PLoS ONE: Anvendelse af Analyse af flygtige Fækal metabolom i Screening for kolorektal Cancer

Abstrakt

Diagnosticering af kolorektal cancer er en invasiv og dyrt koloskopi, som normalt udføres efter en positiv screeningstest. Desværre eksisterende screeningsundersøgelser mangler specificitet og følsomhed, er derfor mange unødvendige colonoscopies udført. Her rapporterer vi om en potentiel ny screeningstest for kolorektal cancer baseret på en analyse af flygtige organiske forbindelser (VOC) i headspace af gødningsprøver. Fæcesprøver blev opnået fra patienter, som havde en positiv fækal okkult blodprøve (FOBT). Emner havde efterfølgende colonoscopies udført for at klassificere dem i lav risiko (ikke-kræft) og høj risiko (kolorektal cancer) grupper. Flygtige organiske forbindelser blev analyseret ved udvalgte ioner strømningsrøret massespektrometri (støvtætte-MS) og derefter blev analyseret under anvendelse både univariate og multivariate statistiske metoder. Ioner mest sandsynlige fra svovlbrinte, dimethylsulfid og dimethyldisulfid er statistisk signifikant højere i prøver fra høj risiko snarere end risiko fag lave. Resultater bruger multivariate metoder viser, at testen giver en korrekt klassificering af 75% med 78% specificitet og 72% følsomhed på FOBT positive prøver, der tilbyder en potentielt effektivt alternativ til FOBT

Henvisning:. Batty CA, Cauchi M, Lourenço C, Hunter JO, Turner C (2015) Anvendelse af Analyse af flygtige Fækal metabolom i Screening for tarmkræft. PLoS ONE 10 (6): e0130301. doi: 10,1371 /journal.pone.0130301

Academic Redaktør: Mathias Chamaillard, INSERM, FRANCE

Modtaget: Januar 14, 2015; Accepteret: 19 maj 2015; Udgivet: 18 Jun 2015

Copyright: © 2015 Batty et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Data Tilgængelighed: Alle relevante data er inden for papir og støtte Information filer

Finansiering:. Engineering og Physical Sciences Research Council, EPSRC, Grant EP /L011395 /1 (https://www.epsrc.ac.uk/). Støtte til CT. De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:. Forfatterne har erklæret der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

Tyktarmskræft er den fjerde mest almindelige kræftform hos mænd og den 3. mest almindelige kræftform hos kvinder. Der er betydelig international variation i fordelingen af ​​denne kræft [1], og det er ofte betragtes som en sygdom i de vestlige industrilande. Dette tyder stærkt på, at miljømæssige faktorer kan spille en stor rolle i [2] ætiologi, og den højeste forekomst af kolorektal cancer er placeret i Nordamerika, Europa og Oceanien [1,3].

På trods af den højere forekomsten af ​​denne kræftform, er fundet dødelighed at være faldet i 13 ud af 29 lande [1]. Faldet er generelt anses for at være på grund af forbedringer i behandling, screening og tidligere detektion og blev set i langvarige økonomisk stabile lande som USA, Australien, Frankrig og Storbritannien. Endnu bedre screening og detektion kan forbedre dette yderligere.

Screening Programmer og strategier

Mange lande nu vælger at skærmen for denne sygdom som en selvfølge at opnå tidligere diagnose. Der er stigende tegn på, at screening asymptomatiske mennesker, der er ved en gennemsnitlig risiko for colorectal cancer betyder kræftformer er generelt opdages tidligere, er mere ‘helbredes’ og resulterer i en samlet reduktion i dødeligheden [4]. Det menes, at 70-90% af tilfælde af kolorektal cancer skyldes præmaligne (adenomatøs) polypper. De har ofte en stilk, som består af sundt væv og giver dem mulighed for at blive fjernet enkelt og helt ved endoskopisk snaring som øger behovet for passende screening [5].

I Storbritannien er der lagt mange kræfter på at sætte op en passende screeningsprogram. På råd fra det nationale Screening udvalget, det britiske Health gennemført en demonstration pilot at afprøve gennemførligheden af ​​et nationalt screeningsprogram for tarmkræft [6]; disse blev derefter udvidet til yderligere piloter og vist sig effektive til deres formål at bringe kolorektal cancer screening i det britiske National Health Service (NHS) [7]. Det er nu et nationalt udrullet protokol, hvor NHS tilbyder gratis screening til alle mænd og kvinder i alderen 60-69 i England hvert andet år, og på anmodning kan sendes til alle over 70 år [8].

i både USA og Storbritannien, midlerne til screening af emner er generelt ens med indledende screening være afføring /fækale baserede tests, og derefter sekundære strukturelle baserede test. I både USA og Storbritannien, de valgte fækal baserede test er den fækal okkult blodprøve (FOBT) og derefter den mere invasive strukturelle test er koloskopi /sigmoideoskopi [6, 7, 9, 10, 11].

den FOBT er designet til at detektere okkulte (dvs. ikke ledsaget af mærkbare symptomer eller tegn) blod i afføringen og arbejder på grundlag af den kendsgerning, at store polypper og de faktiske kolorektal kræft i tyktarm og endetarm tendens til at bløde. Testen kræver sampler at smøre et kort med fæces to gange efter en afføring, derefter gentage dette i yderligere to afføring, hvilket i alt seks vinduer dækket på kortet. Dette bliver så sendt i en hygiejnisk forseglet kuvert tilbage til den relevante klinik og testes. Et positivt resultat anses for at være, når nogen af ​​windows vende tilbage som “positiv” [12,13].

Fordelene ved denne test omfatter dens relativt lave invasiv, lav anskaffelsespris og den kendsgerning, det kræver kun få specialiserede ressourcer. Det er også muligt at gøre denne test derhjemme let, hvilket gør det perfekt til en stor skala screeningsprogram. Det har også vist sig at hjælpe med at reducere forekomsten af ​​colorektal cancer [4, 11, 14, 15]. Imidlertid er testen ikke specifikt for humant hæmoglobin og heller ikke hensyn til blod, kan være fra andre kilder, dvs. hæmorider [4] og mavesår. Et andet problem er, at følsomheden og specificiteten af ​​testen er variabel. Dens følsomhed er rapporteret på omkring 40% for kræft og kun 24% til påvisning af avanceret adenom eller

in situ

carcinom [16]. Hvis FOBT anvendes som en screeningsprocedure til den almindelige befolkning, den prædiktive værdi af en positiv test er ikke mere end 5% til 10%. Det betyder, de fleste patienter, der testes positive vil kræve et dyrt, ubehageligt, bekræftende diagnostisk procedure som koloskopi når de i virkeligheden har de ikke kolorektal cancer [17]. Selvom FOBT er den mest almindeligt anvendte screeningstest, betyder det ikke tilbyde de optimale forudsætninger for en screeningstest, på grund af sin manglende følsomhed og specificitet. En anden screening test er for unormal DNA i en fækal prøve. Denne unormale DNA skyldes mutationer forekommer i cancer eller adenom celler, som så kan kaste ind i fæces. Imperiale et al [18] sammenlignet denne metode med FOBT og fandt, at i en begrænset undersøgelse, viste det sig at være mere følsomme end FOBT med tilsvarende specificitet.

Anvendelse af biomarkører i screening

menneskelige tarm har en microbiome med en stor bakteriepopulation, som kan være kommensal, men har også vist sig at forårsage nogle skadelige virkninger. Montering beviser har vist en sammenhæng mellem smitstoffer og nogle menneskelige kræftformer. Visse mucosale forbundet bakteriearter spiller en vigtig rolle i patogenesen af ​​colorektal cancer [19]. Metabolit profilering af flygtige organiske forbindelser (VOC) af human colon cellelinjer inklusive normal, og human celle karcinom, tilbyder ikke kun biokemiske fænotypebestemmelse af normalt og neoplastisk colon væv, men også forskelle i det flygtige metabolomet i forskellige sygdomstilstande stadier i forhold til de flygtige . metabolomet af ikke-maligne kolon epitelial cellelinjer [20,21]

Den “duft” af sygdom bliver mere fremtrædende; og hunde duft afsløring, dvs. anvendelsen af ​​hunde, har vist, at hunde er i stand til at skelne mellem prøver fra cancerpatienter og dem uden cancer. Dette tyder på og styrker, at der er forskellige “flygtige forbindelser” mellem kræft og ikke-kræft [22,23].

Det blev også rapporteret, at mønstret af ånde VOC afveg mellem raske kontrolpersoner og dem diagnosticeret med tyktarmskræft . Analyse viste en første specificitet på 83% med en følsomhed på 86% og en samlet nøjagtighed på 85%. Når dette så gik gennem yderligere validering test på 25 forsøgspersoner blev 19 korrekt identificeret fører til 76% nøjagtighed. Dette er opmuntrende for en mere præcis screeningstest [24].

De karakteristiske mønstre af VOC i fæces er blevet rapporteret for de mange forskellige årsager til diarré. Som en potentielt hurtig og bekvem metode, det åbner et nyt område til anvendelse som en ikke-invasiv diagnostisk redskab. Det kan udføres gentagne gange, kan anvendes til børn, herunder nyfødte som prøver er nemme at samle, og til patienter med svær sygdom, hvor mere invasive procedurer ikke er let muligt [25,26].

I denne forskning, forskellen i flygtige profiler af høj og lav risiko kolorektal prøver undersøges for at se, om VOC-analyse har potentiale til screening eller diagnose af tyktarmskræft.

Materialer og metoder

Sample erhvervelse

kræft prøver i denne undersøgelse blev indsamlet gennem National NHS tarmkræft Screening Scheme. Denne service tilbydes nationalt hvert 2. år til alle mænd og kvinder i alderen 60 og 69. Emner modtaget en invitation brev forklarer program sammen med en informationsfolder fra programmet hub center. Ca. 1 uge senere, er FOBT sendt ud til emnet med trin-for-trin vejledning i udfyldelsen af ​​testen hjemme og derefter hvordan at sende prøven tilbage til navet lab. I testen, er deltagerne sendes ud en pap kuvert med tre vinduer, som kan blive udtværet en tynd udsnit af fæces. I sættet er der en spatel til dette formål sammen med tydelige anvisninger. Testen kaldes Haemoccult af Beckman Coulter. En prøve taget på tre forskellige dage, og når færdig, deltageren forsegler så pap kuvert og sender den tilbage til laboratoriet. Testen kortet behandles derefter ved navet lab, og resultaterne blev returneret til emnet inden for 2 uger.

Emner der blev testet positive med FOBT screening og derefter accepteret en koloskopi blev inviteret til at deltage i denne forskning. Disse patienter bliver bedt om at producere en yderligere afføringsprøve til at bringe med sig i en bred plast steril beholder, som hospitalet. Det var disse prøver, som vi studerede.

Efter koloskopi, blev patienterne stratificeret i risikogrupper baseret på deres histopatologi. I alt var der 7 klasser som vist i tabel 1.

I denne undersøgelse blev 31 prøver fra den »normale« eller lav risikogruppe (klasse 1), og 31 prøver blev opnået fra det høje risikogrupper (klasse 5 og 6). Men alle prøver var fra personer, som havde screenet positive ved anvendelse af FOB test. Efter prøver blev opnået fra patienter, blev de opbevaret ved -80 ° C indtil forarbejdning af udvalgte ioner strømningsrøret massespektrometri (støvtætte-MS) som beskrevet nedenfor. De resulterende data blev derefter behandles ved hjælp af multivariate statistiske teknikker.

Etik erklæring

Der blev taget prøver under tarmkræft screening ordning National NHS. blev opnået Positiv etisk mening til efterfølgende inddragelse af egnede emner i denne forskning af Cambridgeshire 2 REC, REF 08 /H0308 /13, og skriftligt informeret samtykke opnået fra hver genstand og samtykkeerklæring derefter opbevares sikkert. Alle prøver blev anonymiseret før analyse, og kun kræft status blev kendt af forfatterne.

Sample Preparation

Humane gødningsprøver blev fjernet fra -80 ° C fryser og 5g sub prøver blev vejet ud. Hver sub prøve blev anbragt i en Nalophan pose og forseglet med en Swagelokconnector og rør. Posen var fyldt med kulbrinte fri luft og placeret i inkubatoren i 45 minutter.

finkæmme-MS-analyse

Alle oplysninger om, hvordan støvtætte-MS kan anvendes til at analysere sporgasser og flygtige organiske forbindelser kan findes andetsteds [27], men en kort forklaring er berettiget her. I SIFT-MS, prækursor-ioner (H

3 O

+, NO

+ og O

2

+) genereres i en mikrobølgeovn udledning og den valgte ion udvalgt af en kvadrupol masse filter. Den udvalgte ioner injiceres derefter i en hurtigt strømmende helium bærergas, og ned et gennemstrømningsrør. En prøve indføres derefter i strømningsrøret, og forstadiet ion reagerer med sporgasser og flygtige organiske forbindelser i prøven. Forstadiepartiklerne og produkt-ioner i bæregassen er adskilt på anden kvadrupol massespektrometer og efterfølgende talt i en detektor. data kan opnås ved at scanne et spektrum på en brugerdefineret interval af masse-til-ladningsforhold (m /z) værdier og kvantificering udføres under anvendelse af en kinetik database lagret i instrumentet.

Efter inkubation prøveposer i inkubatoren blev tilsluttet SIFT-MS via den opvarmede prøvetagningsledningen, og derefter analyseret ved hjælp af hvert af de tre precursor ioner tilgængelige i SIFT-MS og i samme rækkefølge af H

3 O

+ derefter NO

+ og endelig O

2

+. M /z interval blev indstilles fra 10 til 140 og den samlede tid til analyse ved hjælp af hvert precursor var 30 sekunder.

blev også analyseret Blank prøver af baggrunden luft. Data blev derefter overført til computeren, der skal analyseres for området forbindelser til stede i hver prøve.

Statistisk analyse

data (i fil S1 tabel) blev analyseret ved anvendelse af passende univariate og multivariate statistiske metoder . Multivariat dataanalyse blev udført af specialbyggede scripts skrevet i MATLAB R2011a (MathWorks Inc., Nattick, USA) ved hjælp af funktioner fra PLS Toolbox (version 3.5, egenvektor Research Inc., USA).

univariat teknik involverede den ikke-parametriske Mann-Whitney U test analyse, som blev anvendt, fordi dataene ikke var normalfordelt. Analysen blev udført ved hjælp af Excel og blev valgt som denne test ikke påtager sig normal fordeling, eller at varianserne af to populationer er ens. Det er også en nyttig teknik til mindre prøvegrupperne og er baseret på en sammenligning af hver observation fra den første gruppe med hver observation fra den anden gruppe. Dataene fra hver gruppe derefter individuelt sammenlignes sammen. Det er også en nyttig teknik til semi-kvantitative data og har god sandsynlighed for at producere statistisk signifikante resultater [28].

Før multivariat dataanalyse, data genereret af H

3 O

+, NO

+ og O

2

+ precursor ioner blev kombineret til én stor datasæt. Intensitetsværdierne på området m /z-værdier inden dataene blev normaliseret mod intensitetsværdierne af H

3O

+ precursor-ioner (m /z-værdi på 19). M /z-værdier vedrørende de kendte addukter (isotopologues) af forstadiepartiklerne ioner blev fjernet; disse havde følgende m /z-værdier: 19, 21, 30, 32, 34, 37, 39, 48, 55, 57, 66, 73, 75, og 91. Endelig m /z-værdier vedrørende datakolonner kun består af nuller blev også fjernet.

sonderende dataanalyse ved hjælp principal komponenter analyse [29] afslørede ingen fjerntliggende prøver.

Efter funktionen valg via enten parametrisk studerende

t

test [ ,,,0],30] eller ikke-parametrisk Wilcoxon T-test [31], multivariat klassifikation via partielle mindste kvadrater blev udført diskriminant analyse (PLS-DA) [32,33]. Dette er en overvåget mønstergenkendelse teknik, hvor computeren er uddannet til at genkende mønstre i data, som vil hjælpe skelne mellem patienter med lav og høj risiko. At sikre et robust og tillid resultat blev opnået, blev en to-trins bootstrapping anvendte proces, ved hvilken det første trin udleder en optimal model, og det andet trin evaluerer modellen. Dette blev gentaget 150 gange for at opnå en gennemsnitlig ydelse alle modeller skabt.,. Den statistiske signifikans af nøjagtigheden klassificering bestemtes ved at udføre permutation test [33], som er involveret randomise klassen stævnemøde 300 gange, og for hver tilfældig stævnemøde blev den to-trins bootstrapping proces udføres. Den statistiske z-test [34] blev anvendt til at bestemme signifikans (

s

0,05).

Resultater og Diskussion

univariate Analyse

indledende sammenligninger ved anvendelse af Mann-Whitney U test analyse og H

3O

+ precursor ion viste to ioner til at være statistisk signifikant. Disse var m /z 35 (figur 1) og m /z 90 (figur 2)

CPS = tællinger per sekund, LR = lav risiko, HR = høj risiko.

CPS = tællinger per sekund, LR = lav risiko, HR = høj risiko.

Når du bruger NO

+ forløber ion, blev der ikke ioner fundet at være statistisk signifikant. Endelig O

2

+ data blev analyseret under anvendelse Mann-Whitney teknikker og to ioner blev fundet at være statistisk signifikant. Disse var m /z 62 og m /z 94. Figur 3 illustrerer de betydelige m /z-værdier fundet og deres tilsvarende identiteter og værdier.

CPS = tællinger per sekund, LR = lav risiko, HR = høj risiko .

En af de forsøgsvis identificeret VOC’er er svovlbrinte. Som en forbindelse med lav molekylvægt, er det lettere at identificere sig med SIFT-MS på grund af færre potentielle andre overlappende ioner, og der er en rimelig sandsynlighed for, at m /Z35 er faktisk H

2S. Svovlbrinte er blevet bredt diskuteret i forhold til tarmen og kolorektal cancer. Det er nu velkendt, at svovlbrinte er endogen og produceres af både enzymatisk reaktion og mikroflora i tarmen [35]. Koncentrationen i human fæces ses at være “normale” niveauer, når det er inden for området fra 1,0 til 2,4 mmol /kg [36]. Ved lavere koncentrationer hydrogensulfid giver en positiv biologisk virkning, men ved højere niveauer, bliver det giftige. Interessant er det ikke kræve en særlig receptor for intracellulær signalering og binder sig til hæm-molekylet. Det vigtige virkning af hydrogensulfid er dets binding til cytochrom c-oxidase [35, 37, 38], som er den afgørende mekanisme ansvarlig for dets toksicitet. Binding af oxygen til cytochrom c-oxidase inhiberes af hydrogensulfid ikke-kompetitivt. Denne inhibering forårsager en reduktion i cellulær adenosintriphosphat (ATP), som efterfølgende har en direkte virkning på ATP sensitive kaliumkanaler. Aktiveringen af ​​disse kanaler spiller en vigtig rolle i balancen mellem de biologiske virkninger af hydrogensulfid. Vedvarende kolonisering af sulfatreducerende bakterier og tilstedeværelse af hydrogensulfid i tarmen og fæces er blevet vist at være til stede i patienter med ulcerøs colitis samt kolorektal cancer [39, 40, 41] og er blevet impliceret i rollen generere DNA beskadigelse på det genomiske plan [34]. Svigt i colonocyter at differentiere hensigtsmæssigt kan betyde, at de er mere udsat for svovlbrinte i lumen. Den resulterende virkning af dette kan være betændelse i tarmen og celledød som det ses i ulcerativ colitis. Kontinuerlig irritation på denne måde kan meget vel så føre til de genetiske ændringer, der i sidste ende forårsager kolorektal cancer [42]. Den mekanisme, hvormed disse skader menes at opstå er via forstyrrelse af balancen mellem apoptose, proliferation og differentiering i tarmepitelet. Disse data indikerer, at svovlbrinte kunne være en vigtig faktor i de fremskridt, udvikling og diagnose af kolorektal cancer.

Multivariate Analysis

På analyse med PLS-DA, de bedste resulterende data blev opnået ved kombinere datasæt ved hjælp af H

3 O

+, NO

+ og O

2

+ med PLS-DA følgende funktion valg via studerende

t

test (STT) . Her en samlet klassificering nøjagtighed på 75% blev opnået som havde en specificitet på 78% og en sensitivitet på 72%.

PLS-DA følgende funktion valg med Wilcoxon T-test (WTT) også produceret en lovende resultat med en klassificering nøjagtighed på 75%, en specificitet på 79%, og en nøjagtighed på 70%. De respektive fordelinger er vist i figur 4.

De to-tailed z-test produceret beregnede p-værdier for 1,0 x 10

-6 for STT (Fig 4A) og WTT (Fig 4B) ved α = 0,05. Som de beregnede p-værdier er meget mindre end α, er nulhypotesen forkastes som derfor viser, at der er en signifikant forskel mellem de to grupper, dvs. lav og høj risiko.

Yderligere analyse af den optimale PLS- DA model resulterede i dannelsen af ​​PLS-DA scores og loadings. Pointene demonstrerer, hvordan den høje og lave risikogrupper er blevet fordelt og er vist i figur 5 for STT og WTT. De belastninger muligt at udskille de enkelte m /z-værdier, der bidrager til sondringen mellem de lave og høje prøver risiko. Disse værdier er vist i tabel 2.

Figur 5 viser, at sondringen mellem lav og høj risiko fanget i den latente variabel 2 (LV2) akse for både STT og WTT som er understøttes af, at det optimale antal latente variabler (LVS), som producerede de optimale modeller i begge tilfælde var 2.

Fortolkning af resultaterne

efter brug af multivariat dataanalyse på SIFT -MS data, analysemetoden og teknikken anvendt på det viste en 75% korrekt klassificering til at sætte prøver i enten deres høje risiko eller gruppe med lav risiko, når alle prækursor-ioner blev kombineret i analysen. Dette sammen med en specificitet på 78% og en sensitivitet på 72% betyder, at den samlede denne metode er bedre til screening for tarmkræft end FOBT. Dataene viste sig at være af særlig interesse, fordi de kolorektale prøver blev taget efter en indledende positiv FOBT, og efter koloskopi var foretaget. Da FOBT allerede var blevet udført, og klassificeret alle prøverne som “positiv”, så ved analysen følger denne, enhver evne til at adskille prøverne i de korrekte grupper demonstrerer en forbedring i forhold til FOBT screeningsmetode.

Desuden både univariate og multivariate data analyse af SIFT-MS-data aktiveret specifikke forbindelser skal forsøgsvis identificeret som var signifikant forskellig mellem den lave risiko og højrisikogrupper. En ion var m /z 35 ved anvendelse H

3O

+ som sandsynligvis er hydrogensulfid. Som diskuteret tidligere, er det blevet fastslået, at hydrogensulfid spiller en stor rolle i tyktarmen og kan være impliceret i colorektal cancer. Dette kan indikere en ændring i tarmfloraen, og det er muligt, at sulfatreducerende bakterier behandler øget tilgængelige brint, eller faktisk, at sulfatreducerende bakterier er til stede i en større mængde i tarmen af ​​risikoen gruppe på højt. Shen et al. [43] undersøgte adhærerende bakterier i tarmen mucosa af adenom og ikke-adenom fag. De fandt en signifikant højere forekomst af Proteobacteria og væsentligt lavere overflod af Bacteriodetes i adenom patienter end ikke-adenom. Sulfatreducerende bakterier findes i 5 særskilte slægter af Delta underafdeling af Proteobacteria phylum. Tre af disse slægter forbruge delvist reducerede fermenteringsprodukter (fx lactat) og reducere sulfat til sulfid, mens de to andre er hydrogen forbrugende [37, 44]. Rødt kød menes også at øge niveauet af sulfat producerende bakterier, som er i stand til at anvende svovl rester fra kød [45]. Højere niveauer af fedt, rødt kød, og fedme er alle blevet forbundet med en øget risiko for colorectal cancer, så kunne alle være meget relevant.

For m /z 35, tællingerne per sekund for højrisikogruppen var 965, som havde et meget bredere område end gruppen med lav risiko, sammen med højere tællehastighed, hvilket antyder, at m /z 35 var langt mere udbredt i prøverne høj risiko. Denne m /z-værdi blev også identificeret ved brug af multivariat analyse som en betydelig m /z-værdi, som yderligere styrker sandsynligheden for, at det kan være klinisk relevant. Hertil kommer, når O

2

+ data blev vurderet ved hjælp univariat analyse, to ioner, m /z 62 og m /z 94, blev identificeret som godt kan vise sig at understøtte teorien om, at øget produktion af sulfider er mere fremherskende i den højrisikogruppe, som de blev identificeret som forbindelser dimethylsulfid og dimethyldisulfid henholdsvis.

de to andre forbindelser, der var ansvarlig for at adskille de grupper der bruger multivariat statistik var ammoniak og acetaldehyd. M /z 18 og 54 var betydelige ioner; m /z 18 være NH

4

+, og m /z 54 være NH

4

+. 2H

2O. Disse ioner var højere i højrisikogruppe end gruppen med lav risiko. Som tidligere nævnt, ammoniak er produktet, når ufordøjet protein, når tyktarmen fermenteres af mikrofloraen. Høje niveauer af ammoniak er blevet rapporteret at have en række toksiske virkninger, som omfatter øger celleproliferation og favoriserer væksten af ​​maligne celler [46]. Når alle tre forstadier blev analyseret kombineret, blev ingen af ​​acetaldehyd m /z-værdier fundet at være signifikant med PLS-DA og STT men m /z 81 (som er protoneret acetaldehyd med 2 vandmolekyler) var signifikant hjælp PLS-DA og WTT . Den potentielle betydning af denne forbindelse i kolorektal cancer er, at det er et nedbrydningsprodukt af alkohol (ethanol). Alkohol er vist at være en risikofaktor for colorectal cancer [47], og hvis forøgede mængder af alkohol bliver produceret, eller hvis bakterier i tarmen producerer øgede mængder alkohol-efterfølgende fører til øget acetaldehyd-så er det sandsynligt dette vil forårsage skade. Acetaldehyd er opdelt efter alkohol dehydrogenase og er normalt hurtigt metaboliseres af et aldehyd dehydrogenase til acetat. Men i tarmen, kan det lokalt akkumulere når de lokale mikrobiota oxiderer ethanol, og der, hvis folat er til stede, acetaldehyd nedbryder det og kan forårsage folatmangel [48]. Disse resultater tyder på, at enten alkoholforbrug bør reduceres, eller igen, der skal vurderes for at genskabe balancen fordelingen af ​​produkter, som kan føre til negative virkninger balancen i mikrobiota.

Andre forbindelser forsøgsvis identificeret omfatter pyridin og pyrrol . Når man ser på pyridin alene, er ikke rapporteret forbindelse fundet med kolorektal cancer, men den heterocycliske amin (HCA) 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo [4,5-b] pyridin (PhIP) er blevet bredt identificeret som impliceret i ætiologien af ​​human colorektal cancer. Heterocykliske aminer dannes under tilberedningen af ​​proteinrige fødevarer såsom kød, især ved høj temperatur metoder (over 150 ° C), såsom grille, grille og pandestegning. PhIP ses at være af større betydning i forhold til tarmkræft, fordi det er den dominerende HCA findes i kogt kød [49,50]. Varme kød skaber forskellige imidazoquinolinforbindelser, imidazoquinoxaline og imidazopyridin forbindelser, som er kraftigt virkende og meget mutagent i retning nogle stammer af Salmonella typhimurium [51]. Omvendt nogle pyrrol pigmenter er blevet identificeret som har kræftfremkaldende adsorptionsegenskaber, som omfatter hemin og chlorophyllin. I nogle studier antimutagenesis er fundet med disse og andre pyrrol pigmenter både in vitro og in vivo [52].

Én note forsigtighed i forbindelse med analysen af ​​VOC fra fækale prøver er, at fordi patienterne producerer fækale prøver i deres egen tid, og ikke altid på klinikken (som det ville være tilfældet med urin- eller blodprøver, for eksempel), er der en vis usikkerhed om, hvordan prøverne håndteres og opbevares, inden deres tilbagevenden til klinikken /lab og derefter passende opbevaring. Patienterne kan gives rådgivning om hensigtsmæssig måde at håndtere og opbevare prøver, men forskerne har ingen mulighed for at vide, om dette er sket. Dette kan medføre variation i kvaliteten af ​​prøver og dermed reducere effektiviteten af ​​denne ellers lovende teknik.

Konklusioner

Alt i alt, hvad alle de data antyder, er, at en forskel kan forudsiges mellem den høje risikogruppe og risikogruppe bare ved at ansætte den multivariate model mellem den kendte høj risiko og prøver lav risiko lav. Denne model kunne så være ansat på ukendte prøver at forudsige, om de sandsynligvis ville falde i den høje risiko eller lav risikogruppe, baseret på deres samlede ‘metaboliske “finkæmme-MS profil. Dette kunne så være nyttig til at forudsige, om nogen kommer til at have eller få tarmkræft, og denne metode er tilbøjelige til at producere langt færre falske positiver end FOBT og dermed reducere antallet af unødvendige colonoscopies.

Hvad kunne også derefter hvormed styrke den samlede kliniske billede er, at prøven derefter kunne analyseres til specifikt lede efter de diskuterede forbindelser og hvis disse præsenteres over en vis koncentration, ville de alle foreslå yderligere undersøgelser kan være mere gyldig for tarmkræft. Især kan svovlbrinte være en væsentlig markør for at hjælpe med screening eller diagnosticering af kolorektal cancer.

Støtte Information

S1 Table. En tabel over de SIFT-MS data, der anvendes til at generere resultaterne rapporteres her er tilgængelige i Microsoft Excel-format

doi:. 10,1371 /journal.pone.0130301.s001

(XLSX)

Tak

forfatterne er taknemmelige for Nigel Hall og afdelingen for kolorektal kirurgi ved Addenbrooke Hospital for deres støtte.