Pro Gastrin Releasing Peptide ( ProGRP) - ABBOTT Diagnostics

Pro Gastrin Releasing Peptide
( ProGRP) – ein diagnostischer
Biomarker für das kleinzellige
Lungenkarzinom
Petra Stieber
Institut für Klinische Chemie, Klinikum der Universität
München – Campus Großhadern

Dr. med. Petra Stieber
Institut für Klinische Chemie
Klinikum der Universität München – Campus Großhadern
Marchioninistr. 15
Germany
Frau Dr. Stieber hat in Lyon Naturwissenschaften und in Essen und München Humanmedizin studiert.
In München erhielt sie die Approbation für Humanmedizin und wurde 1986 zum Dr. med. promoviert.
Frau Dr. Stieber leitet am Klinikum der Universität München – Campus Großhadern – den Forschungsbereich
„Onkologische Labordiagnostik“. Schwerpunkt dieses Forschungsbereichs ist die Identifizierung und die
Untersuchung des klinischen Stellenwerts von neuen Tumormarkern. Seit 1991 ist Frau Dr. Stieber
Mitglied der „European Group on Tumour Markers (EGTM)“, wo sie seit 1997 die Fokusgruppe „Bronchialkarzinom“
leitet. In der NACB (National Academy of Clinical Biochemistry) leitet sie die Untergruppe
„Lungenkarzinom“ mit dem Ziel, Richtlinien für die Labordiagnostik des Lungenkarzinoms zu formulieren.
Frau Dr. Stieber gehört darüber hinaus als Vizepräsidentin dem Leitungsgremium der ISOBM (International
Society of Oncology and BioMarkers) an. Das jährliche Meeting der ISOBM wird 2010 unter ihrer Leitung
in München stattfinden.
In zahlreichen Publikationen hat sie als Erstautorin oder Koautorin über die Ergebnisse ihrer wissenschaftlichen
Arbeit berichtet. Daneben ist sie Mitherausgeberin und Gutachterin in einigen Fachzeitschriften.
Weiter engagiert sich Frau Dr. Stieber als Vizepräsidentin in der PONS-Stiftung (Patientenorientierte
Nachsorge-Stiftung). PONS-S will durch die Schaffung eines Netzwerks von Ärzten und Wissenschaftlern
die wissenschaftliche Evidenz in der Nachsorgeforschung interdisziplinär vernetzen.

Pro Gastrin Releasing Peptide ( ProGRP)
ein diagnostischer Biomarker für das kleinzellige
Lungenkarzinom
Hintergrund
Das Lungenkarzinom ist weltweit der häufigste bösartige
Tumor des Mannes. In den USA steht das Lungenkarzinom
bei Männern und Frauen bei den häufigsten Krebstodesursachen
an erster Stelle. Durch das veränderte Rauchverhalten
der Frauen hat mittlerweile das Lungenkarzinom das
Mammakarzinom in der Krebsmortalität überholt und macht
ca. 25 % der gesamten Krebsmortalität bei Frauen aus.
Trotz weltweiter Bemühungen, Diagnose und Therapie des
Bronchialkarzinoms zu verbessern, konnte die 5-Jahres-
Überlebensrate nur unwesentlich geändert werden und liegt
mit 13 % ähnlich niedrig wie vor 25 Jahren.
Die Prognose und das therapeutische Konzept des Lungenkarzinoms
basiert in erster Linie auf der Ausdehnung des
Tumors zum Zeitpunkt der Erstdiagnose und auf der histologischen
Klassifizierung. Aufgrund des unterschiedlichen
klinischen Bildes sowie der Empfindlichkeit gegenüber
chemotherapeutischen und strahlentherapeutischen Ansätzen
werden Lungenkarzinome in zwei große histologische Subtypen
unterteilt: in die nicht kleinzelligen Lungenkarzinome
(non small cell lung cancer = NSCLC) und die kleinzelligen
Lungenkarzinome (small cell lung cancer = SCLC). Die nicht
kleinzelligen Lungenkarzinome betragen 75 % der Lungenkarzinome
und setzen sich in erster Linie aus Adenokarzinomen,
Plattenepithelkarzinomen und großzelligen Karzinomen
zusammen, die in identischer Weise zumeist operativ
therapiert werden. Die kleinzelligen Lungenkarzinome
machen 25 % aller Lungenkarzinome aus und werden
aufgrund der häufig vorkommenden neuroendokrinen
Eigenschaften aber auch des häufig fortgeschritteneren
evtl. bereits metastasierten Stadiums, in erster Linie mit
Chemo- oder Strahlentherapie behandelt. Somit ist die
histologische Zuordnung der Lungentumore eine zwingende
Basis für das therapeutische Vorgehen.
In der Immunhistochemie sind neuroendokrine Marker, wie
die Neuron-spezifische Enolase (NSE), Chromogranin A
(CGA) und Synaptophysin, zur näheren Charakterisierung
maligner Tumore hilfreich, wobei die diagnostische Effektivität
für jeden dieser Marker unterschiedlich ist. So werden
NSE und Synaptophysin auch im Gewebe nicht kleinzelliger
Lungentumore und weiterer Karzinome exprimiert, Chromo-
Das Lungenkarzinom (engl.: bronchial carcinoma, lung cancer) ist eine der
häufigsten bösartigen Erkrankungen
granin A hat zwar eine höhere Spezifität für das kleinzellige
Lungenkarzinom, allerdings verbunden mit einer niedrigeren
Empfindlichkeit. Für Neuropeptide wie Bombesin, dem
Korrelat der Amphibien zu dem Gastrin-Releasing Peptide
(GRP) der Säugetiere, ist seit vielen Jahren bekannt, dass
sie eine hohe Spezifität für Lungengewebe haben und oft
von kleinzelligen Karzinomzellen produziert werden.
Bei Säugetieren wurde die Bombesin-ähnliche Immunreaktivität
von GRP in erster Linie im Gehirn, der Lunge, dem
Darm und neuroendokrinen Zellen der Prostata nachgewiesen.
Gastrin-Releasing Peptide wurde als ein Peptid
mit 27 Aminosäuren aus dem Gastrointestinaltrakt des
Schweins gewonnen, die cDNA dieses Peptids wurde
anhand eines menschlichen Karzinoidtumors der Lunge
kloniert. Die physiologische Funktion von GRP ist die
Stimulierung der Freisetzung von Gastrin in den menschlichen
Gastrointestinaltrakt, sowie eine Vasodilatation des
Respirationstraktes. Die Expression und Freisetzung von
GRP beim kleinzelligen Bronchialkarzinom wurde von vielen
3

Untersuchern beschrieben und führte letztendlich zum Einsatz
von GRP bei der immunhistochemischen Klassifizierung
von Lungentumoren. Allerdings stellte sich die Extraktion
von GRP als sehr kompliziert und arbeitsintensiv heraus
und schien für eine Routineapplikation im Blut zu schwierig
zu sein, insbesondere auch aufgrund der sehr kurzen Halbwertszeit
von 2 Minuten. Es stellte sich heraus, dass Pro
Gastrin Releasing Peptide ( ProGRP) eine wesentlich stabilere
Vorstufe von GRP darstellt und somit mittels eines auf
rekombinantem ProGRP (31-98) basierenden ELISA (ALSI,
Japan bzw. IBL, Hamburg) im Serum nachgewiesen werden
kann.
Beim Vergleich mit anderen, für das Bronchialkarzinom
relevanten, onkologischen Biomarkern wie CEA, CYFRA
21-1 und NSE hat sich erwiesen, dass ProGRP nicht nur
häufiger von Zellen kleinzelliger Bronchialkarzinome freigesetzt
wird, sondern auch im Hinblick auf die Tumor- und
Organspezifität den anderen Biomarkern überlegen ist.
Das hohe Diskriminationsvermögen von ProGRP liegt darin
begründet, dass ProGRP im Rahmen der verschiedensten
benignen Erkrankungen sowie auch von anderen malignen
Tumoren (mit der Ausnahme des medullären Schilddrüsenkarzinoms)
höchstens in sehr geringen Mengen freigesetzt
wird. Zudem zeigt die Freisetzung von ProGRP keine
Abhängigkeit vom Stadium eines kleinzelligen Lungenkarzinoms,
was die diagnostische Fähigkeit dieses Markers
auch für die frühen Tumorstadien unterstreicht.
Die folgenden Daten beschreiben die diagnostische Fähigkeit
von ProGRP für das kleinzellige Lungenkarzinom.
Diagnostische Spezifität von
ProGRP (Abbildung 1)
Tumorspezifität
Bei ProGRP handelt es sich um ein Peptid, das physiologischerweise
in geringer Konzentration bei jedem Menschen
im Blut vorkommt – somit handelt es sich nicht um ein
tumorspezifisches Protein. Die Konzentration von ProGRP
wird in pg/ml angegeben und liegt bei gesunden Kontrollpersonen
zwischen 2 und 50 pg/ml, der Median liegt bei
20 pg/ml, die 95. Perzentile bei 35 pg/ml.
4
Bei benignen Erkrankungen liegen die Mediane zwischen
15 und 70 pg/ml, die höchsten Werte bis 350 pg/ml können
bei Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion beobachtet
werden. Diese Einflussgröße muss insbesondere dann
berücksichtigt werden, wenn ProGRP bei Verdacht auf ein
Lungenkarzinom bei Patienten mit Niereninsuffizienz zur
differentialdiagnostischen Unterstützung eingesetzt wird.
Benigne gynäkologische Erkrankungen (Endometriose,
[%]
100
80
60
40
20
0
< 20 20 –

Organspezifität bzw. diagnostische Sensitivität
Die stärkste ProGRP-Freisetzung findet im Rahmen kleinzelliger
Lungenkarzinome statt. Der Median liegt bei
250 pg/ml und die 95. Perzentile bei 11 500 pg/ml, über
20 % der SCLC Patienten weisen ProGRP-Werte auf, die
oberhalb des 10-fachen Referenzbereichs für benigne Lungenerkrankungen
liegen. Je nach eingesetztem Grenzwert
und Zusammensetzung der Patientenkollektive wird in der
Literatur die Empfindlichkeit von ProGRP für das kleinzellige
Lungenkarzinom zwischen 47 und 86 % angegeben.
Hierbei zeigt die ProGRP-Freisetzung keine Korrelation zum
Tumorstadium, ProGRP wird bereits im Stadium „limited
disease“ mit ähnlich hoher Empfindlichkeit wie beim fortgeschrittenen
Stadium freigesetzt – was einen deutlichen diagnostischen
Vorteil für potentielle Screeninguntersuchungen
darstellt.
Beim nicht kleinzelligen Lungenkarzinom (NSCLC) liegen
der Median und die 95. Perzentile von ProGRP ähnlich wie
bei den benignen Lungenerkrankungen, wodurch die nur
gering ausgeprägte und seltene Freisetzung bei den nicht
kleinzelligen Lungenkarzinomen bestätigt wird. Dennoch
kann es vereinzelt beim NSCLC zu hohen ProGRP-Kon zentrationen
bis > 10 000 pg/ml kommen. In diesen Fällen muss
berücksichtigt werden, dass die meisten Lungen karzinome
gemischtzellige Karzinome sind und dass die diagnostische
Sicherheit der Histologie von der Gewebeprobe sowie auch
von der Anzahl und Lokalisation der untersuchten Gewebeschnitte
abhängt. Eine starke ProGRP-Freisetzung weist
zumindest auf eine teilweise kleinzellige Komponente des
Tumors und damit auf andere, bessere therapeutische
Optionen hin.
In diesen Fällen muss in Kooperation mit der Pathologie
eine Reevaluierung des entsprechenden Tumorgewebes
unter Berücksichtigung weiterer immunhistochemischer
Ansätze für neuroendokrine Tumore durchgeführt werden.
Die ProGRP-Mediane aller anderen untersuchten Karzinome
sind denjenigen gesunder Kontrollpersonen vergleichbar,
die höchsten gemessen Konzentrationen (bis 250 pg/ml)
liegen nur geringfügig höher als bei den benignen Kontrollkollektiven.
Es gibt wenige Ausnahmen, die bei einer vermehrten
ProGRP-Freisetzung differentialdiagnostisch zu berücksichtigen
sind:
In einzelnen Fällen kann es im Rahmen von medullären
Schilddrüsenkarzinomen zu einer starken ProGRP-Freisetzung
kommen. wobei diese Freisetzung parallel zu
der bekannten CEA oder Calcitonin-Freisetzung erfolgt
(Abbildung 1 unter „Karzinome außer Lungenkarzinome“,
Abbildung 2).
Sensitivität [%]
100
80
60
40
20
0
100 80 60 40 20 0
Spezifität [%]
Kleinzelliges
Lungenkarzinom
Nicht kleinzelliges
Lungenkarzinom
Alle Lungenkarzinome
Kolorektales CA
Pankreas-CA
Magen-CA
Leberzell-CA
Mamma-CA
Ovarial-CA
Prostata-CA
Harnblasen-CA
Nierenzell-CA
Med. Schilddrüsen-CA
Alles gegen SCLC
Abbildung 2: ROC-Kurven für alle Karzinome gegenüber dem organbezogenen
relevanten benignen Vergleichskollektiv sowie von ProGRP alleine gegen Gesunde,
alle benignen Erkrankungen und alle anderen malignen Erkrankungen (ALSI,
Japan)
Darüber hinaus können auch weitere neuroendokrin aktive
Primärtumore wie z. B. Prostata-, Ovarial- oder auch Ösophaguskarzinome
zu einer Freisetzung des Neuropeptids
ProGRP führen. Erste Untersuchungen haben gezeigt, dass
die ProGRP-Konzentration mit zunehmender Metastasierungsneigung
und Androgenunabhängigkeit von Prostatakarzinomen
zunehmen kann. Darüber hinaus erwiesen sich
erhöhte ProGRP-Werte beim metastasierten Prostatakarzinom
als unabhängige Prädiktoren für ein verkürztes Ansprechen
der hormonellen Therapie.
Insgesamt gesehen erreicht ProGRP bei 100 %iger Spezifität
eine Empfindlichkeit von 53 % für das Vorliegen eines
kleinzelligen Lungenkarzinoms (Abbildung 2).
ProGRP in der Differentialdiagnose
von Lungenrundherden (Abbildung 3)
Aufgrund der starken diagnostischen Fähigkeit ist die Bestimmung
von ProGRP bei Vorliegen von Raumforderungen der
Lunge immer indiziert – unabhängig davon, ob bereits eine
histologische Klassifizierung durch Biopsie erfolgt ist oder
nicht.
Beim NSCLC ist die Freisetzung von ProGRP gering. Mit
einer Fläche unter der Kurve (AUC) von 97 % erreicht
ProGRP ein außergewöhnlich hohes Diskriminationsvermögen
zwischen kleinzelligen und nicht kleinzelligen Bronchialkarzinomen.
Lungenmetastasen anderer, nicht kleinzelliger
Primärtumore führen höchstens zu einer geringen
ProGRP-Freisetzung < 100 pg/ml.
5

Sensitivität [%]
6
100
80
60
40
20
0
12 10
9
75
Eine ProGRP-Freisetzung > 200 pg/ml ist eine starker Hinweis
auf das Vorliegen eines primären Bronchialkarzinoms
und spricht mit einer Wahrscheinlichkeit von > 99 % für ein
kleinzelliges Bronchialkarzinom. Eine ProGRP-Freisetzung >
100 pg/ml bei primären Bronchialkarzinomen ist – ungeachtet
der histopathologischen Klassifizierung – ein deutlicher
Hinweis auf zumindest eine gemischte Histologie mit einer
kleinzelligen Komponente.
Falls also – unter der Voraussetzung einer intakten Nierenfunktion
– die ProGRP-Konzentration >100 pg/ml beträgt
und der Tumor histologisch als NSCLC eingestuft wird, sollte
eine Überprüfung des histologischen Befundes erfolgen,
um keine kleinzellige Komponente oder neuroendokrine Differenzierung
zu übersehen.
Vergleich mit anderen Tumormarkern
Von allen bislang bekannten onkologischen Biomarkern
besitzt ProGRP nicht nur die höchste Empfindlichkeit, sondern
insbesondere auch die höchste Spezifität für das kleinzellige
Lungenkarzinom. Verglichen mit CEA, CYFRA 21-1,
NSE und Chromogranin A zeigte sich ProGRP bezüglich
Freisetzungsstärke sowie Tumor- und auch Organspezifität
überlegen. Das hohe Diskriminationsvermögen von ProGRP
liegt in der Tatsache begründet, dass das Ausmaß der
ProGRP-Freisetzung bei benignen Erkrankungen sehr
niedrig ist und dass auch andere Karzinome (nicht kleinzellig
und nicht neuroendokrin), wenn überhaupt, so nur zu einer
geringfügigen ProGRP-Freisetzung führen. Die von verschiedensten
Autoren beschriebene Empfindlichkeit von
ProGRP für das SCLC liegt zwischen 47 und 86 %. Hiermit
6
70
64
3 5
0,3 0 0,5 0 0 0 0 0 0
>38 >50 >100 >500 >1000
ProGRP [pg/ml]
Benigne Lungenerkrankungen
Lungenmetastasen anderer Primärtumore
39
NSCLC (N=968)
SCLC (N=236)
Abbildung 3: Optimierung des ProGRP-Grenzwertes zur Erreichung der 100 %igen Spezifität für das kleinzellige Lungenkarzinom (ALSI, Japan)
liegt die Sensitivität von ProGRP in den meisten Untersuchungen
höher als für die NSE (65 % versus 43 %) und ist in
anderen Publikationen vergleichbar zur NSE (47 % versus
45 %). Die Neuron-spezifische Enolase wird auch gehäuft
bei kleinzelligen Lungenkarzinomen gesteigert freigesetzt,
allerdings in Abhängigkeit vom Tumorstadium und zudem
im Rahmen anderer Karzinome, insbesondere bei Karzinomen
mit Lebermetastasen jeglicher Histologie. Somit ist die
NSE im Bezug auf die Organspezifität ProGRP unterlegen.
Allerdings besitzen ProGRP und NSE aufgrund des unterschiedlichen
pathophysiologischen Hintergrundes eine klare
additive Aussagekraft von 10 – 20 % für das kleinzellige
Bronchialkarzinom und spielen in der Diagnose und Verlaufsbeurteilung
eine komplementäre Rolle.
ProGRP in der Verlaufsbeobachtung
und Therapiekontrolle
Bislang gibt es noch wenige Untersuchungen zu Verlaufsbeobachtungen
mit ProGRP anhand größerer Patientenkollektive.
Kürzlich wurde die Relevanz von NSE, CEA und
ProGRP zum Zeitpunkt der Rezidivierung eines kleinzelligen
Bronchialkarzinoms beschrieben. Demnach hat ProGRP mit
74 % die höchste Empfindlichkeit in der Entdeckung einer
Rezidivierung (NSE: 32 %, CEA: 56 %). Besonders bemerkenswert
ist die Tatsache, dass bei allen Patienten, bei
denen ProGRP durch den Primärtumor freigesetzt worden
war, auch zum Zeitpunkt des Tumorrezidivs wieder eine
gesteigerte ProGRP-Freisetzung auftrat (12 % falsch negative
NSE-Befunde, 6 % für CEA).
23

Weiter spiegelt ProGRP mit 67 % Empfindlichkeit den
Krankheitsverlauf der kleinzelligen Bronchialkarzinompatienten
am deutlichsten wider (NSE: 20 %, CEA: 38 %).
Mit 79 % Empfindlichkeit wurde aber ein deutlicher additiver
Effekt für die Kombination von ProGRP mit NSE beschrieben.
Der Median der Lead Time für die frühzeitige Entdeckung
einer Progression lag für ProGRP bei 35 Tagen, für NSE
wurde keine Lead Time beobachtet.
Das Wichtigste in Kürze
Aufgrund seines Freisetzungsmusters stellt ProGRP einen
der sehr raren onkologischen Biomarker dar, der diagnostisches
Potential erreicht. Da zudem die ProGRP-Freisetzung
unabhängig vom Tumorstadium ist, könnte dieser Marker
durchaus für Screening-Zwecke bei Hochrisikopatienten wie
Rauchern geeignet sein. Setzt man allerdings ProGRP für
diese Screening-Applikation ein, so dürfte man sich nicht
am Grenzwert gegenüber gesunden Kontrollpersonen
orientieren, sondern es müsste mindestens ein Grenzwert
von 200 pg/ml gewählt werden, um falsch positive Testergebnisse
in dieser asymptomatischen Situation vermeintlich
gesunder Personen zu vermeiden. Zudem dürften nur Patienten
mit intakter Nierenfunktion diesem Test unterzogen
werden.
Das aktuell wichtige Indikationsgebiet für ProGRP ist die
Bestimmung zum Zeitpunkt der Primärdiagnose eines Lungenkarzinoms
zur Untermauerung der histologischen Diagnose
bzw. zur erneuten Überprüfung der Histologie bzw. im
inoperablen Stadium auch zur Erhebung der Diagnose.
Da ProGRP einen Test mit diagnostischem Potential darstellt,
ist es wichtig, einen automatisierten Test mit schneller
Befundrückführung zur Verfügung zu haben. Abbott Diagnostics
entwickelt derzeit als erste Diagnostikfirma einen
voll automatisierten ProGRP-Test für das ARCHITECT-Testsystem,
der Test wird in Kürze verfügbar sein.

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