Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

STATE OF OXIDATIVE METABOLISM IN THE BLOOD OF GASTRIC CANCER PATIENTS WITH VARIOUS TUMOR HISTOTYPES

Goroshinskaya I.A. 1 Medvedeva D.E. 1 Surikova E.I. 1 Nemashkalova L.A. 1 Kachesova P.S. 1 Malinin S.A. 1 Kaminskiy G.V. 1 Maslov A.A. 1 Kit O.I. 1
1 Rostov Research Institute of Oncology
Levels of malondialdehyde (MDA) in the blood plasma and red blood cells (RBC), activity of superoxide dismutase (SOD) and catalase and oxidase activity of ceruloplasmin were measured in 89 patients with gastric cancer; chemiluminescence intensity and total antioxidant status (TAS) of the plasma were studied in some of them. The results were analyzed depending on the adenocarcinoma grade (well and moderately differentiated adenocarcinoma – 26 patients, poorly differentiated adenocarcinoma – 17 patients, presence of undifferentiated cells in gastric adenocarcinoma – 9 patients, adenocarcinoma with signet ring cell components – 19 patients, signet ring cell carcinoma (SRCC) – 18 patients). The aim of the study was a comparative analysis of indicators of free radical oxidation and antioxidant blood system in patients in dependence on the tumor histotype and grade. All groups of patients showed elevated levels of MDA, maximal in the blood plasma. The highest MDA levels were registered in patients with undifferentiated cells in SRCC – in plasma 3.6 times higher, in RBC 2.3 times higher than normal levels. Chemiluminescence intensification reflected enhanced free radical oxidative processes as well. Enhanced oxidative processes were accompanied by a disturbance in the coordinated function of the main first line defense antioxidant enzymes – SOD and catalase in RBC. The maximal increase in the SOD/catalase ratio was observed in patients with adenocarcinoma, while the highest TAS was registered in patients with combined gastric lesions and SRCC. Patients with tumor invasion in the serosa and the spread to adjacent structures showed a pronounced increase in plasma MDA levels, accompanied by a significant decrease in antioxidant capacity of the plasma, and the maximal disturbance in the coordinated function of RBC antioxidant enzymes. Revealed characteristics of oxidative metabolism were associated with poor prognosis in patients with a higher prevalence of the process and with the presence of undifferentiated tumor cells.
gastric cancer
malondialdehyde
superoxide dismutase
catalase
ceruloplasmin
total antioxidant blood status.

По данным мировой статистики рак желудка занимает 5-е место по онкологической заболеваемости, ежегодно поражает около 1 миллиона человек и является второй по распространенности причиной смерти от рака [1]. В России рак желудка занимает 4-е место по заболеваемости злокачественными заболеваниями у мужчин (7,8%) и 5-е место – у женщин (4,8%), а по смертности находится на 2-м месте после рака легкого у мужчин и рака молочной железы у женщин. Увеличение удельного веса новообразований желудка в возрастной группе 60 лет и старше до 8,0% у мужчин и 5,9% у женщин определяет повышение их значимости с возрастом [2]. Несмотря на разработку новых способов лечения рака желудка, частота рецидивов рака желудка остается высокой, особенно у пациентов с поздней стадией заболевания [3, 4].

Изучение метаболических и молекулярных изменений [5], происходящих при различных гистотипах рака желудка и разной распространенности процесса, может способствовать лучшему пониманию особенностей этого заболевания. Общепризнанной является роль оксидативного стресса при опухолевом росте [6]. Ряд показателей перекисного окисления липидов (ПОЛ) и состояния антиоксидантной системы крови оказался информативным при оценке распространенности опухолевого процесса и рецидивирования заболевания [7]. Исследование состояния различных звеньев антиоксидантной защиты проводилось и в тканях опухоли [8, 9, 10].

Целью исследования явился сравнительный анализ показателей свободнорадикального окисления и антиоксидантной системы крови у больных раком желудка в зависимости от степени дифференцировки аденокарциномы при перстневидноклеточном раке и при сочетанном поражении желудка.

Материал и методы исследования

Показатели свободнорадикального окисления и антиоксидантной системы были проанализированы в крови 89 больных (60 мужчин и 29 женщин) со злокачественным поражением желудка. В зависимости от гистотипа опухоли больные были разделены на 6 групп: 1) высоко- и умеренно дифференцированная аденокарцинома (G1-2) – 26 человек, из которых 17 мужчин и 9 женщин; 2) низкодифференцированная аденокарцинома (G3) – 17 больных, 12 мужчин и 5 женщин; 3) перстневидноклеточный рак (ПКР) – 18 человек, 9 мужчин и 9 женщин; 4) сочетанное поражение желудка (СПЖ) – аденокарцинома с наличием перстневидноклеточных фрагментов – 14 больных, 13 мужчин и 1 женщина, 5) больные с наличием недифференцированных клеток и перстневидноклеточных фрагментов (G4+ПКР) – 5 человек, 3 мужчины и 2 женщины; 6) больные с наличием недифференцированных клеток при аденокарциноме желудка (G4+ G2-3) – 9 человек, 6 мужчин и 3 женщины. В группе G1-2 в 92% случаев была выявлена умеренно дифференцированная аденокарцинома. Средний возраст пациентов составил 62 года (61,9±1,2). Кроме того, отдельно были проанализированы результаты исследования у больных с прорастанием опухоли в серозную оболочку и распространением на соседние структуры (T4 по системе классификации TNM). Данные, полученные в крови больных, сопоставлялись со значением соответствующих показателей в группе относительно здоровых мужчин и женщин без онкопатологии, средний возраст которых сопоставим с возрастом  обследованных больных (группа доноров).

В плазме и эритроцитах крови больных определяли уровень МДА, активность супероксиддисмутазы (СОД), каталазы и церулоплазмина общепринятыми спектрофотометрическими методами [11], а также у части больных общий антиоксидантный статус (ОАС) плазмы крови ИФА методом (ImAnOx Kit производства Immundiagnostik, Германия) и светосумму быстрой вспышки перекисьиндуцированной люминолзависимой хемилюминесценции, отражающей интенсивность образования свободных радикалов.

Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакета программ Statistika 6.0 по t-критерию Стъюдента для двух независимых выборок. Различия считали статистически значимыми при p<0,05–p=0,000000, а при 0,1>p>0,05 – на уровне статистической тенденции к значимости.

Результаты исследования и их обсуждение

Статистически значимое увеличение уровня МДА в крови наблюдалось во всех шести группах больных. Прирост данного молекулярного продукта ПОЛ был значительно более выраженным в плазме крови, чем в эритроцитах (табл. 1 и 2). При высоко- и умеренно дифференцированной аденокарциноме (G1-2) увеличение концентрации МДА по сравнению с группой здоровых составило 170,1% (р=0,000000) в плазме крови и 49,8% (р<0,0001) в эритроцитах, при низкодифференцированной аденокарциноме (G3) – 176,6% и 85,9% (р<0,00001–0,001) соответственно, при ПКР – 203,4% и 91,1% (р<0,00001–0,0001). Наиболее высокий уровень МДА как в плазме крови, так и в эритроцитах выявлен у больных с наличием недифференцированных клеток при ПКР. Превышение значений в группе здоровых достигло в плазме 3,6 раза, в эритроцитах 2,3 раза, т.е. 263,3% и 128,1% (р=0,000000) соответственно. Существенно меньшим было увеличение концентрации МДА у больных с сочетанным поражение желудка (G2-3+ПКР) – на 136,6% (р<0,001) в плазме крови и отсутствие статистически значимого повышения в эритроцитах, а также у больных с наличием недифференцированных клеток при аденокарциноме желудка (G4+G2-3) – на 130,5% (р<0,001) в плазме крови и на 50% (р<0,05) в эритроцитах по сравнению со здоровыми.

Таблица 1

Содержание МДА и показатели антиоксидантной системы в плазме крови больных раком желудка с разным гистотипом и распространенностью процесса

Группы

МДА

нМ/мл плазмы

Общий АО статус крови

мкМ/л

Каталаза

мкМ Н2О2/мин.

Активность церулоплазмина

мкМ/л

Здоровые n=24–29

2,724±0,32 (24)

 

34,53±1,76 (28)

1,326±0,067(29)

Аденокарцинома G1-2   n=26

7,359±0,726

Р=0,000000

303,8±15,3 (13)

30,81±2,79

 

1,494±0,158

 

Аденокарцинома G3

n=17

7,535±0,967

Р=0,000002

319,9±24,9 (7)

29,06±2,06

Р=0,061069

1,258±0,082

Аденокарцинома

 с наличием недифференцированных клеток (G4+G2-3) n=9

6,278±1,249

Р=0,000485

Р5=0,063268

311,1±22,4 (5)

29,34±4,31

Р3=0,079853

1,504±0,232

 

Перстневидноклеточный рак (ПКР)   n=18

8,265±1,134

Р=0,000003

333,3±23,1 (3)

21,6±2,06

Р=0,000030

Р1=0,019819

Р2=0,016308

1,323±0,076

 

 

Сочетанное поражение желудка (G2-3+ПКР)

n=14

6,445±1,264

Р=0,000655

350,3±11,7 (9)

Р=0,045515

31,89±3,29

Р3=0,009566

39,97±2,18 (7)

23,2±3,05 (7)

1,333±0,166 (12)

 

ПКР с наличием недифференцированных клеток (G4+ПКР) n=5

9,897±0,765

Р=0,000000

-

20,87±2,57 (5)

Р=0,003603

Р2=0,050003

Р4=0,039068

1,433±0,131

Т4 G3

n=23

8,226±0,898

Р=0,000000

323,2±10,9/21

359,2±6,4/11

Р=0,004916

283,6±13,3/10

Рп/гр=0,000041

 

 

28,75±2 ,1

Р=0,038332

Р3=0,023162

 

1,162±0,129 (22)

0,95±0,059 (19)

Р=0,000291

Р1=0,006194

Р2=0,003932

Р3=0,000424

Р4=0,016961

Р5=0,004680

Р6=0,001593

2,51±0,187 (3)

Примечание. Статистическая значимость различий: р – относительно группы здоровых, р1 – относительно G1-2, р2 – относительно G3, р3 – относительно ПКР, р4 – относительно группы с сочетанным поражением желудка, р5 – относительно G4+ПКР, р6 – относительно группы больных с наличием недифференцированных клеток при аденокарциноме желудка.

На усиление интенсивности свободнорадикальных окислительных процессов указывало также увеличение светосуммы хемилюминесценции, которая была определена в плазме крови у 39 больных со злокачественным поражением желудка. У больных аденокарциномой интенсивность хемилюминесценции была увеличена в среднем на 50,4% (4928±1013 имп./6 секунд при значении у доноров 3276±175), у больных ПКР – на 29,4% (4238,5±787 имп./6 секунд).

Таблица 2

Содержание МДА и активность антиоксидантных ферментов в эритроцитах крови больных раком желудка с разным гистотипом и распространенностью процесса

Группы

МДА

нМ/мл 1% гемолизата

СОД

ед. актив./мг Hb

Каталаза

мкМ Н2О2/мин.

×мг Hb

СОД/Каталаза

Здоровые n=21-31

1,495±0,08 (21)

497,5±16,2 (31)

134,7±4,1 (31)

3,743±0,116 (31)

Аденокарцинома G1-2   n=26

2,24±0,131

Р=0,000037

561,8±35,1

Р=0,081788

96,13±3,9

Р=0,000000

5,874±0,542

Р=0,000088

Аденокарцинома G3

n=17

2,779±0,386

Р=0,000748

546,7±39,7

95,46±4,56

Р=0,000000

6,006±0,597/17

Р=0,000014

Аденокарцинома

с наличием недифференцированных клеток (G4+G2-3) n=9

2,243±0,485  

Р=0,040471

 

514,9±59,7

102,3±3,86(10)

Р=0,000104

Р1=0,075125

5,03±0,624

Р=0,002167

Перстневидноклеточный рак (ПКР) n=18

2,857±0,297

Р=0,000033

494,5±33,0

 

122,1±8,5

Р1=0,003987

Р2=0,009263

4,408±0,355/17

Р=0,033941

Р1=0,048807

Р2=0,028169

Сочетанное поражение желудка (G2-3+ПКР)

n=14

1,919±0,306

 

471,3±27,1

Р1=0,094109

110,8±8,6

Р=0,007389

Р1=0,082083

Р2=0,097911

4,495±0,458

Р=0,033714

Р2=0,067073

 

ПКР с наличием недифференцированных клеток (G4+ПКР) n=5

3,41±0,346

Р=0,000000

549,8±102,5

110,7±13,5

Р=0,042312

5,755±1,711

Р=0,006685

Т4 G3

n=23

2,294±0,181

Р=0,000331

Р3=0,098629

Р5=0,013484

590,8±35,7

Р=0,010937

Р3=0,057996

Р4=0,023656

93,31±4,03

Р=0,000000

Р3=0,001934

Р4=0,043275

6,551±0,578

Р=0,000001

Р3=0,005655

Р4=0,018928

Примечание. Статистическая значимость различий: р – относительно группы здоровых, р1 – относительно G1-2, р2 – относительно G3, р3 – относительно ПКР, р4 – относительно группы с сочетанным поражением желудка, р5 – относительно G4+ПКР, р6 – относительно группы больных с наличием недифференцированных клеток при аденокарциноме желудка.

Увеличение интенсивности ПОЛ сопровождалось нарушением сопряженной работы основных ферментов первой линии антиоксидантной защиты – СОД и каталазы в эритроцитах (табл. 2). Активность каталазы была снижена во всех группах больных, кроме ПКР. Наиболее выраженным было ингибирование фермента у больных аденокарциномой: при G1-2 – на 28,6%, при G3 – на 29,1% (р=0,000000) и при G4+G2-3 – на 24,1% (р=0,0001). При сочетанном поражении желудка G2-3+ПКР и G4+ПКР снижение активности каталазы составляло 17,7–17,8% (р<0,01–0,05). При этом выявлена тенденция к увеличению активности СОД у большинства больных аденокарциномой желудка, в среднем на 12,9% при G1-2 и на 10% при G3, а в остальных группах она значимо не отличалась от уровня у здоровых. Коэффициент СОД/каталаза во всех группах больных был статистически значимо выше, чем в группе здоровых. При ПКР увеличение составляло 17,8%, при сочетанном поражении желудка (G2-3+ПКР) – 20,1% (р<0,05); наличие недифференцированных клеток приводило к росту данного показателя до 34,4% у больных с G4+G2-3 и до 53,8% при G4+ПКР (р<0,01). Наиболее выраженное нарушение скоординированной работы СОД и каталазы наблюдалось у больных аденокарциномой – увеличение коэффициента СОД/каталаза достигало 56,9% при G1-2 и 60,5% при G3 (р<0,0001), данный показатель был статистически значимо выше, чем при ПКР (на 33,3–36,3%, р<0,05).

В плазме крови также были обнаружены снижение активности каталазы при ПКР на 37,4% (р<0,0001) и G4+ПКР на 39,6% (р<0,01), а также тенденция к снижению у больных с низкодифференцированной аденокарциномой (G3) – на 15,8% (р=0,061). При этом оксидазная активность церулоплазмина, основного белка плазмы крови с антиоксидантной ролью, ни в одной из групп больных значимо не отличалась от нормы (табл. 1) .

Определение общего антиоксидантного статуса (ОАС), выполненное в плазме крови 37 больных, показало, что при аденокарциноме вне зависимости от степени дифференцировки данный показатель был на уровне 304–320 мкмоль/л, что согласно диапазону нормальных значений, предложенному разработчиками метода, соответствует средней антиоксидантной способности (280–320 мкмоль/л). Наиболее высоким ОАС был у больных с сочетанным поражением желудка – 350 мкмоль/л, у больных ПКР – 333 мкмоль/л, что соответствует высокой антиоксидантной способности (>320 мкмоль/л). Выявлена статистическая значимость различий ОАС у больных с сочетанным поражением желудка относительно аденокарциномы G 1-2 и G3 при IV стадии – выше на 14–15% (р<0,05). С более высоким ОАС согласуется существенно менее выраженное увеличение концентрации МДА в плазме крови именно у больных с сочетанным поражением желудка по сравнению с другими группами больных (табл. 1).

Сопоставление коэффициента соотношения исследованных антиоксидантных ферментов свидетельствует о том, что при ПКР обнаруживается недостаточность супероксид устраняющего звена, хотя активность СОД сохраняется на уровне, характерном для здоровых. Этим, возможно, объясняется выраженное увеличение интенсивности перекисного окисления липидов (максимально высокий уровень МДА в эритроцитах и плазме крови), выявленное у больных ПКР и у больных с наличием недифференцированных и перстневидных клеток.

Некоторые особенности были характерны для больных с прорастанием опухоли в серозную оболочку и распространением на соседние структуры (T4 по системе классификации TNM). В эту группу вошли 23 пациента: 7 с G2, 6 с G3, 4 с наличием недифференцированных компонентов (G4+G3), 2 с ПКР и 4 с сочетанным поражением желудка. У этих больных было выявлено увеличение уровня МДА в плазме крови в 3 раза выше (р=0,000000) относительно здоровых. Это сочеталось с низкой активностью церулоплазмина у 19 из 22 больных – ниже нормы на 28,4%, р<0,001 (табл. 1). Исключение составили 3 больных с высокой активностью церулоплазмина (на 89,3% выше среднего по группе здоровых, р<0,00001). Известно, что церулоплазмин является основным белком, выполняющим в плазме крови функции антиоксидантных ферментов. Помимо основной медьтранспортной функции, он обладает рядом ферментативных активностей: ферроксидазной, оксидазной, полиаминоксидазной и супероксиддисмутирующей, что делает его наиболее эффективным ингибитором активных кислородных метаболитов при разных патологиях, включая и злокачественный рост [12, 13]. Со снижением активности церулоплазмина у большинства больных с распространенным процессом (T4) может быть связано трехкратное увеличение МДА именно в плазме крови, поскольку в эритроцитах, где контроль ПОЛ осуществляется находящимися в них истинными антиоксидантными ферментами, значимых отличий от показателей у остальных больных аденокарциномой не выявлено, и его уровень был ниже, чем у больных ПКР и ПКР+G4, на 19,7% (0,05<р<0,1) и 32,7% (р=0,013) соответственно. Активность каталазы в плазме была снижена относительно уровня у здоровых на 16,7% (р<0,05), не отличалась от средних значений в группах больных аденокарциномой без учета распространенности опухоли, но была выше, чем у больных ПКР, на 33,1% (р=0,023). В отличие от незначительного изменения активности каталазы в плазме, где данный фермент, не имеющий собственной внеклеточной формы, не играет существенной роли в антиоксидантной защите [14], активность каталазы в эритроцитах у больных с распространением опухоли на соседние структуры была самой низкой: на 30,7% относительно здоровых (р=0,000000), на 23,6% относительно ПКР (р<0,002) и на 15,8% ниже, чем при сочетанном поражении (р<0,05). Активность СОД была значимо выше, чем у здоровых, на 18,8% и у больных с сочетанным поражением на 25,4% (р<0,05), проявляла тенденцию к повышению относительно ПКР (р=0,058) и значимо не отличалась от уровня у больных с аденокарциномой. Наиболее выраженная разнонаправленность изменений ферментов первой линии антиоксидантной защиты в группе больных с Т4 привела к наибольшему повышению коэффициента СОД/каталаза – на 75% выше, чем у здоровых (р=0,000001), на 48,5% и 45,8% выше относительно ПКР и сочетанного поражения (р<0,01–0,02) соответственно (табл. 2).

В условиях снижения активности каталазы, приводящего к накоплению перекиси водорода, СОД может взаимодействовать с Н2О2 и выступать в качестве прооксиданта, инициируя образование супероксидного анион-радикала и гидроксильного радикала. Кроме того, высокая активность СОД при сниженной активности каталазы способствует усилению цитотоксического действия Н2О2 [15]. Следовательно, наблюдаемое у больных раком желудка снижение активности каталазы на фоне относительно высокой активности СОД может способствовать интенсификации свободнорадикальных процессов.

Заключение

Таким образом, для больных со злокачественным поражением желудка характерно усиление окислительных процессов в крови, сопровождаемое изменениями в работе антиоксидантной системы. Выявленные особенности окислительного метаболизма согласуются с более неблагоприятным прогнозом у больных с большей распространенностью процесса (T4), а также отмечаются при наличии в опухоли недифференцированных клеток (G4).