Serum-MikroRNA-Expressionsprofilierung zur Identifizierung potenzieller diagnostischer Biomarker für das Lungenadenokarzinom
Lungenkrebs bleibt weltweit die tödlichste Krebsart, wobei nicht-kleinzellige Lungenkarzinome (NSCLC) 80–85 % aller Fälle ausmachen. Das Lungenadenokarzinom (LA) ist der häufigste NSCLC-Subtyp. Die Früherkennung von LA ist entscheidend, um die Prognose der Patienten zu verbessern, da eine chirurgische Resektion im Frühstadium eine 5-Jahres-Überlebensrate von 70–90 % ermöglicht. Allerdings werden etwa 75 % der Patienten aufgrund fehlender Frühsymptome erst in fortgeschrittenen Stadien (III/IV) diagnostiziert. Aktuelle Diagnostikmethoden wie die niedrig dosierte Computertomographie (LDCT) sind durch Strahlenexposition, hohe Fehldiagnoseraten und Kosten limitiert. Proteine wie das karzinoembryonale Antigen (CEA) oder Cytokeratin-19-Fragment (CYFRA21-1) weisen ebenfalls eingeschränkte Sensitivität und Spezifität auf. Daher besteht ein dringender Bedarf an nicht-invasiven Biomarkern mit hoher diagnostischer Genauigkeit für LA.
MikroRNAs (miRNAs) sind kleine, hochkonservierte nicht-kodierende RNAs, die die Genexpression durch Hemmung der Translation oder Degradierung von mRNA-Zielen regulieren. Zirkulierende miRNAs haben sich als vielversprechende nicht-invasive Biomarker für verschiedene Krebsarten, einschließlich NSCLC, erwiesen. Widersprüchliche Ergebnisse früherer Studien unterstreichen jedoch den weiteren Forschungsbedarf. Diese Studie zielte darauf ab, Serum-miRNAs als potenzielle diagnostische Biomarker für LA in einer vierphasigen Untersuchung zu identifizieren.
Die Studie wurde zwischen 2016 und 2017 durchgeführt und umfasste 170 LA-Patienten und 170 gesunde Kontrollen (NCs). Das experimentelle Design bestand aus Screening-, Trainings-, Test- und externen Validierungsphasen. In der Screeningphase wurden miRNA-Profile aus gepoolten Serumproben mittels Exiqon-miRNA-qPCR-Panel ermittelt. Es wurden 35 deregulierte miRNAs identifiziert, die in den Trainings- und Testphasen mittels quantitativer Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (qRT-PCR) weiter analysiert wurden. Der diagnostische Wert der miRNAs wurde zusätzlich in einer externen Kohorte validiert.
In der Screeningphase wurden 35 miRNAs als Kandidaten basierend auf ihrer differentiellen Expression ausgewählt. Die Trainingsphase umfasste qRT-PCR-Analysen von 24 LA-Patienten und 24 NCs, wodurch die Kandidaten auf neun miRNAs reduziert wurden. In der Testphase wurden diese neun miRNAs an 110 LA-Patienten und 110 NCs evaluiert, wobei vier miRNAs (miR-133a-3p, miR-584-5p, miR-10b-5p und miR-221-3p) signifikant hochreguliert waren. Diese Ergebnisse wurden in einer externen Kohorte (36 LA-Patienten und 36 NCs) bestätigt.
Die diagnostische Genauigkeit des Vier-miRNA-Panels wurde mittels ROC-Kurven (Receiver Operating Characteristic) bewertet. Die Flächen unter den ROC-Kurven (AUC) betrugen 0,734 (Training), 0,803 (Test) und 0,894 (externe Validierung). Die kombinierte AUC für das Vier-miRNA-Panel lag bei 0,765 mit einer Sensitivität von 66,5 % und einer Spezifität von 76,5 %, was auf ein starkes diagnostisches Potenzial hinweist.
Um den Ursprung der miRNAs zu klären, wurde ihre Expression in 24 gepaarten LA-Tumorgeweben und angrenzendem Normalgewebe untersucht. Nur miR-221-3p zeigte eine signifikante Hochregulierung in Tumorgeweben, was auf eine direkte Rolle in der LA-Pathogenese hindeutet. Die anderen drei miRNAs (miR-133a-3p, miR-584-5p, miR-10b-5p) wiesen keine signifikanten Gewebeunterschiede auf, was für eine selektive Freisetzung ins Serum spricht.
Die Studie analysierte zudem die Expression der vier miRNAs in serumderivierten Exosomen. Exosomen sind nanometergroße Vesikel, die miRNAs vor Degradierung schützen und von Krebszellen sezerniert werden. Unter den vier miRNAs war nur miR-10b-5p in Exosomen von LA-Patienten signifikant erhöht, was frühere Befunde zur tumorfördernden Rolle dieser miRNA stützt.
Zusätzlich wurde der Zusammenhang zwischen miRNA-Expression und EGFR-Mutationsstatus (epidermaler Wachstumsfaktorrezeptor) untersucht. Die Expression von miR-133a-3p, miR-584-5p und miR-10b-5p war bei LA-Patienten mit EGFR-Mutationen im Vergleich zu NCs signifikant erhöht. Die AUC des Drei-miRNA-Panels zur Unterscheidung von EGFR-mutierten LA-Patienten und NCs betrug 0,855 (Sensitivität: 77,8 %; Spezifität: 92,31 %), was ihren Nutzen als ergänzende Biomarker für zielgerichtete Therapien unterstreicht.
Bioinformatische Analysen identifizierten Zielgene und Signalwege der miRNAs. miR-10b-5p und miR-221-3p zeigten Verbindungen zu krebsrelevanten Pfaden wie dem p53-Signalweg, was Einblicke in ihre molekularen Mechanismen bei LA liefert.
Die Studie weist mehrere Limitationen auf: (1) Fokus auf zwei EGFR-Mutationstypen (Exon-19-Deletionen, Exon-21-Mutationen), (2) Beschränkung auf chinesische Probanden, (3) relativ kleine Stichprobe und (4) ungeklärter Zusammenhang zwischen Gewebe-miRNA-Expression und EGFR-Status.
Zusammenfassend identifizierte diese Studie ein Vier-miRNA-Signatur im Serum, das LA-Patienten mit hoher Genauigkeit von Gesunden unterscheidet. Die Ergebnisse unterstreichen das diagnostische Potenzial sowie die mögliche Rolle dieser miRNAs in der LA-Pathogenese, insbesondere im Kontext von EGFR-Mutationen. Weitere Forschung zu ihren funktionellen Mechanismen und klinischen Anwendungen ist erforderlich.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000001100