Marcatori tumorali

Giulio Mengozzi LABORATORIO ANALISI CHIMICA CLINICA “BALDI E RIBERI” A.S.O. San Giovanni Battista di Torino

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Marcatori di discariocinesi POCT

MARCATORI TUMORALI DEFINIZIONE Sostanze di diversa natura molecolare, di caratterizzazione strutturale pi첫 o meno definita, che sono assenti o presenti in bassa concentrazione in condizioni normali e che possono comparire o aumentare in caso di malattia neoplastica.

Biomarcatore: ogni segnale biologico correlato alla presenza di una neoplasia.

Sono incluse categorie molto eterogenee di indicatori biologici.

MARCATORI TUMORALI – Classificazione (I) BIOCHIMICO-BIOLOGICA  INTERAZIONE TUMORE/OSPITE - invasione e/o danno metabolico (VES, Enzimi, Proteine, Fase acuta,…)

- risposta immune dell’ospite (CIC, Ab anti-MUC1, anti-p53, anti-erbB-2/neu)

 PRESENZA e/o ESTENSIONE della neoplasia - a struttura molecolare nota (Enzimi – NSE, PSA -, Molecole di adesione – CEA -, Ormoni, Molecole di trasporto – aFP -, Citocheratine, …)

- identificati con Ab monoclonali (epitopi noti - CA 19.9, CA 125, CA ….)

- componenti della cellula tumorale (acidi nucleici tumore-specifici, mRNA PSA, DNA K-ras, …)

 FUNZIONE - proteine codificate da oncogeni o geni oncosoppressori - fattori implicati nella neoangiogenesi (VEGF, FGF) - proteasi e inibitori delle proteasi - (CEA: regolazione risposta immune, diffusione metastatica; AFP: funzioni metaboliche della cellula neoplastica; Mucine: anti-adesione, immunosoppressione, adesione piastrinica ed emboli; PSA: antiangiogenesi)

 RISCHIO - genetici (ACP, BRCA, RT, …)

- metabolici e ambientali (Steroidi, IGF e IGF-BP, …)

CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA STRUTTURA CHIMICA O FUNZIONE BIOLOGICA Antigeni onco-fetali: CEA, αFP, ...

Enzimi/isoenzimi: NSE, PSA, BAP, ...

Ormoni/subunità: βhCG, hCT, …

Proteine tessuto specifiche: hTG, Cromogranina A, ...

Citocheratine: TPA, Cyfra 21-1, …

Mucine (Antigeni tumore-associati): CA 19-9, CA 15-3, CA 125, ...

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MARCATORI TUMORALI – Classificazione (II) SPECIFICITA’ TESSUTALE  TUMORE-SPECIFICITA’ ???  ORGANO o TESSUTO-SPECIFICITA’  elevata specifictà d’organo (TG e tiroide, PSA e prostata, hCG e sinciziotrofoblasto)  espressione di un tipo cellulare, ma non dell’organo dove quel tipo è prevalente (CT, NSE, Cromogranina A, serotonina, catecolamine e metaboliti)  associazione con un dato tipo istologico (TPA e Cyfra 21.1 – carcinomi squamosi, CEA e mucine – adenocarcinomi)

Nota: scarsa specifictà d’organo dei marcatori mucinici per neoplasie disseminate (CA 19.9: colon, stomaco, pancreas, ovaio; CA 125: ovaio, mammella, polmone, pancreas, colon; CA 15.3: mammella, ovaio, pancreas, polmone)

Marcatori tumorali espressi da un tipo cellulare, ma non necessariamente dell’organo dove quel tipo cellulare è prevalente hCT: carcinoma midollare della tiroide carcinoidi tumori endocrini del tubo digerente tumori a piccole cellule del polmone NSE: tumore a piccole cellule del polmone tumori neuroendocrini neuroblastoma melanoma linfoma teratoma timoma

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Marcatori tumorali con elevata specificità d’organo hTG (tiroide) PSA (prostata) hCG (sinciziotrofoblasto)

Marcatori tumorali espressi in modo quantitativamente prevalente da neoplasie di un dato tipo istologico TPA, Cyfra 21-1: carcinomi di tipo squamoso CEA, CA 19-9, CA 15-3, CA 125: adenocarcinomi

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Marcatori tumorali mucinici: scarsa specificità d’organo

CA 19-9: carcinoma del colon, del pancreas, dello stomaco, dell’ovaio CA 125: carcinoma dell’ovaio, della mammella, del polmone, del pancreas, del colon CA 15-3:carcinoma della mammella, dell’ovaio, del pancreas, del polmone CA 72-4: carcinoma dello stomaco, del colon, del pancreas, della mammella 8

I MARCATORI TUMORALI SONO IN USO CLINICO ROUTINARIO DA CIRCA 25 ANNI Secolo XIX: proteina di Bence-Jones 1930 (Zondek): HCG 1956 (Bergstrand), 1964 (Tatarinov): αFP 1957 (Bjorklund): TPA 1965 (Gold e Freedman): CEA 1979 (Wang): PSA 1981 (Bast): CA 125 Anni ’80-’90: altre Mucine, altre Citocheratine, ….

METODI ANALITICI da METODI RIA/IRMA completamente manuali (fine anni ’70 – inizio anni ’80) A METODI IMMUNOMETRICI NON RADIOATTIVI completamente automatizzati (anni ’90 – anni ’00) IL BOOM DEI MARCATORI TUMORALI DEGLI ANNI ’80-’90 E’ IN GRAN PARTE ASCRIVIBILE ALLA SPINTA COMMERCIALE DELLE GRANDI DITTE PRODUTTRICI DI KIT DIAGNOSTICI E DI STRUMENTI DA LABORATORIO

MARCATORI TUMORALI ESEGUITI DAL SETTORE IMMUNOMETRIA DEL LABORATORIO “BALDI E RIBERI” MT “puri”

Molecole che sono “anche” MT

CEA αFP βhCG CA 19-9 CA 15-3 CA 125 NSE PSA FPSA CYFRA 21-1 TPA hTG

Cromogranina A Calcitonina (CT) Fosfatasi alcalina ossea (BAP) MT soppressi CA 72-4 CA 50 PAP S100 UBC MCA

UTILIZZO CLINICO DEI MARCATORI TUMORALI NELLE DIVERSE NEOPLASIE MARCATORI TUMORALI DI PRIMA SCELTA Il loro utilizzo in relazione alle caratteristiche biologiche (estensione, classificazione istologica, ...) e all’andamento clinico della neoplasia trova in letteratura consenso adeguato

MARCATORI TUMORALI DI SECONDA SCELTA Il loro utilizzo in relazione alle caratteristiche biologiche (estensione, classificazione istologica, ...) è documentato in letteratura, ma ad esso non sempre fa riscontro un sufficiente consenso con l’andamento clinico della malattia Utili quando il tumore non esprima il marcatore di prima scelta o come informazione addizionale

TIPO DI TUMORE

MARCATORE DI PRIMA SCELTA

MARCATORE DI SECONDA SCELTA

Carcinoma squamoso del distretto testa-collo

nessuno

SCC

Carcinoma dell’esofago

nessuno

SCC, TPA, CEA

Carcinoma midollare della tiroide

hCT

nessuno

Carcinoma differenziato della tiroide

hTG

nessuno

Microcitoma polmonare

NSE

nessuno

Carcinoma del polmone

CYFRA 21-1 (squamoso) CEA (adenocarcinoma)

nessuno

TIPO DI TUMORE

Carcinoma del colon-retto Carcinoma del pancreas Carcinoma del fegato

MARCATORE DI PRIMA SCELTA

MARCATORE DI SECONDA SCELTA

CEA

CA 19-9

CA 19-9

CEA

αFP

Ferritina Carcinoma delle vie biliari

CA 19-9

Carcinoma del rene

nessuno

nessuno

Carcinoma della vescica

nessuno

BTA, NMP22, UBC TPA, CA 19-9

Carcinoma dell’ovaio

CA 125

CEA

CA 19-9, FP, βhCG

TIPO DI TUMORE

MARCATORE DI PRIMA SCELTA

MARCATORE DI SECONDA SCELTA

Tumori germinali del testicolo

ß hCG, αFP

nessuno

Carcinoma della prostata

PSA (fPSA)

Cromogranina A

Carcinoma della mammella

CA 15-3

CEA

Melanoma

S-100

nessuno

Carcinoide

nessuno

Cromogranina A

Interpretazione del dato di laboratorio nell’utilizzo clinico dei marcatori tumorali Singolo referto CRITERIO DICOTOMICO Valore soglia (bilancio iniziale pre-trattamento, fase diagnostica) PiÚ referti successivi VALUTAZIONE DINAMICA Dosaggi seriati nel tempo (postoperatorio, monitoraggio della terapia, follow up)

Marker AFP CA 125 CA 19-9 CA 15-3 CEA CYFRA 21-1 HCG NSE PSA SCC TAG 72

t/2 in Days 2–8 5 4–8 5–7 2–8 1 1 1 2-4 1 3–7

CAUSE NON ONCOLOGICHE DI VARIAZIONE DEI LIVELLI DEI MARCATORI TUMORALI CAUSE CLINICHE • Eventi fisiologici ed abitudini voluttuarie • Patologie non oncologiche • Cause iatrogene CAUSE ANALITICHE • Autoanticorpi antitieoglobulina (Tireoglobulina) • HAMA (CEA, CA 125, CA 72-4, ...)

• Effetto gancio (Marcatori Tumorali diversi)

COSA SI OTTIENE DAL MARCATORE TUMORALE IDEALE? DIAGNOSI •Utilità in screening su popolazione asintomatica in toto? NO •Utilità in screening su popolazione asintomatica a rischio? NO •Utilità in screening su popolazione sintomatica? SI??? PROGNOSI •Significatività prognostica del valore basale (pre intervento) del marcatore? SI? •Significatività prognostica della velocità con cui il marcatore torna a valori normali dopo l’intervento? SI? FOLLOW-UP •Corrispondenza tra l’andamento del marcatore e la metastatizzazione e/o la recidiva del tumore? SI •Anticipazione della metastatizzazione e/o recidiva del tumore? SI? •Controllo dell’efficacia della chemioterapia o radioterapia? SI?

Quando usare i marcatori nella pratica clinica …  Screening in popolazione non selezionata (falsi positivi, studi di mortalità, familiarità)  Diagnosi del tumore primitivo (Ca midollare, testicolo, neuroendocrino)  Diagnosi di tumore avanzato (monitoraggio dell’efficacia della terapia)  Ricerca della sede di origine di metastasi a partenza ignota (carcinoide, neuroendocrino)  Bilancio del tumore primitivo già diagnosticato - valore basale - estensione della malattia - indicazioni prognostiche (CEA, AFP, CA 15.3)  Monitoraggio post-operatorio (malattia residua) (PSA, hCG, AFP: elevata specificità tessutale, tempo di dimezzamento noto)

Quando usare i marcatori nella pratica clinica …  Monitoraggio a lungo termine dopo la terapia radicale del tumore primitivo Indicazioni pratiche: QUANDO Alto rischio di ricaduta QUANTI Evitare ridondanze e bassa specificità PERCHE’ Sopravvivenza Qualità di vita

MARCATORI TUMORALI ECCESSIVO ENTUSIASMO Utilizzo di tutti i possibili MT in qualsiasi situazione

ECCESSIVO PESSIMISMO Non servono a niente

USO RAGIONATO DEI MARCATORI TUMORALI CONOSCENZA

1) delle caratteristiche di sensibilità e specificità diagnostiche di ciascun marcatore nelle diverse patologie neoplastiche 2) delle motivazioni biologiche che possono modificare la concentrazione del marcatore (anche e soprattutto in modo aspecifico) 3) dei meccnismi metabolizzazione e secrezione LABORATORIO 22

INTERAZIONE

MEDICO DI BASE

POST-GENOMIC ERA The Future of Cancer Management: Translating Genome, Transcriptome and Proteome Yeatman T.J. Annals of Surgical Oncology 2003; 10: 7-14

Genomics, Transcriptomics, Proteomics, and Numbers Kiechle F.L., Holland-Staley C.A. Arch Pathol Lab Med 2003; 127: 1089-1097

Cancer Epigenomics Plass C. Human Molecular Genetics 2002; 20: 2479-2488

Integrating Cancer Genomics and Proteomics in the post-genome era Hanash S.M., Bobek M.P., et al.

Proteomics 2002; 2: 69-75

Cancer Genomics: Promises and Complexities Zhang W., Labodè P.M., et al.

Clinical Cancer Research 2001; 7: 2159-2167

CEA: antigene carcinoembrionico Categoria: molecola di adesione Natura chimica: glicoproteina (superfamiglia delle immonoglobuline) Peso molecolare: 200 kD Immunogeno: metastasi epatica di carcinoma del colon Epitopi: numerosi Anticorpi utilizzati per la misura: numerosi sia policlonali che monoclonali Tempo di dimezzamento: 3-11 giorni Principali cause non oncologiche di incremento: patologia benigna del tratto gastroenterico, del fegato, del polmone, insufficienza renale cronica Kit commerciali disponibili: oltre 20

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ÎąFP: alfafetoproteina Categoria: molecola di trasporto Natura chimica: glicoproteina (a-1-globulina) Peso molecolare:Âť 67 kD Epitopi: numerosi Anticorpi utilizzati per la misura: numerosi sia policlonali che monoclonali Tempo di dimezzamento: 5-6 giorni Principali cause non oncologiche di incremento: epatopatia cronica, gravidanza Kit commerciali disponibili: oltre 20 Standard internazionale di riferimento: si (1st IS 72/225) 25

TPA: antigene polipeptidico tissutale Categoria: frammenti solubili delle citocheratine 8, 18 e 19 Natura chimica: proteina Peso molecolare: 10-50 kD Immunogeno: pool di tumori umani Epitopi: probabilmente numerosi Anticorpi utilizzati per la misura: policlonali e monoclonali Tempo di dimezzamento: 4-5 giorni Principali cause non oncologiche di incremento: patologia benigna del tratto gastroenterico, del fegato (acuta e cronica), del pancreas, del rene, processi infiamatori acuti, traumatismi recenti Kit commerciali disponibili: 4

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CYFRA 21-1 Categoria: frammento solubile della citocheratina 19 Natura chimica: proteina Peso molecolare: 40 kD Immunogeno: linea cellulare MCF7 Epitopi: due differenti sulla citocheratina 19 (coil2) Anticorpi utilizzati per la misura: due policlonali (KS-19-1, BM 19-21) Tempo di dimezzamento: non noto Principali cause non oncologiche di incremento: epatopatia, malattie polmonari croniche Kit commerciali disponibili: 4 Standard internazionale di riferimento: no

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CA 125 (OCA) Categoria: mucina Natura chimica: gicoproteina Peso molecolare: 続 1000 kD Immunogeno: linea cellulare di carcinoma ovarico (OVCA433) Epitopi: 26, in 8 clusters Anticorpi utilizzati per la misura: uno monoclonale (OC125) Tempo di dimezzamento: 5-10 giorni Principali cause non oncologiche di incremento: mestruazioni, cirrosi ascitogena, versamenti pleurici, peritoneali, pericardici, insufficienza cardiaca congestizia, polmonite Kit commerciali disponibili: 15

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CA 19-9 (GICA) Categoria: mucina Natura chimica: gicoproteina Peso molecolare: 360 kD Immunogeno: linee cellulari di carcinoma colon-rettale umano (SW 1116) Epitopo: sialosil fucosil lattotetraoso Anticorpi utilizzati per la misura: uno monoclonale (1116NS19-9) Tempo di dimezzamento: non determinato Principali cause non oncologiche di incremento: ittero, patologia benigna del tratto gastroenterico, del panceas, del fegato, della colecisti, del polmone, nefropatie diabetiche, diabete mal controllato, malattie reumatiche Kit commerciali disponibili: 13

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CA 15-3 Categoria: mucina Natura chimica: glicoprotreina mucino-simile Peso molecolare: 300-450 kD Immunogeno: frazione di membrana di metastasi epatica di carcinoma mammario (anticorpo DF3); membrana del globulo del grasso del latte (anticorpo 115D8) Epitopi: non ancora definiti Anticorpi utilizzati per la misura: due monoclonali (DF3, 115D8) Tempo di dimezzamento: non determinato Principali cause non oncologiche di incremento: epatopatie Kit commerciali disponibili: 15

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hCG e β-hCG: gonadotropina corionica umana e subunità β Categoria: ormoni e subunità ormonali Natura chimica: glicoprotreina Peso molecolare: » 40 kD (19 kD per la subunità b) Epitopi: numerosi (10 già identificati) Anticorpi utilizzati per la misura: numerosi sia policlonali che monoclonali, sia per la molecola intera che per la subunità b Tempo di dimezzamento: 24-36 ore Principali cause non oncologiche di incremento: gravidanza Kit commerciali disponibili: oltre 20 31

Standard internazionale di riferimento: si (1st IRP HCG 75/537,

hTG: tireogobulina Categoria: ormoni e subunitĂ ormonali Natura chimica: glicoprotreina Peso molecolare: Âť 600 kD (19000 per la subunitĂ b) Epitopi: numerosi Anticorpi utilizzati per la misura: policlonali Tempo di dimezzamento: non determinato Principali cause non oncologiche di incremento: patologie benigne della tiroide, fumo, agobiopsia tiroidea, insufficienza renale Kit commerciali disponibili: 10 Standard internazionale di riferimento: si (CRM 457) 32

hCT: calcitonina Categoria: ormoni e subunitĂ ormonali Natura chimica: polipeptide a catena singola Peso molecolare: 3.5 kD Epitopi: numerosi Anticorpi utilizzati per la misura: policlonali Tempo di dimezzamento: 2-15 minuti (per la hCT secreta fisiologicamente) Principali cause non oncologiche di incremento: insufficienza renale cronica, iperparatiroidismo, morbo di Paget Kit commerciali disponibili: 13 Standard internazionale di riferimento: si (WHO 1st IP 70/234) 33

PSA: antigene prostatico specifico Categoria: enzimi Natura chimica: glicoproteina libera e coniugata ad a1-antichimotripsina e a1-inibitore dele proteasi Immunogeno: PSA umano Peso molecolare: 28-89 kD Epitopi: numerosi (13 gĂ identificati), in 6 clusters Anticorpi utilizzati per la misura: sia policlonali che monoclonali Tempo di dimezzamento: 1.5-3.2 giorni Principali cause non oncologiche di incremento: prostatite acuta, iperplasia prostatica benigna, ritenzione urinaria Kit commerciali disponibili: oltre 20

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fPSA: PSA frazione libera Categoria: enzimi Natura chimica dell’antigene: glicoproteina (7-12% carbidrati residui) Immunogeno: PSA umano Peso molecolare dell’antigene: » 30 kD Epitopi: numerosi (13 gà identificati), in 6 clusters Anticorpi utilizzati per la misura: diversi monoclonali Tempo di dimezzamento: 1-2 ore

Nota per l’interpretazione: a) va usato esclusivamente in rapporto al PSA totale (rapporto più alto nell’ipertrofia benigna, più basso nel cancro); b) va utilizzato se il PSA è compreso fra 2 e 20 ng/mL Principali cause di riduzione aspecifica del rapporto fPSA/PSA: non anco35 ra descritte

NSE: enolasi neurono specifica Categoria: enzimi Natura chimica: glicoproteina Peso molecolare: Âť 90 kD Anticorpi utilizzati per la misura: policlonali e monoclonali Tempo di dimezzamento: non determinato Principali cause non oncologiche di incremento: emolisi (anche modesta) del campione Kit commerciali disponibili: 7 Standard internazionale di riferimento: no

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Cromogranina A Categoria: secretogranine (cromogranine) Natura chimica: glicoproteina Peso molecolare: 48-60 kD Immunogeno: frammenti di cromogranina umana Epitopi: diversi Anticorpi utilizzati per la misura: uno policlonale, due monoclonali Tempo di dimezzamento: non determinato Principali cause non oncologiche di incremento: ipertensione essenziale, insufficienza enale cronica, gravidanza, malattie infiammatorie intestinali Kit commerciali disponibili: 2 Standard internazionale di riferimento: no

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