- Abstrakt
- 1. Úvod
- 2. Exprese cytokeratinu v urothelu během Embryologického vývoje
- 3. Exprese cytokeratinu v normálním urothelu
- 4. Exprese cytokeratinu v papilární Uroteliální neoplazii
- 5. Embryologická Uroteliální diferenciace versus Dediferenciace u urotheliální neoplazie
- dostupnost dat
- střety zájmů
- poděkování
Abstrakt
Cytokeratiny patří do rodiny mezilehlých vláken. Jsou exprimovány velmi specifickým způsobem v epiteliálních buňkách, kde hrají klíčovou roli v integritě a mechanické stabilitě buněk. Několik typů cytokeratinů bylo popsáno v normálním i neoplastickém urothelu. V případě uroteliálních novotvarů bylo v několika studiích prokázáno, že exprese CK20 a CK5/6 má diagnostické a prognostické důsledky. Uroteliální karcinom nízkého stupně tedy projevuje expresi CK omezenou na deštníkové buňky, zatímco nádory vysokého stupně mají obvykle expresi v celé tloušťce urothelu s výjimkou bazální vrstvy. Exprese CK5/6 na druhé straně je exprimována v bazálních buňkách ve všech uroteliálních karcinomech nízkého stupně a některých uroteliálních karcinomech vysokého stupně. Difúzní barvení CK20 doprovázené ztrátou CK5 / 6-pozitivní bazální vrstvy je obvykle spojeno s agresivním klinickým chováním. Dvojité barvení diapozitivů pro tyto cytokeratiny může usnadnit správnou interpretaci a korelaci.
1. Úvod
Cytokeratiny patří do rodiny 10 nm intermediárního vláknitého cytoskeletu přítomného ve všech buňkách. Mezilehlé vláknité proteiny jsou exprimovány vysoce buněčným typově specifickým způsobem a zde keratiny představují typickou kategorii mezilehlých vláken přítomnou v epiteliálních buňkách. Tato vlákna jsou komplexní skupinou ve vodě nerozpustných polypeptidů o velikosti od 40 000 do 68 000 Mr. V epitelu, keratinová vlákna mohou být svázána jako tonofilamenty, splétat jádro, rozpětí cytoplazmou, a připojit se k cytoplazmatickým plakům typických spojů epiteliálních buněk-buněk, desmosomy. Keratiny tedy hrají hlavní funkční roli v integritě a mechanické stabilitě jak jednotlivých epiteliálních buněk, tak epiteliálních tkání a jsou neodmyslitelnou součástí kontinua stability od jediné buňky k tvorbě tkáně .
keratinové proteiny mohou být rozděleny na malé kyselé keratiny typu I a velké bazické na neutrální keratiny typu II. Jedinečnou vlastností keratinů je to, že na rozdíl od ostatních mezilehlých proteinů z nekonečných vláken mohou tvořit svůj vláknitý stupeň pouze tvorbou párů molekul typu I a typu II (1 : 1). Mezi lidskými keratiny, nedávná konsensuální nomenklatura zahrnuje keratiny typu I K9-K10, K12–K28, a K31–K40 a keratiny typu II K1–K8 a K71–K86. V lidském genomu jsou keratinové geny seskupeny na dvou různých chromozomálních místech: chromozom 17q21.2 (keratiny typu I, kromě K18)a chromozom 12q13.13 (keratiny typu II a K18). Předpokládá se, že dvě podrodiny cytokeratinu vznikly duplikací genů a následnou divergencí CK8 a CK18 .
každý typ epitelové buňky vyjadřuje charakteristickou kombinaci dvou až deseti izotypů cytokeratinu. Normální epitelové buňky in vivo nebo in vitro lze tedy identifikovat s ohledem na jejich profil izotypu cytokeratinu. Charakteristické profily cytokeratinu různých typů normálních epiteliálních buněk mají tendenci být zachovány po neoplastické transformaci a tato vlastnost může být využita při diagnostice nádoru. Cytokeratinové profily epiteliálních buněk však mohou také odrážet funkční diferenciaci, spíše než tkáň původu. Metaplastické buňky tedy vyjadřují cytokeratinové Profilové charakteristiky své morfologie spíše než jejich normální protějšek .
2. Exprese cytokeratinu v urothelu během Embryologického vývoje
cytokeratiny jsou prvním intermediárním typem vlákna, který se objevuje během embryogeneze, a všechny buňky v určité fázi vývoje plodu jsou cytokeratin pozitivní. První izotypy cytokeratinu, které mají být vyjádřeny, jsou pár CK8 + CK18. Během embryologické epiteliálně-mezenchymální transformace dochází ke ztrátě exprese cytokeratinu určitými liniemi buněk, které buď zůstávají cytokeratin negativní a vyvíjejí se do pojivové tkáně, nebo později znovu exprimují cytokeratiny sekundárního epitelu . Embryologický vývoj močového měchýře pochází z kloaky, zadní struktury, která je společnou komorou pro gastrointestinální a močový odpad. Ve 4. až 7. týdnu vývoje je kloaka rozdělena urorektálním septem na dvě části: zadní anorektální kanál a přední urogenitální sinus. Horní část urogenitálního sinu tvoří močový měchýř .
během časného vývoje močového měchýře se výstelkový epitel postupně transformuje z jednoduchého endodermálního epitelu na vícevrstvou uroteliální výstelku. Jako vzor endodermální výstelky v GI traktu je vyvíjející se uroteliální výstelka zpočátku difuzně pozitivní pro CK20 ve všech vrstvách. Během následného zrání urothelu se vyvine bazální vrstva, která může být prokázána pozitivitou CK5 a CK13. Další zrání urothelu zahrnuje ztrátu CK20 prakticky ve všech vrstvách s výjimkou deštníkových buněk. Zdá se tedy, že existují tři odlišné fáze urotheliálního vývoje. První stupeň je charakterizován nedostatkem bazálních buněk a exprese CK20 ve všech vrstvách. Druhá fáze je určena vzhledem bazální vrstvy, ale vzorec exprese CK20 je stále difúzní. Ve třetí a závěrečné fázi dochází k zrání expresního vzoru CK20, který je charakterizován CK20 pouze v deštníkové vrstvě. Bazální vrstva je dobře vyvinutá a může být demonstrována IMUNOSTAININGEM CK5/6 nebo ck13.
3. Exprese cytokeratinu v normálním urothelu
močový měchýř je lemován urothelem, který se specializuje na funkci bariéry moči a na přizpůsobení změnám v intraluminálním objemu. Urothelium se jeví jako vícevrstvý epitel se třemi buněčnými zónami: (1) bazální buněčná vrstva složená z buněk v kontaktu a orientovaných kolmo k rovině bazální membrány; (2) mezilehlá buněčná zóna složená z 2-5 buněčných vrstev; (3) luminální nebo povrchová buněčná vrstva složená z pozdních intermediárních buněk a velkých, často dvojjaderných,“ deštníkových “ buněk s jejich apikálním povrchem směřujícím k lumenu. Deštníkové buňky jsou charakterizovány buněčnými spoji typu zonula occludens a přítomností specializovaných plaků asymetrické jednotkové membrány v apikální buněčné membráně a uvnitř intracelulárních fusiformních vezikul . Tento vzhled je způsoben přítomností hojného uroplakinu v buněčné membráně .
v normálním dospělém urotelu jsou ck7, CK8, CK18 a CK19 exprimovány ve všech vrstvách uroteliálních buněk, CK5 je bazálně exprimován a CK20 je spojen s deštníkovými buňkami (Obrázek 1).
(a)
(b)
(a)
(b)
v mezilehlé buněčné vrstvě některých normálních vzorků může být také několik buněk pozitivních na CK20.
4. Exprese cytokeratinu v papilární Uroteliální neoplazii
neoplastická transformace uroteliálních buněk vede ke vzniku uroteliálního karcinomu, nejběžnější formy rakoviny močového měchýře ve většině zemí. Mnoho pacientů má povrchové nádory, které jsou buď neinvazivní (pTa), nebo napadají pouze lamina propria (pT1). Zatímco recidiva je častá (50-70%), onemocnění lze obvykle kontrolovat lokální léčbou. Nicméně 10-15% pacientů s povrchovým onemocněním nakonec postupuje do svalově invazivního a metastazujícího onemocnění. Zvýšení stupně, charakterizované ztrátou diferenciace a přítomností dysplastických změn, jsou determinanty špatné prognózy. Některé uroteliální karcinomy navíc vykazují bazální / dlaždicovou diferenciaci, která byla spojena s horší prognózou .
imunohistochemický vzor barvení pro cytokeratin20 a CK5/6 se liší podle typu a povahy uroteliálního novotvaru. Například papilární uroteliální novotvary s omezeným maligním potenciálem (PUNLMP) a papilární karcinomy nízkého stupně odhalují CK20 omezené na deštníkové buňky a barvení CK5/6 omezené na bazální vrstvu, identické s distribucí těchto keratinů v normálním urothelu (Obrázek 2).
(a)
(b)
(c)
(a)
(b)
(c)
na druhé straně vysoce kvalitní uroteliální karcinomy mají tendenci mít difúzní imunoreaktivitu pro CK20 zahrnující deštníkové buňky i mezivrstvu. Kromě toho může být bazální vrstva prokázána pozitivitou CK5/6 (obrázek 3).
(a)
(b)
(c)
(a)
(b)
(c)
papilární uroteliální karcinom vyššího stupně na druhé straně odhaluje expresi CK20 v celé tloušťce urothelu s absencí bazální vrstvy a negativním barvením pro CK5/6(obrázek 4).
(a)
(b)
(c)
(a)
(b)
(c)
tento vzor s difúzním barvením ck20 v plné tloušťce v nepřítomnosti barvení bazální vrstvy je také znakem, který se vyskytuje u vysoce kvalitních urotheliálních karcinomů s lamina propria nebo svalovou invazí (obrázek 5).
(a)
(b)
(a)
(b)
bylo navrženo, že vzor barvení CK20 je užitečným doplňkem morfologie při diagnostice uroteliálního karcinomu. Bylo také navrženo, že exprese CK20 může předpovídat maligní potenciál u uroteliálních nádorů nízkého stupně, a proto může být CK20 užitečná při definování léčebných strategií pro pacienty s těmito nádory. Exprese CK20 byla zachována většinou čistých uroteliálních karcinomů, přičemž si zachovala normální povrchový lokalizační vzorec u některých dobře diferencovaných papilárních nádorů nebo vykazovala heterogenní nebo rovnoměrně pozitivní reakci ve všech buněčných vrstvách. Části karcinomu se skvamózní diferenciací odhalují snížení exprese CK20. Tyto oblasti však reagují pozitivně pro CK5/6 (Obrázky 6(A) a 6 (b)) ve vzoru, který se liší od bazální distribuce bazální vrstvy .
(a)
(b)
(c)
(d)
(a)
(b)
(c)
(d)
v některých případech může celý karcinom vykazovat bazoskvamózní rysy. Tyto případy vykazují silnou reaktivitu pro CK5/6 s malou nebo žádnou pozitivitou pro CK20 (obrázky 6(c) a 6 (d)).
dvě nedávno publikované studie poskytly další důkazy týkající se klinického významu různých vzorců imunostainingu pro CK20 a CK5/6. V jedné z těchto studií byly analyzovány vzorky nádorů od 222 pacientů s uroteliálními karcinomy horního traktu, kteří byli léčeni radikální nefroureterektomií, na expresi sedmi bazálních / luminálních imunohistochemických markerů (CK5, EGFR, CD44,CK20, p63, GATA3 a FOXA). Pomocí CK5 a CK20 definovali čtyři podtypy uroteliálních karcinomů horních cest:(i)výlučně ck20 pozitivní a CK5 negativní (CK20+/CK5−)(ii)výlučně CK5 pozitivní a ck20 negativní (CK20−/CK5+)(iii)oba markery pozitivní (CK20+/CK5+)(iv)oba markery negativní (CK20−/CK5−)
v multivariační coxově regresní analýze byl podtyp CK20+/CK5− nezávislý negativní prognostický marker s 3,83 násobným zvýšené riziko úmrtí specifické pro rakovinu ve srovnání s ostatními třemi podtypy .
ve druhé studii bylo hlášeno, že imunohistochemické barvení CK5/6 a CK20 koreluje s prognózou časného uroteliálního karcinomu. Kromě toho byly studovány profily genové exprese podskupin nesvalově invazivního papilárního high-grade uroteliálního karcinomu horního traktu (UTUC) klasifikované podle hladin exprese CK5/6 a ck20 a korelovaly s klinickými výsledky. Tyto podskupiny zahrnovaly CK5 / 6-high / CK20-low, CK5 / 6-high/CK20-high a CK5/6-low/CK20-high. Druhá skupina charakterizovaná nízkou expresí CK5/6 a vysokou expresí CK20 byla prediktivní pro horší prognózu nesvalově invazivních papilárních uroteliálních karcinomů vysokého stupně. Transkripční analýza odhalila 308 odlišně exprimovaných genů napříč podskupinami. Funkční analýzy genů identifikovaly buněčnou adhezi jako běžný proces odlišně obohacený v této podskupině ve srovnání s ostatními, což by mohlo vysvětlit její vysoce rizikový fenotyp. V této podskupině byly také obohaceny podpisy pozdního buněčného cyklu/proliferace . Zdá se tedy, že uroteliální nádory charakterizované difúzním barvením pro CK20 v nepřítomnosti prokazatelné bazální vrstvy představují nejagresivnější podtyp papilárního uroteliálního karcinomu.
Cytokeratin 5/6 je přítomen v normální keratinizační epidermis a dlaždicovém slizničním epitelu, stejně jako v bazálních buňkách nebo myoepiteliálních buňkách prsu ,slinných žláz a prostaty. V biopsiích prostaty a prsu CK5 / 6 zdobí vrstvu bazálních buněk, a proto je užitečný při diagnostice invazivního karcinomu, který postrádá bazální buňky. Architektura urotelu se liší od architektury prostatického nebo mléčného duktálního epitelu, což má za následek, že přítomnost nebo nepřítomnost bazálních buněk nelze použít ke stratifikaci uroteliálních novotvarů na benigní nebo maligní typy. Nicméně nepřítomnost bazálních buněk v uroteliálních novotvarech může naznačovat špatnou prognózu. Takže vysoce kvalitní uroteliální karcinom se zachovanou bazální vrstvou se může chovat méně agresivně ve srovnání s jiným vysoce kvalitním nádorem, ve kterém byla bazální vrstva ztracena. V naší laboratoři používáme pro tyto cytokeratiny dvojité barvení, což je velmi užitečné při správné interpretaci těchto skvrn.
podobný vzor barvení lze pozorovat také u uroteliálního karcinomu in situ . Tyto léze jsou obvykle silně reaktivní pro CK20 a mohou nebo nemusí zachovat CK5 / 6-pozitivní bazální buněčnou vrstvu. Lpící Typ uroteliálního karcinomu in situ a pagetoidní rozšíření karcinomových buněk mohou být také rozpoznány pozitivním barvením CK20 (Obrázek 7).
(a)
(b)
(c)
(a)
(b)
(c)
v menšině případů může být karcinom in situ reaktivní pro CK5 / 6, což naznačuje bazaloidní diferenciaci .
5. Embryologická Uroteliální diferenciace versus Dediferenciace u urotheliální neoplazie
úzká korelace mezi vzorci exprese izotypu cytokeratinu a epiteliální diferenciací naznačuje, že cytokeratiny jsou rozhodující pro strukturu a/nebo funkci epiteliální tkáně. Bylo však obtížné zjistit, jaké jsou přesné příspěvky jednotlivců nebo kombinací izotypů cytokeratinu k normálnímu a neoplastickému fenotypu a chování epiteliálních buněk. Změny v imunolokalizaci CK20, které naznačují vyšší riziko recidivy uroteliálního karcinomu, tedy pravděpodobně odrážejí sekundární změnu související s dysregulací uroteliálního diferenciačního programu během karcinogeneze, spíše než naznačující, že CK20 je přímo zapojen. Lze spekulovat, že vzorce exprese CK20 a CK5/6 u různých uroteliálních karcinomů mají tendenci napodobovat stadia embryologického vývoje a diferenciace urothelu. Vysoce kvalitní urotheliální karcinomy (s invazí nebo bez ní), které jsou charakterizovány difúzní expresí CK20 bez bazální vrstvy, mohou tedy představovat rané stádium urotheliální diferenciace poté, co se urogenitální sinus oddělí od kloaky . Během této fáze vývoje se urothelium projevuje difúzním barvením CK20, ale postrádá bazální vrstvu. U některých vysoce kvalitních uroteliálních karcinomů dochází k rovnoměrnému barvení všech vrstev CK20, ale je zde také dobře tvarovaná bazální vrstva prokazatelná expresí CK5/6. To může být ekvivalentní mezistupni embryonální uroteliální diferenciace. Dobře diferencované uroteliální karcinomy jsou charakterizovány přítomností zralého vzoru exprese CK20, kde je jeho exprese většinou omezena na deštníkové buňky, zatímco dobře definovaná imunoreaktivní vrstva bazálních buněk pro CK5/6 je také přítomna (obrázky 8 a 9).
tento vzorec může být ekvivalentní konečnému stadiu urotheliálního vývoje a zrání během intrauterinního období.
stručně řečeno, imunohistochemické barvení uroteliálního karcinomu pro CK20 a CK5/6 může poskytnout užitečné informace týkající se povahy uroteliálního karcinomu a jeho klinického chování.
dostupnost dat
k podpoře této studie nebyly použity žádné údaje.
střety zájmů
autoři prohlašují, že nemají žádné finanční prostředky nebo střety zájmů zveřejnit.
poděkování
autoři by rádi ocenili cennou pomoc a technické znalosti následujících dozorových a technických pracovníků naší imunohistochemické laboratoře při provádění dvoubarevného imunohistochemického barvení: paní Rajaa Al Abdulla, vedoucí; paní Huda Ahmed Al Hijji, vedoucí; a paní Zuhoor Ali, vedoucí technolog.