PLoS ONE: Fælles Effekter af tyk- og endetarmskræft modtagelighed Loci, Cirkulerende 25-hydroxyvitamin D og risiko for kolorektal Cancer

Abstrakt

Baggrund

Genome brede associationsstudier (GWAS) har identificeret flere SNPs forbundet med colorectal cancer (CRC) modtagelighed. D-vitamin er også omvendt forbundet med CRC risiko.

Metoder

Vi undersøgte vigtigste og fælles virkninger af tidligere GWAS identificeret genetiske markører for CRC og plasma 25-hydroxyvitamin D (25 (OH) D) på CRC risiko i tre prospektive kohorter: Nurses ‘Health Study (NHS), Health Professionals Follow-up Study (HPFS), og Physicians’ Health Study (PHS). Vi inkluderede 1895 CRC tilfælde og 2806 kontroller med genomisk DNA. Vi beregnede odds ratio og 95% konfidensintervaller for CRC forbundet med additive genetiske risikofaktorer scores (GRSs) består af alle CRC SNP’er og undergrupper af disse SNPs baseret på nærhed til områder af øget vitamin D receptor binding til vitamin D respons elementer (VDREs), baseret på offentliggjorte chip-seq data. Blandt en undergruppe af forsøgspersoner med ekstra prediagnostic 25 (OH) D testede vi multiplikative interaktioner mellem plasma 25 (OH) D og GRS s. Vi brugte faste effects modeller til at meta-analyse af de tre kohorter

Resultater

pr allel multivariat ELLER var 1,12 (95% CI, 1,06-1,19) for GRS-proximalVDRE.; og 1,10 (95% CI, 1,06-1,14) for GRS-nonproxVDRE. Den laveste kvartil af plasma 25 (OH) D sammenlignet med den højeste, havde en multivariat OR på 0,63 (95% CI, 0,48-0,82) for CRC. Vi har ikke observere nogen signifikante interaktioner mellem nogen GRSs og plasma 25 (OH) D.

Konklusioner

Vi har ikke observere evidens for ændring af genetisk modtagelighed for CRC efter D-vitamin-status, eller dokumentation for, at effekten af ​​fælles CRC risikofaktorer alleler afveg i henhold til deres nærhed til formodede VDR bindingssteder

Henvisning:. Hiraki LT, Joshi AD, Ng K, Fuchs CS, Ma J, Hazra A, et al. (2014) Fælles Virkninger af kolorektal cancer modtagelighed Loci cirkulerende 25-hydroxyvitamin D og risiko for tyktarmskræft. PLoS ONE 9 (3): e92212. doi: 10,1371 /journal.pone.0092212

Redaktør: Xiaoping Miao, MOE Key Laboratory for Miljø og Sundhed, Institut for Folkesundhed, Tongji Medical College, Huazhong Universitet for Videnskab og Teknologi, Kina

modtaget: 17 oktober 2013; Accepteret: 25 Jan 2014; Udgivet 26. marts, 2014

Copyright: © 2014 Hiraki 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

Finansiering:. Support var leveret af National Cancer Institute, National Institutes of Health, US Department of Health og Human Services (U01 CA137088; R01 CA059045, R01 CA137178, K24 DK098311). Dr. Hiraki blev understøttet af en canadisk Institute of Health Research (CIHR) Fellowship Award. Dr. Ng blev støttet af en NIH 5K07CA148894 award. Dr. Chan er en Damon Runyon Clinical Investigator. 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, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

Både arvet og modificerbare risikofaktorer er blevet identificeret for tarmkræft (CRC). Til dato har genom bred forbindelsesundersøgelser (GWAS) identificeret 32 ​​SNPs ved 23 uafhængige loci forbundet med CRC [1] – [16]. En betydelig mængde af beviser viser også en omvendt sammenhæng mellem D-vitamin status og CRC [17] – [24]. Ikke desto mindre er data undersøge den mulige interaktion mellem genetisk modtagelighed for CRC og en miljømæssig faktor, såsom D-vitamin-status mangler.

Der er plausible mekanismer, som genetisk modtagelighed for CRC kan variere alt efter D-vitamin status. Først, en af ​​de primære virkemåder af vitamin D er via påvirkning af gentranskription ved binding af den aktive form D 1,25-dihydroxy-vitamin (1,25 (OH)

2D

3) til nuklear vitamin D receptor (VDR) [25]. En forudgående undersøgelse udnytte kromatin immunofældning med massivt parallel sekventering (chip-seq) for at identificere vitamin D receptor (VDR) protein-DNA bindende interaktioner observeret, at VDR bindingssteder var signifikant beriget nær autoimmune og cancer associeret gener [26], herunder tre tidligere identificeret CRC-associerede SNP’er. For det andet, selv om vores forståelse af de funktionelle konsekvenser af mange CRC-associerede SNP’er er begrænset, er det muligt, at nogle af disse loci kan være forbundet mekanistisk med veje også påvirket af vitamin D.

Derfor undersøgte vi fælles virkninger af genetiske markører for CRC tidligere identificerede af GWAS og plasma 25 (OH) D på CRC risiko i tre prospektive kohorter: Nurses ‘Health Study (NHS), Health Professionals Follow-up Study (HPFS), og Physicians’ Health Study (PHS). Vi har også specifikt undersøgt muligheden for, at D-vitamin status kan forskelligt indflydelse risiko for CRC efter genetiske varianter proksimalt for regioner i VDR binding demonstreret i funktionelle chip-seq undersøgelser.

Metoder

Undersøgelse Befolkning

Vores undersøgelse omfattede tre case-kontrol studier af CRC indlejret i Nurses ‘Health Study (NHS), Health Professionals Follow-up Study (HPFS) og Physicians’ Health Study (PHS). NHS blev etableret i 1976, da 121,700 amerikanske kvindelige registreret sygeplejersker i alderen 30 til 55 år returnerede sendt spørgeskemaer om risikofaktorer for kræft og hjerte-kar-sygdomme [27], [28]. Den HPFS blev etableret i 1986, da 51,529 mandlige sundhedspersonale i alderen 40 til 75 år svarede til en lignende spørgeskema [29]. I begge kohorter, har deltagerne returnerede spørgeskemaer hvert 2. år for at opdatere oplysninger med responsrater på over 90% [27], [28]. I 1989-1990, 32,826 NHS deltagere og i 1993-1995, 18,018 HPFS deltagere returnerede en blodprøve på isposer. I 2001-04, 29,684 kvinder i NHS og 13,956 mænd i HPFS som ikke tidligere havde leveret en blodprøve sendt i en ‘swish-og-spytte’ prøve af buccale celler. Ved modtagelsen blev blod og buccale celler centrifugeret, alikvoteret og opbevaret ved -70 ° C [30]. De Physicians ‘Health Study var et randomiseret, dobbelt-blindt, placebo-kontrolleret forsøg med aspirin og beta-caroten til primær forebyggelse af kræft og hjerte-kar-sygdom blandt 22,071 amerikanske mandlige læger i alderen 40 til 84 år indskrevet i 1982 [31]. Deltagere med en forudgående diagnose af hjertesygdomme, kræft (bortset nonmelanoma hudkræft), nyre- eller leversygdom, mavesår, eller gigt eller brugte vitamin A eller beta-caroten kosttilskud, blev udelukket. Mellem 1982 og 1984, 14,916 mænd (mere end 70% af deltagerne) returnerede blodprøver med posten, som blev delt i portioner og opbevares ved -82 ° C (senere, ved -140 ° C) [32]. Denne undersøgelse blev godkendt af personmotiver udvalgets på Brigham og kvinders Hospital og Harvard School of Public Health i Boston, MA, USA. Alle deltagere forudsat informeret samtykke.

I alle tre kohorter, indfaldende tilfælde af CRC blev identificeret ved opfølgende spørgeskemaer og bekræftet af medicinske journaler gennemgang eller gennem dødelighed opfølgning. I hver kohorte, blev op til 3 kontroller tilfældigt udvalgt fra dem, der var i live og fri for kræft på tidspunktet for sagen konstatering. I NHS og HPFS blev kontroller matchet til det enkelte tilfælde på etnicitet, fødselsår og måned /år af blod eller buccal prøvetagning [30]; i PHS blev kontrollen desuden matchet på rygning status [32].

Laboratory Assessment

Vi har tidligere målt plasmaniveauer af 25 (OH) D gennem en radioimmunosorbent assay i laboratoriet af Dr. Bruce W. Hollis (Medical University of South Carolina, Charleston, SC). Den mediane intra-assay variationskoefficient fra blindede kvalitet-kontrolprøver var 11,8% i NHS, 10,1% i HPFS, og 13,8% i PHS. Cases og deres kontroller blev analyseret i samme parti, og laboratoriepersonale blev blindet til sag, kontrol og kvalitetskontrol status [23], [32], [33].

Genotypning

Genomisk DNA blev ekstraheret fra blodprøver (HPFS, NHS, PHS) og buccale celler (NHS, HPFS) under anvendelse af konventionelle metoder. Vi brugte TaqMan Open Array SNP genotypning platform (Biotrove, Woburn, MA) med 384-brønds format TaqMan assays til genotypebestemme følgende CRC-associerede varianter identificeret fra tidligere GWAS: rs6691170, rs6687758, rs10936599, rs16892766, rs6983267, rs10795668, rs3802842, rs10505477, rs7014346, rs7136702, rs11169552, rs4444235, rs4779584, rs9929218, rs4939827, rs10411210, rs961253, rs4925386 [4], [8] – [10], [12], [15], [16]. TaqMan primere og prober blev designet ved hjælp Primer Express Oligo Design software v2.0 (ABI PRISM). Primere, sonder, og betingelserne for genotypebestemmelse analyser er tilgængelige efter anmodning. Vi genotypet rs2151512 på Taqman som et surrogat for rs4925386 (bindingsuligevægt r

2 1.0 i HapMap CEU befolkning) siden genotypning af Taqman for rs4925386 på kromosom 20q13.33 ikke var successful.A delmængde af deltagerne (954 tilfælde og 1328 kontroller ) havde blod genomisk DNA med held genotype hjælp Illumina HumanOmniExpress. Manglende SNP data tilregnet HapMap II frigive 22 ved hjælp af MACH [34]. Alle genotypebestemmelse undergik standard kvalitetskontrol, herunder konkordanslinier checks for blindede og ublindede dubletter og undersøgelse af prøve og SNP opkald satser. Opkaldet sats var 97% for alle prøver og 98% for alle SNPs

Statistisk analyse

Vi omfattede i alt 1895 CRC tilfælde og 2806 kontroller med genotype oplysninger samlet fra. NHS, HPFS og PHS for vores GRS. Inden for hver kohorte, vi beregnede allele odds ratio og intervaller for CRC 95% sikkerhedsgrænser forbundet med hver SNP og for risiko score genetiske (GRSs). GRS er en allel pointsystem inkorporerer hver af de specificerede risikomateriale alleler forbundet med CRC baseret på forud GWAS at tildele en enkelt kvantitativ indeks over genetisk risiko for hvert emne. Vores GRS antager en additiv allel effekt med transport af et stigende antal kopier af hvert risiko variant.

Vi konstruerede en GRS består af 18 Taqman CRC modtagelighed SNPs (GRS-18). Vi undersøgte også GRSs består af en delmængde af disse SNP’er baseret på de 10 undersøgte i SNP’er. En chip-seq analyse (GRS-10) udført af Ramagopalan et al. I denne analyse, 3 CRC-associerede SNPs var proksimale (inden for 150 kb på hver side af vigtigste sygdom-associeret SNP) til øget VDR bindende (vitamin D-respons elementer (VDRE)) (GRS-proximalVDRE), og 7 SNPs var ikke proksimal til områder med forøget VDR-binding (GRS-nonproxVDRE) [26]. Blandt de 2282 delmængde af personer med ekstra GWAS data, vi skabt en GRS består af 31 CRC tilhørende SNPs fra GWAS (GRS-31). Vi har også beregnet GRSs hjælp af effekt skøn og standardfejl for disse samme SNPs fra stor skala GWAS [35] og testet for forskelle i GRS-proximalVDRE og GRS-nonproxVDRE.

For analyser af den kombinerede virkning af plasma 25 (OH) D og GRS-18, vi medtaget de 881 tilfælde og 1566 kontroller i NHS, HPFS og PHS, der havde også tidligere målte 25 (OH) D før CRC diagnose [23], [32]. Dette blev gentaget for de fælles virkninger af GRS-31 og pre-CRC 25 (OH) D niveauer blandt de 672 tilfælde og 909 kontroller med både GWAS data og D-vitamin. Vi beregnede odds ratio og 95% konfidensintervaller for CRC forbundet med hver 1 ng /mL stigning i 25 (OH) D; høj versus lav D-vitamin ifølge en tærskel på 25 (OH) D forbundet med lavere CRC risiko (≥32 ng /ml); og kvartiler af 25 (OH) D [32]. Vi testede for multiplikative interaktioner mellem GRSs og D-vitamin bruge et produkt udtryk i modellen og vurdere dens betydning ved Wald-metoden.

Vi har justeret vores genetiske analyser for alder ved prøvetagning, race, kohorte, og typen af prøve (blod eller kind). Analyser, der også indarbejdet plasma 25 (OH) D desuden korrigeret for sæson af blod uafgjort og 25 (OH) D-analyse batch. Vi brugte også multivariate modeller, som omfattede yderligere CRC risikofaktorer, herunder regelmæssig aspirin brug (ja eller nej), body mass index (BMI, i tertiles), fysisk aktivitet (i tertiles), historie CRC i en forælder eller søskende (ja eller nej), rygning status (aldrig tidligere eller nuværende ryger), alkoholforbrug (0-4,9, 5-9,9, 10-14,9 eller ≥ 15,0 g per dag), og forbruget af oksekød, svinekød eller lam som hovedret (0 -3 gange om måneden, en gang om ugen, 2-4 gange om ugen eller ≥5 gange om ugen). I NHS og HPFS vi inkluderet også regelmæssige non-steroide anti-inflammatoriske lægemidler (NSAID) bruge (ja eller nej) og energi-justeret calcium og folat indtag (i tertiles). Undersøgelse specifikke estimater var meta-analyseret for at bestemme en kombineret OR og 95% CI hjælp inverse varians vægte [36]. Fast effekt modelestimaterne blev brugt som alle tests af heterogenitet var ikke-signifikant (p 0,05).

Resultater

Vores analyse omfattede 1895 CRC tilfælde og 2806 kontroller samlet fra de tre kohorter. Tabel 1 opsummerer de grundlæggende karakteristika for hver kohorte. Retningen og omfanget af vores individuelle SNP effekt skøn var sammenlignelige med dem for de oprindelige rapporter samt dem, der observeres i Genetik og epidemiologi af tyk- og endetarmskræft Consortium (Gecco) og Colon Cancer Family Registry (CCFR). Gecco /CCFR omfatter 13 undersøgelser, herunder NHS, HPFS og PHS med genetisk information om alt 10.061 tilfælde og 12,768 kontroller (tabel 2).

Tilsætningsstoffet GRSs består af CRC risiko alleler gav effekt estimater for CRC inden for vores tre kohorter, der var sammenlignelige med dem, der stammer fra alle 13 kohorter omfattet af Gecco og CCFR (tabel 3). Vi sammenlignede også estimaterne opnået fra modeller med GRS-proximalVDRE og GRS-nonproximalVDRE scoringer alene med modeller, der indeholder både GRSs (betingede modeller) og ikke observere en væsentlig forskel. Der var ingen signifikant forskel mellem en GRS-VDR (multivariat OR, 1,12; 95% CI 1,06, 1,19), og en GRS-nonproximalVDRE (multivariat OR, 1,10; 95% CI 1.06, 1.14) (p-heterogenitet = 0,52).

i overensstemmelse med vores tidligere rapporter [23], [32], observerede vi en omvendt sammenhæng mellem 25 (OH) D og CRC i en meta-analyse af resultaterne fra de tre kohorter (tabel 4) . Sammenlignet med personer i den laveste kvartil af 25 (OH) D, mænd og kvinder i den højeste kvartil havde en multivariat OR for CRC på 0,63 (95% CI 0,48-0,82; p-trend 0,001), og for dem med højere niveauer af 25 (OH) D (≥ 32 ng /mL) i forhold til lavere niveauer, den multivariate OR var 0,79 (95% CI 0,65-0,98; p = 0,03)

Test af multiplikative interaktioner mellem. kontinuerlig GRSs og kontinuerlig 25 (OH) D ikke gav statistisk signifikante resultater, heller ikke test af multiplikative interaktioner mellem GRSs og D-vitamin kategoriseret efter en tærskelværdi på 32 ng /mL. Ligeledes har de risikofaktorer skøn forbundet med GRS31 ikke varierer efter kvartil af vitamin D (phet = 0,98) (Figur 1).

viste ingen evidens for variation i CRC risikoestimater forbundet med GRS-31, stratificeret tværs kvartiler af 25 (OH) D (phet = 0,98)

diskussion

Der er betydelig dokumentation for en omvendt sammenhæng mellem cirkulerende 25 (OH) D og CRC risiko.; metaanalyser og systematiske reviews har observeret en 50% lavere risiko for CRC sammenligne ekstreme kvintiler af 25 (OH) D [21], [24]. Adskillige mekanismer er blevet antaget at ligge til grund denne sammenslutning, hvoraf nogle kan være fælles for pathways associeret med de formodede funktionelle konsekvenser af CRC modtagelighed SNPs proksimalt for VDR-DNA-bindende sites. Desuden, vitamin D signalering sker ved binding af den aktive form 1,25 (OH) D nuklear vitamin D receptor (VDR) langs specifikke genomiske sekvenser kendt som vitamin D responselementer (VDREs),), som virker til at aktivere eller repressere gen transkription [25]. I vores undersøgelse af 1895 CRC tilfælde og 2806 kontroller indlejret i tre prospektive kohorter, vi ikke observere statistisk signifikant evidens for interaktion mellem CRC genetiske markører, herunder de 3 CRC SNPs konstateret ved en tidligere chip-seq analyse som værende støder op til VDR-DNA bindingssteder, og plasma 25 (OH) D på CRC risiko, trods at observere en øget risiko for CRC forbundet med GRSs og en omvendt sammenhæng mellem cirkulerende 25 (OH) D niveauer og CRC. [26].

Manglen på en signifikant interaktion mellem 25 (OH) D og genetisk modtagelighed for CRC kan have flere forklaringer. For det første kan veje er forbundet med CRC modtagelighed loci faktisk være selvstændig eller overlappe minimalt med mekanismer, der er forbundet med D-vitamin For det andet, vores GRS og enkeltværelser foranstaltninger plasma 25 (OH) D foranstaltninger kan være relativt ufølsomme eller ufuldstændige markører for relevante biologiske veje delte ved genetisk modtagelighed og vitamin D. tredje, vi konstrueret GRSs informeret af resultaterne af en funktionel undersøgelse af Ramagopalan et al. der anvendte chip-seq i lymfoblastoide celler behandlet med calcitriol i 36 timer for at demonstrere efterfølgende forskellen sammenslutning af D-vitamin receptor binding med tre specifikke CRC modtagelighed loci [26]. Men en separat undersøgelse udnytte chip-Seq i monocytter behandlet med calcitriol i 40 minutter fundet kun 18% af calcitriol-stimuleret VDR-bindingssteder fælles for dem, der observeres i Ramagopalan et al. [37], [38]. Disse resultater tyder på, at VDR target genregulering kan variere efter celletype og /eller varigheden af ​​D-vitamin eksponering, som kan være vanskeligt at vurdere bruge cirkulerende foranstaltninger af 25 (OH) D.

Vores undersøgelse har flere styrker. Først tilgængeligheden af ​​både genetisk information, og prediagnostic foranstaltninger plasma 25 (OH) D i vores tre kohorter tilladt, at vi ved, den første analyse af effekten af ​​CRC modtagelighed loci ifølge en integreret biomarkør for en miljømæssig faktor for CRC risiko . For det andet, vores rimeligt stort stikprøvestørrelse forudsat individuel SNP og GRS foreninger, der var ens i retning og størrelse med estimater fra større kohorter, herunder Gecco og CCFR konsortiet. Vi anerkender begrænsninger vores undersøgelse, herunder en enkelt måling af 25 (OH) D, som ikke kan afspejle langsigtet vitamin D status eller de vævsspecifikke virkninger af vitamin D. Vi havde også en mere begrænset prøvestørrelse på deltagere med både genetiske information og målte niveauer af plasma 25 (OH) D.

sammenfattende i dette store studie af CRC sager og kontroller karakteriseret for genetisk modtagelighed for CRC med prediagnostic målinger af 25 (OH) D niveauer, gjorde vi ikke observere evidens for ændring af genetisk modtagelighed for CRC efter D-vitamin status.

tak

Vi vil gerne takke deltagerne og ansatte i Nurses ‘Health Study, Health Professionals Follow-up Undersøgelse og Physicians ‘Health Study for deres værdifulde bidrag samt de følgende statslige kræftregistre for deres hjælp: AL, AZ, AR, CA, CO, CT, dE, FL, GA, ID, IL, IN, IA, KY, LA, ME, MD, MA, MI, NE, NH, NJ, NY, NC, ND, OH, OK, OR, PA, RI, SC, TN, TX, VA, WA, WY. Forfatterne påtage sig det fulde ansvar for analyser og fortolkning af disse data.