Role of matrix metalloproteinases in breast cancer progression

Ciljevi istraživanja: Matriksne metaloproteinaze (MMP), posebno njezina dva člana iz obitelji gelatinaza, MMP-2 i MMP-9, jedini su enzimi sposobni razgraditi fibrilarni kolagen, kao i ostale proteine ekstracelularnog matriksa. Iz brojnih studija poznato je da postoji pojačana ekspresija MMP-2 i MMP-9 u karcinomima dojke, većinom vezana uz nepovoljnu prognozu. Međutim, ima studija s oprečnim rezultatima, koje pojačanu ekspresiju MMP-2 i MMP-9 definiraju kao povoljan faktor u preživljenju bolesnika s karcinomom dojke. Osim toga, pronađeni su dokazi da su ove metaloproteinaze uključene u procese angiogeneze i limfangiogeneze. Stoga su ciljevi ovog istraživanja: utvrditi način ekspresije navedenih metaloproteinaza u karcinomu dojke, na tumorskim i stromalnim stanicama; analizirati ekspresiju MMP-2 i MMP-9 na primarnim nemetastatskim tumorima, zatim primarnim tumorima s metastazama u regionalne limfne čvorove, primarnim tumorima s koštanim metastazama i na lokalnim recidivnim tumorima; ispitati ekspresiju faktora angiogeneze VEGF-A i faktora limfangiogeneze VEGF-C, a potom i gustoću krvnih žila, te limfnih žila; usporediti vrijednosti MMP-2 i MMP-9 s kliničko-patološkim prognostičkim (veličina tumora, histološki i nuklearni gradus, status limfnih čvorova) i prediktivnim faktorima (ekspresija estrogenskih-ER i progesteronskih-PR receptora, HER2 i Ki-67 proliferacijskim indeksom); usporediti vrijednosti MMP-ova s ekspresijom VEGF-A i VEGF–C, te gustoćom krvnih i limfnih žila. Konačni cilj je usporediti ekspresiju navedenih MMP-ova između definiranih skupina bolesnica bez i s navedenim metastazama, odnosno recidivnom bolesti, kao i njihov utjecaj na sveukupno preživljenje. Materijal i metode: U retrospektivnom istraživanju koje je uključilo 76 bolesnica, prikupljeno je ukupno 117 uzoraka tumorskog tkiva karcinoma dojke i izrađeni su tkivni mikroareji, koji su imunohistokemijski obojani na MMP-2, MMP-9, VEGF-A, VEGF-C, CD31 (marker za krvne žile), D2-40 (marker za limfne žile), ER, PR i Ki-67. Rezultati imunohistokemijske analize matriksnih metaloproteinaza pokazali su da se MMP-2 eksprimira u citoplazmi stromalnih stanica karcinoma dojke, dok se MMP-9 eksprimira u citoplazmi tumorskih stanica. Usporedbom ekspresije MMP-ova između definiranih skupina, vidjelo se da postoji jača ekspresija MMP-2 u recidivnim tumorima u odnosu na primarne nemetastatske tumore (p=0.001), odnosno da postoji jača ekspresija MMP-9 u skupini primarnih tumora s koštanim metastazama u odnosu na primarne nemetastatske tumore (p=0.045). Ispitivanjem ekspresije MMP-ova u odnosu na patohistološke karakteristike, statističke analize su potvrdile da postoji pozitivna povezanost MMP-9 i histološkog gradusa (p=0.019), nuklearnog gradusa (p=0.039) i ER pozitiviteta (p=0.039), a negativna s proliferacijskim indeksom (p=0.010). Ispitivanjem ekspresije MMP-ova i angiogeneze, utvrđeno je da MMP-2 negativno korelira s ekspresijom VEGF-A u skupini primarnih nemetastatskih tumora (p=0.003) i u skupini primarnih tumora s koštanim metastazama (p=0.049), a pozitivno korelira s povećanim brojem limfnih žila u skupini recidivnih tumora (p=0.0001). Analize preživljenja obzirom na stadij bolesti i ekspresiju MMP-ova, potvrdile su inverznu povezanost stadija i preživljenja bolesnica s MMP-9 pozitivnim tumorima (0.007), odnosno s MMP-2 negativnim tumorima (p=0.010). Analize preživljenja obzirom na metastaze (koštane, odnosno limfogene u aksilarnim limfnim čvorovima) i ekspresiju MMP-ova, pokazale su da je preživljenje značajno kraće u bolesnica s koštanim (p=0.039), odnosno aksilarnim metastazama (p=0.039) čiji su tumori MMP-2 negativni. Zaključak: Iz rezultata dobivenih statističkom analizom može se zaključiti da je pojačana MMP-2 stromalna ekspresija vjerojatno više udružena s lokalnim invazivnim potencijalom karcinoma dojke, kao i limfangiogenezom, ali ne i s angiogenezom. Za razliku od MMP-2, pojačana ekspresija MMP-9 na tumorskim stanicama više je izražena u primarnim tumorima s koštanim metastazama i ukazuje na progresiju lezije. Istraživanjem ekspresije matriksnih metaloproteinaza u karcinomima dojke, pokazalo se da je pozitivna ekspresija MMP-9 i negativna ekspresija MMP-2 povezana s lošijim preživljenjem.Objective: Matrix metalloproteinases (MMP), especially their two members from gelatinase family, MMP-2 and MMP-9 are the only enzymes capable of degrading fibrillary collagen and other extracellular matrix proteins. Numerous studies analysed strong and increased MMP-2 and MMP-9 expression in breast cancer and linked it to a poor prognosis. However, there are also studies with opposite results. They defined increased MMP-2 and MMP-9 expression as a good prognostic parameter. There is also evidence that MMPs play a role in angiogenesis and lymphangiogenesis. Objectives of this study are: to analyse the expression of MMP-2 and MMP-9 in breast cancer, on tumor and stromal cells; to analyse MMP-2 and MMP-9 expression on primary breast cancer without metastases, with nodal metastases, with distant (bone) metastases and on local reccurent tumors; to analyse the expression of angiogenic fakctor VEGF-A and lymphangiogenic factor VEGF-C, and also vascular and lymphatic density; to compare MMP-2 and MMP-9 values to clinico-pathologic prognostic (tumor size, histologic and nuclear grade, lymph node status) and predictive parameters (estrogen-ER and progesteron receptor-PR, HER2 and Ki-67 proliferation index); to compare MMP values to VEGF-A and VEGF-C expression, and also to vascular and lymphatic density. Final objective is to compare the expression of MMP-2 and MMP-9 between defined patients' groups without metastases, with nodal metastases, with bone metastases and on local reccurence, as well as their influence on overall survival. Material and Methods: Tissue microarrays were built from the 117 tumor tissue samples from 76 breast cancer patients in this retrospective study. Immunohistochemistry was performed for MMP-2, MMP-9, VEGF-A, VEGF-C, CD31 (blood vessel marker), D2-40 (lymph vessel marker), ER, PR and Ki-67. Results of immunohistochemical MMP analysis showed MMP-2 expression on stromal cells of breast cancer, while MMP-9 expressed on tumor cells. Comparing the MMP expression between defined groups, stronger MMP-2 expression was observed in local reccurent tumors than in primary nonmetastatic tumors (p=0.001), and there was significantly stronger MMP-9 expression in primary tumors with bone metastases than in primary nonmetastatic tumors (p=0.045). Analysing MMP expression and pathohistologic parameters, there was a positive correlation between MMP-9 expression and histological grade (p=0.019), nuclear grade (p=0.039) and ER positivity (p=0.039), and negative correlation between MMP-9 and Ki-67 proliferation index (p=0.010). Analysing MMP expression and angiogenesis, statistical analysis revealed negative correlation between MMP-2 and VEGF-A in primary nonmetastatic breast cancer (p=0.003) and in primary cancer with bone metastases (p=0.049), and there was positive correlation between MMP-2 and lymph vessel density in reccurent tumors (p=0.0001). Survival analyses regarding cancer stage confirmed negative correlation between stage and overall survival in patients with MMP-9 positive tumors (p=0.007), as well as with MMP-2 negative tumors (p=0.010). Survival analyses regarding metastases, bone or nodal, showed that there was poor overall survival of patients with MMP-2 negative tumors in group with bone metastases (p=0.039) and nodal metastases (p=0.039). Conclusion: From statistical analyses, it can be concluded that increased stromal MMP-2 expression is probably more associated with local invasive potential of breast cancer and lymphangiogenesis, but not angiogenesis. Increased MMP-9 expression on tumor cells is seen in tumors with bone metastases and points to a progression of breast cancer. Exploring the expression of matrix metalloproteinases in breast cancer, statistical analyses indicated association of MMP-9 positivity and MMP-2 negativity with poor survival