文摘

背景。人类乳头状瘤病毒(HPV)相关的口咽鳞状细胞癌(OPSCCs)临床和病理上有别于HPV-negative肿瘤。在这里,我们探讨人乳头状瘤病毒是否会影响功能的生物标记物,包括γH2AX、RAD51 PARP1。此外,的作用[18F] PARPi作为一个广泛适用的头颈癌研究成像工具。方法。患有乳腺癌和HPV-negative细胞系被用来评估γH2AX、RAD51 PARP1表达免疫印迹和免疫荧光。体外的电离辐射在体外通过集落形成试验,生存了。(18F] PARPi吸收实验进行HPV-negative和患有乳腺癌细胞株量化PARP1表达式。PARP1包含IHC和γH2AX疫源地量化使用patient-derived口咽肿瘤标本。结果。DNA修复发现的差异,表现出更高的RAD51和γH2AX患有乳腺癌细胞系中表达。单独使用化验证实患有乳腺癌细胞系更对辐射敏感的。PARP1表达水平相似,无论HPV状态。因此,(18F] PARPi吸收化验表明,这种示踪内化在细胞系独立于他们的人乳头状瘤病毒状态。结论。人乳头状瘤病毒状态,临床上常用的分层患者,不影响PARP1水平,这表明PARP成像可以执行在患有乳腺癌和HPV-negative病人。本研究证实(PET显像剂18F] PARPi可以作为口咽癌患者的一般临床工具。

1。介绍

超过一百万患者被诊断出患有口腔或口咽鳞状细胞癌(SCC) 2019年在美国1]。鳞状细胞癌是头颈部癌症的90%,是全球最常见的癌症之一2]。虽然头部和颈部癌症的发病率减少在美国,口咽鳞状细胞癌率(OPSCC)每年增加了2.5%3]。口腔口咽肿瘤存在不同的风险因素。虽然烟草和酒精的消费已经形成的危险因素,他们不解释,例如,年轻女性舌头OSCC的发生率增加。风险因素在这些情况下尚未定义(4]。与口咽鳞状细胞癌相关的风险因素,另一方面,主要是与感染人类乳头状瘤病毒(HPV) (4]。在这些情况下,通常在40年代和50年代年轻患者的影响(5- - - - - -7]。尽管HPV感染负责大约80%的口咽癌、烟草和酒精消费也相关。

头部和颈部癌症患者的治疗方案取决于各种因素,如肿瘤的位置、阶段的疾病和损伤的大小(3]。此外,上述风险因素在管理决策中发挥非常重要的作用。这两个临床试验有关,ECOG 2399和0129年RTOG,进行了窝藏鳞状细胞癌患者的头部和颈部(HN),以及一些回顾性研究,它表明患有乳腺癌OPSCCs有更好的预后和更好的应对化疗/放疗相比HPV-negative病人[8,9]。调查结果促使美国癌症联合委员会(与)修改分期系统,现在,根据他们的HPV患者分层状态(10]。

为了更好地理解的原因结果观察到在患有乳腺癌组同步放化疗的患者,研究已经试图联系他们的潜在机制增强辐射敏感度DNA修复和细胞周期控制(11- - - - - -16]。此外,高危HPV亚型HPV 16和HPV-18编码两种病毒癌基因蛋白E6、E7扰乱正常的宿主细胞除针对p53和视网膜母细胞瘤蛋白(复审委员会),分别为(17]。hpv 16 E7已被证明诱导DNA双链断裂和增加γH2AX核疫源地,DNA损伤反应标记(17]。此外,它还与保利的过度表达(ADP-ribose)聚合酶(PARP),带着一长串DNA修复酶,RAD51水平的增加,为了应对辐射(18]。进一步分析这些标记的患者样本执行在这个研究更好地理解这些细胞机制与患有乳腺癌癌症的预后。

考虑成像的重要性在头部和颈部癌症治疗计划,我们最近发表了一篇论文陈述的潜力氟18标记聚(ADP-ribose) polymerase1抑制剂([18F] PARPi)作为替代成像工具在头颈癌相比,可以提供高对比度的图像(18F] fluoro-deoxy-D-glucose ([18F FDG) [19]。

(18F] FDG是glucose-mimicking代谢示踪;因此,不仅在肿瘤还保留在一些正常组织高代谢(20.]。相比之下,(18F] PARPi DNA修复标记;因此,积累主要在肿瘤细胞的细胞核,使其头部和颈部癌症的好示踪成像。PARP1核酶,在DNA损伤修复中扮演着重要的角色。几个以前的出版物已经证明方法图像PARP1体内;参见[21,22概述。的结构(18F] PARPi来源于Olaparib的脚手架,fda批准的PARP1抑制剂广泛用作治疗代理人在妇科恶性肿瘤23]。(18F] PARPi专门是为了结合肿瘤区域最小脱靶吸收(24,25]。

人乳头状瘤病毒状态影响DNA双链断裂修复,我们旨在解决如果HPV状态影响PARP1超表达(26- - - - - -30.),因此在(18在口腔口咽癌F] PARPi吸收。与目前的研究中,我们评估的诊断价值18F] PARPi口咽癌患者似乎是独立的HPV状态。然而,进一步在活的有机体内和病人数据需要进一步的审问。

2。材料和方法

2.1。细胞培养和试剂

细胞系都生长在37°C的单层培养有限公司5%2湿润的气氛。090年我们培养三个患有乳腺癌(UPCI:鳞状细胞癌,UPCI:鳞状细胞癌154和UPCI:鳞状细胞癌152)和三个HPV-negative (FaDu,卡尔27,鳞状细胞癌15)细胞系。所有媒体都含有10% ( )胎牛血清(的边后卫)和1%的青霉素和链霉素。两个UPCI:鳞状细胞癌090(写明ATCC马纳萨斯,弗吉尼亚州)和UPCI:鳞状细胞癌154(写明ATCC马纳萨斯,弗吉尼亚州)细胞株生长在MEM谷酰胺和2毫米。UPCI:鳞状细胞癌152(写明ATCC马纳萨斯,弗吉尼亚州)是生长在MEM谷酰胺2毫米,50μ庆大霉素的g / mL, NEAA 11.2毫升/ L。卡尔27(写明ATCC马纳萨斯,弗吉尼亚州)细胞在DMEM培养和FaDu(写明ATCC马纳萨斯,弗吉尼亚州)细胞在MEM培养基中。鳞状细胞癌15(写明ATCC马纳萨斯,弗吉尼亚州)细胞株培养在1:1的混合物高葡萄糖DMEM和F12培养基含有碳酸氢钠的1.2 g / L, 2.5毫米谷酰胺,消息灵通的15毫米,0.5毫米的丙酮酸钠补充400 ng / mL的氢化可的松500毫升的解决方案。

2.2。免疫印迹

细胞颗粒获得80%汇合的烧瓶内洗两次与200年与PBS和细胞溶解μL冰冷里帕缓冲与崔X100(波士顿BioProducts、亚什兰、马),一个迷你完整的蛋白酶抑制剂鸡尾酒平板(罗氏,印第安纳波利斯),和一个PhosSTOP平板(罗氏,印第安纳波利斯)。蛋白质执行量化使用bicinchoninic酸(BCA)蛋白质化验(皮尔斯,罗克福德,IL)。PARP1和RAD51表达式,20μg蛋白质的溶解产物加载在凝胶。为γH2AX 40μg细胞溶解产物总量的加载在凝胶为了能够检测到特定的信号。此外,0.45μ米孔径膜取代0.20μm硝化纤维素膜(Bio-Rad实验室有限公司、德国)γH2AX检测。替换了因为gamma-H2AX 17 kDa蛋白质,比其他所有的在本研究中发现的蛋白质。转移过程中,0.45μ米孔径膜,gamma-H2AX膜的筛选了导致没有检测。用各种方法来改善检测。启用了一个检测是0.20的替代μ孔隙大小。传输时间降低到50分钟,因为更多的长时间导致膜的蛋白质被筛选了。优化后,50分钟被发现的最佳时间gamma-H2AX转移过程。阻塞是由1% BSA TBS-T解决方案。蛋白质被发现使用抗体特定PARP1(1: 1000年,表达载体;pa5 - 16452),γH2AX(1: 1000年,EMD微孔;05 - 636)RAD51(1: 1000年,Abcam;ab63801),β肌动蛋白(1:40000;细胞信号传导技术;3700年),和Vinculin(1: 1000年,Abcam;ab129002)与相应的辣根过氧化物酶-(合)共轭二次抗体(1:20000年,ab6721(兔),ab6789(鼠标),Abcam,美国)。加载控制的选择是基于分子靶蛋白的大小,为了不干扰感兴趣的蛋白质。膜对不同蛋白质的时候,使用了相同的加载控制。检测进行了使用化学发光底物(热科学# 34077,超级信号Pico西部,美国)。乐队是可视化使用一个自动化的污点加工机(美国纽约Ewen-Parker x射线公司)光敏湛蓝的x射线胶片(热科学、 ,SB2324231、比利时)1分钟的曝光时间。

2.3。免疫荧光

所有六个细胞系的细胞6-well板镀。第二天,细胞被辐照镀2 Gyγ射线辐照器铯(J.L.牧羊人圣费尔南多,CA)。与300年封锁之前,细胞被洗μPBS的L。用3%多聚甲醛(PFA)在PBS溶液,细胞被固定在两个不同的时间点为10分钟:30分钟和24小时。阻止了至少1 h。300年μ卫L PBS BSA为1%,0.1%,和1%山羊血清在室温下。阻塞后,细胞被孵化主要抗体:γH2AX和RAD51 1% BSA 24 h。与PBS洗涤后,细胞被孵化Alexa 488山羊anti-rabbit(1: 1200年,表达载体;A11070)和Alexa 594山羊anti-mouse(1: 1200年,表达载体;A11020) 1% BSA在黑暗中在室温下1 h。山包含细胞的盖玻片在显微镜幻灯片,20μL与DAPI向量盾的解决方案(h - 1200,向量实验室)用于复染色细胞核。用倒置的共焦显微镜(LSM 880、蔡司共焦、德国),细胞成像和RAD51和的数量γH2AX疫源地存在于细胞量化使用ImageJ插件软件。为了探测患者样本中的焦点,0.5μγH2AX抗体和0.1μ0.2 g,μg和0.4μ克RAD51抗体。中使用的病人数据手稿进行了下一个协议批准的机构审查委员会(IRB)。没有人是本研究需要批准。免疫球蛋白控制是用来证实特异性抗体和控制假阳性信号。Flash幻灯片进行扫描(Pannoramic 250扫描仪,3 dhistech,布达佩斯,匈牙利)40 x放大。相邻的部分被苏木精和伊红染色())。感兴趣区域(roi)画在他走时幻灯片(肿瘤领域)和运输使用CaseViewer (3 dhistech、匈牙利)连续下滑,在免疫荧光是为了正确分析肿瘤区域。显示的图片是代表整个幻灯片,肿瘤区域之一,意味着所有的焦点包括病灶计数肿瘤区域。

2.4。细胞生存

为了获得足够的菌落数,800 - 3200细胞被播种在6-well板块在一式三份和暴露于辐射剂量。细胞被辐照(IR)和0,2,4,6使用铯辐照器Gy。细胞被允许长21天。21天的潜伏期后,细胞培养基被移除,在结晶紫染色在甲醇(0.5%)2分钟。生存分数计算基于微观菌落,菌落的数量被定义为> 50个细胞。电镀效率计算如前所报道(31日]。殖民地的平均数是获得一式三份三个独立的生物复制每个细胞株。单独生存曲线适合线性二次模型得到如前所述[31日]。

2.5。PARP1免疫组织化学

免疫组织化学(包含IHC)是由纪念斯隆凯特林(MSK)分子细胞学核心设施(MCCF)和由我们集团[如前所述32]。

2.6。(18F] PARPi吸收试验

吸收的18F] PARPi测试体外复制(3)如前所述33]。(18F] PARPi合成报道我们组(19从放射化学和分子成像探针获得)和核心,MSK的。看到补充图。S1获取详细信息。简而言之,250 k患有乳腺癌和HPV-negative镀细胞实验(前24小时 )。媒体改变,和1 h后,370 kBq / (18F] PARPi被添加到细胞。阻塞,细胞被孵化的100倍摩尔过剩Olaparib 1 h之前添加[18F] PARPi。媒体被免职,细胞用PBS和细胞溶解1 M氢氧化钠(氢氧化钠)后1 h。溶菌产物收集和吸收是由测量放射性向导2自动γ计数器(PerkinElmer,波士顿,MA)。

2.7。统计分析

使用GraphPad棱镜8执行统计分析。除非另有说明,数据点代表平均值和误差代表生物复制的标准差。 值计算使用学生的未配对 - - - - - -测试。统计显著性决定的 ,和水平的意义对于每个结果显示为 , , ,

3所示。结果

3.1。免疫印迹的PARP1 RAD51,γH2AX水平

细胞系的面板是PARP1水平检测,RAD51,γH2AX(图1(一))。我们观察到的表达增加两组PARP1细胞系,HPV-negative ( ,pre-IR ,和post-IR )和患有乳腺癌(pre-IR 和post-IR ),辐照后。没有统计上显著的结果观察到当比较这两组的细胞系和辐照后(图1 (b)左面板)。有趣的是,尽管PARP1水平似乎高辐照后,没有发现这种相关性在分析RAD51表达式(图1 (b)中间面板)。HPV-negative细胞系,没有显著变化(pre-IR RAD51表达式 和post-IR ),对于患有乳腺癌细胞系辐照后,减少的观察表达 pre-IR表达式为 ,post-IR相比 的水平γ在未照射患有乳腺癌细胞系H2AX表达式( )HPV-negative细胞系(价格高 )(图1 (b)右面板)。均值之间的差异γH2AX辐照细胞系中表达下降由于低γ患有乳腺癌(H2AX水平 )和HPV-negative细胞系( )。

3.2。免疫荧光分析γH2AX和RAD51患有乳腺癌和HPV-Negative细胞系

为了可视化和量化DNA链断裂和辐照后,抗体γH2AX和RAD51使用。的染色进行细胞未照射或辐照(30分钟和24小时postradiation)(图2(一个)补充图。S2A)。疫源地的平均数计算γH2AX(图2 (b))和RAD51(图2 (c))来确定的差异在HPV-negative和患有乳腺癌细胞株DNA损伤。异质性在HPV-negative和观察患有乳腺癌细胞系如鳞状细胞癌15表达更多的γH2AX疫源地和辐照后相比,所有其他细胞系。在HPV-negative细胞中,我们观察到的增加辐射后残余双链断裂。我们还观察到一个明显高于gH2AX疫源地的数量( )在30分钟辐照后的时间点。除此之外,RAD51专注数的平均数增加照射后,在24小时回到基线。在患有乳腺癌细胞中,gH2AX疫源地的平均数是接近基线,在30分钟和24小时辐照后,比HPV-negative细胞。除此之外,没有发现差异之前和30分钟之间的辐照后RAD51专注数字。24小时的时间点,而不是回到基线HPV-negative细胞一样,疫源地的平均数量继续增加。

3.3。辐照对患有乳腺癌和HPV-Negative细胞的生存

我们评估辐射的影响,对患有乳腺癌进行单独分析( )和HPV-negative ( )细胞系。确凿之前发表的文献[12,15),我们观察到,患有乳腺癌细胞比HPV-negative细胞对放射线敏感的数据3(一个)3 (b))。幸存的分数之间的显著差异在2、4 ( ),和6 Gy ( )辐射剂量在FaDu HPV-negative细胞系,154年鳞状细胞癌,患有乳腺癌细胞系。这种差异也很明显的菌落数的减少。幸存的分数仍然是显著的剂量之间HPV-negative和患有乳腺癌细胞系(数字3(一个)3 (b)补充图。开通)。

3.4。PARP1表达人类口咽HPV-Negative和患有乳腺癌Biospecimens

为了调查PARP1在口咽癌的表达,HPV-negative ( )和患有乳腺癌( )样本来自病人的口咽posttransoral切除肿瘤。没有那些将要动手术的病人接受辅助治疗。为了评估PARP1的表达,3 - 5个字段的视图三个组织网站是随机挑选的,深的保证金(黏膜下层,肌肉组织),上皮细胞,肿瘤,从整个组织的),包含IHC扫描量化(图4(一))。自动阈值进行,PARP1-positive面积计算(图4 (b))。我们观察到一个统计差异( )两国深保证金和上皮肿瘤相比,患有乳腺癌和HPV-negative样本。HPV-negative之间没有统计学意义被发现患有乳腺癌肿瘤领域( ,分别)。

3.5。在人类Biospecimens免疫荧光

探讨双边带的水平,γH2AX双链断裂标记,用于患有乳腺癌和HPV-negative口咽患者样本。使用圆)作为参考,随机肿瘤部分被选中,专注数(图执行5(一个))。图中的图像代表肿瘤领域之一。量化(意思是关注数),肿瘤领域都包括在内。量化并没有显示任何数量的统计差异γH2AX HPV-negative和患有乳腺癌病人样本(图之间的焦点5 (b))。

3.6。(18F] PARPi吸收试验

在体外内化的18执行F] PARPi使用三个HPV-negative和三个患有乳腺癌细胞系。为了分析特异性,多余100倍剂量的Olaparib被用来战胜示踪剂吸收。重大blockable信号中观察到所有的细胞系( )(图6(一))确认特异性的显像剂。平均每分钟计数计算HPV-negative与患有乳腺癌细胞系相比没有任何统计上的显著差异(图6 (b))。

4所示。讨论

高危HPV亚型HPV 16和HPV-18编码两个病毒癌基因蛋白,E6、E7,扮演一个角色在扰乱正常的宿主细胞除针对p53和视网膜母细胞瘤蛋白(复审委员会),分别为(17]。hpv 16 E7已被证明诱导DNA双链断裂的增加,因此,的表达γH2AX [18]。此外,它还与PARP1的过度17]和RAD51 [18),以应对辐射。由于这个原因,我们推测,人乳头状瘤病毒状态可能影响的吸收18F] PARPi,头部和颈部癌症的PET显像剂,结合具体PARP。为了确认相关人乳头状瘤病毒状态的细胞和分子机制良好的预后,我们调查γH2AX、RAD51 PARP1蛋白表达在患有乳腺癌和HPV-negative细胞系和口咽癌患者样本。

我们观察到更高的双线打破生物标记物表达水平在患有乳腺癌细胞株相比HPV-negative细胞系,证实了先前的研究[18]。为了应对辐射,表达水平下降γH2AX RAD51被检测到。这可以归因于患有乳腺癌细胞株的固有辐射敏感度是通过单独使用化验证实的。患有乳腺癌细胞系表现出显著的辐射敏感度在所有剂量水平表现出更高的细胞死亡和更高的概率冲走的清洗步骤中免疫荧光显微镜和免疫印迹。RAD51水平不一致的观察可以与RAD51的发散作用,一方面,E7癌蛋白增加RAD51蛋白质水平(18,34];另一方面,p16INK4A在RAD51减少招聘过程中发挥作用,从而抑制同源重组修复(15]。此外,最近的一项研究表明HPV16 E7肿瘤蛋白的作用在促进出错microhomology-mediated end-joining压制而规范化nonhomologous end-joining (NHEJ) [35]。因此,进一步深入研究需要了解RAD51表达人乳头状瘤病毒状态的影响,建立一个一致的模式和辐射敏感度的关系。

不同的研究表明,持久性的γH2AX焦点在患有乳腺癌细胞系HPV-associated有利预后的肿瘤及其辐射敏感度的增加(16,29日]。然而,在这项研究中没有观察到类似的结果。此外,病人样本大小是一个限制因素;因此,临床数据与一个更大的样本容量可以有助于理解差异出现在患有乳腺癌和HPV-negative病人对治疗的反应。

人乳头状瘤病毒相关性通过PARP打破了单链DNA的表达。在免疫印迹,HPV-negative和患有乳腺癌细胞系透露越来越趋势PARP1应对辐射的表达。这个观察与文学作为辐射增加DNA断裂的形成,和PARP1的表达,是一个DNA修复酶,增加(30.,36]。PARP1包含IHC还显示显著高表达在患有乳腺癌和HPV-negative口咽肿瘤区域样本。肿瘤区域显示明显高于PARP1表达而深刻的保证金和上皮。虽然没有意义之间观察到肿瘤区域的两个军团,这些结果允许我们探索潜在影响的使用(18F] PARPi成像在口咽癌。

我们实验室最近发表了一篇论文,证明(18F] PARPi成像作为一个潜在的临床工具(19]。有缺陷的(18F] FDG PET / CT成像由于其积累不仅在肿瘤领域,而且在正常细胞(37]。高生理吸收可以在头部和颈部地区问题,复杂的解剖结构和内在新陈代谢活跃(38,39]。考虑在头部和颈部癌症成像的重要性来设计治疗计划,我们这里显示的诊断性能18F] PARPi可能是独立于人乳头状瘤病毒状态。通过(18F] PARPi吸收化验,我们展示了类似的内化HPV-negative和患有乳腺癌细胞系。因为患有乳腺癌肿瘤有一个完全不同的预后资料HPV-negative肿瘤相比,确保(18F] PARPi吸收不会偏向队列是一个必要的因素探讨。这项研究表明[18F] PARPi是一个宝贵的成像工具在头部和颈部肿瘤可能不需要分层患者根据HPV状态。然而,新研究,包括更大的群体大小,更准确地访问所需示踪成像患有乳腺癌和HPV-negative病人的能力。从当前的研究是单独进行的在体外,进一步在活的有机体内和人类研究需要查询生物因素,可能会影响吸收模式和PARP表达式。

5。结论

我们已经证明的能力18F] PARPi形象口咽肿瘤无论HPV状态。人乳头状瘤病毒状态和PARP允许独立内化的示踪剂没有显著的变化。未来实验将重点评估(18F] PARPi成像在病人军团以确定其功效与更大的特异性成像口咽鳞状细胞癌。

数据可用性

上可用的数据请求。

信息披露

顶替……是峰会生物医学成像的股东,LLC,顶替……coinventors在申请美国专利(WO2016164771)覆盖PARPi-FL使用方法。西奥多coinventor在美国专利(WO2012074840)覆盖PARPi-FL物质的成分。顶替Theragnostics支付顾问,Inc .)这样的安排进行审核和批准了MSK的符合其利益冲突的政策。资金来源没有参与研究设计、数据收集和分析,提交报告的写作,或者决定发表了这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

净收益,P.D.S.F., G.P., and T.R. conceived of the study and designed the experiments. N.G. and G.P. carried out the experiments and collected the data. N.G., P.D.S.F., S.P., and C.H. collected and analyzed the patient data. N.G., P.D.S.F., G.P., and T.R analyzed the data and conducted statistical analysis of the data. N.G., P.D.S.F, G.P., and T.R. primarily wrote the manuscript. All authors carefully read and edited the manuscript.

确认

作者欣然承认放射化学和分子成像探针核心的支持,病理学核心,和分子细胞学在MSK的核心设备。我们也感谢外科学系,头部和颈部的团队对他们的帮助从数据库中提取患者数据。这项工作是由美国国立卫生研究院的资助P30 CA008748和R01 CA204441 (TR)和社会的纪念斯隆凯特林成像和放射科学项目。

补充材料

图S1:计划代表(18F] PARPi合成。图S2:外部射线照射对HPV-negative和患有乳腺癌细胞系。图S3:ɣH2AX免疫荧光染色免疫球蛋白的控制。(补充材料)