Prognostic significance of survivin expression and combined analysis with cancer stem cell and epithelial mesenchymal transition-related markers in rectal cancer patient undergoing preoperative chemoradiotherapy

Abstract

Purpose: Preoperative chemoradiotherapy (CRT) is widely used to reduce local recurrence, and improve quality of life in patients with locally advanced rectal cancer, and various molecular biomarkers have been proposed to fulfill the demand of more individualized therapy. Expression of survivin and cancer stem cell (CSC)/epithelial-mesenchymal transition (EMT) markers have been correlated with aggressive behavior of carcinoma. However, its prognostic value in rectal cancer still remains controversial. The aim of this study is to identify the candidate marker for the prediction of treatment response and survival outcome in rectal cancer patients who received preoperative CRT. Methods and Materials: Between 2000 and 2015, 171 patients with histologically confirmed rectal adenocarcinoma underwent preoperative CRT with 50.4 Gy of pelvic irradiation followed by operation. Among them, 70 patients were enrolled and the expression of survivin, CSC (CD44 and CD133) and EMT (E-cadherin and twist) markers in pretreatment biopsy specimens were evaluated by immunohistochemistry. Associations between the expression of markers and clinical outcomes were evaluated. Also, the relationship between expression of survivin and CSC/EMT markers, and association between their combined expression and patient outcomes were analyzed. Results: Pathologic complete remission was observed in 10 patients (14.3%), and T downstaging in 38 patients (54.3%). The median follow-up period of all patients was 71 months (range, 15 - 203). Five-year overall survival (OS), disease-free survival (DFS), loco-regional recurrence-free survival (LRRFS) and distant metastasis-free survival (DMFS) were 80.5%, 60.2% 90.1% and 76.5%, respectively. Only survivin expression was related with tumor regression grade (p=0.031). Survivin expression was significantly correlated with CD 133 expression (0.292, p=0.014) but not with CD44 expression (p=0.573). A significant association between survivin overexpression and worse treatment outcome was shown in univariate analyses for OS, DFS and DMFS (p=0.022, 0.002, and 0.005, respectively). In multivariate analysis, overexpression of survivin was an independent prognostic factor for DFS and DMFS (p=0.007 and p=0.015) and it was associated with a borderline significant trend towards a shorter OS (p=0.069). Four other single biomarkers were not associated with survival. However, expression of combined biomarkers (i.e. overexpression of both survivin and CD44), with high hazard ratios, showed significantly worse OS in multivariate analyses (HR, 6.45; 95% CI, 1.87 to 22.25). Conclusions: Survivin combined with CD44 might be a candidate biomarker for the prediction of recurrence and survival in rectal cancer patients who receive preoperative CRT. Further research with large population are needed to validate this results.;배경: 수술 전 동시항암화학방사선 치료는 국소진행성 직장암 환자에서 국소재발율을 낮추고, 환자의 삶의 질을 향상시키기 위한 표준치료로 시행되고 있으며, 생물학적 표지자를 통한 환자 개개인의 치료에 대한 반응 및 예후 예측을 통하여 맞춤 치료를 시행하고자 많은 노력이 이루어지고 있다. 암에서 survivin과 암 줄기 세포 및 상피-간엽 전환 표지자의 발현은 공격적인 생물학적 특성과 관련이 있다고 알려져 있지만, 직장암에서 이 표지자의 발현이 예후적 가치를 갖는지는 아직 논란이 있다. 본 연구의 목적은 수술 전 동시항암화학방사선 치료를 시행 받은 직장암 환자에서 치료 반응을 예측하고 생존 결과를 예측할 수 있는 잠재적인 표지자를 알아보는데 있다. 방법: 2000년부터 2015년까지 본원에서 171명의 환자가 조직학적으로 직장 선암을 진단받고 선행항암화학요법과 동시에 골반강에 50.4 Gy의 방사선 치료를 시행 받았다. 이 중 70명의 환자가 본 연구에 포함되었고, 치료 전 조직검사 검체를 이용하여 survivin, 암 줄기 세포 표지자 (CD44 와 CD133), 상피-간엽 전환 표지자 (E-cadherin 과 Twist)에 대한 면역화학염색을 시행하였다. 이들 결과와 임상병리학적 예후인자, 종양 반응도 및 전체생존율, 무병생존율, 무국소영역재발생존율, 무원격전이생존율과의 연관성을 비교 분석하였으며, 표지자 발현간의 상관 관계를 분석하였다. 또한 survivin과 암 줄기 세포 및 상피-간엽 전환 표지자의 동시 발현과 환자의 예후와의 상관 관계를 분석하였다. 결과: 총 70명의 환자 중 병리학적 완전 관해는 10명 (14.3%), T 병기 하향은 38명 (54.3%)에서 관찰되었다. 추적관찰의 중앙값은 71개월 (15개월-203개월) 이었다. 5년 전체생존율, 무병생존율, 무국소영역재발생존율, 무원격전이생존율은 각각 80.5%, 60.2%, 90.1%, 그리고 76.5% 였다. 5개의 표지자 중 Survivin의 발현만 방사선치료 후의 종양반응도와 상관 관계가 있는 것으로 나타났다 (p=0.031). Survivin 발현은 CD133의 발현과 통계학적으로 유의한 상관관계가 있었지만 (0.292, p=0.014), CD44의 발현과는 의미 있는 상관관계를 보이지 않았다 (p=0.573). 단변량 분석 결과 survivin의 과발현은 짧은 전체생존율 (p=0.022), 무병생존율 (p=0.002), 무원격전이생존율 (p=0.015) 과 관계가 있는 것으로 나타났다. 다변량 분석에서 survivin의 과발현은 무병생존율 (p=0.07), 무원격전이생존율 (p=0.015)의 독립적인 예후인자로 관찰되었으며, 전체 생존율과는 연관성의 경향을 보였다 (p=0.069). 나머지 4개의 표지자는 생존율과 연관 관계가 없었다. 하지만 표지자 발현의 결합 분석 결과 survivin과 CD44의 동시 과발현은 다변량 분석에서 전체생존율의 독립적인 예후인자로 관찰되었다 (HR 6.451; 95% CI 1.87-22.246). 결론: 국소진행성 직장암환자의 치료 전 조직검사 검체에서 survivin과 CD44의 동시 검사는 재발 및 생존을 예측하는 유용한 생물학적 표지자로 이용할 수 있을 것으로 기대한다. 이를 입증하기 위하여 앞으로 보다 많은 환자들을 대상으로 한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.