CC BY
23
РАЗАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ БОЛЬНЫХ РАКОМ ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
Тавобилов М.М.1, Бедин В.В.1, Сетдикова Г.Р.1 2, Шабунин А.В.1, УДК: 616.37-006.6-036:519.8
Паклина О.В.2, Хатьков И.Е.3, Израилов Р.Е.4
1 Городская клиническая больница № 1 им. Н.И. Пирогова, г. Москва
2 ФГБУГНЦ ФМБЦим. А.И. Бурназяна ФМБА России, г. Москва
3 Центральный научно-исследовательский институт гастроэнтерологии, г. Москва
4 МГМСУ, кафедра факультетской хирургии
Резюме
Представлен способ индивидуального прогнозирования продолжительности жизни больных протоковой аденокарциномой поджелудочной железы. В результате проведенного исследования продолжительность жизни после проведенной резекции поджелудочной железы в среднем составила 8 месяцев. Кумулятивная доля выживших спустя 1 год после оперативного лечения составила 0,43. Из показателей были отобраны независимые друг от друга морфологические факторы, значимые для изучаемого события (ожидаемая продолжительность жизни): экстрапанкреатическая периневральная инвазия (ЭПНИ), иммуногистохимичексая эспрессия муцина 1 и 5Ас типов, абберациия гена М^С, иммуногистохимичексая экспрессия метастина.
Ключевые слова: рак поджелудочной железы, продолжительность жизни, прогностические факторы, математические модели индивидуального прогнозирования.
DEVELOPMENT OF MATHEMATICAL MODELING FOR PREDICTING SURVIVAL OF PATIENTS WITH PANCREATIC CANCER
Tavobilov M.M., Bedin V.V., Setdikova G.R., Shabunin A.V., Paklina O.V., Hatkov I.E., Izrailov R.E.
The method of life span prediction patients with ductal adenocarcinoma of pancreas. The study survival after resection of pancreatic cancer an average of 8 months. The cumulative percentage of survivors at 1 year after surgery was 0.43. The following indicators were selected independent of each other morphological factors that are important for studying the events (life expectancy): extrapancreatic perineural invasion, expression mucin 1 and 5AC type aberrations gene MYC, expression metastin.
Keywords: pancreatic cancer, life span, prognostic factors, mathematical models of individual prediction.
Проблема рака поджелудочной железы (ПЖ) приобрела на сегодняшний день особую актуальность, вследствие неуклонного роста заболеваемости и смертности, а также в связи с трудностями диагностики рака ПЖ на ранних стадиях. Во всем мире ежегодно от протоковой аденокарциномы (ПАК) ПЖ умирает приблизительно 213000 человек в год [4]. Среди злокачественных опухолей органов пищеварения доля ПАК составляет 10,4%, что соответствует 4 ранговому месту после опухолей желудка, ободочной и прямой кишки [2]. ПАК ПЖ входит в четверку карцином с наименьшей 5-летней выживаемостью, лишь 2% больных из числа заболевших не умирают от этой болезни [1].
Среди всех случаев выявленного рака ПЖ только 10-15% представляются клинически резектабельными до операции, а в действительности резектабельность оказывается возможной не более, чем у половины из этого числа [6]. Прогноз при ПАК ПЖ крайне неблагоприятный, в связи с ее быстрым лимфогенным и гематогенным метастазированием. Благоприятные результаты можно ожидать лишь при 1-11 стадиях, при которых 5-летняя выживаемость после радикальных операций достигает 35-37% [5, 7].
К факторам, определяющим исход заболевания и прогноз жизни больных протоковым раком ПЖ, относят локализацию и размер первичной опухоли, стадию развития по системе TNM, наличие/отсутствие периневраль-ной инвазии (ПНИ) и метастазов в регионарные лимфа-
тические узлы, степень дифференцировки опухолевых клеток, и резектабельность опухоли [7]. В последние годы предпринимаются многочисленные попытки выявления самостоятельных иммуногистохимических факторов прогноза рака ПЖ. Активно изучаются процессы пролиферации и апоптоза. Наряду с этим большое внимание уделяется и молекулярно-генетическим нарушениям при раке ПЖ.
Математическое моделирование как нормальных физиологических, так и патологических процессов является в настоящее время одним из самых актуальных направлений в научных исследованиях.
Цель исследования - разработка способа индивидуального прогнозирования ожидаемой продолжительности жизни после проведенного хирургического лечения.
Работа основана на операционном материале, полученном от 74 больных, находившихся на лечении в КБ № 119 ФМБА России, КБ им С.П. Боткина и ФГБУ ФМБЦ им А.И. Бурназяна ФМБА России с 2005 по 2009 гг. Среди больных преобладали мужчины (1,5:1) в возрасте от 40 до 80 лет (средний возраст - 56,5 лет). Для контроля качества поведения иммуногистохимических и FISH-реакций использовали образцы неизмененной панкреатической ткани (аутопсийный материал).
Гистологические срезы окрашивали гематоксилином и эозином. Иммуноморфологическое исследование проводили на серийных парафиновых срезах толщиной
3 мкм по стандартной методике рекомендованной фирмой производителем с применением панели следующей моно- и поликлональных антител: p16, p53, Ki-67, муцины 1, 2, 5 типов (Dako) и метастин (Abcam). Реакции проводили при помощи системы визуализации Ultra Vision flex (Dako, LabVisionFlex). Интенсивность оценивали полуколичественным методом, разделяя по концентрации антигена и распределению (цитоплазматическое, мембранное, внеклеточное):
(-) - отрицательная реакция; (+) - слабая очаговая реакция; (++) - средняя реакция, (+++) - интенсивная реакция по всей цитоплазме. При ядерной локализации оценивали в процентах на 100 ядер.
Двухцветную интерфазную FISH-реакцию выполняли на парафиновых срезах толщиной 4 мкм. Использовали локус специфические ДНК-пробы (молекулярные зонды) к локусам 9р21/р16; 17р13Лр53; 8q24/MYC (все зонды производства фирмы Vysis, Abbott Laboratories Inc, США). Для получения цветного изображения использовали флюоресцентный микроскоп фирмы (Axioplan-2) сопряженный с цифровой камерой CCD-Axiocam (Kar-lZeiss). Полученные микрофотографии обрабатывали с помощью пакета программ «Axiovision» 4.0 («KarlZeiss»). Сигналы подсчитывали в 100 отдельно лежащих ядрах каждого образца, при этом не учитывали число сигналов в плохо очерченных ядрах (внеядерный сигнал), а также лежащих друг на друге. Кариотипический профиль считали нормальным (сбалансированным), если более 50% ядер опухолевых клеток содержали по 2 сигнала от каждой из локуспецифических проб.
Силу и значимость связи между анализируемыми признаками оценивали с помощью корреляционного-регрессионного анализа. Для количественных признаков вычисляли корреляционный коэффициент Пирсона. За уровень статистической значимости принимали р < 0,05. Для анализа выживаемости (по методу Каплана-Мейера) использовали регрессионную модель пропорциональных интенсивностей Кокса. Достоверность различий между кривыми выживаемости подтверждали с помощью лог-рангового теста, критериями Гехана и F-критерия Кокса, с использованием пакета программ Statistica для Microsoft Windows версия 6.0 [3].
В результате проведенного исследования продолжительность жизни после проведенной резекции ПЖ в среднем составила 8 мес. Кумулятивная доля выживших (КДВ), спустя 1 год после оперативного лечения составила 0,43 (рис. 1).
Мы изучали все значимые показатели продолжительности жизни больных, 18 прогностических факторов, а именно:
1) пол пациента;
2) возраст пациентов;
3) размер первичного опухолевого узла;
4) морфологические показатели первичной опухоли (рТ);
5) поражение регионарных лиматических узлов ^N);
6) наличие отдаленных метастазов (pM);
1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0
—£
10 15 20
25
30
35
Рис. 1. Кривая общей продолжительности жизни больных ПАК ПЖ
7) дифференцировка опухоли (grade);
8) наличие интрапанкреатической периневральной инвазии;
9) наличие эктрапанкреатической периневральной инвазии;
10) стадия заболевания;
11) резектабельность опухоли;
12) уровень экспрессии генов-супрессоров: р16;
13)уровень экспрессии генов-супрессоров: р53;
14) уровень экспрессии генов-супрессоров: метастин;
15) иммунофенотип ПАК в зависимости от экспрессии генов-муцинов;
16) уровень экспрессии молекул адгезии: CD44;
17)уровень экспрессии молекул адгезии: E-кадгерина;
18) уровень экспрессии молекул адгезии: муцина 4 типа.
При выборе наиболее значимых прогностических факторов для построения математической модели использована процедура пошагового дискриминантного анализа показателей у больных. Из этих показателей были отобраны независимые друг от друга морфологические факторы, значимые для изучаемого события (ожидаемая продолжительность жизни): экстрапанкреатическая пе-риневральная инвазия (ЭПНИ), иммуногистохимичексая эспрессия муцина 1 и 5Ас типов, абберациия гена MYC, иммуногистохимичексая экспрессия метастина.
ЭПНИ можно рассматривать как независимый прогностический фактор. Мы выявили обратную корреляционную зависимость между продолжительностью жизни больных после проведенного оперативного лечения и наличием ЭПНИ (r = -0,52; p = 0,0002). Так спустя 6 мес. после хирургического лечения КДВ равнялась 0,85 без- и с наличием ЭПНИ. А в дальнейшем данные разнились, и спустя 12 мес. после оперативного лечения КДВ составила 0,58 и 0,38 без- и с наличием ЭПНИ, соответственно (рис. 2). У всех пациентов, проживших более 24 мес., поражения экстрапанкреатических нервных сплетений не выявлено.
Продолжительность жизни (месяцы) -нет -есть
Рис. 2. Кривая общей выживаемости пациентов в зависимости от наличия ЭПНИ в ПАК ПЖ
Амплификация гена MYC обнаружена в 46% (34/74). В 8 случаях (10%) обнаруженная амплификация гена MYC сочеталась с увеличением копий центромерной пробы. При этом следует отметить, что выраженность амплификации была разной. Так, в некоторых образцах опухолевой ткани амплификация выглядела в виде рассеянных по клетке от 3 до 10 красных сигналов, в других образцах - сигналы сливались между собой, образовывая кластеры. При увеличении количества центромерной пробы данную абберацию рассматривали как мутацию всей хромосомы, а не только гена MYC, и расценивали как полиплоидию 8 хромосомы. Амплификация гена MYC встречалась при всех стадиях заболевания в разном проценте. Увеличение копий 8-ой хромосомы было характерно только для 3 и 4 стадии заболевания. Однако, зависимости между стадией заболевания амплификацией гена мы не выявили.
Проведенный регрессионный анализ выживаемости пациентов с учетом уровня амплификации гена MYC показал, что изменения в гене MYC являются значимыми предсказателями прогноза (beta = -0,38; Станд. Ошиб. beta 0,109; В = -0,38; станд. ошиб. В 0,109; р = 0,0008). Так, при наличии аббераций в гене MYC кумулятивная доля выживших спустя 6 мес. после оперативного лечения составила 0,7 против 0,95 без аббераций, а спустя год КДВ при наличии амплификаций в гене MYC составила всего 0,3 против 0,7 без амплификации (рис. 3).
Экспрессия метастина в большинстве случаев расценена как слабо- и умеренновыраженная и составила 25% (19 из 74 случаев) и 59% (44/74), соответственно. По мере падения дифференцировки опухолевых клеток экспрессия метастина уменьшалась, вплоть до полного исчезновения (г = -0,42; p = 0,0001), однако в неизмененных протоках его экспрессия оставалась высокой. Мы обнаружили, что с падением уровня экспрессии метастина нарастала вероятность поражения экстрапанкреатических нервов (г = -0,29; p = 0,01) и, соответственно, наличия от-
Продолжительность жизни (месяцы)
- есть нет
Рис. 3. Кривая обще выживаемости жизни больных в зависимости от наличия аббераций гена MYC
даленных метастазов опухоли (г = -0,24; p = 0,036). Нами также выявлена статистически значимая зависимость между экспрессией метастина и стадией заболевания (г = -0,24; p = 0,001), С увеличением стадии в большинстве случаев экспрессия метатсина либо отсутствовала, либо расценена как слабоположительная. Напротив, при начальных стадиях заболевания в большинстве случаев экспрессия расценена как слабоположительная, однако есть случаи с умеренной и выраженной экспрессией. Замечено, что у больных с отсутствием экспрессии ме-тастина медиана жизни составила всего 9 мес., против 16 мес. при слабой и умеренной окраски и 17 мес. при выраженной экспрессии.
Большинство ПАК ПЖ экспрессировали муцин 1 и 5АС типов, но выраженность экспрессии разнилась. Так, в зависимости от степени злокачественности самая высокая экспрессия муцина 1 типа присутствовала в опухолях с grade 2, а муцина 5 АС типа в опухолях с grade 1 и 2. Следует отметить, что в неизмененных протоках при ПАК ПЖ экспрессия муцина 1 типа выявлена только в апикальной части, как и в неизмененной панкреатической ткани, напротив, в опухолевых клетках экспрессия распространялась на всю цитоплазму, с выходом в строму, и выраженность реакции была в несколько раз сильнее.
Мы обнаружили, что продолжительность жизни больных после проведенного оперативного лечения варьировала в зависимости иммунореактивности экспрессии муцина 1 типа, и нами отмечена прямая корреляционная зависимость (г = 0,25; p = 0,03). Так, при выраженной и умеренновыраженной экспрессии медиана жизни составила 11 мес., а при наличии экспрессии только в апикальной части опухолевых клеток или при отсутствии экспрессии медиана составила 17 мес. КДВ спустя 6 мес. после оперативного лечения составила примерно 0,8 при выраженности экспрессии муцина1 типа 3+ и 2+, а при слабой интенсивности и при отсутствии реакции - 1,0. КДВ спустя 12 мес. после проведенного
оперативного лечения составила 0,4 при интенсивности 2+ и 3+ реакции, против 1,0 при слабой иммунореактив-ности (рис. 3).
Также мы обнаружили, что при уменьшении выработки опухолевыми клетками муцина 5АС типа вплоть до полного исчезновения, нарастала вероятность как ин-тра- (г = 0,24; р = 0,038), так и ЭПНИ (г = 0,24; р = 0,041). Отмечено, что более продолжительный период жизни после проведенного лечения наблюдался у больных при выраженной экспрессии муцина этого типа (г = -0,27; р = 0,018). Так, медиана жизни составила 10 мес. при отсутствие экспрессии, против 14 мес. при ее наличии. КДВ спустя 6 мес. после проведенного оперативного лечения при 0(-) экспрессии составила 0,63, при экспрессии 3+ составила 0,9. Хотя через 12 мес. КДВ практически сравнялась и составила по 0,4 и 0,55 при отсутствии и при выраженной экспрессии гена муцина 5АС типа, соответственно.
Вышеописанные пять признаков, характеризующих первичную опухоль, с помощью которых построена математическая модель индивидуального прогнозирования ожидаемой продолжительности жизни представлены в табл.
Уравнение регрессии:
Y = 6,82 - 0,39 • Х1 - 0,17 • Х2 + 0,11 • Х3 - 0,31 • Х4 + 0,3 • Х5
где Y - ожидаемая продолжительность жизни (месяцы), Х1 - наличие ЭПНИ, Х2 - уровень экспрессии муцина 1 типа, Х3 - уровень экспрессии муцина 5АС типа, Х4 - наличие абберация гена MYC, Х5 - уровень экспрессии метастина.
Вклад пяти факторов, включенных в модель, составляет 86 % от общей суммы квадратов отклонений прогнозируемого параметра ^ Наибольшее влияние на прогнозируемый параметр имеет коэффициент Х1 - наличие ЭПНИ (29,9 %).
Достоверность прогноза: оценка качества модели свидетельствует, что данная модель информативна, т.к. коэффициент детерминации R2 = 0,411. По величине F-критерия (3,70) = 16,37; с уровнем значимости р < 0,00001 - модель считается статистически значимой (по критерию F р < 0,05). Стандартная ошибка для прогнозируемого значения равна 7,6.
Из полученной оценки качества модели следует, что получены вполне информационно способное, статистически значимое уравнение прогноза продолжительность жизни больных ПАК ПЖ, учитывающее конкретные клинические факторы, что свидетельствует об адекватности как самих данных, отобранных в матрицу наблюдений, так и используемых методов моделирования.
Предлагаемый способ дает возможность провести своевременную коррекцию терапии. Он обеспечивает повышение точности прогноза продолжительности
Табл. Набор факторов для прогнозирования продолжительности жизни больных ПАК ПЖ
№ Фактор Градация Обозначения
п/п прогноза для уравнении
1. ЭПНИ 1 - нет Х,
2 - есть
2. Экспрессия 1 -/0 х2
муцина 2 +
1 типа 3 ++
4+++
3. Экспрессия 1 -/0 Х3
муцина 2 +
5АС типа 3 ++
4+++
4. Абберации 1 - диплоидный профиль Х4
гена 1У^С 2 - амплификация гена 1ШС
3 - полиплоидия 8-ой хромосомы
5. Метастин 1 - Х5
2 +
3 ++
4 +++
жизни больных ПАК ПЖ за счет определения величины установленных прогностических факторов у конкретного больного.
Таким образом, мы получили инструмент, который позволяет клиницисту, используя параметры морфологических признаков, определить индивидуальный прогноз продолжительности жизни для каждого больного после проведенного оперативного лечения. Научно обоснованная оценка прогноза с помощью математической модели индивидуального прогнозирования продолжительности жизни больных протоковой аденокарциномой поджелудочной железы, позволяет не только получить представление об адекватности проведенного оперативного лечения, но и наметить пути правильной организации диспансерного наблюдения, планирования лечебно-профилактических мероприятий, оценки трудоспособности и трудовой реабилитации больных.
Литература
1. Гарин А.М. / Четыре формы рака с наименьшей 5-летней выживаемостью / 2010. - С. 37-39.
2. Давыдов М.И. Статистика злокачественных новообразований в России и странах СНГ. / М.И. Давыдов, Е.М. Аксель М. - 2005. - С. 268.
3. Реброва О.Ю. // Статистический анализ медицинских данных // О.Ю. Реброва. М.: Медиа Сфера 2002. - 312 с.
4. Koorstra J.B. /Pancreatic carcinogenesis.// JB Koorstra, SR Hustinx, GJ Offerhaus, et.al. Pancreatology. 2008. - Vol. 8(2). - P. 110-25.
5. Ikeguchi M. /Clinical significance of the loss of KiSS-1 and orphan G-protein-cou-pled receptor (hOT7T175) gene expression in esophageal squamous cell carcinoma // M Ikeguchi., K Yamaguchi., N Kaibara. J. Clin Cancer Res. 2004. - Vol. 10.
- P. 1379-1383.
6. Jemal A. / Cancer statistics // A. Jemal, A.Thomas, T. Murray. et.al. CA // Cancer J Clin. - 2002. - Vol. 52. - P. 23-47.
7. Schneider G. // Pancreatic cancer: basic and clinical aspects.// G Schneider, JT Si-veke, F Eckel. et.al Gastroenterology. - 2005. - Suppl.128- Р. 1606-1625.
КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Сетдикова Галия Равилевна
тел.: +7 (926) 904-95-68, e-mail: [email protected]
