Serum CEA, TIMP-1, and E-selectin levels for screening of liver metastasis in the patients with colorectal cancer

Abstract

[한글]도입: 대장직장암의 간전이는 전체 환자의 약 절반 정도에서 발생한다. 근치적 절제술을 통하여 35-40%에 이르는 5년 생존율을 기대할 수 있으나 전체 간전이 환자의 15-25%만이 근치적 절제술을 시행 받을 수 있다. 따라서 간단한 혈액 검사만으로 간전이를 조기에 진단할 수 있다면 간전이의 치료 성적을 향상 시키는데 도움이 될 것이다. 따라서, 본 연구의 목적은 대장직장암 환자의 혈중에서 7개의 분비성 단백질 (CEA, VEGF, TIMP-1, MMP-7, selectin, HGF, osteopontin)을 검출하여 간전이 선별 검사에 유용한 표지자를 발굴해내는 것이다.방법: 전향적으로 70명의 대장직장암 환자들을 등록하여 간전이가 있는 환자군 (간전이군)과 없는 환자군 (대조군)으로 나누었다. 등록된 모든 환자들에서 수술 절개직전 말초혈액과 개복 후 원발암 제거전에 원발암의 배액정맥 (상장간막정맥 또는 하장간막정맥)에서 혈액을 채취하였다. 채취된 혈액은 원심분리 후 혈청만을 분리하여 -70°C에 보관하였다. 표지자는 ELISA를 통하여 검출하였으며 표지자를 발굴하기 위해서 말초혈액만을 이용하는 방법 (방법1)과 말초혈액과 배액정맥의 비를 이용하는 방법 (방법2) 및 말초혈액과 배액정맥과의 상관관계식에 따라 치환 된 말초혈액의 비를 적용하는 방법 (방법3) 각각에 대하여 민감도와 특이도를 계산하였다.결과: 전체 70명의 환자 중 간전이군 33명과 대조군 37명이 등록되었고 두 군간에 T 및 N 병기, 연령, 성별비, 원발종양의 크기, 원발종양의 조직학적 분화도, 원발종양의 위치 등의 임상적 지표에 있어 유의한 차이는 없음을 확인하였다. 말초혈액만을 이용하는 방법1의 결과 혈중 TIMP-1의 농도 (표1)만이 통계학적으로 유의한 독립적 예측인자로 나타났으며 (p<0.001) 로지스틱 회귀분석 결과 민감도 84.8% 특이도 89.2%, 정확도 87.1%로 간전이를 선별할 수 있는 것으로 나타났다 (ODD 1.038 (95% CI 1.019-1.057); p<0.001). 방법2의 결과 TIMP-1의 농도비 (p<0.002; ODD 1.040; 95% CI 1.017-1.063)와 E-selectin의 농도비 (p=0.007; ODD 0.875; 95% CI 0.794-0.964)가 유의한 독립 예측인자로 나타났으며 로지스틱 회귀분석을 통해 추출한 확률식에 의한 결과 민감도 87.9%, 특이도 94.6%, 정확도 91.4%로 간전이를 선별할 수 있었다. 방법3을 위해서 먼저 말초혈액과 배액정맥간의 선형회귀도를 분석한 결과 혈중 CEA (R2=0.812;p<0.001), TIMP-1 (R2=0.491;p<0.001), MMP-7 (R2=0.944;p<0.001), osteopontin (R2=0.460;p<0.001), HGF (R2=0.477;p<0.001)에서 말초혈액과 배액정맥 간에 유의한 상관관계를 보였으며 이를 통해 말초혈액에서 검출된 혈중농도로 배액정맥의 혈중농도를 계산하여 이를 통해 배액정맥에 대한 말초혈액의 비를 구하였다. 다변량분석 결과 CEA (ratio: 대조군 0.62, 간전이군 1.00; ODD 130.98 (95% CI 4.612-3719.8); p=0.004) 와 TIMP-1 (ratio: 대조군 0.60, 간전이군 1.26; ODD 5036.77 (95% CI 42.56-596156); p<0.001)의 말초혈액과 배액정맥의 비만이 유의한 독립 인자로 나타났으며 민감도 87.90%, 특이도 94.6%, 정확도 91.4%로 간전이를 선별할 수 있었다.결론: 혈중 CEA, E-selectin과 TIMP-1 농도는 대장직장암의 간전이를 선별하는데 유용한 표지자로 생각되며 말초혈액의 농도와 계산된 원발암 배액정맥 농도의 비를 이용하여 더 정확한 선별검사 모델을 제시할 수 있었다. CEA E-selectin osteopontin VEGF HGF MMP-7 TIMP-1 대조 전이 대조 전이 대조 전이 대조 전이 대조 전이 대조 전이 대조 전이말초 45.15 116.70 41.54 20.38 27.21 50.17 258.80 459.15 891.87 1015.1 3.90 4.88 74.05 233.71p 0.116 0.052 0.068 0.024 0.266 0.229 <0.001배액 135.46 350.11 24.37 21.16 25.44 31.24 246.58 454.17 748.91 805.69 4.63 5.15 101.9 194.01p 0.057 0.311 0.528 <0.001 0.338 0.517 <0.001

표 1 각각의 표지자 검출치 (단위 CEA, E-selectin, osteopontin, MMP-7, TIMP-1은 ng/mL; HGF, VEGF는 pg/mL)

[영문]Introduction: Liver metastases (LM) of colorectal cancer (CRC) occur about half of the patients somewhere in the course of the disease. Although with curative resection of LM, 5-year survival rate of 35-40% can be achieved, only 15-25% of the patients with CRC LM present resectable disease. Thus, early detection of LM by simple blood test would be beneficial. The purpose of this study was to determine the usefulness of 7 secretomes (CEA, VEGF, TIMP-1, MMP-7, selectin, HGF, and osteopontin) screening markers for detecting CRC LM.Materials and Methods: A total of 70 patients with CRC were prospectively enrolled and divided into LM(+) and LM(-) group. Blood from peripheral vein before the operation and drain vein (SMV or IMV) before the resection of primary tumor were collected. ELISA was performed to detect serum levels of 7 biologic markers. We applied 3 different models for screening: model 1 where only the serum level of the molecules from peripheral vein (PV) was used, model 2 where the ratio of PV to that from drain vein (DV) was used (PV/DV), and model 3 where DV was replaced with a value (cDV) calculated from a correlation equation between PV and DV (PV/cDV). For each model, sensitivity and specificity were obtained and compared with those from each other model.Results: Univariate analyses revealed no difference between LM(+) and (-) groups in clinical variables such as T and N categories, age, gender-ratio, the size of primary tumor, histologic grade, and the location of primary tumor. For model 1, only PV of TIMP-1 was found to be an independently predictive of liver metastasis (p<0.001; ODD 1.038; 95% CI 1.010-1.057), and a sensitivity of 84.8%, a specificity of 89.2%, and an accuracy of 87.1% were achieved. For model 2, the PV/DV of TIMP-1 (p<0.001; ODD 1.040; 95%CI 1.017-1.063) and E-selectin (p=0.007; ODD 0.875; 95%CI 0.794-0.964) were found to be independently predictive and a sensitivity of 87.9%, a specificity of 94.6%, and an accuracy of 91.4% were achieved. For model 3, we first performed correlation analyses between PV and DV, and found significant correlations in CEA (R2=0.812; p<0.001), TIMP-1 (R2=0.491; p<0.001), MMP-7 (R2=0.944; p<0.001), osteopontin (R2=0.460; p<0.001), and HGF (R2=0.477; p<0.001). Then we calculated the serum molecular level from DV with that from PV by the equations derived from the correlation analyses and calculated the ratio of PV to calculated DV (PV/cDV). The PV/cDV of TIMP-1 (p<0.001; ODD 5036.77; 95% CI 42.56-596156) and CEA (p=0.004; ODD 130.98; 95% CI 4.612-3719.8) were independently predictive and a sensitivity of 87.9%, a specificity of 94.6%, and an accuracy of 91.4% were achieved.Conclusion: The serum level of CEA, E-selectin and TIMP-1 might be used as a tool for screening LM in the patients with CRC. More accurate screening may be possible using the PV/DV.