MARQUEURS BIOLOGIQUES DES CANCERS Dépistage? Suivi?

MARQUEURS BIOLOGIQUES DES CANCERS Dépistage? Suivi? A. Georges Lab. Hormonologie et Marqueurs Tumoraux Médecine Nucléaire-Groupe Hospitalier Sud DFGSM2 UE Biopathologie Année 2015-2016

De quels Marqueurs dispose t-on pour la maladie cancer? [Tissulaires exprimés directement sur la tumeur - génomiques (ADN tumoral) - immunohistochimiques - cytosoliques : récepteurs hormonaux ] [Marqueurs génomiques de l individu] ce sont des gènes de prédisposition éventuelle à la maladie Exprimés par la tumeur et sécrétés ils deviennent des Marqueurs circulants (Sériques) que l on peut doser 04/04/2016 2

Les marqueurs tumoraux circulants M.T. : molécule qui apparaît (ou réapparaît) à des concentrations élevées dans le sérum (ou autre liquide) d un individu porteur d un cancer Idéalement : qualités théoriques Devraient être présents et exprimés uniquement lors d une transformation maligne de la cellule et absents de la cellule normale Devraient détecter un Ag spécifique de la tumeur En réalité Ce sont des Ag associés aux tumeurs Et qui sont exprimés en quantité plus importante que dans la cellule normale Témoins de la maladie cancéreuse «Biomarqueurs»

Les stades de la maladie 10 12 10 3 4. Traitement- Evaluation ttt 5. Surveillance 1. Stade infra clinique 2. Dépistage 3. Diagnostic

Intérets théoriques des marqueurs circulants Dépistage : recherche de la maladie dans une population asymptomatique Diagnostic : peut apporter la preuve de la nature de la tumeur Pronostic : peut préciser l évolution de la maladie traitée ou non Thérapeutique : les variations du marqueur reflètent l efficacité du traitement Surveillance : permet de dépister les rechutes

Critère OMS du dépistage Maladie fréquente et grave posant un problème de santé publique Test simple, rapide, fiable, bon marché Traitement efficace en phase précoce, inactif plus tard Efficacité démontrée dans des essais à haut niveau de preuve peu de K bénéficient d un dépistage avec les MT

Intérets théoriques des marqueurs circulants Dépistage : rare Diagnostic : rare. Ne remplacent pas le diagnostic de l anatomopathologiste Pronostic : fréquent. Valeur indépendante en analyse multivariée (?) Thérapeutique : très fréquent Surveillance : dans certains cas

Pourquoi utiliser des marqueurs circulants? Ce sont des Témoins précoces de la maladie Élévation marqueurs tumoraux pour 10 6 cellules cancéreuses Imagerie conventionnelle pour 10 9 cellules cancéreuses Signes cliniques pour 10 12 cellules Les dosages biologiques sont des examens non invasifs et les paramètres sont facilement accessibles dans les liquides biologiques Sang LCR liquide de ponction d ascite, pleural, etc Liquide de kyste

II II.1 II.2 II.3 MT circulants Origine Les principaux MT utilisés Les méthodes de dosage III Interprétation d un résultat d un dosage IV Utilisations en pratique clinique Dépistage Diagnostic Evaluation du ttt Cinétique V Plan Quelques exemples PSA et prostate CA15.3 et sein Tg et CDT

II-1 Origine des MT Synthèse d'une protéine normalement réprimée après la naissance : Ag oncofœtaux Nécrose cellulaire libérant dans la circulation des déterminants antigéniques Sécrétion inappropriée d'une hormone ou d'une immunoglobuline Production de protéines oncoinduites Passage d'enzymes dans la circulation

II-2 Principaux MT utilisés

Antigène carcino-embryonnaire (ACE) GP onconfoetale, plusieurs sites antigéniques Arrêt de la synthèse après la naissance Marqueur des Cancer sein Cancer digestifs Cancers ovariens et utérins CMT Autres : bronche, vessie Pas de valeur diagnostique : nombreux FP Tabagisme Alcoolisme Pathol. Infl. Dig. : RCH, pancréatite, hépatite Valeur pronostique ++ : sein, colon

Alphafoetoprotéine (AFP) GP produite par fœtus (foie, sac vitellin, tractus digestif) à un an valeur adulte Valeur normale < 10 ng/ml Intérêts Hépatocarcinome Tumeurs germinales Autres T : pancréas, estomac Pathol. Bénigne : hépatite virale, cirrhose, spina bifida,

CA 15.3 Ag circulant associé aux cancers du sein 2 Ac mc 115D8 lait DF3 cell. tum. Mammaires Seuil <30 U/mL Spécificité FP bénins <50 U/mL FP malins ovaire, digestifs, utérus, prostate

CA 19.9 Ag circulant associé aux tumeurs gastro-intestinales Déterminant Agénique sur Un ganglioside des membranes cellulaires Une protéine sérique Spécificité Adénocarcinome pancréatique 85% FP bénins Maladies inflammatoires Hépatite chronique Cirrhose Pancréatite chroniques FP malins : estomac, colon, endomètre

GP de surface Retrouvé dans CA 125 Epithelium coelomique (vie embryonnaire) Le péritoine, la plèvre, le péricarde Absent du tissu ovarien adulte Spécificité FP Physiologiques grossesse FP Pathol. Bénignes tumeurs ov. bénignes, endométriose, inflammation des séreuses, cirrhose, hépatite FP Tumeurs malignes ovariennes, endocol, endomètre, trompe, digestives (pancréas, colon, VB), métastases péritonéales

PSA GP spécifique des cellules épithéliales prostatiques sérine protéase de la famille des Kallicréines Spécificité : marqueur du tissu prostatique Taux bas chez l adulte sain Taux élevé dans adénome prostate, KP Sensibilité +++ : indétectable après prostatectomie

hcg GP composée de 2 ss unités, ½ vie 12h α commune FSH, LH, TSH β spécifique Synthétisée par le tissu trophoblastique Elévation du taux Grossesse Pathologies Bénignes : cirrhose, ulcère GD Pathologies Malignes : Tumeurs trophoblastiques : mole, choriocarcinome Tumeurs germinales : testicule, ovaire Cancers digestifs, mammaires

Thyroglobuline GP sécrétée par la thyroïde Concentration augmentée par la TSH Aucune valeur diagnostique Surveillance ++ Tg nulle après thyroïdectomie totale Augmentation si récidive Dosage sous substitution Levothyrox

CA 15-3 Cancer du sein Pronostic Suivi Oui Oui CA 19-9 Cancer colorectal Cancer du pancrèas Suivi Suivi Oui si pas ACE CA 125 AdénoK de l ovaire Pronostic Suivi Antigènes tumoraux ACE Cancer colorectal Cancer du sein Pronostic Suivi Suivi Discuté AFP CHC TGNS Dépistage/Diagnostic Pronostic Suivi Oui (pop risque)

HCG Tumeurs germinales Dépistage/Diagnostic Pronostic Suivi Hormones Thyroglobuline CDT Pronostic Suivi Chromogr A Tumeurs NE Dépistage/Diagnostic Pronostic Suivi PSA AdénoK de prostate Dépistage/Diagnostic Pronostic Suivi Dépistage individuel Enzymes NSE CBNPC Tumeur NE Dépistage/Diagnostic Pronostic Monitoring

Origine ubiquitaire le marqueur idéal n existe pas

II-3 Les méthodes de dosage au laboratoire = Immunodosages Immunodosage : utilise le principe immunologique de la réaction antigène-anticorps Antigène : substance douée de la propriété de provoquer dans un organisme une réponse immunitaire. correspondent aux molécules à doser (= les MT) à condition que l on sache fabriquer les Ac contre ces Ag Anticorps : après injection à un animal d un agent immunogène, la réponse se traduit par la production d Ac

Antigène: Spontanément immunogène ou non (haptène) substance capable de se lier à un Ac au niveau d une partie structuralement complémentaire nommée EPITOPE Anticorps (PARATOPE): Ac polyclonaux reconnaissent plusieurs épitopes sur un Ag Ac monoclonaux: spécifique d un épitope donné (meilleure spécificité)

Principe général de la réaction Réaction Ag-Ac Ag + Ac Ag-Ac réaction réversible constante d équilibre (affinité) équilibre dépend de : ph force ionique (milieu tamponné) température

2 principes d immunodosages Dosage par compétition Dosage immunométrique à 2 sites Mesure d un signal de la réaction

Dosage par compétition Dosage par compétition Ag + Ac + Ag* fixes AgAc + Ag*Ac mesuré compétition entre Ag et Ag* en quantité fixée Ac en défaut par rapport à qté d Ag total séparation cplexe Ag-Ac des Ag libres par lavage si Ac fixé sur phase solide ou immunoprécipitation par 2eme Ac se fixant sur le 1er (+PEG)

Dosage par compétition Défaut d Ac, Ag marqué Dosage «historique» utilisé maintenant surtout pour les petits antigènes Quantification historiquement isotopique Courbe d étalonnage Liaison [Ag]* [Ag]

Dosage immunométrique Dosage par méthode «sandwich» Ag + Ac 1 + Ac 2 * Ac 1 AgAc 2 * fixes mesuré Ac 1 sur phase solide (tube, ailettes, billes ) AC 2 marqué élimination de l Ac* par lavage

Dosage immunométrique Excès d Ac, Ac marqué : principe applicable à tous les MT Courbe d étalonnage Liaison [Ag]* [Ag]

Marqueur ou «traceur» Radioactif ou isotopique 1959 (RadioImmunoAnalyse) Historiquement, le premier (<1980) méthodes de références et R&D Contraintes réglementaires : iode 125 (gamma & X) Radioactivité (cpm) Enzymatique 1970 (ELISA) Réaction enzymatique post-réaction immunologique, grande amplification potentielle du signal En fonction du dosage, enzyme porté par Ag ou Ac Absorbance (chromogène), Luminescence 1980 (chimiluminescence) Emission de lumière après apport énergie extérieure Chimiluminescence (luminogène)

Quels marqueurs Marqueur Signal Seuil de détection Isotope radioactif 10-17 mol Enzyme Photonique, fluorescent, chimiluminescent 10-16 à 10-19 mol Fluorophore fluorescent 10-14 à 10-17 mol Chimiluminescence chimiluminescent 10-18 à 10-19 mol

Les conditions du dosage : Standardisation & calibration - Standardisation d'un immunodosage : processus par lequel tous les dosages, de toutes les techniques, vont donner le même résultat - Pas de méthode de référence pour la plupart des dosages - Disparités entre méthodes défaut de reproductibilité et pas de possibilité de comparer des résultats entre des trousses différentes

III Interprétation d un résultat du dosage d un MT

Qualités théoriques d un MT Spécificité synthèse seulement par les cellules cancéreuses spécificité - de la maladie cancéreuse (diagnostic bénin/malin) - d un organe (localisation de la tumeur primitive) - d une localisation métastatique absence de faux positifs

Qualités théoriques d un MT Sensibilité nécessite - un dosage très fin - une sécrétion détectable pour une tumeur absence de faux négatifs

Qualités théoriques d un MT Sensibilité probabilité de test + si le sujet est malade Spécificité probabilité de test - si le sujet est sain Valeur Prédictive + probabilité de maladie si le test est positif Valeur Prédictive probabilité de ne pas être malade si le test est négatif

Pour toute méthode diagnostique Parfaite et idéale : comprendrait 2 modes de réponse distincts: Sains Malades + chez malades et uniquement - chez sains et uniquement Test - Test +

Mais chevauchement nécessité d un seuil de décision = limite arbitraire Sains SEUIL faux Nég ou faux pos.??? Malades Valeur seuil (cut-off) seuil de discrimination VN VP Sépare les épreuves + et -, mais non les sains des malades 3 zones et 4 modes de réponses possibles Test - FN FP Test +

Valeur seuil ou seuil de discrimination Compromis sensibilité/spécificité dans la localisation étudiée Choisie sur courbe R(eceiver) O(perating) C(harasteristic curve) : définit les performances d un test selon seuil choisi

Courbe ROC VP en fonction de FP Aire sous courbe Bissectrice Intérêts : adapter le seuil de décision au cas clinique particulier comparer 2 méthodes diagnostiques entre elles

Influence du seuil sur la Se et la Spé En augmentant le seuil: (S1 S2), on diminue le nombre de faux positifs (pointillé) : on augmente la spécificité on augmente les faux négatifs (grisé) : on diminue la sensibilité

Comment choisit on le seuil? Si bénéfice du TTT pour le malade est important, alors que le préjudice faible pour un non malade qui serait traité par erreur (FP) : choix d un seuil bas (sensibilité forte) Si les résultats thérapeutiques sont modérés et/ou TTT agressif : choix de seuil haut (spécificité forte)

Les M.T. : l idéal et la réalité En majorité : bonne sensibilité Mais spécificité médiocre : Retrouvés chez sujets sains Retrouvés lors de pathologies bénignes

IV Applications à l utilisation en clinique

Intérêt clinique des MT Très variable selon - le marqueur - la localisation, le type histologique - le stade la maladie : dépistage diagnosticbilan- évaluation du traitement- surveillance Les SOR, 2 points «remarquables» - un seul laboratoire, une seule technique - pas d association de marqueurs

IV -1 MT et Dépistage Dépistage de masse : aucun Dépistage sur population à risque : - Calcitonine : enquête familiale CMT - AFP : cancer du foie chez sujets cirrhotiques - HCG totale et libre : surveillance maladie trophoblastique Dépistage individuel : PSA

IV-2 MT et Diagnostic positif Utilité si Se et Spé suffisantes Calcitonine : Cancer médullaire thyroïde HCG totale et libre : Cancer du testicule AFP : Hépatocarcinome Cancer du testicule PSA : Cancer prostate

Aide au diagnostic En présence de certains symptômes indications de dosages ACE et CA 19-9 si amaigrissement, anorexie CA 15-3 ou PSA si suspicion de métastases osseuse du K sein ou prostate ACE, CA 125, CA 19-9, AFP si masses abdominopelviennes AFP, ACE si gynécomastie chez l homme +/- masses médiastinales INUTILE : batterie de tests si métastase d un primitif inconnu!

IV-3 MT et Evaluation du traitement Règles : taux sous traitement - Augmentation 25 % : inefficacité thérapeutique - Diminution 50 % : rémission partielle objectif de «normalisation» du Nadir = concentration minimale post-thérapeutique - Indicateur de maladie résiduelle et taux de référence pour la surveillance - Nadir indétectable après chirurgie : PSA, TG - Marqueurs ubiquitaires : valeurs usuelles (seuil de discrimination)

IV-4 MT et surveillance Récidive biologique : Augmentation régulière sur 3 dosages successifs Evaluation de la valeur du MT par rapport à une valeur seuil - Seuil de détectabilité (PSA, TG) - ou Nadir - ou Seuil de discrimination (ou multiple) Evaluation par étude cinétique

Courbe d évolution d un biomarqueur sous traitement Bioforma. Les marqueurs tumoraux. Riedinger et al.

Cinétique des MT Surveillance Diagnostic de la récidive Calcul du temps de doublement (délai nécessaire au doublement de la concentration du MT) Définition et respect d un calendrier de surveillance Possibilité de modifier le traitement sur la valeur d un MT

V Quelques exemples

V-1 PSA et cancer de prostate Un cancer dont l incidence augmente (INSEE Janvier 2010) Nb cas incidents Nb cas incidents Nb cas incidents Nb cas incidents Décès 1980 1990 2000 2008 2008 10756 18979 39636 65863 9931 Premier cancer de l homme après 50 ans Découverte à un stade localisé ou localement avancé dans 70 à 80 % des cas Détection précoce à titre individuel surtout pour cancer «agressif»

2 signes pour Diagnostic KP Anomalie TR Et/ou Elévation du PSA Biopsie de prostate Évaluation pronostique et décision thérapeutique

Prostate Specific Antigen (PSA) PSA produit par les cellules de la prostate : pas de distinction entre cellules bénignes et cellules malignes Spécificité du tissu mais pas du cancer de la prostate PSA augmente avec le volume prostatique PSA augmente dans les pathologies bénignes de la prostate (HBP et prostatite) Valeur seuil du PSA 4.0 ng/ml, Se93%, Sp24% Lorsque 4< PSA < 10 : 70% des K sont diagnostiqués

PSA PSA : (VPP) = 30 %, ce qui signifie que parmi les personnes qui ont un PSA total > 4 ng/ml, 3 sur 10 ont un cancer de la prostate et 7 sur 10 n ont pas de cancer de la prostate A réaliser tous les ans (PSA entre 2 et 4) ou tous les 2 ans (PSA <2) Confirmation par biopsie : faux négatifs <20% -co-morbidités importantes

Dosages du PSA Dosages immunométriques Variabilité individuelle des valeurs de PSA à deux dosages successifs pouvant atteindre 30% La demi-vie (T 1/2 ) du PSA est d environ 3 jours Modifications transitoires du PSA 2 jours après éjaculation ou cyclisme, 3 jours (T 1/2 ) après un toucher rectal, un massage prostatique ou une cystoscopie, 7 jours (2 T 1/2 ) après une rétention urinaire, un mois (10 T 1/2 ) après infection urinaire six semaines (15 T 1/2 ) après un antécédent de prostatite ou de biopsie.

20 trousses de dosage disponibles sur le marché français, enquête AFSSAPS en 2006. Problème de standardisation car deux types de calibration: Yang et Hybritech, dont les résultats allaient du simple au double. Adoption généralisée en 1999 du standard de «Standford 90/10» ou «OMS NIBSC 1st IS 96/670» composé de 90% de formes liées et 10% de forme libre. Objectif: minimiser l hétérogénéité des résultats tout en respectant plus fidèlement la proportion des formes moléculaires à doser. Il est capital de suivre les patients par la même trousse dans le même laboratoire si possible

Comment se sert-on du dosage du PSA dans le dépistage du KP? Age (ans) PSA (ng/ml) Risque de Cancer de la prostate < 50 ans PSA <0,5 < 7,5% 0,5 < PSA < 1 X 2,5 2 < PSA < 3 X 19 50 ans PSA < 1,5 Pas d augmentation PSA > 1,5 X 5 60 ans PSA < 1 > 2% (risque de décès)

PSA libre

PSA libre Fraction libre du PSA moins élevée en cas de K qu en cas d HBP Rapport PSAl/t bas (<15%) corrélé à la présence d un K Dosage recommandé en deuxième intention après série de biopsie négative

Autres marqueurs Pro-PSA : isoforme moléculaire du PSAl, intérêt dans les K de mauvais pronostic Densité du PSA : PSAt/volume prostatique Vélocité du PSA : augmentation linéaire du PSA dans le temps (ng/ml/an) Temps de doublement : augmentation exponentielle du PSA (inverse de la ½ vie) PCA3 : gène non codant exprimé par le K de la Prostate exclusivement. ARNm du PCA3 dosé dans les urines après massage prostatique mais pas recommandé en pratique clinique

Mais aussi... PSA dans la surveillance : réponse au traitement (prostatectomie, irradiation) suivi de la maladie : reprise évolutive?

V-2 CA15-3 et Cancer du sein Maladie plurifactorielle très hétérogène dans son évolution, survie et traitement CA 15.3 marqueur de choix Peut être associé au dosage de l ACE

Dosages du CA15-3 : Limites Reproductibilité : Une vingtaine de trousses (la ½ utilise le même anticorps) Faire les dosages dans le même laboratoire Spécificité : Variations physiologiques : grossesse, 5-7% des sujets sains Pathologies non tumorales : infections MAI, cirrhose Tumeurs non mammaires : benignes ou malignes (ovaire, pancréas, ) Sensibilité : 20% de patientes métastatiques ont un taux normal!

Les dosages doivent être réalisés dans le même laboratoire ou avec la même technique

Intérêt du CA 15-3 pour dépistage et diagnostic précoce?

Intérêt du CA 15-3 comme facteur pronostique? OUI, une valeur d emblée élevée permet de corriger une classification

CA 15-3 et efficacité thérapeutique Une valeur initiale normale rend le MT inutilisable Une augmentation initiale transitoire est observée souvent en début de chimiothérapie Une augmentation sous ttt correspond tjrs à une évolution Normalisation d une valeur élevée = facteur de bon pronostic

Recommandations pour la pratique clinique en cancérologie (SOR des CLCC) Applications aux MT dans le cancer du sein 1) ACE et CA 15.3 = marqueurs tumoraux sériques les plus usités dans les cancers du sein 2) si CA 15.3 est initialement élevé ne pas doser d autres marqueurs en routine 3) tous les dosages effectués pour un patient dans le même laboratoire, avec la même technique 4) le CA 15.3 ne doit pas être utilisé comme test de dépistage ou de diagnostic initial 5) le taux de CA 15.3 avant tout traitement est un facteur pronostique reconnu, mais dont l indépendance n est pas prouvée 6) Si valeur initiale supérieure à 50 ku/l : rechercher une éventuelle dissémination 7) Si CA 15.3 est initialement élevé, sa non-normalisation = facteur puissant de mauvais pronostic 8) l efficacité du CA 15.3, dans le diagnostic précoce de métastases de cancer du sein est reconnue mais le bénéfice clinique n est pas prouvé

V-3 Thyroglobuline et Cancer Différencié de la Thyroide

Prise en Charge des Cancers Thyroïdiens Différenciés 1- Chirurgie Thyroïdectomie Totale (2- I 131 Totalisation Isotopique 3.7 Gbq) 5 semaines après 3- TRT Freinateur par Thyroxine TSH freinée, basse 4- Surveillance

Les outils de la surveillance Echographie cervicale Thyroglobuline (Tg) : sous freinage et sous stimulation par rhtsh Scintigraphie I131/ 18FDG

Thyroglobuline = «MT» Spécifique de la thyroide mais pas du CDT! Pas de Standard International Forte variabilité intertechniques Confirmation par résultats des CQ interlabo. Nécessité de doser avec la même trousse pour un même patient Sensibilité actuelle de 0,2 à 1 ng/ml Forte VPN

Anticorps antitg Problème le +sérieux affectant le dosage de Tg aucune méthode ne peut prétendre être indifférente à la présence d AC et même des taux très faibles peuvent interférer Rôle des anticorps? leur persistance ou leur réapparition lors du suivi doit être considéré comme suspect de maladie résiduelle ou de récidive à l inverse, leur disparition est plutôt de bon pronostic Si présence d AC : Risque de sous-estimation de la Tg avec les méthodes immunométriques («sandwich») la Tg «piégée» par les autoanticorps présents dans le serum ne se lie plus aux AC de la trousse Conséquence fournir un dosage d Anti Tg pour interpréter un dosage de Tg..

Conclusion Pour utiliser un MT à bon escient, il faut: en connaître les meilleures indications savoir en interpréter les résultats connaître les augmentations non significatives intégrer les résultats dans un faisceau d arguments cliniques et paracliniques