Preview

Сибирский онкологический журнал

Расширенный поиск

Жирные кислоты мембран эритроцитов и сыворотки крови как биомаркеры для диагностики ранних стадий колоректального рака

https://doi.org/10.21294/1814-4861-2022-21-2-65-80

Полный текст:

Аннотация

Цель исследования – выявить перечень жирных кислот (ЖК) мембран эритроцитов и сыворотки крови, которые могут служить потенциальными биомаркерами ранних стадий колоректального рака.

Материал и методы. Обследованы 65 пациентов с КРР i–ii стадий (средний возраст – 63,3 ± 9,6 года), из них 30 мужчин, 35 женщин, и 35 человек группы сравнения, сопоставимых по возрасту и полу. Исследование состава жирных кислот мембран эритроцитов и сыворотки крови проведено с помощью ГХ/МС системы на основе трех квадруполей agilent 7000B (США). Для статистической обработки использованы методы программного обеспечения MATLAB (R2019a, MathWorks) и языка программирования R: t-тест, анализ главных компонент (PCA), Fold change, Volcano plot, метод машинного обучения (Random Forest), Rocанализ, построение тепловых карт (Heatmap).

Результаты. У пациентов с КРР I–II стадий выявлено снижение уровней насыщенных, отдельных мононенасыщенных и высокодостоверное повышение большей части уровней полиненасыщенных ЖК с преобладанием омега-3. Для большей части уровней жирных кислот достоверные различия в группах касались мембран эритроцитов с той же тенденцией в сыворотке крови. Уровни эритроцитарных миристиновой, пентадекановой, 7-пальмитолеиновой, отношения насыщенные/полиненасыщенные ЖК (содержание которых достоверно ниже при КРР I–II
стадий, чем в контроле) и уровни α-линоленовой, эйкозапентаеновой, докозапентаеновой, докозагексаеновой, суммы омега-3 ЖК, epa+ dHa, докодиеновой, дигомо-γ-линоленовой, докозатетраеновой ЖК (содержание которых достоверно выше при КРР, чем у здоровых) являются дифференцирующими при различении больных КРР I–II стадий и здоровых лиц. В сыворотке крови уровень биомаркеров имели следующие ЖК: арахидоновая, миристиновая, докозагексаеновая, сумма омега-3 ПНЖК, отношение омега-6/омега-3 ПНЖК, пентадекановая, докозапентаеновая и докодиеновая. Модель, включающая перечень жирных кислот (С14:0, С15:0, С16:1;7, С18:3 n-3, C20:2 n-6, C20:3 n-6, C20:5 n-3, C22:4 n-6, C22:5 n-3, C22:6 n-3, сумма омега-3, омега-3(EPA + DHA), отношение насыщенные/полиненасыщенные ЖК, обеспечилаauc 0,916 со специфичностью 0,90, чувствительностью 0,95 при различении пациентов с КРР I–II стадий от здоровых лиц.

Заключение. Изучение уровней и соотношений жирных кислот в мембранах эритроцитов и сыворотке крови следует считать перспективным направлением в поиске биомаркеров для ранней диагностики КРР.

Об авторах

М. В. Кручинина
Научно-исследовательский институт терапии и профилактической медицины – филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН»; ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава России
Россия

 доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник, заведующая лабораторией гастроэнтерологии; доцент кафедры пропедевтики внутренних болезней

Россия, 630089, г. Новосибирск, ул. Б. Богаткова, 175/1

Россия, 630091, г. Новосибирск, ул. Красный проспект, 52 



В. Н. Кручинин
ФГБУН «Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН»
Россия

 кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Researcher ID: AAC-3686-2019

Россия, 630090, г. Новосибирск, пp. ак. Лавpентьева, 13 



А. А. Громов
Научно-исследовательский институт терапии и профилактической медицины – филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН»
Россия

 кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник

Россия, 630089, г. Новосибирск, ул. Б. Богаткова, 175/1



М. В. Шашков
ФГБУН «Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН»
Россия

 кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Россия, 630090, г. Новосибирск, пp. ак. Лавpентьева, 5



А. С. Соколова
ФГБУН «Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН»
Россия

 кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Россия, 630090, г. Новосибирск, пp. ак. Лавpентьева, 9



И. Н. Яковина
ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет»
Россия

 кандидат технических наук, руководитель СКБ РИИ, доцент кафедры вычислительной техники

Россия, 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20



А. А. Шестов
Медицинский факультет Перельмана, Университет Пенсильвании
Соединённые Штаты Америки

 кандидат химических наук, старший научный сотрудник 

 США, 3400, г. Филадельфия, civic center Blvd 



Список литературы

1. Ferlay J., Soerjomataram I., Dikshit R., Eser S., Mathers C., Rebelo M., Parkin D.M., Forman D., Bray F. Cancer incidence and mortality worldwide: sources, methods and major patterns in GLOBOCAN 2012. Int J Cancer. 2015; 136(5): 359–86. doi: 10.1002/ijc.29210.

2. Garborg K., Holme O., Løberg M., Kalager M., Adami H.O., Bretthauer M. Current status of screening for colorectal cancer. Ann Oncol. 2013; 24(8): 1963–72. doi: 10.1093/annonc/mdt157.

3. Brenner H., Arndt V., Stürmer T. Cost-effectiveness of colonoscopy in screening for colorectal cancer. Arch Intern Med. 2002; 162(19): 2249. doi: 10.1001/archinte.162.19.2249.

4. Pignone M., Rich M., Teutsch S.M., Berg A.O., Lohr A.N. Screening for colorectal cancer in adults at average risk: a summary of the evidence for the U.S. Preventive Services Task Force. Ann Intern Med. 2002; 137(2): 132–41. doi: 10.7326/0003-4819-137-2-200207160-00015.

5. Bian X., Qian Y., Tan B., Li K., Hong X., Wong C.C., Fu L., Zhang D., Li D., Wu J.-L. In-depth mapping carboxylic acid metabolome reveals the potential biomarkers in colorectal cancer through characteristic fragment ions and metabolic flux. Anal Chim Acta. 2020; 1128: 62–71. doi: 10.1016/j.aca.2020.06.064.

6. Monedeiro F., Monedeiro-Milanowski M., Ligor T., Buszewski B. A Review of GC‐Based Analysis of Non‐Invasive Biomarkers of Colorectal Cancer and Related Pathways. J Clin Med. 2020; 9: 3191–224. doi: 10.3390/jcm9103191.

7. Sun L., Kang Q., Pan Y., Li N., Wang X., He Y., Wang H., Yu D., Xie H., Yang L., Lu Y., Jin P., Sheng J. Serum metabolite profiling of familial adenomatous polyposis using ultra performance liquid chromatography and tandem mass spectrometry. Cancer Biol Ther. 2019; 20(7): 1–12. doi: 10.1080/15384047.2019.1595277.

8. Arab L., Akbar J. Biomarkers and the measurement of fatty acids. Public Health Nutr. 2002; 5: 865–71. doi: 10.1079/phn2002391.

9. Zeleniuch-Jacquotte A., Chajes V., Van Kappel A.L., Riboli E., Toniolo P. Reliability of fatty acid composition in human serum phospholipids. Eur J Clin Nutr. 2000; 54: 367–72. doi: 10.1038/sj.ejcn.1600964.

10. Katan M.B., van Birgelen A., Deslypere J.P., Penders M., van Staveren W.A. Biological markers of dietary intake, with emphasis on fatty acids. Ann Nutr Metab. 1991; 35: 249–52. doi: 10.1159/000177653.

11. Mika A., Kobiela J., Czumaj A., Chmielewski M., Stepnowski P., Sledzinski T. Hyper-Elongation in Colorectal Cancer Tissue – Cerotic Acid is a Potential Novel Serum Metabolic Marker of Colorectal Malignancies. Cell Physiol Biochem. 2017; 41(2): 722–30. doi: 10.1159/000458431.

12. Rifkin S.B., Shrubsole M.J., Cai Q., Smalley W.E., Ness R.M., Swift L.L., Zheng W., Murff H.J. PUFA levels in erythrocyte membrane phospholipids are differentially associated with colorectal adenoma risk. Br J Nutr. 2017; 117(11): 1615–22. doi: 10.1017/S0007114517001490.

13. Crotti S., Agnoletto E., Cancemi G., Di Marco V., Traldi P., Pucciarelli S., Nitti D., Agostini M. Altered plasma levels of decanoic acid in colorectal cancer as a new diagnostic biomarker. Analytical and bioanalytical chemistry. 2016; 408(23): 6321–8. doi: 10.1007/s00216-016-9743-1.

14. Kang J.X., Wang J. A simplified method for analysis of polyunsaturated fatty acids. BMC Biochem. 2005; 6: 5–13. doi: 10.1186/1471-2091-6-5.

15. Shashkov M.V., Sidelnikov V.N. Properties of columns with several pyridinium and imidazolium ionic liquid stationary phases. J Chromatogr A. 2013; 1309: 56–63. doi: 10.1016/j.chroma.2013.08.030.

16. Breiman L. Random Forests. Machine Learning. 2001; 45: 5–32. https://doi.org/10.1023/A:1010933404324.

17. Gradilla A.-C., Sanchez-Hernandez D., Brunt S., Scholpp L. From top to bottom: Cell polarity in Hedgehog and Wnt trafficking. BMC Biology. 2018; 16: 37–46. doi: 10.1186/s12915-018-0511-x.

18. Doll S., Freitas F.P., Shah R., Aldrovandi M., da Silva M.C., Ingold I., Goya Grocin A., Xavier da Silva T.N., Panzilius E., Scheel C.H., Mourao A., Buday K., Sato M., Wanninger J., Vignane T., Mohana V., Rehberg M., Flatley A., Schepers A., Kurz A., White D., Sauer M., Sattler M., Tate E.W., Schmitz W., Schulze A., O’Donnell V., Proneth B., Popowicz G.M., Pratt D.A., Angeli J.P.F., Conrad M. FSP1 is a glutathioneindependent ferroptosis suppressor. Nature. 2019; 575(7784): 693–8. doi: 10.1038/s41586-019-1707-0.

19. Igal R.A. Stearoyl-CoA desaturase-1: a novel key player in the mechanisms ofcell proliferation, programmed cell death and transformation to cancer. Carcinogenesis. 2010; 31: 1509–15. doi: 10.1093/carcin/bgq131.

20. Danielsen S.A., Eide P.W., Nesbakken A., Guren T., Leithe E., Lothe R.A. Portrait of the PI3K/AKT pathway in colorectal cancer. Biochim Biophys Acta. 2015; 1855: 104–21. doi: 10.1016/j.bbcan.2014.09.008.

21. Zhou X.P., Loukola A., Salovaara R., Nystrom-Lahti M., Peltomaki P., de laChapelle A., Aaltonen L.A., Eng C. PTEN mutational spectra, expression levels,and subcellular localization in microsatellite stable and unstable colorectalcancers. Am J Pathol. 2002; 161: 439–47. doi: 10.1016/S0002-9440(10)64200-9.

22. Baro L., Hermoso J.C., Nunez M.C., Jimenez-Rios J.A., Gil A. Abnormalities in plasma and red blood cell fatty acid profiles of patients with colorectal cancer. Br J Cancer. 1998; 77: 1978–83. doi: 10.1038/bjc.1998.328.

23. Veglia F., Tyurin V.A., Blasi M., De Leo A., Kossenkov A.V., Donthireddy L., To T.K.J., Schug Z., Basu S., Wang F., Ricciotti E., Di Russo C., Murphy M.E., Vonderheide R.H., Lieberman P.M., Mulligan C., Nam B., Hockstein N., Masters G., Guarino M., Lin C., Nefedova Y., Black P., Kagan V.E., Gabrilovich D.I. Fatty acid transport protein 2 reprograms neutrophils in cancer. Nature. 2019; 569(7754): 73–8. doi: 10.1038/s41586-019-1118-2.

24. Kortlever R.M., Sodir N.M., Wilson C.H., Burkhart D.L., Pellegrinet L., Swigart L.B., Littlewood T.D., Evan G.I. Myc Cooperates with Ras by Programming Inflammation and Immune Suppression. Cell. 2017; 171: 1301–15. doi: 10.1016/j.cell.2017.11.013.

25. Singh K.B., Hahm E.R., Kim S.H., Wendell S.G., Singh S.V. A novel metabolic function of Myc in regulation of fatty acid synthesis in prostate cancer. Oncogene. 2021; 40(3): 592–602. doi: 10.1038/s41388-020-01553-z.

26. Duman C., Yaqubi K., Hoffmann A., Acikgoz A.A., Korshunov A., Bendszus M., Herold-Mende C., Liu H.K., Alfonso J. Acyl-CoA-Binding Protein Drives Glioblastoma Tumorigenesis by Sustaining Fatty Acid Oxidation. Cell Metabolism. 2019; 30(2): 274–89. doi: 10.1016/j.cmet.2019.04.004.

27. Aregger M., Lawson K.A., Billmann M., Costanzo M., Tong A.H.Y., Chan K., Rahman M., Brown K.R., Ross C., Usaj M., Nedyalkova L., Sizova O., Habsid A., Pawling J., Lin Z.-Y., Abdouni H., Wong C.J., Weiss A., Mero P., Dennis J.W., Gingras A.C., Myers C.L., Andrews B.J., Boone C., Moffat J. Systematic mapping of genetic interactions for de novo fatty acid synthesis identifies C12orf49 as a regulator of lipid metabolism. Nature Metabolism. 2020; 2: 499–513. doi: 10.1038/s42255-020-0211-z.

28. Yessoufou A., Ple A., Moutairou K., Hichami A., Khan N.A. Docosahexaenoic acid reduces suppressive and migratory functions of CD4+CD25+ regulatory T-cells. J Lipid Res. 2009; 50: 2377–88. doi: 10.1194/jlr.M900101-JLR200.

29. Woodworth H.L., McCaskey S.J., Duriancik D.M., Clinthorne J.F., Langohr I.M., Gardner E.M., Fenton J.I. Dietary fish oil alters T lymphocyte cell populations and exacerbates disease in a mouse model of inflammatory colitis. Cancer Res 2010; 70(20): 7960–9. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-10-1396.

30. Ohmori H., Fujii K., Kadochi Y., Mori S., Nishiguchi Y., Fujiwara R., Kishi S., Sasaki T., Kuniyasu H. Elaidic Acid, a Trans-Fatty Acid, Enhances the Metastasis of Colorectal Cancer Cells. Pathobiology. 2017; 84(3): 144–51. doi: 10.1159/000449205.

31. Cockbain A.J., Toogood G.J., Hull M.A. Omega-3 polyunsaturated fatty acids for the treatment and prevention of colorectal cancer. Gut. 2012; 61: 135–49. doi: 10.1136/gut.2010.233718.


Рецензия

Для цитирования:


Кручинина М.В., Кручинин В.Н., Громов А.А., Шашков М.В., Соколова А.С., Яковина И.Н., Шестов А.А. Жирные кислоты мембран эритроцитов и сыворотки крови как биомаркеры для диагностики ранних стадий колоректального рака. Сибирский онкологический журнал. 2022;21(2):65-80. https://doi.org/10.21294/1814-4861-2022-21-2-65-80

For citation:


Kruchinina M.V., Kruchinin V.N., Gromov A.A., Shashkov M.V., Sokolova A.S., Yakovina I.N., Shestov A.A. Fatty acids of erythrocyte membranes and blood serum as biomarkers for early detection of colorectal cancer. Siberian journal of oncology. 2022;21(2):65-80. (In Russ.) https://doi.org/10.21294/1814-4861-2022-21-2-65-80

Просмотров: 124


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1814-4861 (Print)
ISSN 2312-3168 (Online)