Resumen de Liquid biopsy based on circulating tumor cells and extracellular vesicle miRNAs for the relapse and death risk stratification in non-small cell lung cancer patients
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El cáncer de pulmón es la causa más común de muerte ligada a cáncer en el mundo, siendo el cáncer de pulmón no microcítico (CPNM) el subtipo histológico más común, abarcando el 80% de todos los casos. A pesar de los grandes avances en el diagnóstico y tratamiento de esta enfermedad, las recidivas se presentan de manera temprana y la tasa de supervivencia permanece baja, con una tasa de supervivencia a los 5 años del ~18%(1). La cirugía es el tratamiento recomendado en estadíos tempranos del CPNM (I-IIIA) y el más efectivo, con tan solo un pequeño beneficio tras la adición de la quimioterapia adyuvante basada en platino(2). Por otra parte, la mayoría de los pacientes de CPNM son diagnosticados en estadíos avanzados, donde las tasas de supervivencia son incluso más bajas, alrededor del 5% a los 5 años. En estos pacientes, el tratamiento recomendado es la quimio-radioterapia concomitante, pero aun así la progresión de la enfermedad se produce incluso antes(3). El fracaso de los tratamientos puede estar causado por la compleja heterogénea y dinámica naturaleza de los tumores(4) y las diferencias moleculares entre adenocarcinomas y carcinomas de células escamosas, la cual puede no ser reflejada por la biopsia del tejido. De esta manera, se necesitan nuevos marcadores pronósticos y predictivos. Las células tumorales circulantes (CTCs), encontradas en sangre, están asociadas al proceso metastásico y se han postulado como potenciales factor pronóstico en estos pacientes. Sin embargo, poco se conoce acerca de las subpoblaciones heterogéneas de CTCs que pueden ser encontradas en un mismo paciente(5). Los microARNs (miRs), conocidos como importantes reguladores de genes en cáncer, pueden ser encapsulados selectivamente dentro de vesículas extracelulares (VEs), actuando así como biomarcadores tumorales(6).
Esta tesis incluyó dos cohortes independientes, una de pacientes con estadíos tempranos de cáncer de pulmón, donde se analizaron CTCs y tejidos, y una segunda cohorte de pacientes con estadíos avanzados en los cuales se evaluaron CTCs y VE miRs. En este contexto, hipotetizamos que la presencia de poblaciones heterogeneas de CTCs y la expresión de miRs en el tejido o en VEs, podría revelar la complejidad molecular de los tumores y actuar así como biomarcadores pronóstico en pacientes de estadío temprano y avanzado de CPNM.
En nuestro estudio de estadíos tempranos, se asoció el perfil de expresión de miRs y genes (AXL-IL6R-miR-155) con la presencia de CTCs con un fenotipo mesenquimal, tan solo en pacientes de adenocarcinoma, y ésta, a su vez, se correlacionó con la afectación de los nódulos linfáticos. Además, la presencia de CTCs un mes tras la cirugía y a los 6 meses fueron biomarcadores pronóstico independientes de peor supervivencia libre de recurrencia (SLR) y peor supervivencia global (SG), respectivamente en pacientes de adenocarcinoma. Por otra parte, la alta expresión de AXL fue un factor pronóstico independiente asociado con una peor SG. El valor pronóstico de las CTCs tras la cirugía concuerda con la escasa evidencia previa que mostraba el biomarcador pronóstico de la presencia de CTCs en estadíos tempranos(7), y nosotros reportamos, por primera vez, que la presencia la presencia de CTCs a los 6 meses tras la cirugía se asoció con el exitus de los pacientes. Por otra parte, la sobreexpresión de AXL ha sido relacionada con el proceso de transición epitelio-mesénquima (TEM), así como con una mayor evasión del sistema inmune y un mayor potencial metastásico(8). La inhibición de AXL ha demostrado beneficios al evitar el proceso de TEM y al activar la respuesta inmune antitumoral. Estos datos sugieren que los inhibidores de AXL podrían aumentar el beneficio de la inmunoterapia combinada, así como el de tratamientos adyuvantes con cisplatino. De hecho, se han propuesto nuevas combinaciones de inmunoterapia con otros tratamientos como la quimioterapia como potenciales estrategias adyuvantes en pacientes resecados de CPNM(9). En conjunto, estos resultados proponen que la detección y caracterización de CTCs tras la cirugía pueden servir como biomarcadores en la identificación de pacientes con peor pronóstico. Además, nuestro estudio podría justificar la inclusión de la expresión tisular de AXL y la caracterización de células TEM como biomarcadores en la selección del tratamiento y de la actividad de nuevos agentes terapéuticos en pacientes de adenocarcinoma con estadío temprano, así como el uso de inhibidores de AXL en estos pacientes.
En nuestro estudio con pacientes avanzados se observaron correlaciones específicas de la dinámica del número de CTCs y la expresión de VE miRs. Así, la expresión del miR-218, un descrito supresor de la autofagia, se correlacionó con los niveles de actividad autofágica en las CTCs a lo largo del tratamiento. De manera interesante, la presencia de CTCs con alta actividad autofágica durante el tratamiento fue un factor pronóstico independiente de una menor SLR, junto con una alta expresión del miR-21 en VE. Esto sugirió la activación de la autofagia como mecanismo de resistencia tumoral ante el tratamiento radio-quimioterápico(10). Además, la dinámica de los niveles del miR-155 en VE se correlacionó de manera inversa con la presencia de CTCs epiteliales. Ambos, factores pronósticos de una menor supervivencia global tras el tratamiento. Nuestro estudio aportó por primera vez, suficiente evidencia para demostrar que la presencia de CTCs con fenotipo autofágico durante el tratamiento y que CTCs al final de éste, fueron factores pronósticos de peor supervivencia en pacientes con CPNM en estadío avanzado. Además, nuestro estudio propone el uso de los niveles de miR-21 y miR-155 en VE en la identificación de pacientes con tumores más agresivos y radio-quimioresistentes.
Recientes estrategias en el tratamiento del cáncer han incluido la inhibición de la autofagia en combinación con la quimioterapia o la inmunoterapia con resultados prometedores(11). Además, estudios preliminares en CPNM demostraron cómo la radioterapia estereotáctica del cuerpo aumenta el componente inmunoactivo y reduce el inmunosupresor de la respuesta inmune(12). Sin embargo, la autofagia puede jugar un papel doble en esta respuesta, lo que dificulta el desarrollo clínico de tratamientos autofágicos(13). En conjunto, todos estos datos sugieren que el estudio de miRs en VE específicos y de CTCs, debido a su carácter repetible y no invasivo, podrían aportar información a tiempo real del nivel de autofagia del tumor, actuando así como potenciales predictores de tratamientos combinacionales basados en la inhibición de la autofagia y de la inmunoterapia.
Bibliografía/Bibliography:
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- English
Lung cancer is the leading cause of cancer-related death in the world, being non-small cell carcinoma (NSCLC) the most common histological subtype, comprising 80% of all cases. Despite major breakthroughs in the diagnosis and treatment of this neoplasia, relapses are early developed and the survival rate remains still low, with a 5-year rate of ~18%(1). In early stages of NSCLC (I-IIIA), surgery is the mainstay of treatment and the most effective, with only little benefit from the addition of adjuvant platinum-based chemotherapy(2). On the other hand, most NSCLC patients are diagnosed at advanced stages, where survival rates are even lower, with a reported 5-year survival rate of 5%. In these patients, concomitant chemo-radiotherapy is the standard of care but progression is developed even earlier(3). The failure of the treatments might be caused by the complex heterogeneous and dynamic nature of tumors(4) and the molecular differences between adenocarcinomas and squamous cell carcinomas, that the traditional tissue biopsy might not reflex. Thus, new prognostic and predictive markers are need. Circulating tumor cells (CTCs), found in blood, has been associated with the metastatic process and postulated as potential prognostic factors in these patients. However, little is known about the release of heterogeneous subpopulations of CTCs that can be found in a single patients(5). miRNAs (miR), known as important regulators of cancer genes, can be selectively encapsulated into extracellular vesicles (EVs) by cancer cells, acting also as cancer biomarkers(6). EVs and the autophagy mechanisms play crucial roles in response to cellular stress for the consequent maintenance of cellular homeostasis and their crosstalk might represent therapeutic opportunities in NSCLC.
This thesis included two independent cohorts, one of early stage lung cancer, where CTCs and tissues were analyzed, and a second cohort of advanced stage patients in which CTCs and EV miRNAs were evaluated. In this context, we hypothesize that the presence of heterogeneous populations of CTCs and expression of miRNAs in the tissue or in EVs, might reveal the molecular complexity of the tumors and act as prognostic biomarkers in early and advanced NSCLC patients.
In the early stages study, the expression profile of miRNAs and genes (AXL-IL6R-miR-155) was associated with the presence of CTCs with mesenchymal phenotype only in adenocarcinoma patients, and this one, at the same time, correlated with lymph node positive status. Moreover, the presence of CTCs 1 month after surgery and 5 months later were independent prognostic biomarkers of poor relapse-free survival (RFS) and poor overall survival (OS), respectively in these patients. In addition, high expression of AXL was an independent prognostic factor associated with shorter OS. The prognostic factor of CTCs after surgery concur with the little previous evidence reporting CTCs as prognostic biomarkers in early stage(7) and we reported, for the first time, that the presence of CTCs 6 months after surgery were involved in the exitus of the patients. On the other hand, AXL overexpression has been associated to the epithelial-mesenchymal transition (EMT), as well as enhanced immune escape and metastatic potential(8). AXL inhibition has proven benefits by hampering the EMT and activating the antitumor immune response. These data suggest that AXL inhibitors could increase the benefit of immune drugs as well as the cisplatin adjuvant regimen. Moreover, new combinations of immunotherapy with other treatments such as chemotherapy, has emerged as potential future adjuvant strategies in resected NSCLC(9). Taken together, our results suggest that the detection and characterization of CTCs after surgery might serve as biomarkers in the identification of patients with poor prognosis. Moreover, our study could justify the inclusion of tissue AXL expression and the characterization of EMT CTCs as potential biomarkers for treatment selection and activity for new agents in early stage adenocarcinoma and the basis for the use of AXL inhibitors in these patients.
In our advanced stages study, we observed specific correlations between the dynamics in the number of CTCs and expression of EV miRNAs. The expression of miR-218, a described autophagy suppressor, correlated with the autophagy activity in CTCs along the treatment. Interestingly, this activity in CTCs at the middle of the treatment was an independent prognostic factor for shorter RFS, along with high expression of EV miR-21, suggesting the activation of autophagy as a mechanism of resistance to the radiochemotherapy treatment(10). Moreover, the dynamic levels of EV miR-155 correlated inversely with the presence of epithelial CTCs. Both, independent prognostic biomarkers for shorter OS when analyzed after the treatment. Our study provided, for the first time, enough evidence to support that autophagic CTCs during the treatment and CTCs found after the concomitant ChT-RT treatment were prognostic biomarkers of poor survival in advanced NSCLC patients. In addition, our results support the use of EV miR-21 and 155 to identify patients with more aggressive and radio-chemoresistant tumors.
Recent strategies in cancer have included autophagy targeting in combination to chemotherapy or immunotherapy with promising results(11). Moreover, preliminary studies in NSCLC showed that stereotactic body radiation therapy enhanced the immunoactive components and decreased the immunosuppressive of the immune response(12). Nevertheless, autophagy can play a dual role in that response, hampering the clinical development of autophagy drugs(13). Taken together, all these data suggest that the study of specific EV miRNAs and CTCs, due to their repeatable and non-invasive nature, could provide the real-time information of the autophagic status of the tumor, acting as potential predictors of combinatory treatments based on autophagy inhibition and immune antibodies.
