CC BY
53
Колоректальный рак и инсулиноподобные факторы роста
А.А. Николаев, Е.С. Герштейн, Е.А. Короткова,В.В. Делекторская, Е.К. Дворова со
ФГБУ«РОНЦ им. Н.Н. Блохина» РАМН, Москва »
Контакты: Елена Сергеевна Герштейн esgershtein@gmail.com £
09 3
Иммуноферментными методами определено содержание инсулиноподобных факторов роста (ИФР) 1, 2 и ИФР-связывающих м белков (ИФРСБ) 1 и 3 в сыворотке крови 74 первичных больных колоректальнымраком (КРР) и 30практически здоровых доноров. Продемонстрировано достоверное повышение уровня ИФР-1 и снижение уровня ИФРСБ-3 в сыворотке больных КРР по сравнению с контролем. Чувствительность ИФР-1 как потенциального диагностического маркера КРР при пороговом уровне 140 нг/мл составляет 80 %, специфичность — 75 %. Обнаружена достоверная отрицательная корреляция между возрастом обследованных и содержанием ИФР-1, однако у больных КРР она была значительно слабее, чем в контроле. Взаимосвязи с основными показателями распространенности КРР не выявлено.
Ключевые слова: ИФР-1, ИФР-2, ИФРСБ-1, ИФРСБ-3, рак толстой кишки
Сolorectal cancer and inculin-like growth factors
A.A. Nikolayev, E.S. Gerstein, E.A. Korotkova, V.V. Delektorskaya, E.K. Dvorova
N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow
Insulin-like growth factors (IGF) 1 and 2 and IGF binding proteins (IGFBP) 1 and 3 levels were measured by ELISA techniques in blood serum of 74 primary colorectal cancer (CRC) patients and 30 control practically healthy persons. Significant increase of IGF-1 level and decrease of IGFBP-3 level were demonstrated in patients' serum as compared to control group. Sensitivity of IGF-1 as a prospective diagnostic CRC marker comprised 80 % with 75 % specificity using 140 ng/ml as cut-off level. Significant negative association was found between both patients and donors' age and serum IGF-1 levels, but in CRC patients it was much weaker than in control group. No associations were found between serum IGF 1 and 2 levels and main criteria of colorectal cancer progression.
Key words: IGF-1, IGF-2, IGFBP-1, IGFBP-3, colorectal cancer
Введение
Разработка новых подходов к лечению колорек-тального рака (КРР) — одна из важнейших проблем онкологии, привлекающая пристальное внимание клиницистов. Однако, несмотря на успехи, достигнутые в клинической диагностике и совершенствовании хирургических и комплексных методов лечения, смертность от этого заболевания остается довольно высокой. Многие исследователи связывают дальнейший прогресс в повышении эффективности лечения КРР не только с рациональным использованием существующих методов лечения, но и с разработкой принципиально новых патогенетических методов терапии, основанных на современных достижениях в изучении биохимии и молекулярной биологии опухолей.
Сигнальная система инсулиноподобных факторов роста играет значительную роль в возникновении и прогрессии различных злокачественных опухолей [1]. Она включает инсулиноподобные факторы роста 1 и 2 типа (ИФР-1 и ИФР-2) — митогенные пептиды, высокогомологичные друг другу и инсулину, синтезирующиеся в печени и некоторых других тканях под влиянием гормона роста гипофиза и воздействующие на периферические ткани, распространяясь по организму с кровью (центральный или эндокринный механизм
действия), их трансмембранные клеточные рецепторы и связывающие белки крови (ИФРСБ). ИФР-1 и ИФР-2 синтезируются также клетками различных опухолей и являются ауто/паракринными медиаторами, опосредующими рост, метастазирование и антиапоптотиче-ские ответы злокачественных клеток. ИФР, рецепторы ИФР и ИФРСБ образуют сложно регулируемую сеть взаимодействий как между собой, так и с другими биологическими регуляторами роста и выживаемости клеток. В настоящее время известно шесть ИФРСБ, а также семейство гомологичных связывающих белков, которые обладают значительно меньшим сродством к ИФР-лигандам. ИФРСБ модулируют биологическую доступность и активность ИФР несколькими способами: они осуществляют перенос ИФР из периферической крови к тканям-мишеням (ИФРСБ-1, 2 и 4), поддерживают резервный уровень ИФР в крови (это преимущественно функция ИФРСБ-3), потенцируют или ингибируют эффекты ИФР, а также опосредуют некоторые ИФР-независимые биологические эффекты. Расщепление ИФРСБ специфическими протеазами модулирует уровни свободных ИФР и ИФРСБ, а значит, и эффекты ИФР в тканях.
Результаты экспериментальных и предварительных клинических исследований свидетельствуют
= о том, что в клетках КРР присутствуют все компонента ты, необходимые для реализации аутокринного меха-Ц низма действия ИФР-1 и ИФР-2 [2—8]. Показано, что ■ белки семейства ИФР стимулируют не только проли-„ феративную, но и инвазивную и ангиогенную актив-Ц1 ность клеток, а ИФРСБ, напротив, оказывают подав-s ляющее действие на эти процессы [9]. Уровни ^ и соотношение различных компонентов системы оэ ИФР в периферической крови неразрывно связаны с факторами питания, которые, в свою очередь, играют ключевую роль в этиологии КРР [10—12]. Так, высокий уровень ИФР-1 считается фактором повышенного риска развития этого заболевания [13, 14], роль других компонентов ИФР-сигнальной системы менее ясна.
Еще одной причиной для исследования роли ИФР-сигнальной системы при КРР является возможность использования специфических («таргетных») ингибиторов для подавления ее активности. Существует несколько подходов к решению этого вопроса: снижение уровня и/или биологической активности циркулирующих факторов роста, блокирование функции рецепторов и активация АМР-киназы, блокирующей нижележащие эффекты рецепторов ИФР [15]. В экспериментальных исследованиях уже продемонстрирована возможность торможения роста КРР с помощью моноклональных антител к ИФР-рецепторам [16] и низкомолекулярных ингибиторов их активности [17—19]. Предпринимаются также попытки использовать в качестве терапевтических агентов, ингибирую-щих активность ИФР-сигнальной системы, рекомби-нантные ИФРСБ [20, 21].
Цель исследования — сравнительная оценка содержания ИФР-1 и ИФР-2, ИФРСБ-1 и ИФРСБ-3 в сыворотке крови больных КРР и практически здоровых людей, а также анализ взаимосвязи изученных показателей с основными клинико-морфологическими особенностями заболевания.
Материалы и методы
Обследовано 74 больных с впервые выявленным КРР (39 мужчин и 35 женщин) в возрасте от 20 до 85 лет (медиана — 62 года), проходивших обследование и лечение в ФГБУ «РОНЦ им. Н.Н. Блохина» РАМН
в период с 2011 по 2012 г. Рак прямой кишки был диагностирован у 45 больных, рак ободочной кишки — у 12, рак анального канала — у 9. У 18 больных была I, у 24 больных — II, у 20 — III и у 12 — IV стадия заболевания. Все больные с I—III стадиями были оперированы в радикальном объеме. Больным с IV стадией были выполнены преимущественно циторедуктивные операции. В группу контроля вошли 30 практически здоровых людей (17 мужчин и 13 женщин) в возрасте от 29 до 84 лет (медиана — 61 год).
Концентрацию ИФР-1, ИФР-2, ИФРСБ-1 и ИФРСБ-3 в сыворотке крови, полученной по стандартной методике до начала специфического лечения, определяли с помощью наборов реактивов для прямого иммуноферментного анализа производства компании Mediagnost (Германия) в соответствии с инструкциями производителя. Измерения проводили на автоматическом универсальном ридере для микропланшет ELx800 (Bio-Tek Instruments Inc., США). Содержание всех исследованных белков в сыворотке крови выражали в нг/мл.
Данные обрабатывали с помощью программы Statistica 7.0. В связи с тем, что распределение большинства исследованных показателей отличалось от нормального, при сравнении показателей и анализе их взаимосвязей использовали непараметрические методы: критерии Манна—Уитни и Краскела—Уоллиса, тест корреляции рангов Спирмена (R). Различия и корреляции считали достоверными приp < 0,05.
Результаты
В табл. 1 представлены статистические показатели концентрации исследованных маркеров в сыворотке крови общей группы больных КРР и группы контроля.
Обнаружено высоко достоверное увеличение медианного уровня ИФР-1 и снижение уровня ИФРСБ-3 у больных КРР по сравнению с контролем. Однако только у 35 (47 %) из 74 больных КРР уровни ИФР-1 превышали верхний 95 % доверительный интервал (ДИ) контроля, равный 181 нг/мл (р = 0,002), т. е. чувствительность этого теста при данном пороговом значении была невысокой. Однако если снизить специфичность до 75 % (пороговый уровень — 140 нг/мл), то диагностическая чув-
Таблица 1. Содержание ИФР-1, ИФР-2, ИФРСБ-1 и ИФРСБ-3 в сыворотке крови больных КРР и контрольной группы
Группы Медиана, квартили, нг/мл
ИФР-1 ИФР-2 ИФРСБ-1 ИФРСБ-3
КРР 167 830 2,7 2341
136-227 665-958 1,4-4,3 2035-3245
Контроль 127 108-150 720 550-930 2,4 0,8-6,6 3670 3010-4860
5-95 % контроля 84,2-180 490-1205 0-12,5 256-11384
р 0,00004 0,1 0,6 0,000009
ствительность ИФР-1 в общей группе повышается до 80 %.
Как в группе контроля, так и у больных КРР обнаружена достоверная отрицательная корреляция между возрастом обследованных и содержанием ИФР-1, однако связь с возрастом у больных КРР была значительно слабее, чем в контроле ^ = -0,29; р = 0,014 и R = -0,76; р = 0,0001 соответственно).
В контрольной группе выявлена также прямая зависимость между уровнями ИФР-2 и ИФРСБ-3 ^ = 0,82; р = 0,0001) и обратная — между уровнями ИФР-1 и ИФРСБ-1 ^ = -0,4; р = 0,03) в сыворотке крови, которые отсутствовали в группе больных КРР. Таким образом, можно предположить, что у больных КРР нарушен баланс между ИФР и связывающими их белками крови, что свидетельствует об изменении биодоступности данных факторов роста.
В табл. 2 представлено содержание исследованных маркеров в контрольной группе и у больных КРР в зависимости от пола.
В группе контроля уровни ИФР-2, ИФРСБ-1
Таблица 2. Содержание ИФР-1, ИФР-2, ИФРСБ-1 и ИФРСБ-3 в сыворотке крови практически здоровых людей и больных КРР в зависимости от пола
Таблица 3. Содержание ИФР-1, ИФР-2, ИФРСБ-1 и ИФРСБ-3 в сыворотке крови больных КРР с учетом основных клинико-морфо-логических факторов
Медиана, квартили, нг/мл
Группы ИФР-1 ИФР-2 ИФРСБ-1 ИФРСБ-3
Контроль
Мужчины 128 675 1,4 3150
(п = 39) 108-150 525-785 0,3-2,5 2965-3550
Женщины 125 930 4,6 4860
(п = 35) 109-150 670-1140 2,3-9,1 4180-5630
Больные КРР
Мужчины 179 815 2,1 2166
(п = 39) 140-228 697-927 1,4-4,2 1957-2716
Женщины 161 829 3,2 2958
(п = 35) 131-230 697-978 1,3-5,4 2212-3703
и ИФРСБ-3 были достоверно выше в сыворотке крови женщин по сравнению с мужчинами (во всех случаях р < 0,01). У больных КРР аналогичные достоверные различия отмечены только для ИФРСБ-3 (р = 0,003). При этом, если в общей группе пациентов уровни ИФР-2 не отличались от контроля, то у пациентов мужского пола этот показатель достоверно превышал показатели мужчин контрольной группы (р = 0,007). Различия, выявленные для ИФР-1 и ИФРСБ-3 при анализе общей группы пациентов, сохранялись как у мужчин, так и у женщин. В целом нарушения в балансе сывороточных ИФР/ИФРСБ при КРР более выражены у мужчин, чем у женщин.
При анализе взаимосвязи содержания ИФР и ИФРСБ в сыворотке крови с основными показателями распространенности рака толстой кишки, а также с гистологическим строением, степенью дифферен-цировки (аденокарцином) и локализацией опухоли
Группы Медиана, пределы колебания, нг/мл
ИФР-1 ИФР-2 ИФРСБ-1 ИФРСБ-3
Стадия
I(п = 18) 182 69-282 701 534-3121 3,4 0,2-6,5 2535 3,3-5704
II (п = 24) 163 64,3-637 799 478-2044 2,1 0,8-11,3 2216 1887-3910
III (п = 20) 208 66,5-541 829 459-1676 3,0 0,7-10,7 2320 1748-9097
IV (п = 12) 152 71,4-408 954 463-2946 4,6 0,6-47,2 2777 1502-24700
Критерий Т
Т1 (п = 7) 211 146-282 793 664-959 4,2 0,2-6,5 3800 3,3-5403
Т2 (п = 14) 149 69-249 694 459-3121 2,2 0,7-6,5 2094 1678-5703
Т3 (п = 36) 167 64,3-637 837 459-2946 2,7 0,6-18,9 2314 1806-24700
Т4 (п = 17) 176 109-541 824 463-1027 3,1 0,7-47,2 2780 1502-2193
Критерий N
N0 (п = 46) 172 64,3-637 781 463-3122 2,0 0,2-11,3 2309 3,3-9976
N1 (п = 22) 179 66,5-491 841 459-2946 3,4 0,6-47,2 2627 1748-24700
N2 (п = 6) 190 113-541 976 773-1019 2,3 0,7-10,7 2409 1832-2780
Критерий М
М0 (п = 62) 178 64,3-637 806 459-3122 2,7 1,5-12,1 2308 3,3-9096
М1 (п = 12) 152 71,4-408 954 463-2946 4,6 0,6-47,2 2777 1501-24700
Локализация
Прямая кишка (п = 45) 164 69-541 778 463-2946 2,1 0,6-10,7 2305 550-24700
Сигмовидная кишка (п = 12) 234 132-637 963 459-3122 3,0 1,4-47,2 2334 1748-4771
Анальный отдел (п = 9) 181 108-282 842 573-2228 3,2 0,2-5,4 2625 3,3-4551
Прочие (п = 8) 105 64,3-230 792 477-987 5,4 0,8-18,9 2708 1978-9976
Гистологический вариант строения опухоли
Аденокарци-нома (п = 65) 168 64,3-637 811 459-3121 2,8 0,6-47,2 2340 550-24700
Плоскоклеточный рак (п = 9) 181 108-282 842 573-2228 3,2 1,3-4,2 2624 3,3-4551
Степень дифференцировки аденокарцином
Высокая (п = 14) 185 86,4-491 696 565-1028 5,0 0,8-47,2 2684 550-5403
Умеренная (п = 35) 164 71,4-637 839 459-3121 3,1 0,6-18,9 2482 1806-24700
Низкая (п = 16) 199 64,3-317 818 477-1677 3,4 0,8-11,3 2042 1748-3615
Е
= статистически достоверных различии не выявлено я (табл. 3). Можно отметить тенденцию к повышению Ц уровня ИФР-2 с увеличением стадии заболевания, ■ а также с увеличением степени поражения лимфатиче-„ ских узлов (индекс В то же время уровни всех маркеров, кроме ИФР-2, были наиболее высокими при индек-= се Т1 — отсутствии инвазии в окружающие ткани. При ^ сопоставлении с показателем отдаленного метастазиро-оэ вания (М) обнаружено недостоверное увеличение уров-неи всех исследованных маркеров в сыворотке крови больных КРР при наличии отдаленных метастазов.
Заключение
Таким образом, в сыворотке крови больных КРР достоверно повышено содержание ИФР-1 и снижено содержание ИФРСБ-3. Чувствительность ИФР-1 как потенциального диагностического маркера КРР составляет 80 % при 75 % специфичности (пороговый
уровень — 140 нг/мл). У пациентов мужского пола обнаружено также достоверное повышение уровня ИФР-2 в сыворотке крови по сравнению с контролем. Как в группе контроля, так и у больных КРР обнаружена достоверная отрицательная корреляция между возрастом обследованных и содержанием ИФР-1, однако связь с возрастом у больных КРР была значительно слабее, чем в контроле. Кроме того, у больных КРР отсутствовала корреляционная взаимосвязь между уровнями ИФР и ИФРСБ, отмеченная в контрольной группе, что свидетельствует о нарушении биодоступности ИФР. Кроме того, нами не обнаружено достоверной взаимосвязи уровней ИФР и ИФРСБ в сыворотке крови больных КРР с основными показателями распространенности процесса, а также с гистологическим строением и локализацией опухоли.
Исследование поддержано РФФИ, грант 12-03-00401.
1. Костылева О.И., Герштейн Е.С., Дигаева М.А. и др. Инсулиноподобные факторы роста, их рецепторы и связывающие белки как патогенетические факторы и потенциальные мишени терапии в онкологии. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии 2009;6:3-8.
2. Durai R., Yang W., Gupta S. et al.The role of the insulin-like growth factor system in colorectal cancer: review of current knowledge. Int J Colorectal Dis 2005;20(3):203-20.
3. Koda M., Reszec J., Sulkowska M. et al. Expression of the insulin-like growth factor-I receptor and proapoptotic Bax and Bak proteins in human colorectal cancer. Ann NY Acad Sci 2004;1030:377-83.
4. Fu P., Thompson J.A., Leeding K.S., Bach L.A. Insulin-like growth factors induce apoptosis as well as proliferation in LIM 1215 colon cancer cells. J Cell Biochem 2007;100(1):58-68.
5. Yavari K., Taghikhani M., Maragheh M.G. et al. Knockdown of IGF-IR by RNAi inhibits SW480 colon cancer cells growth in vitro. Arch Med Res 2009;40(4):235-40.
6. Davies M., Gupta S., Goldspink G., Winslet M. The insulin-like growth factor system and colorectal cancer: clinical and experimental evidence. Int J Colorectal Dis 2006;21(3):201-8.
7. Vrieling A., Voskuil D.W., Bosma A. et al. Expression of insulin-like growth factor system components in colorectal tissue and its relation with serum IGF levels. Growth Horm IGF Res 2009;19(2):126-35.
ЛИТЕРАТУРА
8. Sztefko K., Hodorowicz-Zaniewska D., Popiela T., Richter P. IGF-I, IGF-II, IGFBP2, IGFBP3 and acid-labile subunit (ALS) in colorectal cancer patients before surgery and during one year follow up in relation to age. Adv Med Sci 2009;54(1):51-8.
9. Bustin S.A., Dorudi S., Phillips S.M. et al. Local expression of insulin-like growth factor-I affects angiogenesis in colorectal cancer. Tumour Biol 2002;23(3):130-8.
10. Giovannucci E. Insulin, insulin-like growth factors and colon cancer: a review of the evidence. J Nutr 2001;131(Suppl 11): 3109-20.
11. Jenab M., Riboli E., Cleveland R.J. et al. Serum C-peptide, IGFBP-1 and IGFBP-2 and risk of colon and rectal cancers in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition. Int J Cancer 2007;121(2):368-76.
12. Park J.H. Inhibition of colon cancer cell growth by dietary components: role of the insulin-like growth factor (IGF) system. Asia Pac J Clin Nutr 2008;17(Suppl 1):257-60.
13. Nomura A.M., Stemmermann G.N., Lee J., Pollak M.N. Serum insulin-like growth factor I and subsequent risk of colorectal cancer among Japanese-American men. Am J Epidemiol 2003;158(5):424-31.
14. Rinaldi S., Cleveland R., Norat T. et al. Serum levels of IGF-I, IGFBP-3 and colorectal cancer risk: results from the EPIC cohort, plus a meta-analysis of prospective studies. Int J Cancer 2010;126(7):1702-15.
15. Bruchim I., Werner H. Targeting IGF-1 signaling pathways in gynecologic
malignancies. Expert Opin Ther Targets 2013;17(3):307-20.
16. Mitsiades C.S., Mitsiades N.S., McMullan C.J. et al. Inhibition of the insulin-like growth factor receptor-1 tyrosine kinase activity as a therapeutic strategy for multiple myeloma, other hematologic malignancies, and solid tumors. Cancer Cell 2004;5(3):221-30.
17. Perer E.S., Madan A.K., Shurin A. et al. Insulin-like growth factor I receptor antagonism augments response to chemoradiation therapy in colon cancer cells. J Surg Res 2000;94(1):1-5.
18. Maloney E.K., McLaughlin J.L., Dagdigian N.E. et al. An anti-insulin-like growth factor I receptor antibody that is a potent inhibitor of cancer cell proliferation. Cancer Res 2003;63(16):5073-83.
19. Vanamala J., Reddivari L., Radhakrishnan S., Tarver C. Resveratrol suppresses IGF-1 induced human colon cancer cell proliferation and elevates apoptosis via suppression of IGF-1R/Wnt and activation of p53 signaling pathways. BMC Cancer 2010;10:238.
20. Leng S.L., Leeding K.S., Whitehead R.H., Bach L.A. Insulin-like growth factor (IGF)-binding protein-6 inhibits IGF-II-induced but not basal proliferation and adhesion of LIM 1215 colon cancer cells. Mol Cell Endocrinol 2001;174(1-2):121-7.
21. Alami N., Page V., Yu Q. et al. Recombinant human insulin-like growth factor-binding protein 3 inhibits tumor growth and targets the Akt pathway in lung and colon cancer models. Growth Horm IGF Res 2008;18(6):487-96.
