oncotomskСибирский онкологический журналSiberian journal of oncology1814-48612312-3168Tomsk National Research Medical Сепtеr of the Russian Academy of Sciences10.21294/1814-4861-2020-19-6-57-65oncotomsk-1640Research ArticleЛАБОРАТОРНЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯLABORATORY AND EXPERIMENTAL STUDIESНАЛИЧИЕ В КРОВИ РАЗЛИЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ЦИРКУЛИРУЮЩИХ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК У БОЛЬНЫХ РАКОМ МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ ДО ЛЕЧЕНИЯ: СВЯЗЬ С ПЯТИЛЕТНЕЙ БЕЗМЕТАСТАТИЧЕСКОЙ ВЫЖИВАЕМОСТЬЮTHE PRESENCE OF VARIOUS POPULATIONS OF CIRCULATING TUMOR CELLS IN THE BLOOD OF BREAST CANCER PATIENTS BEFORE TREATMENT: ASSOCIATION WITH FIVE-YEAR METASTASIS-FREE SURVIVALhttps://orcid.org/0000-0003-4378-6915КайгородоваЕ. В.KaigorodovaE. V.

доктор медицинских наук, доцент, ведущий научный сотрудник отделения общей и молекулярной патологии; профессор кафедры биохимии и молекулярной биологии

SPIN-код: 8286-3757. Researcher ID (WOS): A-5400-2014. Author ID (Sсоpus): 24778286000

Россия, 634009, г. Томск, пер. Кооперативный, 5 Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2

MD, DSc, Leading researcher, Department of General and Molecular Pathology; Professor, Department of Biochemistry and Molecular Biology with a Course in Clinical Laboratory Diagnostics

Researcher ID (WOS): A-5400-2014. Author ID (Sсоpus): 24778286000 5, Kooperativny Street, 634050-Tomsk, Russia2, Moskovsky Trakt, 634050-Tomsk, Russia

zlobinae@mail.ruТарабановскаяН. А.TarabanovskayaN. A.

кандидат медицинских наук, научный сотрудник отделения общей онкологии,

SPIN-код: 7481-2159. Researcher ID (WOS): A-5400-2014

Россия, 634009, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

MD, PhD, Researcher, Department of General Oncology

Researcher ID (WOS): A-5400-2014

5, Kooperativny Street, 634050-Tomsk, Russia

https://orcid.org/0000-0001-6845-6037СурковаП. В.SurkovaP. V.

кандидат медицинских наук, научный сотрудник отделения лучевой диагностики,

SPIN-код: 3647-5354. Researcher ID (WOS): С-8976-2012

Россия, 634009, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

MD, PhD, Researcher, Department of Radiation Diagnostics

Researcher ID (WOS): С-8976-2012

5, Kooperativny Street, 634050-Tomsk, Russia

https://orcid.org/0000-0002-4568-1781ЗельчанР. В.ZelchanR. V.

кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник отделения радионуклиднойдиагностики

SPIN-код: 2255-5282. Researcher ID (WOS): C-8597-2012. Author ID (Sсоpus): 56901332100

Россия, 634009, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

MD, PhD, Senior Researcher, Department of Radionuclide Diagnostics

Researcher ID (WOS): C-8597-2012. Author ID (Sсоpus): 56901332100

5, Kooperativny Street, 634050-Tomsk, Russia

https://orcid.org/0000-0002-2917-8158ГарбуковЕ. Ю.GarbukovE. Yu.

кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник отделения общей онкологии,

SPIN-код: 3630-2324. Researcher ID (WOS): C-8299-2012.  Author ID (Sсоpus): 6504255124

Россия, 634009, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

MD, PhD, Senior Researcher, Department of General Oncology

Researcher ID (WOS): C-8299-2012. Author ID (Sсоpus): 6504255124

5, Kooperativny Street, 634050-Tomsk, Russia

Научно-исследовательский институт онкологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук; ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава РФРоссияCancer Research Institute, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences; Siberian State Medical University, Tomsk, RussiaRussian FederationНаучно-исследовательский институт онкологии, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наукРоссияCancer Research Institute, Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of SciencesRussian Federation2020281220201965765Copyright © Кайгородова Е.В., Тарабановская Н.А., Суркова П.В., Зельчан Р.В., Гарбуков Е.Ю., 20202020Кайгородова Е.В., Тарабановская Н.А., Суркова П.В., Зельчан Р.В., Гарбуков Е.Ю.Kaigorodova E.V., Tarabanovskaya N.A., Surkova P.V., Zelchan R.V., Garbukov E.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.siboncoj.ru/jour/article/view/1640

Локализованные и метастатические опухоли приводят к образованию циркулирующих опухолевых клеток, которые обнаруживаются в крови. В настоящее время отмечен повышенный интерес к изучению молекулярно-биологических характеристик циркулирующих опухолевых клеток. Недавние исследования показали наличие различных популяций циркулирующих опухолевых клеток в крови у онкологических больных. Часть клеток являются стволовыми опухолевыми клетками, часть опухолевых клеток находятся в состоянии emt (epithelial-mesenhimal transition), и большая часть циркулирующих опухолевых клеток не имеют признаков стволовости и emt.

Целью исследования явилась оценка пятилетней безметастатической выживаемости у больных с инвазивной карциномой молочной железы в зависимости от наличия различных популяций циркулирующих опухолевых клеток в крови до начала лечения.

Материал и методы

Материал и методы. В проспективное исследование включено 47 больных с впервыедиагностированным инвазивным раком молочной железы t1–4N0–3m0 стадии, в возрасте от 31 до 69 лет, поступивших на лечение в НИИ онкологии, Томский НИМЦ. В крови больных до начала лечения с помощью меченных различными флюорохромами моноклональных антител к epcam, Сd45, cd44, cd24 и N-cadherin определяли наличие различных популяций ЦОК методом многоцветной проточной цитометрии на аппарате BdFacscanto. Пятилетнюю безметастатическую выживаемость оценивали методом Каплана–Мейера. Различия считались достоверными при уровне значимости р<0,05.  

Результаты

Результаты. Полученные результаты показали, что наличие циркулирующих опухолевых клеток с признаками ЕМТ как стволовых, так и нестволовых с фенотипами  epcam+cd45-cd44-cd24-Ncadherin+, epcam+cd45-cd44+cd24-Ncadherin+ и epcam(м)-cd45-cd44+cd24-Ncadherin+ в крови у больных РМЖ до лечения снижает пятилетнюю безметастатическую выживаемость.

Заключение

Заключение. Таким образом, циркулирующие опухолевые клетки с признаками ЕМТ являются информативным объектом для жидкостной биопсии с целью оценки риска гематогенного метастазирования и могут рассматриваться как мишени для подбора персонифицированной химиотерапии.

Localized and metastatic tumors are known to lead to the formation of circulating tumor cell (CTC ) clusters in the blood. Currently, there is a heightened interest in the study of molecular and biological characteristics of CTC s. Recent studies have shown the presence of different populations of CTC s in the blood of cancer patients. Some cells are cancer stem cells, some tumor cells undergo epithelial-mesenchymal transition (EMT), and most CTC s do not have features of either stem cells or EMT.

The aim of the study was to evaluate the five-year metastasis-free survival rate in patients with invasive breast carcinoma, depending on the presence of various populations of circulating tumor cells in the blood before treatment.

Material and Methods

Material and Methods. A prospective study included 47 patients with newly diagnosed invasive breast cancer (T1–4N0–3M0), who were treated at Cancer Research Institute, Tomsk National Research Medical Center. The patients aged 31 to 69 years. The presence of different populations of CTC s in the blood of patients before treatment was determined by multicolor flow cytometry on the BD FACS Canto system, using different fluorochrome-labeled monoclonal antibodies to EpCam, CD 45, CD 44, CD 24, and N-cadherin. Five-year metastasis-free survival was evaluated by the Kaplan–Meier method. The differences were considered significant at p<0.05.

Results

Results. The results obtained demonstrated that the presence of both stem-like and non-stem CTC s showing signs of EMT with Epcam+CD 45-CD 44-CD 24-Ncadherin+, Epcam+CD 45-CD 44+CD 24-Ncadherin+, and Epcam(m)- CD 45-CD 44+CD 24-Ncadherin+ phenotypes in the blood of breast cancer patients before  treatment reduced the five-year metastasis-free survival rate (p=0.0016, p=0.017 and p=0.011, respectively).

Conclusion

Conclusion. Thus, CTC s in the EMT state are informative for liquid biopsy to assess the risk of hematogenous metastasis and can be considered as targets for selection of personalized chemotherapy. 

рак молочной железыгетерогенность ЦОКпятилетняя безметастатическая выживаемостьциркулирующие стволовые опухолевые клеткиэпителиально-мезенхимальный переходжидкостная биопсияbreast cancerCTC heterogeneityfive-year metastasis-free survivalcirculating cancer stem cellsepithelial-mesenchymal transitionliquid biopsyИсследование выполнено при финансовой поддержке гранта Президента РФ МД-544.2018, МД-2017.2020.7.The study was supported by the grant of the President of the Russian Federation MD-544.2018, MD-2017.2020.7.ReferencesКаприн А.Д., Старинский В.В., Петрова Г.В. Злокачественные опухоли в России в 2018 г. (Заболеваемость и смертность). М., 2019. 250 с.Kaprin A.D., Starinskiy V.V., Petrova G.V. Malignant neoplasms in Russia in 2018 (morbidity and mortality). Moscow, 2019. 250 р. (in Russian).Yang M.H., Imrali A., Heeschen C. Circulating cancer stem cells: the importance to select. Chin J Cancer Res. 2015 Oct; 27(5): 437–49. doi: 10.3978/j.issn.1000-9604.2015.04.08.Yang M.H., Imrali A., Heeschen C. Circulating cancer stem cells: the importance to select. Chin J Cancer Res. 2015 Oct; 27(5): 437–49. doi: 10.3978/j.issn.1000-9604.2015.04.08.Stoecklein N.H., Fischer J.C., Niederacher D., Terstappen L.W. Challenges for CTC-based liquid biopsies: low CTC frequency and diagnostic leukapheresis as a potential solution. Expert Rev Mol Diagn. 2016; 16(2): 147–164. doi:10.1586/14737159.2016.1123095.Stoecklein N.H., Fischer J.C., Niederacher D., Terstappen L.W. Challenges for CTC-based liquid biopsies: low CTC frequency and diagnostic leukapheresis as a potential solution. Expert Rev Mol Diagn. 2016; 16(2): 147–164. doi:10.1586/14737159.2016.1123095.Zhe X., Cher M.L., Bonfil R.D. Circulating tumor cells: finding the needle in the haystack. Am J Cancer Res. 2011; 1(6): 740–751.Zhe X., Cher M.L., Bonfil R.D. Circulating tumor cells: finding the needle in the haystack. Am J Cancer Res. 2011; 1(6): 740–751.Giordano A., Gao H., Anfossi S., Cohen E., Mego M., Lee B.N., Tin S., De Laurentiis M., Parker C.A., Alvarez R.H., Valero V., Ueno N.T., De Placido S., Mani S.A., Esteva F.J., Cristofanilli M., Reuben J.M. Epithelial-mesenchymal transition and stem cell markers in patients with HER2-positive metastatic breast cancer. Mol Cancer Ther. 2012 Nov; 11(11): 2526–34. doi: 10.1158/1535-7163.MCT-12-0460.Giordano A., Gao H., Anfossi S., Cohen E., Mego M., Lee B.N., Tin S., De Laurentiis M., Parker C.A., Alvarez R.H., Valero V., Ueno N.T., De Placido S., Mani S.A., Esteva F.J., Cristofanilli M., Reuben J.M. Epithelial-mesenchymal transition and stem cell markers in patients with HER2-positive metastatic breast cancer. Mol Cancer Ther. 2012 Nov; 11(11): 2526–34. doi: 10.1158/1535-7163.MCT-12-0460.Кайгородова Е.В. Циркулирующие опухолевые клетки: клиническое значение при раке молочной железы (обзор литературы). Вестник Российской академии медицинских наук. 2017; 72(6): 450–457. doi: 10.15690/vramn833.Kaigorodova E.V. Circulating tumor cells: clinical significance in breast cancer (Review). Herald of the Russian Academy of Medical Sciences. 2017; 72(6): 450–457. (in Russian.)]. doi: 10.15690/vramn833.Kaigorodova E.V., Tarabanovskaya N.A., Staheeva M.N., Savelieva O.E., Tashireva L.A., Denisov E.V., Perelmuter V.M. Effect of minor and major surgical injury on the level of different populations of circulating tumor cells in the blood of breast cancer patients. Neoplasma. 2017; 64(3): 437–443. doi: 10.4149/neo_2017_315.Kaigorodova E.V., Tarabanovskaya N.A., Staheeva M.N., Savelieva O.E., Tashireva L.A., Denisov E.V., Perelmuter V.M. Effect of minor and major surgical injury on the level of different populations of circulating tumor cells in the blood of breast cancer patients. Neoplasma. 2017; 64(3): 437–443. doi: 10.4149/neo_2017_315.Theodoropoulos P.A., Polioudaki H., Agelaki S., Kallergi G., Saridaki Z., Mavroudis D., Georgoulias V. Circulating tumor cells with a putative stem cell phenotype in peripheral blood of patients with breast cancer. Cancer Lett. 2010 Feb 1; 288(1): 99–106. doi: 10.1016/j.canlet.2009.06.027.Theodoropoulos P.A., Polioudaki H., Agelaki S., Kallergi G., Saridaki Z., Mavroudis D., Georgoulias V. Circulating tumor cells with a putative stem cell phenotype in peripheral blood of patients with breast cancer. Cancer Lett. 2010 Feb 1; 288(1): 99–106. doi: 10.1016/j.canlet.2009.06.027.Kasimir-Bauer S., Hoffmann O., Wallwiener D., Kimmig R., Fehm T. Expression of stem cell and epithelial-mesenchymal transition markers in primary breast cancer patients with circulating tumor cells. Breast Cancer Res. 2012 Jan 20; 14(1): R15. doi: 10.1186/bcr3099.Kasimir-Bauer S., Hoffmann O., Wallwiener D., Kimmig R., Fehm T. Expression of stem cell and epithelial-mesenchymal transition markers in primary breast cancer patients with circulating tumor cells. Breast Cancer Res. 2012 Jan 20; 14(1): R15. doi: 10.1186/bcr3099.Reuben J.M., Lee B.N., Gao H., Cohen E.N., Mego M., Giordano A., Wang X., Lodhi A., Krishnamurthy S., Hortobagyi G.N., Cristofanilli M., Lucci A., Woodward W.A. Primary breast cancer patients with high risk clinicopathologic features have high percentages of bone marrow epithelial cells with ALDH activity and CD44–CD24lo cancer stem cell phenotype. Eur J Cancer. 2011 Jul; 47(10): 1527–36. doi: 10.1016/j.ejca.2011.01.011.Reuben J.M., Lee B.N., Gao H., Cohen E.N., Mego M., Giordano A., Wang X., Lodhi A., Krishnamurthy S., Hortobagyi G.N., Cristofanilli M., Lucci A., Woodward W.A. Primary breast cancer patients with high risk clinicopathologic features have high percentages of bone marrow epithelial cells with ALDH activity and CD44–CD24lo cancer stem cell phenotype. Eur J Cancer. 2011 Jul; 47(10): 1527–36. doi: 10.1016/j.ejca.2011.01.011.Armstrong A.J., Marengo M.S., Oltean S., Kemeny G., Bitting R.L., Turnbull J.D., Herold C.I., Marcom P.K., George D.J., Garcia-Blanco M.A. Circulating tumor cells from patients with advanced prostate and breast cancer display both epithelial and mesenchymal markers. Mol Cancer Res. 2011; 9(8): 997–1007. doi: 10.1158/1541-7786.MCR-10-0490.Armstrong A.J., Marengo M.S., Oltean S., Kemeny G., Bitting R.L., Turnbull J.D., Herold C.I., Marcom P.K., George D.J., Garcia-Blanco M.A. Circulating tumor cells from patients with advanced prostate and breast cancer display both epithelial and mesenchymal markers. Mol Cancer Res. 2011; 9(8): 997–1007. doi: 10.1158/1541-7786.MCR-10-0490.Al-Hajj M., Wicha M.S., Benito-Hernandez A., Morrison S.J., Clarke M.F. Prospective identification of tumorigenic breast cancer cells. Proc Natl Acad Sci USA. 2003 Apr 1; 100(7): 3983–8. doi: 10.1073/pnas.0530291100.Al-Hajj M., Wicha M.S., Benito-Hernandez A., Morrison S.J., Clarke M.F. Prospective identification of tumorigenic breast cancer cells. Proc Natl Acad Sci USA. 2003 Apr 1; 100(7): 3983–8. doi: 10.1073/pnas.0530291100.Kaigorodova E.V., Savelieva O.E., Tashireva L.A., Tarabanovskaya N.A., Simolina E.I., Denisov E.V., Slonimskaya E.M., Choynzonov E.L., Perelmuter V.M. Heterogeneity of Circulating Tumor Cells in Neoadjuvant Chemotherapy of Breast Cancer. Molecules. 2018 Mar 22; 23(4): 727. doi: 10.3390/molecules23040727.Kaigorodova E.V., Savelieva O.E., Tashireva L.A., Tarabanovskaya N.A., Simolina E.I., Denisov E.V., Slonimskaya E.M., Choynzonov E.L., Perelmuter V.M. Heterogeneity of Circulating Tumor Cells in Neoadjuvant Chemotherapy of Breast Cancer. Molecules. 2018 Mar 22; 23(4): 727. doi: 10.3390/molecules23040727.Zavyalova M.V., Denisov E.V., Tashireva L.A., Savelieva O.E., Kaigorodova E.V., Krakhmal N.V., Perelmuter V.M. Intravasation as a Key Step in Cancer Metastasis. Biochemistry (Mosc). 2019; 84(7): 762–72. doi: 10.1134/S0006297919070071.Zavyalova M.V., Denisov E.V., Tashireva L.A., Savelieva O.E., Kaigorodova E.V., Krakhmal N.V., Perelmuter V.M. Intravasation as a Key Step in Cancer Metastasis. Biochemistry (Mosc). 2019; 84(7): 762–72. doi: 10.1134/S0006297919070071.Kim M.Y., Oskarsson T., Acharyya S., Nguyen D.X., Zhang X.H., Norton L., Massague J. Tumor self-seeding by circulating cancer cells. Cell. 2009; 139: 1315–26. doi: 10.1016/j.cell.2009.11.025Kim M.Y., Oskarsson T., Acharyya S., Nguyen D.X., Zhang X.H., Norton L., Massague J. Tumor self-seeding by circulating cancer cells. Cell. 2009; 139: 1315–26. doi: 10.1016/j.cell.2009.11.025Scatena R., Bottoni P., Giardina B. Circulating tumour cells and cancer stem cells: a role for proteomics in defining the interrelationships between function, phenotype and differentiation with potential clinical applications. Biochim Biophys Acta. 2013; 1835(2): 129–143. doi: 10.1016/j.bbcan.2012.12.002.Scatena R., Bottoni P., Giardina B. Circulating tumour cells and cancer stem cells: a role for proteomics in defining the interrelationships between function, phenotype and differentiation with potential clinical applications. Biochim Biophys Acta. 2013; 1835(2): 129–143. doi: 10.1016/j.bbcan.2012.12.002.Asiedu M.K., Ingle J.N., Behrens M.D., Radisky D.C., Knutson K.L. TGFbeta/TNF(alpha)-mediated epithelial- mesenchymal transition generates breast cancer stem cells with a claudin-low phenotype. Cancer Res. 2011 Jul 1; 71(13): 4707–19. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-10-4554.Asiedu M.K., Ingle J.N., Behrens M.D., Radisky D.C., Knutson K.L. TGFbeta/TNF(alpha)-mediated epithelial- mesenchymal transition generates breast cancer stem cells with a claudin-low phenotype. Cancer Res. 2011 Jul 1; 71(13): 4707–19. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-10-4554.Mani S.A., Guo W., Liao M.J., Eaton E.N., Ayyanan A., Zhou A.Y., Brooks M., Reinhard F., Zhang C.C., Shipitsin M., Campbell L.L., Polyak K., Brisken C., Yang J., Weinberg R.A. The epithelial-mesenchymal transition generates cells with properties of stem cells. Cell. 2008; 133(4): 704–15. doi: 10.1016/j.cell.2008.03.027.Mani S.A., Guo W., Liao M.J., Eaton E.N., Ayyanan A., Zhou A.Y., Brooks M., Reinhard F., Zhang C.C., Shipitsin M., Campbell L.L., Polyak K., Brisken C., Yang J., Weinberg R.A. The epithelial-mesenchymal transition generates cells with properties of stem cells. Cell. 2008; 133(4): 704–15. doi: 10.1016/j.cell.2008.03.027.Mego M., Gao H., Lee B. N., Cohen E. N., Tin S., Giordano A., Wu Q., Liu P., Nieto Y., Champlin R.E., Hortobagyi G.N., Cristofanilli M., Ueno N.T., Reuben J.M. Prognostic value of EMT-circulating tumor cells in metastatic breast cancer patients undergoing high-dose chemotherapy with autologous hematopoietic stem cell transplantation. J Cancer. 2012; 3: 369–80. doi: 10.7150/jca.5111.Mego M., Gao H., Lee B. N., Cohen E. N., Tin S., Giordano A., Wu Q., Liu P., Nieto Y., Champlin R.E., Hortobagyi G.N., Cristofanilli M., Ueno N.T., Reuben J.M. Prognostic value of EMT-circulating tumor cells in metastatic breast cancer patients undergoing high-dose chemotherapy with autologous hematopoietic stem cell transplantation. J Cancer. 2012; 3: 369–80. doi: 10.7150/jca.5111.Aktas B., Tewes M., Fehm T., Hauch S., Kimmig R., KasimirBauer S. Stem cell and epithelial-mesenchymal transition markers are frequently overexpressed in circulating tumor cells of metastatic breast cancer patients. Breast Cancer Res. 2009. 11(4): R46. doi: 10.1186/bcr2333Aktas B., Tewes M., Fehm T., Hauch S., Kimmig R., KasimirBauer S. Stem cell and epithelial-mesenchymal transition markers are frequently overexpressed in circulating tumor cells of metastatic breast cancer patients. Breast Cancer Res. 2009. 11(4): R46. doi: 10.1186/bcr2333

The authors declare that there are no conflicts of interest present.