Expression von Cytokeratin 18 in menschlichen Tumoren und Normalgeweben: Eine Tissue-Microarray-Studie an 11.952 Tumoren

Abstract

CK18 ist ein Intermediärfilamentprotein aus der Gruppe der sauren (Typ I) Cytokeratine, welches typischerweise in einschichtigen Epithelien und davon abgeleiteten Karzinomen exprimiert wird. Die CK18-Expression kann diagnostisch für die Zuordnung einer Neoplasie zu einem möglichen Primärtumor genutzt werden. Darüber hinaus kommt der CK18-Expression bei verschiedenen Tumoren möglicherweise prognostische Bedeutung zu. Um die diagnostische und prognostische Relevanz der CK18-Expression in normalen und neoplastischen Geweben systematisch zu analysieren, wurde ein TMA bestehend aus 14.579 Tumorgewebeproben von 115 verschiedenen Tumortypen und Subtypen untersucht. Simultan wurden 608 Normalgewebeproben von 76 verschiedenen Normalgewebstypen immunhistochemisch untersucht. CK18 war in Epithelzellen zahlreicher Organe exprimiert, einschließlich beispielsweise Magen, Kolon, Mamma und Prostata. Von 115 untersuchten Tumorentitäten war bei 90 (76,1%) zumindest in einem Fall eine schwache CK18-Positivität nachweisbar, in 78 (67,8%) der Neoplasie-Typen war mindestens ein Tumor stark positiv. Die Sortierung der Tumortypen nach der Häufigkeit einer nachweisbaren CK18-Expression ergab einen S-förmigen Kurvenverlauf. 37 (32,2%) der untersuchten Tumortypen waren in ≥97% der Fälle CK18-positiv. Weitere 11 (9,6%) der Tumorentitäten waren in 90-97% der Fälle positiv und 37 (32,2%) der Tumorentitäten waren in <20% der Fälle CK18- positiv. Lediglich 30 Tumorentitäten (26,1%) zeigten eine Positivität zwischen 21% und 90% der Fälle. Der Vergleich von Befunden in Tumorzellen mit dem Expressionsmuster von CK18 in entsprechenden Normalgeweben ergab bei Tumortypen mit gemischten Befunden vier verschiedene Konstellationen mit unterschiedlicher klinisch-biologischer Relevanz. Gruppe 1) beinhaltet Tumoren, bei denen in einem T eil der Fälle die CK18-Expression des Ausgangsgewebes verloren gegangen ist. Hierzu gehören beispielsweise Mammakarzinome (CK18-negativ in 3,7% der Fälle) und klarzellige Nierenzellkarzinome (CK18-negativ in 47,5% der Fälle). Gruppe 2) beinhaltet Tumoren, welche von CK18 negativen Normalgeweben ausgehen und in einem Teil der Fälle eine Neoexpression von CK18 ausbilden. Hierzu gehören verschiedene Plattenepithelkarzinome. Gruppe 3) beinhaltet Tumoren, welche von Zelltypen ausgehen, die physiologischerweise eine variable CK18-Expression aufweisen, wie beispielsweise Leberzellen oder Urothelien. In hepatozellulären Karzinomen und Urothelkarzinomen fanden sich entsprechend zahlreiche eindeutig negative und auch stark CK18-positive Tumoren. Die biologische Bedeutung dieser Untergruppen ist unklar. Gruppe 4) beinhaltet mischdifferenzierte Tumoren wie endometrioide Karzinome mit plattenepithelial und endometrioid differenzierten Anteilen oder epithelial-mesenchymale Tumoren wie beispielsweise Maligne Müller'sche Mischtumoren. In diesen Tumoren kam es, je nachdem ob im 0,6 mm messenden Gewebeabschnitt endometrioide oder epitheliale Strukturen vorhanden waren, zu Fällen mit und ohne CK18-Positivität. Der Vergleich mit klinischen Daten und histopathologischen Malignitätskriterien zeigte, dass sowohl der Expressionsverlust von CK18, wie auch die Neoexpression von CK18 mit ungünstigem Tumorphänotyp und ungünstiger Patientenprognose assoziiert waren. Aus den Daten wird geschlossen, dass CK18 bei vielen Tumorarten, insbesondere Adenokarzinomen des Gastrointestinaltrakts und Prostatakarzinomen ein stabil exprimiertes Protein ist, welches für den immunhistochemischen Nachweis von Metastasen geeignet ist. Bei denjenigen Tumoren, die eine aberrante Expression von CK18 (Neoexpression oder Expressionsverlust) zeigen, ist dies ein prognostisch ungünstiges Phänomen. Die Verwendung großer TMA-Kohorten ist ein einzigartiges Instrument zur Klärung der diagnostischen und prognostischen Relevanz immunhistochemischer Untersuchungen unter hochstandardisierten Bedingungen.

CK18 is a Type I (acidic) intermediate filament and is primarily expressed in single-layered epithelial tissues and cancers arising from these tissues. Assessment of CK18-expression can be used diagnostically for allocating a neoplasia to a potential primary tumor. Furthermore expression of CK18 may be of prognostic relevance for several tumor entities. A TMA consisting of 14,579 tumor specimens of 115 different tumor types and subtypes has been analysed, in order to systematically investigate the diagnostic and prognostic relevance of CK18-expression. Simultaneously 608 tissue specimens of 76 different normal tissue types have been examined immunohistochemically. CK18 was expressed in epithelial cells of various organs, including for instance stomach, colon, breast and prostate. At least occasional weak CK18-positivity was observed in 90 of 115 (76.1%) analysed tumor entities, in 78 of 115 (67.8%) at least one tumor showed strong positivity. Ranking the tumor entities by prevalence of CK18-expression yielded an s-shaped curve. 37 (32.2%) of the investigated tumor entities displayed CK18-positivity in ≥97% of all analysable cases. Additionally 11 (9.6%) of tumor entities were positive in 90-97% of all cases. On the other hand 37 (32.2%) tumor entities showed CK18-positivity in less than 20% of all cases. Merely 30 (26.1%) of all tumor types stained positively between 21 and 90%. Comparing the findings of CK18-expressionpatterns in tumor cells vs. normal tissue revealed four distinct groups for tumor types with mixed results. These groups are of divergent clinical and biological relevance. Group 1) comprises of tumors that arise from CK18-positive precursor tissue, but downregulate CK18 in a relevant fraction of cases. This group includes breast cancer (CK18-negative in 3.7% of cases) and clear cell renal cell carcinoma (CK18-negative in 47.5% of cases). Group 2) is composed of tumors that derive from CK18-negative normal tissues and neoexpress CK18 in a part of the cases. This group includes various squamous cell carcinomas. Group 3) comprises tumors, which arise from celltypes, that variably express CK18 physiologically, for instance hepatocytes or urothelia. In examined cases of hepatocellular carcinoma and urothelial carcinoma there were consequently several tumors which were unambiguously negative and others which stained strongly for CK18. Group 4) contains mixed differentiated tumors such as endometrioid carcinoma (fractions of glandular and squamous differentiation) as well as epithelial-mesenchymal tumors such as Malignant Muller Tumors. In the latter there were CK18-positive and -negative cases, depending on whether there were epithelial or mesenchymal fractions present in the 0.6 mm spot. Comparing results of immunohistochemistry to clinical data suggests, that downregulation or loss of CK18-expression as well as CK18-neoexpression are linked to unfavourable tumor phenotype and unfavourable prognosis. The data shows that CK18 is a protein which is steadily expressed in many tumor types, especially in adenocarcinomas of the gastrointestinal tract carcinomas of the prostate. Thus CK18 can be used as a biomarker for immunohistochemical detection of metastases in these two entities. The lack of CK18-expression in seminomas can be helpful in the sometimes challenging distinction from testicular non-seminomatous germ cell tumors. Aberrant CK18-expression (i.e. neoexpression, loss of expression) is associated with unfavourable prognosis in several tumor types. Using large TMA-cohorts is a unique tool for identifying diagnostic and prognostic relevance of immunohistochemical surveys under highly standardised conditions.