• Намерете този автор в Google Scholar
  • Намерете този автор в PubMed
  • Потърсете този автор на този сайт
  • За кореспонденция: mac379 @ cornell.eduneli.ulrich @ hci.utah.edu

Резюме

Въведение

Колоректалният рак е третият най-често диагностициран рак както при мъжете, така и при жените и основна причина за смъртните случаи от рак в САЩ (1). Нарушенията в метаболизма с един въглерод, които водят до геномна нестабилност (напр. Невярно метилиране на ДНК и увреждане на ДНК), могат да допринесат за развитието на колоректален рак (2, 3). Холинът и фолатът са метилови хранителни вещества, участващи в метаболизма с един въглерод и играят критична роля в реакциите на метилиране, включително метилиране на ДНК, както и стабилността и възстановяването на ДНК (4–6). Въпреки че ниският прием на фолиева киселина и ниските циркулиращи нива на фолиева киселина са свързани с висок риск от рак на дебелото черво (2, 7–9), по-малко се знае за връзката между холина и риска от рак на дебелото черво.

плазмени

Холинът участва в реакции на метилиране след неговото окисление до бетаин, който дарява метилова група за реметилиране на хомоцистеин, образувайки метионин и диметилглицин (DMG). Бетаинът също така служи като осмолит и играе важна роля в защитата на клетките от хиперосмотичен стрес, който може да доведе до хронично възпаление, рисков фактор за колоректален рак (1, 10, 11). Към днешна дата само няколко проучвания са изследвали връзката между плазмения бетаин и колоректалната канцерогенеза. В норвежка популация плазменият бетаин е обратно свързан с появата на дистални колоректални аденоми (12). Неотдавнашно контролно проучване на случаи, вложено в Европейското проспективно разследване на рака и храненето (EPIC), също съобщава за обратна връзка между плазмения бетаин и риска от рак на дебелото черво сред участниците с ниски плазмени концентрации на фолат (13).

Холинът също може да претърпи катаболизъм от чревните бактерии, за да образува триметиламин (TMA), който допълнително се превръща в триметиламин N-оксид (TMAO) от чернодробния ензим флавин монооксигеназа (FMO; справки 14, 15). Въпреки че чревната микробиота е замесена в развитието на колоректален рак (16–18), връзката между зависимите от чревната микробиота холинови метаболити и риска от колоректален рак е неизвестна.

В този доклад ние изследвахме връзките между плазмените биомаркери на холиновия метаболизъм (холин, бетаин, DMG и TMAO) и риска от колоректален рак в проучване за контрол на случая, вложено в кохортата на Наблюдателното проучване на инициативата за здравето на жените (WHI-OS). Поради взаимозависимостта на холин и фолат, както и на други витамини от група В (витамин В6 и В12) в метаболизма с един въглерод (4, 5), ние допълнително проучихме тяхното влияние и влиянието на фолиевата киселина (FA) за укрепване (19) върху асоциации между плазмените холинови метаболити и риска от колоректален рак.

Пациенти и методи

Проучвайте популация

WHI-OS е проспективно кохортно проучване, предназначено да изследва предикторите и причините за заболеваемост и смъртност при жени в постменопауза (20, 21). В проучването са включени 93 676 жени в постменопауза на възраст между 50 и 79 години в 40 центъра в САЩ между 1993 и 1998 г. Жените са изключени, ако са имали медицински състояния с прогнозирано оцеляване 2). Колоректалният рак се оценява ежегодно с помощта на самостоятелно прилагани въпросници, събрани от всеки участник по пощата и по време на лично посещение за клинично проследяване на 3-та година (23). Всички случаи на колоректален рак са потвърдени от съдебни лекари. Международната класификация на онкологичните болести, второ издание кодове са били използвани за идентифициране на случаи на колоректален рак въз основа на туморното място, както е описано по-рано (11). За класифициране на случаите на рак са използвани програмните насоки на NCI за надзорна епидемиология и крайни резултати (23).

Аналитични измервания

Кръвни проби са взети на изходното ниво на изследването след поне 12 часа гладуване. Пробите се държат при 4 ° С до 1 час преди центрофугиране. Плазмата и серумът бяха събрани и съхранявани при -70 ° C до анализ (22). Плазмените концентрации на холин и неговите метаболити (бетаин, DMG и TMAO) са измервани в неидентифицирани проби, използвайки методология LC/MS-MS с модификации, базирани на нашата апаратура (24). Фолат на плазмата и червените кръвни клетки (RBC), както и витамин В12 в плазмата са измерени чрез радиоанализи (SimulTRAC; MP Biomedicals); плазменият пиридоксал-5′-фосфат (PLP) се анализира чрез течна хроматография под високо налягане (HPLC) с детекция на флуоресценция (25); и общият плазмен хомоцистеин се определя чрез HPLC с откриване на флуоресценция след колона (26). Дисперсионните коефициенти на взаимодействие на слепите дублиращи се контролни проби за всеки от анализите са както следва: холин, 7%; бетаин, 5%; DMG, 9%; TMAO, 6%; плазмен фолат, 5%; RBC фолиева киселина, 10%; витамин В12, 6%; PLP, 6%; и хомоцистеин, 7%.

Статистически анализ

За да изследваме дали връзките между холиновите метаболити и риска от колоректален рак са модифицирани от витамини от група В, участващи в метаболизма с един въглерод, проведохме анализи, стратифицирани във високи/ниски плазмени концентрации на фолиева киселина, PLP и витамин В12 въз основа на средните стойности сред контролите. Също така изследвахме влиянието на обогатяването на ФА, като се разделихме на следните периоди на укрепване на ФА въз основа на времето на изваждане на изходно кръв: префортификация (1994–1995), перификация (1996–1997; когато първоначалното укрепване започна, но все още не беше упълномощено), и постформиране (1998; справка 28). Тестът на Уолд е използван за оценка на модификацията на ефекта, включващ двупосочен термин на взаимодействие между редовите променливи на тенденцията (холинови метаболити) и модификаторите на ефекта (витамини от група В или FA обогатителен период). Тъй като съвпадението беше нарушено, в тези стратифицирани анализи бяха използвани безусловни модели на множество логистични регресии, допълнително приспособяване за дни към диагнозата на колоректалния рак и етническата принадлежност. Значимостта беше определена като P Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец

Характеристики на случаите на колоректален рак и контроли a

Плазмените концентрации на холин, бетаин и DMG не се различават между отделните случаи и контролите (Таблица 1). Въпреки това, случаите (спрямо контролите) са имали по-високи (P = 0,005) средни плазмени концентрации на TMAO (4,0 срещу 3,8 μmol/L) и са склонни да имат по-ниско (P = 0,07) средно плазмено съотношение бетаин: холин (2,9 спрямо 3.0). В допълнение, случаите са имали по-ниска средна плазмена фолатна концентрация, PLP и витамин В12, както и по-висока средна плазмена хомоцистеин.

Сред случаите туморите са класифицирани по туморен сайт (проксимален, дистален или ректален) и стадий (локален/регионален или метастатичен). Повече от половината (59%; n = 489) от туморите са проксимални, последвани от дистални (21%; n = 177) и ректални (19%; n = 155). Два процента (n = 14) от туморите не са класифицирани по място на тумора, защото са неизвестни или имат припокриващи се лезии. В допълнение, когато се стратифицират по туморен стадий, повечето от случаите (85%; n = 712) имат локализирани или регионални тумори, докато 12% от случаите (n = 104) имат отдалечени метастази. Два процента (n = 18) от туморите не са стратифицирани по туморен стадий, тъй като техните етапи са неизвестни или не са определени.

Корелации между плазмените концентрации на холинови метаболити

Коефициентите на корелация на Spearman (r) са изчислени, за да се изследват асоциациите между метаболитите на плазмения холин. Имаше статистически значими, но умерени положителни връзки на плазмения холин с плазмения бетаин (r = 0,22; P Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец

OR (95% CI) на колоректален рак от квартил на плазмения холин a

OR (95% CI) на колоректалния рак чрез квартил плазмен бетаин a

Забележително е, че след контролиране на ковариатите, жените в най-високия (срещу най-ниския) квартил на плазменото съотношение бетаин: холин са били с приблизително 44% по-нисък риск от колоректален рак като цяло [0,56 (0,39–0,82); P тенденция = 0,004], както и 34% по-нисък риск от проксимални тумори [0,66 (0,41–1,06); P тенденция = 0,049], 73% по-нисък риск от ректални тумори [0,27 (0,10–0,78); P тенденция = 0,02] и 50% по-нисък риск от локални/регионални тумори [0,50 (0,33–0,76); P тенденция = 0,001; Таблица 4]. Съотношението DMG: холин в плазмата има тенденция да бъде обратно свързано с риска от колоректален рак като цяло [0.69 (0.48–0.98); P тенденция = 0,06; Допълнителна таблица S2]. Обратната връзка е статистически значима за локални/регионални тумори [0.62 (0.42–0.91); P тенденция = 0,04] ​​и гранична значимост за проксимални тумори [0,57 (0,36–0,93); P тенденция = 0,07]. И накрая, съотношението DMG: бетаин има тенденция да бъде положително свързано с риска от рак на ректума [2,56 (0,98–6,64); P тенденция = 0,09; Допълнителна таблица S3].

OR (95% CI) на колоректален рак от квартил на плазменото съотношение бетаин: холин a

OR (95% CI) на колоректален рак чрез квартил плазмен TMAO a

Асоциации на холиновите метаболити с риск от колоректален рак в зависимост от плазмените концентрации на B-витамин

За по-нататъшно изследване дали витамините от група В (фолат, PLP и витамин В12) променят връзките между холиновите метаболити и риска от колоректален рак, ние се разделихме на високи/ниски плазмени концентрации на витамини от група В и оценихме взаимодействието. След контролиране на ковариатите, състоянието на витамин В12 променя връзката между плазмения TMAO и риска от колоректален рак (P взаимодействие = 0,003; Таблица 6). По-конкретно, по-висок риск от колоректален рак се наблюдава при по-високи TMAO квартили при жени с нисък плазмен витамин В12 (т.е. ≤505 pg/ml; P тенденция = 0.001), но не и сред тези с високи нива на В12. Освен тази констатация, не са наблюдавани промени в ефекта от витамини от група В върху връзките на плазмените холинови метаболити и техните съотношения с риск от колоректален рак (данните не са показани).

OR (95% CI) на колоректален рак, свързани с квартили плазмен TMAO от витамин В12 статус а

Асоциации на холиновите метаболити с риск от колоректален рак според периода на обогатяване на FA

След това проучихме възможната модификация на ефекта чрез FA укрепване. Асоциацията на плазмения холин, DMG, TMAO и съотношенията на холиновите метаболити с риск от колоректален рак не се различават по периоди на обогатяване (данните не са показани). Въпреки това, след контролиране на ковариатите, плазменият бетаин има тенденция да взаимодейства с периода на обогатяване на FA във връзка с риска от колоректален рак (P взаимодействие = 0,08; Таблица 7). По-конкретно, по-нисък риск от рак на дебелото черво се наблюдава при по-висок плазмен бетаин по време на предварителния (P trend = 0,02) и пери- (P trend = 0,02) обогатителни периоди, но не и през периода на postfortification.

OR (95% CI) на колоректален рак, свързан с квартили плазмен бетаин чрез FA фортификационни периоди a

Дискусия

Доколкото ни е известно, това е първото проучване за оценка на връзките между плазмените биомаркери на метаболизма на холин и риска от колоректален рак сред жените в постменопауза в САЩ. Появиха се следните основни открития: (i) плазменият холин (умерено положителен) и бетаинът (обратен) бяха дивергентно свързани с риска от колоректален рак; (ii) плазменото съотношение бетаин: холин е по-силно свързано с риска от колоректален рак, отколкото само метаболитът; и (iii) по-високите плазмени концентрации на ТМАО са свързани с по-висок риск от колоректален рак, особено сред жени с нисък плазмен витамин В12.

Различните асоциации на плазмения холин и бетаин с риска от колоректален карцином, наблюдавани в нашата кохорта на проучването, се различават от констатациите от скорошно проучване за контрол на случаите, вложено в кохортата на EPIC, където в анализите на подгрупите на жените плазменият холин (но не и плазменият бетаин) е обратно свързано с риска от колоректален рак (13). Една от основните разлики между кохортите на изследването, които биха могли да обяснят тези противоречиви констатации, е състоянието на фолата. По-конкретно, средните концентрации на фолат в плазмата са приблизително 3,5 пъти по-високи в кохортата WHI (спрямо EPIC). Други фактори, допринасящи за това, могат да включват възраст на участниците, период на проследяване, вземане на кръвна проба (гладно срещу гладуване), използване на различни гранични стойности за категориите холинови метаболити и състоянието на други хранителни вещества, участващи в метаболизма с един въглерод.

В настоящото проучване съотношението плазмен бетаин: холин е по-силно свързано с риска от колоректален рак, отколкото един от двата метаболита самостоятелно. След приспособяване към потенциални смутители, жените с най-висок (срещу най-нисък) бетаин: холин квартил са били с 44% по-нисък риск от колоректален рак като цяло, 34% по-ниски проксимални тумори, 50% по-ниски локални/регионални тумори и 73% по-ниски ректални тумори. Изглежда, че връзката между съотношението бетаин: холин и риска от колоректален рак не се различава според състоянието на B-витамин или FA обогатителния период. За разлика от това, експозицията на FA изглежда променя връзката между плазмения бетаин и риска от колоректален рак с обратна връзка, наблюдавана в периодите преди и периформирането, но не и в периода след фортификация. Като такава, връзката между плазмения бетаин и риска от колоректален рак изглежда зависи от наличието на фолиева киселина и може да бъде по-очевидна, когато наличността на фолиева киселина е ниска (т.е. преди обогатяване на FA). Като цяло тези данни подкрепят полезността на плазменото съотношение бетаин: холин като потенциален биомаркер за прекомерен риск от колоректален рак при жени в менопауза.

При хората холинът може да претърпи катаболизъм от анаеробни чревни бактерии, за да произведе TMA, който допълнително се превръща в TMAO от чернодробния ензим FMO (14, 15). По същия начин, L-карнитинът също служи като предшественик на TMAO чрез метаболизма, зависим от чревната микробиота (т.е. холин/карнитин → чревна микробиота → TMA/TMAO; справки 36, 37). Този метаболитен път, медииран от чревна микробиота, е свързан с няколко заболявания (37–41), което предполага потенциалната роля на чревно-микробния метаболизъм и техните метаболитни продукти в канцерогенезата сред хората. Настоящото проучване, за първи път доколкото ни е известно, изследва връзката между циркулиращите концентрации на TMAO и риска от колоректален рак. Установихме, че жените с най-висок (срещу най-нисък) TMAO квартил имат приблизително 3,4 пъти по-голям риск от рак на ректума. Въпреки че не се наблюдава статистически значима линейна тенденция, повишен риск се открива и от втория квартил на ТМАО с 1,9 пъти по-голям риск за колоректален рак като цяло и за локални/регионални тумори, приблизително 2,4 пъти по-голям риск за проксимални тумори и приблизително 3,6 пъти по-голям риск от метастатични тумори. Тези открития колективно предполагат, че плазменият TMAO може да служи като потенциален предиктор за повишен риск от колоректален рак.

Промените в чревната микробиота могат да предразположат развитието и прогресирането на колоректалния рак чрез засягане на множество процеси, включително пролиферация на епителни клетки на дебелото черво, имунна система и хронично възпаление (16, 18). Например, в сравнение със здрави индивиди, увеличен брой и разнообразие, както и намалената стабилност на бактериална група на дебелото черво Clostridium, се характеризират при пациенти с колоректален рак (16, 42). Всъщност Clostridium също се предлага да играе роля в превръщането на холин (41, 43) и карнитин (37, 44) в TMA, като по този начин допринася за производството на TMAO. По този начин е възможно положителната връзка между плазмения TMAO и риска от рак на дебелото черво да възникне от необичайни промени в определени бактерии на дебелото черво, които могат да възникнат в началото на развитието на заболяването преди диагностицирането. Като се има предвид, че TMAO е метаболит, получен от чревни бактерии, той може също да представлява доказателство за етиологична корелация между чревната микробиота и колоректалния рак и потенциално може да служи като нов биомаркер на риска от рак на дебелото черво.

По-специално, връзката между плазмения TMAO и риска от колоректален рак изглежда се променя от състоянието на витамин В12. По-конкретно, рискът от рак на дебелото черво се увеличава при увеличаване на TMAO квартилите в групата с нисък B12, но не и в групата с висок B12. Тези данни предполагат, че жените в постменопауза с по-висок TMAO и по-нисък витамин В12 могат да бъдат по-податливи на развитие на колоректален рак. Определени групи чревни бактерии могат да синтезират (45, 46) и да консумират (47, 48) витамин В12, което може да повлияе на нуждата от витамин В12/състоянието на гостоприемника. Всъщност свръхрастежът на чревни бактерии, които поемат витамин В12, е замесен в малабсорбцията на В12 (47-50). В червата на човека свръхрастежът на определена бактериална група може също да блокира колонизацията на други бактериални групи (16), което води до дисбаланс между тяхното метаболитно производство и консумация. Следователно повишеният риск от рак на дебелото черво при жените с висок TMAO и нисък витамин B12 може отчасти да бъде свързан с нарушенията в бактериалните популации на дебелото черво. Необходими са допълнителни проучвания, за да се потвърдят тези констатации и потенциалните биологични механизми се нуждаят от допълнително изясняване.

Основните силни страни на настоящото проучване включват: (i) перспективния дизайн; (ii) големият размер на пробата, който позволява да се извършват стратифицирани анализи по туморно място/стадий, както и по витамини от група В и периоди на обогатяване на FA; и (iii) оценка на съотношенията на холиновите метаболити (особено съотношението бетаин: холин), което дава по-надеждни оценки на риска от колоректален рак. Трябва да се отбележат и няколко ограничения: (i) въпреки че се опитахме да контролираме объркването, съществува потенциал за остатъчно объркване от фактори, които или не бяха събрани в WHI-OS, или не бяха измерени с достатъчна точност; (ii) въпреки че концентрациите на плазмен холин и неговите метаболити са стабилни във времето при здрави жени (24), единичните мерки на тези метаболити може да не отразяват напълно дългосрочните връзки с риска от колоректален рак; и (iii) въпреки че изходният хистеректомичен статус е бил използван като съвпадащ фактор въз основа на доказателствата, че женските полови хормони (напр. естроген) са свързани с риск от колоректален рак (51–53), той може да не отчита изчерпателно естрогенния статус. Не се очаква обаче това да окаже влияние върху резултатите, тъй като анализите са коригирани за използването на постменопаузална хормонална терапия (която по-подробно ще отчете състоянието на естрогена).

В заключение, резултатите от това проучване показват, че промените в метаболизма на холина, които могат да възникнат в началото на развитието на заболяването, се свързват с по-висок риск от колоректален рак при жени в менопауза. Нашите данни също показват, че съотношението плазмен бетаин: холин може да бъде потенциален индикатор за риск от рак на дебелото черво, което, ако бъде потвърдено, може да има клинични последици за скрининг на рак на дебелото черво. Това проучване също така предоставя нови доказателства, че плазменият TMAO, окислително производно на холин, произвеждано от чревни бактерии, може да служи като потенциален биомаркер за повишен риск от рак на дебелото черво, особено сред тези с ниски плазмени концентрации на витамин В12. Въпреки че са необходими допълнителни изследвания, за да се очертаят основните механизми, тези нови открития могат да подобрят разбирането на етиологична връзка между чревните бактерии и патогенезата на колоректалния рак.

Разкриване на потенциален конфликт на интереси

Не са разкрити потенциални конфликти на интереси.