Massespektrometrisk proteomanalyse af serumprøver - en lovende undersøgelsesmetode til tidlig cancerdiagnostik

Blandt noninvasive diagnostiske undersøgelser til påvisning af cancer i tidlige stadier har man haft store forventninger til tumormarkører, dvs. stoffer, der produceres i cancervævet, og som kan påvises i tydeligt øget koncentration i blodet hos cancerpatienter. Som eksempler på tumormarkører kan nævnes α-føtoprotein ved primær levercancer, karcinoembryonalt antigen (CEA) ved coloncancer, humant choriongonadotropin og α-føtoprotein ved germinalcelletumorer, CA-125 ved ovariecancer og prostataspecifikt antigen (PSA) ved prostatacancer. Generelt er forventningerne til tumormarkørernes diagnostiske egenskaber ikke blevet opfyldt, og i dag anvendes mange tumormarkører overvejende til at monitorere effekten af den givne behandling. Man er nu ved at forlade den hidtidige strategi, hvor man har søgt efter »enkeltstoffer« som tumormarkører. For det første har næsten alle de markører, som man troede var specifikke for en given cancer, vist sig også at blive produceret i ikke-malignt væv, og for det andet er cancersygdomme så heterogene, at en bestemt cancertype ikke altid vil overudtrykke den samme markør. Hertil kommer, at de senere års studier af cellulær vækstregulation har vist, at effekten af enkeltstoffer ikke kan vurderes isoleret. Eksempelvis regnede man oprindeligt med, at epidermal growth factor (EGF)-familien kun bestod af én ligand og én receptor (EGF og human EGF-receptor 1 [HER1]), men det viste sig, at familien består af mindst syv ligander og fire receptorer, der vekselvirker indbyrdes i et komplekst mønster (1). I en sådan familie vil effekten af en eventuel forekomst af HER1 i en cancer afhænge af, hvilke øvrige ligander og receptorer, der er til stede. På denne baggrund er man begyndt at lede efter bestemte mønstre af stoffer, der kan anvendes diagnostisk.

Nye undersøgelser af patienter med ovarie-, prostata- og mammacancer tyder på, at surface enhanced laser desorption/ionization time of flight (SELDI-TOF)-massespektrometri er en lovende metode til at finde proteinmønstre i serum, der vil kunne forbedre de diagnostiske muligheder (2-4). Ved SELDI-TOF-massespektrometri anbringes en blodprøve direkte på en overfladebehandlet metalplade. Ved hjælp af forskellige typer overfladebehandling kan man binde forskellige delmængder af serumproteinerne til metalpladen. De ikke-bundne proteiner vaskes væk, og der tilsættes en UV-absorberende matrix, som udkrystalliserer sammen med de bundne proteiner. I massespektrometret beskydes protein-matrix-krystallerne med en UV-laser. Herved dannes der gasfase-proteinioner, som kan måles i masseanalysatoren. Proteinernes molekylmasser bliver derved bestemt massespektrometrisk, og der dannes en proteinprofil af serumprøven. Metoden er reproducerbar og vil formentlig kunne automatiseres til brug i et klinisk laboratorium.

Petricoin III et al har udviklet en sådan SELDI-TOF-massespektrometrisk proteomanalyse til at diagnosticere ovariecancer med (2). De anvendte først en testpopulation, der bestod af 50 serumprøver fra kvinder med ovariecancer og 50 prøver fra kvinder uden ovariecancer, til at fastlægge et mønster af serumproteiner, der adskilte de to grupper fuldstændigt. Derefter undersøgte de den diagnostiske akkuratesse af dette mønster på 116 serumprøver fra en anden population. Disse serumprøver stammede fra 50 patienter med ovariecancer (32 med stadie I og 18 med stadie II, III eller IV) og 66 personer uden ovariecancer (24 uden ovariecyster, 19 med benigne cyster <2,5 cm, seks med benigne cyster >2,5 cm, syv med nongynækologiske inflammatoriske tilstande og ti med andre benigne gynækologiske sygdomme). Alle patienter på nær de 17 med andre benigne gynækologiske sygdomme eller nongynækologiske inflammatoriske tilstande kom fra en højrisikopopulation, og den endelige diagnose var ukendt for de personer, som tolkede de massespektrometriske resultater. Den massespektrometriske undersøgelsesmetode havde en sensitivitet på 100% (95%'s konfidensinterval: 93-100%), dvs. at undersøgelsen klassificerede alle 32 patienter med stadie I-cancer korrekt. Specificiteten var 95% (87-99%). I denne, noget specielle population havde den massespektrometriske metode en positiv prædiktiv værdi på 94% (84-99%), mens den tilsvarende værdi for CA-125 kun var 35%.

På tilsvarende vis undersøgte Adam et al den diagnostiske ydeevne af massespektrometri ved prostatacancer (3). De anvendte serumprøver fra 167 patienter med prostatacancer (84 med stadie T1 eller T2 og 83 med stadie T3 eller T4), 77 patienter med benign prostatahyperplasi og 82 aldersmatchede kontrolpersoner uden prostatasygdom for at finde et proteinmønster, der kunne adskille de tre grupper. Den diagnostiske akkuratesse af dette mønster blev derefter undersøgt på serumprøver fra en anden population, der bestod af 15 patienter uden prostatasygdom, 15 patienter med benign prostatahyperplasi og 30 patienter med prostatacancer (15 med stadie T1 eller T2 og 15 med stadie T3 eller T4). I denne testpopulation var den massespektrometriske metode i stand til at adskille de 30 cancerpatienter fra de 30 patienter uden cancer med en sensitivitet på 83% og en specificitet på 97%.

Også ved mammacancer er det lykkedes at finde et proteinmønster, der adskiller patienter med og uden cancer med en sensitivitet på 93% og en specificitet på 91% (4). Denne undersøgelses design er dog svagere, idet der ikke er en klar adskillelse af de to patientpopulationer, der anvendes til henholdsvis at finde proteinmønsteret med og til at bestemme den diagnostiske akkuratesse med.

De proteiner, der indgår i de forskellige diagnostiske proteinmønstre, er endnu ikke karakteriseret. Man ved således ikke, om det er proteiner, der produceres i cancercellerne, eller proteiner, som kroppen producerer som reaktion på cancervæksten. Det ser dog ud til, at de diagnostiske proteinmønstre er specifikke for de enkelte cancersygdomme. Det mønster, der gav diagnostisk information ved ovariecancer, kunne således ikke anvendes ved prostatacancer (2).

Der har været talrige eksempler på, at nye diagnostiske undersøgelsesmetoder har vist fornemme diagnostiske karakteristika i de første artikler, hvor de har været appliceret på udvalgte patientgrupper. Desværre har den diagnostiske akkuratesse næsten altid været væsentlig ringere, når de nye diagnostiske metoder blev anvendt i det daglige kliniske arbejde. Alligevel er resultaterne fra artiklerne om anvendelse af massespektrometrisk proteomanalyse af serumprøver ved cancerdiagnostik bemærkelsesværdige (2-4). Der er tale om tre forskellige grupper, som har undersøgt tre væsentlige cancersygdomme, og princippet med at anvende proteinmønstre diagnostisk er rationelt ud fra et patofysiologisk synspunkt. Det kan meget vel være, at sådanne undersøgelsesmetoder vil blive kommercielt tilgængelige i løbet af få år. I så fald bør de introduceres i et tæt samarbejde mellem laboratoriemedicinske og kliniske afdelinger, så deres reelle diagnostiske akkuratesse i den kliniske hverdag hurtigt kan blive fastlagt.

Odense Universitetshospital, afdeling KKA, klinisk biokemi, klinisk genetik og klinisk farmakologi, og
Syddansk Universitet, Institut for Biokemi og Molekylær Biologi.