Редоксзалежні механізми запалення в жировій тканині хворих на рак прямої кишки

Abstract

Дослідження участі злоякісного новоутворення у зміні метаболізму прилеглої до пухлини жирової тканини (ППЖТ) є важливими для розуміння складних взаємовідносин між пухлиною та жировою тканиною (ЖТ), які спричиняють прогресування захворювання. Джерелом пошкоджувального впливу на ЖТ можуть бути мітохондріальні супероксидні радикали (CР) і NO˙ пухлини, які здатні сприяти прогресуванню останньої за рахунок активації в ній редоксзалежних шляхів. З огляду на те, що ЖТ є важливим джерелом енергії для клітин пухлини, розуміння механізму метаболічного симбіозу пухлинних клітин із ЖТ може стати підґрунтям для створення нових терапевтичних підходів. Мета: дослідити редоксзалежні механізми в нормальній ЖТ (НЖТ) пацієнтів без онкологічних захворювань, ППЖТ і ЖТ, взятій на відстані 3 см від пухлини (ЖТВ), у хворих на рак прямої кишки (РПК) та активність матриксних металопротеїназ (ММП)-2 і -9 у цих тканинах, а також вплив на них TNF-α. Об’єкт і методи: дослідження проведено на 46 зразках ППЖТ та 26 зразках ЖТВ хворих на РПК ІІ– ІІІ стадії (pT2–3pN0–2pM0). Як контроль використали НЖТ 11 практично здорових людей, одержану після виконання ліпосакції у спеціалізованому медичному центрі з дотриманням стерильності. Серед обстежених хворих кількість жінок та чоловіків становила 21 та 25 відповідно, середній вік — 64,0 ± 1,6 року. Використано методи електронного парамагнітного резонансу при температурі рідкого азоту та технології Spin Traps, зимографії в поліакриламідному гелі, біохімічні, статистичні методи. Результати: впливаючи на електронтранспортний ланцюг (ЕТЛ) мітохондрій ППЖТ, зокрема на Комплекс І, пухлина спричинює зростання швидкості генерування СР та, відповідно, окисних модифікацій ДНК у ППЖТ. Рівні генерування СР та окисно-індукованих мутацій ДНК у мітохондріях останньої відповідно у 6,1 і 5,8 раза вищі порівняно з НЖТ (p < 0,05; p < 0,05) та в 3,7 і 3,5 раза перевищують такі в ЖТВ (p < 0,05; p < 0,05). Активність желатиназ ММП-2, -9 ППЖТ достовірно вища, ніж НЖТ. Виявлено достовірний вплив in vitro TNF-α на мітохондрії ЖТВ і ППЖТ (але не НЖТ), що проявляється зростанням клітинної гіпоксії, швидкості генерування СР, активності желатиназ. Висновки: під дією чинників злоякісної пухлини формується пропухлинний фенотип ППЖТ, який характеризується високими рівнями СР, окисних модифікацій ДНК та активності ММП. Інкубація НЖТ, ЖТВ і ППЖТ із прозапальним цитокіном TNF-α викликає зміни редокс-стану мітохондрій та активацію низки факторів запалення (СР, NO˙, ММП) лише в тканинах, де вже відбулося перепрограмування метаболізму під впливом пухлини, — у ППЖТ і дещо меншою мірою у ЖТВ.

The study of tumor involvement in metabolism changes adjacent to the tumor fatty tissue (ATFT) are important for understanding the complex relationships between the tumor and fatty tissue (FT) that contribute to the progression of the disease. The source of the damaging effects on FT can be mitochondrial superoxide radicals (SR) and NO˙ of tumors, which may contribute to the progression of the latter due to the activation it redox-dependent pathways. Given the fact that FT is an important energy source for tumor cells, understanding the mechanism of metabolic symbiosis in tumor cells from FT can be the basis to create new therapeutic approaches. Objective: to carry out the redox-dependent mechanisms in normal fatty tissue (NFT) obtained from patients without oncological disease, ATFT at a distance of 3 cm from the ATFT, the activity of metalloproteinases (MMP-2, -9) in this tissues and the effect of TNF-α in it. Object and Methods: the study was conducted on 46 samples of ATFT patients with rectal cancer (RC) II–III stages (pT2–3pN0–2pM0) and 26 samples FT. As control was used the FT of 11 healthy men, taken after performing liposuction in a specialized medical center, in observance of sterility. Among the examined patients the number of women and men was 21 and 25, respectively, and the average age was of 64.0 ± 1.6 years. The used methods were electron paramagnetic resonance at the temperature of liquid nitrogen and the technology Spin Traps, sonograph in polyacrylamide gels, biochemical, and statistical methods. Results: influencing electron transport chain (ETC) of mitochondria ATFT, particularly for Complex 1, the tumor causes an increase in the speed of generating the SR and, accordingly, oxidative modifications of DNA in ATFT. The level of generation of SR, and the oxidation-induced DNA mutations in the mitochondria of the latter, were respectively at 6.1 and 5.8 times higher in comparison with NFT (p < 0.05, p < 0.05) and 3.7 and 3.5 times higher than those in distant FT (p < 0.05, p < 0.05). Gelatinase activity of MMP-2, -9 ATFT was significantly higher than in distant FT. There was a significant effect of in vitro TNF-α on mitochondria ATFT and distant FT (but not NFT), which is manifested by increase in cellular hypoxia, speed of generating the SR, gelatinase activity. Conclusions: under the influence of factors of a malignant tumor the protumor phenotype is formed of ATFT, which is characterized by high levels of SR, oxidative modifications of DNA and activity of MMP. Incubation of NFT, distant FT and ATFT with proinflamation cytokine TNF-α causes changes in the redox state of the mitochondria and activation of several inflammatory factors (SR, NO˙, MMP) in the tissues, where there was already reprogramming of metabolism under the influence of the tumor — in ATFT and, to a lesser extent, distant FT