병리적 퇴행과의 상관관계를 분석하였고, 술 후 생화학적 재발이 이러한 분자학적 변화 및 병리적 퇴행 정도와 연관있는지 분석하였다.

병리적 인자들로는 생검 Gleason 점수, 병리적 병기, 정낭침범, 전립선 피막외 침범여부, 양성수술절제면 및 조직표본내 종양용적에 대해 평가하였고, 병리적 퇴행 정도는 minimal, moderate, extensive의 3단계로 분석하였다. Tissue microarray를 시행한 후에 PTEN, HER-2, 그리고, NED의 대표적 표지자인 chromogranin-A (CgA)에 대한 면역화학염색을 시행하였다. PTEN 면역화학염색정도는 0-9의 10단계로 나누어 4이하인 경우를 낮은 발현으로 정의하였고, CgA의 면역화학염색정도는 0-3+의 4단계로 나누어 평가하였다. HER-2의 경우 면역화학염색정도를 0-3+의 4단계로 나누어 2+이상인 경우를 높은 발현으로 정의하였으며, HER-2 유전자의 증폭여부를 평가하기 위해 fluorescence in situ hybridization (FISH)를 시행하였다.

결과: 생검 Gleason 점수 (p=0.017), 병리적 병기 (p=0.001), 종양용적 (p=0.007), 전립선 피막외 침범 (p<0.001), 정낭침범 (p=0.047), 및 양성수술절제면 발생률 (p=0.009)은 술 전 bicalutamide요법을 시행한 후의 병리적 퇴행 정도와 유의한 연관성을 보였다. 병리적 퇴행 정도가 약한 경우 CgA 양성률 (p=0.012) 및 PTEN inactivation의 발생률 (p<0.001)이 유의하게 증가하였다. 술 전 bicalutamide요법 시행기간이 길수록 CgA양성률은 유의하게 증가하였으나 (p<0.001), PTEN inactivation과의 유의한 연관성은 없었다 (p=0.928). 생검 Gleason 점수 7이상인 경우 CgA양성률 및 PTEN inactivation의 발생률이 증가하였다.

HER-2양성인 경우는 4개 (3.7%)의 조직표본에서만 관찰되었고, 4개의 조직표본 모두에서 1+의 면역화학염색정도를 나타내었다. 모든 경우에서 HER-2 유전자의 증폭은 관찰되지 않았다.

PTEN inactivation인 64개의 표본들 중 44 (68.2%)개에서 CgA 양성으로 나타난 반면, non-PTEN inactivation인 43개의 표본들 중 20 (46.5%)개만이 CgA양성으로 나타나, non-PTEN inactivation인 경우에 비해 PTEN inactivation인 경우 CgA양성일 가능성이 2.5배 높은 것을 확인하였다 (OR2.5, 95%CI 1.1-5.6, p=0.023). 평균 23.8개월의 추적관찰기간동안 40명에서 생화학적 재발이 발생하였고, 5년 생화학적 재발 자유가능성은 51.3%였다. CgA양성 (p=0.003) 및 PTEN inactivation여부 (p=0.012)에 따라 생화학적 재발까지의 시간에 유의한 차이가 있었고, PTEN inactivation과 CgA양성 여부를 함께 조합하여 분석하였을 때도 생화학적 재발까지의 시간에 대해 유의한 차이가 있었다 (p=0.002). 생화학적 재발까지의 시간에 영향을 미치는 인자들에 대한 다변량 분석결과 정낭침범 (p<0.001), 생검 Gleason 점수 (p=0.012) 및 PTEN/CgA 발현양상 (p=0.032)이 유의한 인자들로 나타났다.

결론: 술 전 bicalutamide 요법시행 후 병리적 퇴행정도가 약한 경우 나쁜 술 후 병리적 결과를 나타내며, PTEN inactivation 및 NED를 나타내는 경향이 있는 것으로 나타났다. 대부분의 경우 HER-2 단백질 및 유전자의 증폭이 관찰되지 않아 bicalutamide 요법 후의 HER-2의 발현양상에 대해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다. PTEN inactivation 및 NED는 술 전 bicalutamide요법을 시행 후 근치적 전립선적출술을 시행받은 후 나타나는 술 후 생화학적 재발까지의 시간을 예측하는데 있어 나쁜 예후를 나타내는 예측인자로 유용할 것이다. PTEN inactivation과 NED의 발생은 bicalutamide요법에 대한 불응성과 연관될 것으로 생각되며, 이는 PTEN inactivation으로부터 발생하는 serine threonine kinase AKT경로의 활성화에 의해 NED가 발생할 수 있다는 가설을 지지하며, PI3K-AKT경로를 통해 NED를 유발하는 호르몬요법을 시행할 때 PI3K-AKT경로를 차단하는 약제를 병용하여 치료함으로서 NED를 억제하면서 전립선암의 증식을 억제하여 남성호르몬 비의존성 전립선암의 출현을 연기하거나, 방지할 수 있을 것으로 생각된다.

[영문]Purpose: The knowledge of molecular changes after neoadjuvant bicalutamide therapy seems to be primary requirement to evaluate the efficacy or the failure of a second-line therapies, which would be applied after progression into hormone-refractory status. Based on these considerations, we have analyzed the expressions of tensin homolog deleted on chromosome 10 (PTEN), human epidermal receptor (HER)-2, and neuroendocrine differentiation in the radical prostatectomy (RP) specimens.

Materials and methods: We evaluated these molecular arrangements in 107 RP specimens from patients who took bicalutamide 150 mg before surgery in terms of pathological regressive changes and assessed whether biochemical failure after RP correlates with the extent of these molecular arrangements and pathologic effects.

Results: The patients showing minimal regression effects after bicalutamide therapy was related to the advanced pathologic stage and tended to have positive chromogranin A (CgA) expression and PTEN inactivation. Only 4 (3.7%) prostatectomy specimens immunostained for HER-2 and there were no HER-2 gene amplifications in all samples. The probability of having positive CgA expression in the PTEN inactivation group was 2.5-fold (OR 2.5, 95% CI 1.1 to 5.6, p=0.023) greater than in the non-PTEN inactivation group. Cox regression analysis revealed that seminal vesicle invasion, biopsy Gleason score, PTEN/CgA expression were significant variables for the time to biochemical recurrence.

Conclusions: PTEN inactivation together with neuroendocrine differentiation is related to refractoriness for bicalutamide therapy and these results support the hypothesis that neuroendocrine differentiation is caused by activation of serine threonine kinase, AKT pathway, which results from PTEN inactivation.