PLoS ONE: S100A1 som en potentiel diagnostisk biomarkør for Vurdering Kardiotoksicitet og følgerne for Kemoterapi for visse kræftformer

Abstrakt

Denne undersøgelse undersøgte værdien af ​​blod markør S100A1 at opdage kardiotoksicitet induceret af kemoterapeutiske stoffer; trastuzumab og lapatinib, i normal rotte hjerte. Rotterne blev inddelt i tre grupper: kontrol (n = 8, ingen behandling), T (n = 8: en gang ip behandling med 10 mg /kg trastuzumab) og L (n = 8, oral behandling med 100 mg /kg /dag lapatinib i 7 dage). Aktiviteterne af oxidativt stress parametre malondialdehyd (MDA), superoxiddismutase (SOD), blev Catalase (CAT) og glutathion (GSH) målt fra de ekstraherede hjertevæv. Niveauerne af troponinI og S100A1 udtryk blev målt fra blodprøver. Alle biomarkører reagerede på de behandlinger, som de udstillede ændringer fra deres normative værdier, validering af kemisk induceret kardiotoksicitet. S100A1 udtryk svækket betydeligt (75%), hvilket gjorde den følsomme påvisning af kardiotoksicitet muligt. Vurdering af kardiotoksicitet med S100A1 kan være et værdifuldt alternativ i klinisk onkologi af kræft i nogle organer såsom bryst og prostata, da de ikke overekspression det at konkurrere mod

Henvisning:. Eryilmaz U, Demirci B, AKSUN S , Boyacioglu M, Akgullu C, Ilgenli TF, et al. (2015) S100A1 som en potentiel diagnostisk biomarkør for Vurdering Kardiotoksicitet og følgerne for Kemoterapi for visse kræftformer. PLoS ONE 10 (12): e0145418. doi: 10,1371 /journal.pone.0145418

Redaktør: Daniele Generali, Instituti Ospitalieri di Cremona, Italien

Modtaget: Juni 22, 2015; Accepteret: December 3, 2015; Udgivet: 18. december 2015

Copyright: © 2015 Eryilmaz 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 papiret

Finansiering:. M. Bilgen er finansieret af videnskabelig og teknologisk forskning råd i Tyrkiet (Research Grant TUBITAK 1001-113E177). Den bidragyder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

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

Introduktion

S100 proteiner er en familie af multifunktionelle proteiner karakteriseret ved væv og celler-specifikke udtryk i hvirveldyr [1]. S100A1 er et medlem af denne familie og hovedsageligt udtrykkes i hjerte, i mindre grad i skeletmuskulatur, og ved lave niveauer i de fleste normale væv [2]. S100A1 udtryk øger myokardiets kontraktilitet og nedreguleres efter kardiel skade [3]. Men hvis en sådan adfærd ville forekomme i kardiotoksicitet er endnu ikke valideret. Aktuel forskning er fokuseret på at identificere pålidelige biomarkører følsom og specifik for hjertesvigt fra forskellige årsager [4-10]. Hvis bekræftet, kan S100A1 blive en klinisk biomarkør for enten diagnose eller differentiering i forbindelse med andre markører, f.eks troponinI og C-reaktivt protein, ved vurderingen af ​​tilstand af myokardiet udsat for toksicitet [11-13]. Formålet med den aktuelle undersøgelse er at teste dette potentiale af S100A1 med forsøg udført på rotter under anvendelse kemoterapeutiske stoffer; trastuzumab og lapatinib, som har vist registreringer af fremkalde kardiotoksicitet [14-19]

Materialer og metoder

Undersøgelsen blev godkendt af institutionelle Animal etiske komité (Document Nummer:. 4.583.101 /2014 /168). Eksperimenter blev udført med i alt 24 Wistar-rotter (12 uger gamle albino hanner). Rotterne blev inddelt i eksperimentelle grupper. Målinger, vejledende for kardiotoksicitet, omfattede biokemiske parametre følsomme for oxidativt stress i myocardium, og blodets indhold af S100A og troponinI. TroponinI blev inkluderet som en reference markør [20]. Resultaterne blev derefter statistisk analyseret og diskuteret for slutninger

Specifikt blev rotterne tilfældigt inddelt i tre grupper:. Kontrol (C, n = 8), trastuzumab (T, n = 8) og lapatinib (L, n = 8) behandlinger. Kontroldyrene var ubehandlet, men de andre i grupperne T og L blev administreret med kemoterapi narkotika. Trastuzumab (Herceptin

R, Istanbul, Tyrkiet) blev leveret en gang i en dosis på 10 mg /kg /dag via intraperitoneal injektion på den første dag af undersøgelsen. Lapatinib (Tykerb

®, GlaxoSmithKline, Istanbul, Tyrkiet) blev indgivet dagligt ved en dosis på 100 mg /kg /dag ved oral sondeernæring i 7 på hinanden følgende dage. De valgte doser var de samme som i klinikkerne. På dag 8 blev anæstesi induceret af en enkelt intraperitoneal injektion af ketamin og xylazin (50 og 5 mg /kg). Blodprøverne blev opsamlet, og hjerterne blev fjernet til biokemisk analyse.

Biochemical Analysis

opsamlet fra hvert dyr blod blev centrifugeret (Hettich Zentrifugen, Mikro 200 R, Tuttlingen, Tyskland) ved 10.000 ×

g

i 10 minutter ved 4 ° C, og serummet blev holdt ved -80 ° C indtil analysen. Serum troponinI blev målt ved anvendelse af et immunoassay på Advia Centaur CP (Siemens, Tyskland) autoanalysator. Serum S100A1 niveau blev bestemt ved anvendelse af en rotte-protein S100A1 ELISA-kit (følsomhed 1,56 ng /ml; Cusabio Biotech, Kina), ifølge producentens anvisninger. Den optiske densitet blev målt ved 450 nm under anvendelse af en automatisk ELISA-pladelæser (Bioctech, USA).

En aktiviteter af malondialdehyd (MDA), superoxiddismutase (SOD), catalase (CAT) og glutathion (GSH) var målt ved at følge fremgangsmåderne, som i vores tidligere undersøgelser [21-23]. Det dissekerede hjertevæv fra hvert dyr blev homogeniseret ved 2000 rpm /min (1/10 vægt /volumen) under anvendelse af en Teflon-glas omrører (IKA overliggende omrører, Tyskland) i 150 mM phosphatbuffer (pH 7,4) på ​​is. Homogenatet blev centrifugeret (Hettich Zentrifugen, Mikro 200 R, Tuttlingen, Tyskland) ved 6000 x g i 10 minutter ved 4 ° C. Supernatanterne blev nedfrosset ved -80 ° C (Glacier ultralav temperatur Fryser, Japan), indtil analysen. Proteinindholdet i supernatanterne blev bestemt ved et spektrofotometer (Shimadzu UV-1601, Kyoto, Japan) anvendelse af kommercielt tilgængelige kits til Biuret-metoden (Archem Diagnostic Ind. Ltd., Istanbul, Tyrkiet). MDA blev målt ved 532 nm i overensstemmelse med fremgangsmåden af ​​Ohkawa et al. [24]. Lipidperoxidation af vævshomogenatet blev bestemt ved dannelsen af ​​thiobarbutric sure reaktive stoffer. Tissue MDA koncentration udtrykt som nmol /mg vævsprotein (absorbans koefficient ε = 1.56×105 /M /cm). SOD-aktivitet blev bestemt ifølge fremgangsmåden ifølge Sun et al. [25], og absorbansen blev målt ved 560 nm. Denne metode er baseret på inhiberingen af ​​nitro blue tetrazolium reduktion ved anvendelse af xanthin: xanthineoxidase system som superoxid generator. Den målte værdi er angivet graden af ​​inhibering af denne reaktion. Resultaterne blev vist som U /mg vævsprotein. CAT-aktivitet blev bestemt ved måling af nedbrydning af hydrogenperoxid ved 240 nm, og udtrykt som K /mg vævsprotein, hvor k er den første ordens hastighedskonstant [26]. Total GSH niveau i supernatanter blev bestemt ifølge fremgangsmåden af ​​Tietze [27]. Supernatanten blev udfældet og målt med en kinetisk assay under anvendelse af 5,5′-dithiobis (2-nitrobenzoesyre). Absorbans blev målt ved 412 nm. Den målte GSH-koncentrationen blev sammenlignet med GSH vandig standardopløsning (Sigma Chemical Co., St. Louis, Missouri, USA) og udtrykt som mg /g væv protein. Alle disse enzymatiske aktivitet assays blev analyseret i to eksemplarer og aflæsningerne blev gennemsnit for at nå en endelig værdi for hver analyse.

Statistisk analyse

Alle målinger for biomarkører (MDA, SOD, CAT, GSH, troponinI og S100A1) blev tabuleret for de eksperimentelle grupper (C, T og L) og analyseret statistisk ved hjælp af parametriske tests ved at antage ikke-Gauss fordeling på grund af lav størrelse gruppe (n = 8). Statistisk signifikante forskelle i målingerne blev bestemt ved hjælp af multipel sammenligningsgruppe med både Mann-Whitney U test som anvendes mellem to grupper (T eller L med C) og Kruskal Wallis test som anvendes på alle tre grupper. Beskrivende statistik af hver markør var repræsenteret med box plots (minimum 25% percentil, median, 75% Percentil, maksimum) og i en tabel (gennemsnit ± standardafvigelse) værdier. To tailed

P

værdier blev opnået fra de statistiske tests og rapporteres eksplicit. Niveauet af statistisk signifikans blev sat til

P.

0,05

Resultater

Rotterne i alle grupper tolereres procedurerne og overlevede syv dage uden synlige bivirkninger eller komplikationer . Målinger af parametre fra alle grupper blev sammenfattet med plots i figur 1 og figur 2, og Tabel 1. Målinger fra kontrolgruppen var inden for normalområdet som rapporteret i litteraturen [21-23]. Men, de i trastuzumab og lapatinib behandlingsgrupper angivne væsentlige ændringer i biokemi af hjerter (figur 1 og tabel 1). Niveauet af MDA steget markant, men aktiviteterne i SOD, CAT og GSH svækket betydeligt. Disse resultater bekræftede, at eksponering for behandling med kemoterapi narkotika; trastuzumab og lapatinib, ja induceret toksisk skade gennem oxidativ skade i rottehjerter

Paneler viser grafer for de biokemiske markører malonyldialdehyd (MDA).; Superoxiddismutase (SOD); Katalase (CAT); Glutathion (GSH). Multi gruppe Kruskal Wallis test gav

P

= 0,0003, 0,0003, 0,0002 og 0,0005, henholdsvis. * Angiver statistisk signifikant forskel i forhold til kontrolgruppen C (se tabel 1).

Paneler viser grafer for markørerne TroponinI og S100A1. Multi gruppe Kruskal Wallis test gav

P

= 0,0280 og 0,0354 hhv. * Angiver statistisk signifikant forskel i forhold til kontrolgruppen C (se tabel 1).

TroponinI og S100A1 var påvises i sera erhvervet fra alle grupper, men deres udtryk reagerede modsat kardiotoksicitet, som ses i figur 2 og tabel 1. effekten var positiv på troponinI, men negativ for S100A1 niveau.

diskussion

Trastuzumab og lapatinib er klinisk godkendte lægemidler, der anvendes til behandling af tumorer i humane patienter, men de også inducerer bivirkning af toksicitet i organer, herunder hjerte [28]. Udsættelse for disse kemoterapimidler resulterer i overskydende produktion af oxygen frie radikaler og reduktion af antioxidant enzymaktiviteter i vitale organer. Dannelsen af ​​frie radikaler er en af ​​de underliggende mekanismer for forgiftning af hjerte [18]. I præklinisk den resulterende vævsskade og apoptose typisk identificeres ved ex vivo biokemisk analyse involverer de kendte indikatorer (MDA, SOD, CAT, GSH). I den aktuelle undersøgelse, ændringer i aktiviteterne i disse markører viste, at trastuzumab og lapatinib på de administrerede doser fremkalde alvorlige oxidative skader i hjertets væv af rotte. Disse resultater understøttes de tidligere publicerede rapporter [15, 20].

Blood baseret biomarkører er vigtige i klinisk praksis, da de kan påvises ved assays, der er let at udføre og producere vævsspecifikke og reproducerbare kvantitative data [17 ]. Den nuværende undersøgelse viste, at hjertets væv som reaktion på forgiftning ændrede udtryk for både troponinI og S100A1. TroponinI er en etableret serum biomarkør, der korrelerer med skader i cardiomyocytter [29-32]. Amplifikationen af ​​troponinI var ikke en overraskelse, og i denne undersøgelse, er denne funktion tjente som reference bekræftende bevis for afbilder tilstedeværelse af kardiel skade. I klinikker, er højden af ​​troponinI betragtes som et almindeligt tegn på kardiotoksicitet hos patienter der gennemgår kemoterapi [15, 30, 31, 33, 34]. Men, er graden af ​​kardial dysfunktion hos disse patienter typisk evalueret ved brug følsomme radiologiske redskaber [35].

I myokardieskade efter en infarkt eller kokain-brug eller neurologisk dysfunktion, er S100A1 udtryk kendt for at være nedreguleret [36]. Men forud for denne aktuelle undersøgelse, var det ikke klart, om en sådan reaktion også ville forekomme for kemisk induceret cardic skade. Resultaterne fra denne undersøgelse viste muligheden for at detektere kardiotoksicitet med blod-drived markør S100A1. Dette resultat har vigtige implikationer fra perspektivet af klinisk praksis, som forklaret nedenfor.

Konklusion og Fremtidigt arbejde

Behandling med trastuzumab og lapatinib inducerer oxidative skader i myokardie væv. Den resulterende kardiotoksicitet kan påvises med dæmpningen i S100A1 udtryk eller stigning i troponinI i blodet.

I mange tumorer, udtrykkene for S100 proteiner ændret [37]. Imidlertid S100A1 er opreguleret kun kræft i nyrer, hud og æggestok. Således kan S100A1 screening efter kemoterapi af disse specifikke kræftformer ikke præcist afsløre kardiotoksicitet. Men pålidelig vurdering af kardiotoksicitet ved behandling af kræft i andre organer såsom bryst og prostata kan stadig være en mulighed og berettiger yderligere udforskning [38]. Denne undersøgelse fastslår det allerførste skridt i retning af den retning ved at demonstrere S100A1 svar på kardiotoksicitet fremkaldt af trastuzumab og lapatinib i ellers normale rotter.

I eksperimentelle undersøgelser med S100A1 transgene og knockout-mus, nedregulering af S100A1 protein vist sig at bidrage til kontraktile dysfunktion efter myokardieinfarkt [39]. I myocardium af knockout-mus, alvorligt svækket Ca

2 + cykling og β-adrenerge signalering var til stede i reticulum. Der blev heller mitokondriel dysfunktion involveret i stress-induceret kardiomyopati [40]. Således efter kemoterapi behandling, kan lignende patofysiologiske mekanisme være ansvarlig for tabet af kontraktile ydeevne og tilbøjelighed mod hjertesvigt. Undersøgelse af dette potentiale aspekt med transgene og knockout-modeller er også fortsat i fremtiden.