PSA a jeho izoformy pro časnou diagnostiku karcinomu prostaty.

Kristian ŠafarčíkCentrum laboratorní diagnostiky

FN Ostrava

Stanovení PSA

• PSA – Objeveno v roce 1979 (Wang a kol. - gelová elektroforéza)– První komerční metoda v roce 1986– V ČR dostupný skoro 20 let– Nárůst počtu stanovení PSA v posledních 10 letech

• Klíčový záměr– Snížení mortality na karcinom prostaty, je nutné se zaměřit na časnou detekci nádorového

onemocnění prostaty u mladších mužů

Molekulární biologie PSA • Jednořetězový glykoprotein s 237 AK• Molekulová hmotnost 33,000 Da• Karbohydratová složka je připojena na

kys. asparagovou v pozici 45• Gen je lokalizován na dlouhém ramínku chromozomu

19, má 6 kB a sestává se ze 4 intronů a 5 exonů• Molekula má 5 disulfidických vazeb • Aktivní místo enzymu je složeno ze 3 AK, histidinu 41,

aspartatu 96 a serinu 189• Izoelektrický bod se pohybuje od 6.5 do 7.5

(hlavní forma při pI 6.9 s řadou izomerů)• Proteolytický enzym – serinová proteináza

Molekulární biologie PSA • PSA patří do skupiny humánních kalikreinů • Je to hK3• Lidské kalikreiny jsou kodovány geny na 19.

chromozomu hK1 a hK2 (62% resp. 80% homologie s primární strukturou PSA)

• PSA a hK2 jsou androgenně dependentní a omezené na prostatickou tkáň

• V systémové cirkulaci existuje PSA volný a vázaný • Vázaný na alfa–1–chymotrypsinem (50-90%

stanovitelného PSA imunochemickými metodami) a alfa-2-makroglobulinem (imunochemicky nedetekovatelný)

Fyziologická funkce PSA

1. PSA je proteolytický enzym2. Zkapalňuje spermatickou tekutinu3. PSA je secernován epeiteliálními buňkami lemujícími aciny a dukty

prostatické tkáně4. Ve spermatu je koncentrace PSA velmi vysoká (0,2 – 0,5 mg/ml)5. Do krevního oběhu se dostává přes prostatickou bazální

membránu, stroma, kapilární bazální membránu a kapilární endoteliální buňku (normálně koncentrace nízké do 3,5 ug/l)

Lumen

Prostatické epiteliální buňky

Bazální buňky

Periferní cirkulace

PSA rodina

Formy PSA

PSAPSA PSAPSA

ACT

Dvě hlavní formy PSA

Volné PSA PSA v komplexuVázané na alpha-1-antichymotrypsin (ACT)

Antibody binding sites

Distribuce PSA v séru

Distribuce PSA v séru

Zastoupení (%)Vázaný na proteiny 60 - 95Alfa-1-antichymotrypsin 60 – 90

Alfa-2-makroglobulin 10 -20

Alfa-1-trypsinový inhibitor 1 – 5

Volný – enzymově inaktivní 5 - 40

BPS-A

BPHTranzitní zóna

pPSA

Nádor

Prostatickáperiferní zóna

Centrálnízóna

(degradované PSA)

(prekurzor PSA)

Volné formy PSA asociované s onemocněním prostaty

nádorová periferní zóna

Benigní tranzitní zóna

Immuno-barvení prostatické tkáně na BPH-A

Mikolajczyk et al, Urology, 2002; 59: 797-802.

Co je BPH-A ?

Typické zastoupení forem volného PSA u nádorového onemocnění

Mikolajczyk et al; AACC Poster 2005

Komplex PSA

intaktníne-nativní

PSA39%

BPH-A28%

proPSA32%

Sérum s PSA 4-10 ng/ml

volné PSA15%

Volné PSA je směs!

intaktníne-nativní

PSA39%

BPH-A28%

proPSA32%

[-2]p

roPS

A6%

[-4]proPSA10%

[-5/7]proPSA17%

Mikolajczyk et al; Meeting of the Keio Medical Society, Tokyo, 2002.

BPH-Ag: nativní zralé PSA se 2 štěpeními u Lys182 a Lys 145

pPSA: [-7]proPSA (nativní pPSA) [-4]proPSA (zkrác.) [-2]proPSA (zkrác.)

volné PSA15%

Možné role PSA v patogenezi nádoru

1. PSA štěpí IGFBP-3 (insuline-like growth factor binding protein 3) a uvolňuje IGF-1, který je růstovým faktorem KP

2. Štěpení extracelulárních matrixových glykoproteinů (fibronectin, laminin) usnadňuje vznik metastáz

3. Aktivace plazminogenového aktivátoru urokinázového typu usnadňuje vznik metastáz

4. Proteolytická modulace osteoblastů (podporuje metastázy do kostí)

5. Antiangiogenní aktivity – potlačení tvorby kapilár v diferencovaném nádoru

Je PSA specifický pro prostatu ?Je PSA specifický pro prostatu ?

• PSA také v mléčné, potní, periuretrální, anální žlázea děložní sliznici

• Zvýšený PSA při tumorech mléčné a slinné žlázy

• PSA v mateřském mléce, amniotické tekutině a mozkomíšním moku (75 % volný PSA)

• Zdroje mimo prostatu produkují málo PSA !

Celkový PSA jako tumorový marker časného Celkový PSA jako tumorový marker časného záchytu KPzáchytu KP

• PSA je tkáňově specifický (tkáń prostaty)PSA je tkáňově specifický (tkáń prostaty) • hodnotu koncentrace PSA zvyšují:

benigní hyperplazie prostaty,akutní zánět prostaty, ischemie prostaty, infarkt prostaty

• PSA nemá dostatečnou specifitu pro detekci KP u hodnot PSA <10 mg/ml

Ideální tumorový marker pro karcinom prostaty

100% Specifita 100% Sensitivita

| | | | | | | | | | | | 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 100.0

Zdraví + benigní onemocnění

Karcinom prostaty

CUTOFF

Ng/mL

Realná situace při stanovení PSA

20%Falešná NEG.

70%Falešná POZITIVITA

| | | | | | | | | | | | 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 100.0

Zdraví + benigní onemocnění

Karcinom prostaty

CUTOFF

PSAng/mL

Přínos PSA po diagnostiku a léčbu KPPřínos PSA po diagnostiku a léčbu KP

• PSA je citlivějšíPSA je citlivější než:než:– celková ACP, prostatická ACP, kostní ALP

• PSA vynikající při predikci kostních metastáz– PSA PSA << 10 10 μμg/l - metastázy nepravděpodobnég/l - metastázy nepravděpodobné– nicméně < 1 % pacientů s normálním PSA má nicméně < 1 % pacientů s normálním PSA má

metastázy !metastázy !• PSA po úspěšné radikální prostatektomii :

– po 3 týdnech neprokazatelné– po 6 měsících < 0,4 μg/l

Metody zvyšující PSA Sensitivitu/Specificitu

• PSA Density (PSAD)• PSA Velocity (PSAV) • Věkově-specifické Referenční intervaly• PSA – doubling time (PSADT)• Free PSA/Total PSA (Index % Free PSA)• Izoformy PSA

PSA Density

PSA: 8.0 ng/mL Objem: 80 cm3

PSAD: 0.1

PSA: 8.0 ng/mL Objem: 80 cm3

PSAD: 0.1

PSA:PSA: 8.0 ng/mL8.0 ng/mLObjem:Objem: 40 cm40 cm33

PSAD:PSAD: 0.20.2

PSA:PSA: 8.0 ng/mL8.0 ng/mLObjem:Objem: 40 cm40 cm33

PSAD:PSAD: 0.20.2

Brawer, M. CA Cancer for Clin., 45:148-164, 1995.

PSA Velocity

Time prior to diagnosis (years)

Ser

um

PS

A (

ng

/mL

)

n = 54

A. Partin, J. Oesterling, J Urol, 152:1358-1368,1994.

Věkově definovaný referenční interval

Věk Koncentrace PSA (ng/ml)

40 - 49 0 - 2,5

50 - 59 0 - 3,5

60 - 69 0 - 4,5

70 - 79 0 - 6,5Oesterling a spol.

Doba ke zdvojnásobení hodnoty PSADoba ke zdvojnásobení hodnoty PSA

Schmid 1993:

• Výhody PSADT vůči PSA:Výhody PSADT vůči PSA:

– nezávislost na první měřené hodnotě

– nezávislost na způsobu analýzy

Příklad

PSA) (1. log - PSA) (2. log

tx 2 log PSADT

Proměnná Jednotka Pacient A Pacient B

Nárůst PSA za 1 rRychlost růstu PSADoba zdvojnásobení PSA

μg/lμg/l za 1 r

roky

3,64,40,83,5

7,68,40,86,9

Index fPSA/PSA

• Poměr Free/Total PSA = index volného PSA• Nižší hognoty indexu volného PSA ukazuje na karcinom

prostaty• Vyšší hodnota indexu volného PSA ukazuje na BHP• Pomoc klinikům při diferenciální diagnostice benigního a

maligního onemocnění prostaty

Klinická užitečnost Indexu volného PSA

• Lepší možnost diferencovat mezi benigním onemocněním a nádorovým onemocněním prostaty

• Zlepšená citlivost – Snížení falešně negativních výsledků a lepší

detekce nádorů prostaty• Zlepšená specifita

– Snížení falešných pozitivit a snížení počtu negativních biopsii

Kdo je kandidátem na stanovení indexu fPSA/PSA

| | | | | | | | | | | | 0.0 1.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 100.0

Zdraví + benigní onemocnění

Karcinom prostaty

CUTOFF

PSAng/mL

Referenční interval

4-10 ng/mL

2.0 3.0 4.0 10.0

3-10 ng/mL (?)

2-10 ng/mL (?)

Interpretace indexu fPSA/PSA

L. Killingsworth Ph.D.

Zvýšená pravděpod. benigního onemoc.

Zvýšená pravděpod. benigního onemoc.

Zvýšená pravděpod. karcinomu prostaty

Zvýšená pravděpod. karcinomu prostaty

35%

30%

25%

20%

15%

10%

5%

0%

35%

30%

25%

20%

15%

10%

5%

0%

Index fPSA/PSA u BHP, CaP a zdravých

Diagnóza fPSA/PSA (%)

Zdravý 27±16

BHP 20 ±11

KP 13 ±12

Index fPSA/PSA -eliminace zbytných biopsií

Index fPSA/PSA – Cut off• Při nastavení na hodndotu 26%

– Senzitivita testu je 94.4%

• Eliminace zhruba 29% zbytných biopsií.

• Definitivním potvrzením CaP je histologický nález

Srovnání ROC pro Index fPSA/PSA a celkové PSA

Vessella, et al., Urology, 55:909-914, 2000.

celkovél PSA index fPSA/PSA p

Area Under Curve (AUC) 0.4715 0.7587 <0.0001

celkovél PSA index fPSA/PSA p

Area Under Curve (AUC) 0.4715 0.7587 <0.0001

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.00.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

index fPSA/PSAcelkové PSA

Assay:

1 – Specifita (%)1 – Specifita (%)

citl

ivo

st (

%)

citl

ivo

st (

%)

[-2]proPSA

Užitečnost nových izoforem PSA

• BPS-A nerozlišuje mezi BPH and KP – Mikolajczyk 2004, Linton 2003

• [-2]proPSA– Se výrazně zvyšuje u KP v séru ve srovnání s BPH sérem– %[-2]proPSA ([-2]proPSA/fPSA) lepší detekce KP u tPSA v

rozsahu 4-10 a 2-10 ng/ml– diskriminuje KP od BPH jestliže v séru je fPSA>25%– projevuje se ve vztahu ke Gleason skóre >7 a extrakapsularní

extenzi tumoru – Mikolajczyk 2001 and 2004, Catalona 2003 and 2004

Rotterdamská-Innsbrucká Studie

Retrospektivní měření

•Total PSA •Free PSA•BPS-A•[-2]proPSA

Beckman Coulter Access Immunoassay

Cross-validation

Department of Urology• W. Horninger

• H. Klocker

• J. Bektic

• G. Bartsch

Department of Urology• Ron van Schaik

• Joep Kurstjens

• Monique Roobol

• Mark Wildhagen

• Chris Bangma

Poměr klinické specificity při 90% klinické senzitivitě

0

0,5

1

1,5

2

Sp

ecif

icit

y ra

tio

tPSA fPSA %[-2]proPSA

PSA Izoformy u KP- detekční účinnost vztažena k % volného PSA

Poměr klinické specifity při 95% klinické senzitivitě(celkové PSA mezi 2 and 10 ng/ml)

* ve vývoji

PSA %volnéhoPSA %[-2]proPSA* %[-2]proPSA Index*

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0P

om

ěr s

pec

ifit

y

Závěry studií:

• [-2]proPSA má klinickou hodnotu

• %[-2]proPSA je nejlepším individuálním prediktorem KP (univariační analýza)

• přidání [-2]proPSA zvyšuje účinnost detekce výskytu KP

Závěr:

• Časná detekce a monitorování KP vyžaduje zlepšení diagnostických prostředků

• Sextantová biopsie prostaty nahrazována multiplikovanou biopsií (minimálně by mělo být odebráno 18 vzorků perïferní i tranzitorní zóny) – zlepšení diagnostické výtěžnosti

• Nová koncepce hodnocení histologie z biopsie prostaty (2005)

Závěr:

Další nové markery přispívají ke zlepšení diagnostiky KP

• Cirkulující nádorové buňky KP – technologie RT-PCR

• Prostate Cancer Gen3 – PCA3• EPCA-2 – sérový marker – patentovaný R.Getzenberg –

University of Pittsburg, Joh Hopkins University

Závěry:

• PSA přes své zřejmé limity zůstává zlatým standardem jako nádorový marker KP

• PSA je snadno dostupné vyšetření, které vede k detekci KP ve fázi lokalizovaného, tedy kurabilního stadia onemocnění

• Odvozené parametry PSA (PSAD, PSAV, věkově specifické intervaly PSA, volné PSA a jeho izoformy, PSADT) přispívají k odlišení KP od jiných onemocnění prostaty

• Nemocným s abnormálním palpačním nálezem a normálním PSA nebo po invazivní terapii BPH provést biopsii, protože u některých nemocných nedochází ke zvýšení PSA

• Hledat do budoucna další a lepší onkomerkery KP