PLoS ONE: Polymorfier i Insulin-lignende vækstfaktor Axis er forbundet med Gastrointestinal Cancer

Abstrakt

Introduktion

Mange faktorer har indflydelse på udviklingen af ​​gastrointestinale (GI) kræft. Insulin-lignende vækstfaktor (IGF) akse spiller en rolle i embryonisk og postnatal vækst og reparation af væv. Forhøjede niveauer af IGF’er, lave niveauer af IGF-bindende proteiner (IGFBP’er) og over-ekspression af IGF-receptor (IGFR-I) var forbundet med flere stadier af cancer. Her, forekomsten af ​​den enkelte nukleotid polymorfier (SNPs) rs6214 i

IGF type I

(

IGF-I

) genet og rs6898743 i væksthormon receptor (

GHR

) genet hos patienter med GI cancer og kontroller blev undersøgt

Materialer Metoder

I dette hollandske case-kontrol undersøgelse, DNA isoleret fra blod af 1.457 patienter GI cancer; 438 patienter med hoved- og halscancer (HNC), 475 med kræft i spiserøret (EF) og 544 med kolorektal cancer (CRC) og 1.457 matchede kontroller, blev anvendt til at bestemme rs6214 og rs6898743 genotyper ved polymerasekædereaktion. Sammenhængen mellem disse SNPs og GI cancer, HNC, esophageal adenocarcinom (EAC), esophageal pladecellekræft (ESCC) og proksimal eller distal CRC blev undersøgt. Odds ratio (OR) med 95% konfidensinterval (95% CI) blev beregnet via ubetinget logistisk regression.

Resultater

Samlet for GI cancer, den yderste periferi for SNPs rs6214 og rs6898743 var ca. 1,0 (p-værdi 0,05), ved hjælp af de mest almindelige genotyper GG som reference. En OR på 1,54 (95% CI, 1,05-2,27) blev fundet for EF for genotype AA af rs6214. De yderste periferi for ØK var 1,45 (95% CI, 1,04-2,01) og 1,71 (95% CI, 1,10-2,68), for genotyper GA og AA, hhv. Genotype GC af rs6898743 viste en OR på 0,47 (95% CI, 0,26 til 0,86) for ESCC.

Konklusion

En allel af SNP rs6214 i

IGF-I

gen var forbundet med ØK, og med HNC hos kvinder. GC genotype rs6898743 i

GHR

gen var negativt associeret med ESCC

Henvisning:. Ong J, Salomon J, te Morsche RHM, Roelofs HMJ, Witteman BJM, Dura P, et al . (2014) Polymorfier i Insulin-lignende vækstfaktor Axis er forbundet med gastrointestinal cancer. PLoS ONE 9 (3): e90916. doi: 10,1371 /journal.pone.0090916

Redaktør: Yousin Suh, Albert Einstein College of Medicne, USA

Modtaget: November 15, 2013; Accepteret: 6 feb 2014; Udgivet: 7 marts 2014

Copyright: © 2014 Ong 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:. Forfatterne har ingen støtte eller finansiering til at rapportere

konkurrerende interesser:.. forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

Worldwide, kræft er en af ​​de mest udbredte årsager af dødsfald [1]. I 2011 var den samlede forekomst af kræft i Holland var 100,577 tilfælde ca. 20% gjorde udvikle gastrointestinale (GI) kræft [2]. Antallet af nye patienter med GI cancer er stigende i Holland i løbet af de sidste 20 år [2].

Ti til tyve procent af GI kræftformer er arvelige [3]. Der er flere andre faktorer, der spiller en rolle i udviklingen af ​​GI cancer, herunder alder, køn, rygning, fysisk aktivitet og fedme [4], [5]. Også kosten faktorer, såsom indtagelse af alkohol, kan forbruget af lave mængder af grøntsager og frugter, overdreven indtagelse af rødt kød, og mange andre kostfaktorer have indflydelse på udviklingen af ​​GI cancer [5]. Desuden risiko modulerende genetiske faktorer med lav penetrans, såsom talrige enkelt nukleotid polymorfier (SNP), kan være involveret i udviklingen af ​​GI cancer.

I denne henseende insulin-lignende vækstfaktor (IGF) akse kan være af interesse, da de beviser, den er involveret i flere stadier af kræft er stigende [6] – [8]. IGF-aksen spiller en rolle i embryonisk og postnatal vækst, i vævsreparation og mange andre vigtige processer [6], [9], [10]. Forhøjede niveauer af IGF, lave niveauer af IGF-bindende proteiner (IGFBP’er) i omsætning og overekspression af IGF-receptor type I (IGFR-I) var forbundet med kræft [7], [11].

In vitro

undersøgelser viste, at flere komponenter af IGF-aksen fremkalde mitose og forhindrer apoptose i cancerceller [12], [13].

IGF er hovedsageligt produceret af leveren, og det er medieret af væksthormon (GH) familie. Den fremherskende isoform af denne somatotropin familie er væksthormon 1 (GH1). Væksthormon frigørende hormon (GHRH), der udskilles af hypothalamus, regulerer produktionen af ​​GH i adenohypophysis af hypofysen [14]. GH binder til væksthormon receptor (GHR) i leveren og andre målvæv. Denne interaktion fremmer syntesen af ​​IGF-I og IGF-II [15].

IGF er i stand til at binde til medlemmer af IGFBP familien [16]. De fleste IGF’er cirkulerer i blodet er bundet til IGFBP’er med en høj bindingsaffinitet, hvilket resulterer i en forøget halveringstid af IGF’er. Størstedelen af ​​IGF’er i kredsløbet binder til IGFBP-3, et syrelabilt underenhed (ALS) kompleks [17]. Talrige faktorer, herunder hormoner, kost, etnicitet, alder og køn, påvirker niveauet af IGF og IGFBP-3 i serum og væv [18].

Udover de IGFBP familiemedlemmer, IGF-I og IGF -II binder til de to typer IGF-receptorer, IGFR-i og IGFR-II. IGFR-I, en transmembran tyrosinkinasereceptor, udtrykkes i hele det menneskelige legeme. Begge typer af IGF er i stand til at interagere med denne receptor med forskellige bindingsaffiniteter. Aktivering af IGFR-I relaterede pathway kan føre til proliferation, differentiering, migration og forebyggelse af en celle i at gå i apoptose [8].

Funktionen af ​​IGFR-II, en kation-uafhængig mannose-6- phosphat-receptor, er mindre klar. Denne receptor interagerer med IGF-I og med IGF-II. Bindingen af ​​denne receptor med IGF-I er svag, hvorimod IGFR-II har en høj bindingsaffinitet for IGF-II. I modsætning til IGFR-I, har disse interaktioner ikke føre til aktivering af celle signalveje. Den vigtigste funktion af denne receptor er sandsynligvis sekvestrering af IGF-II og i sidste ende nedbrydning af dette protein [9].

Adskillige genetiske varianter i komponenterne af IGF-aksen blev allerede undersøgt i forbindelse med risiko kræft. McElholm et al. analyseret 102 SNP’er i IGF-aksen [17] og karakteriseret tre genetiske varianter, der syntes at være forbundet med esophageal adenocarcinom: rs6214 i

IGF-I

gen, rs6898743 i

GHR

gen og et CA-repeat i promotorregionen (5′-UTR) af

IGF-i

gen, sidstnævnte variant dog være meget sjældne. Sammenhængen mellem de SNPs rs6214 og rs6898743 og andre GI kræftformer blev ikke undersøgt endnu

SNP rs6214 (c * 2716G . A). Ligger på

IGF-I

gen [19] . Dette gen er placeret på den lange arm af kromosom 12 ved position 23.2 og består af seks exoner [20]. SNP rs6214 er placeret i tre prime utranslaterede region (3′-UTR), som har en vigtig rolle i oversættelsen, lokalisering og stabilitet af mRNA [21] – [23]. I Europa allelfrekvenserne af G og A alleler er 55% og 45%, henholdsvis [24]

SNP rs6898743 (c.71-26648G C). Er en intron SNP i

GHR

genet, lokaliseret på kromosom 5 [17]. I den europæiske befolkning, ca. 75% og 25% er G og C alleler, henholdsvis [25].

I denne undersøgelse forekomsten af ​​de SNPs rs6214 og rs6898743 i patienter med GI cancer og kontroller blev undersøgt i en hollandsk befolkning.

Materialer og metoder

undersøgelse befolkning

til denne populationsbaseret case-kontrol undersøgelse, fuldblod eller sundt væv af kaukasiske patienter med GI cancer og kontroller blev indsamlet mellem 2002 og 2013 på flere hospitaler i Holland. Tilmelding kriterier var, at sagerne blev medtaget i den rækkefølge, indgang til hospitalerne, og kun patienter, der er diagnosen blev bekræftet af en patolog, blev inkluderet i undersøgelsen. Alle efterfølgende patienter, der var villige til at deltage, har skriftligt informeret samtykke. Undersøgelserne blev godkendt af de medicinske etiske vurderinger udvalg i Maastricht University Medical Center og Radboud University Nijmegen Medical Center (RUNMC).

blod og vævsprøver fra patienter med CRC eller EF De blev opnået fra RUNMC og Gelderse Vallei Hospital, Ede. Patienter med EF var også inkluderet på Canisius-Wilhelmina Hospital Nijmegen og Rijnstate Hospital, Arnhem. Prøverne fra de raske kontrolpersoner blod, til sammenligning med CRC og EF patientgrupper, blev rekrutteret fra Nijmegen-området, ved annoncering i lokale aviser. Blod af patienter med HNC blev indsamlet på University Hospital Maastricht. Raske kontroller for denne gruppe af patienter blev rekrutteret fra blodbanken, Maastricht område. Kontroller blev matchet med patienterne med hensyn til alder og køn.

EF blev klassificeret af en patolog som histologiske undertyper esophageal pladecellekræft (ESCC) eller esophageal adenocarcinom (EAC). Hos patienter med CRC, blev placeringen af ​​tumor er identificeret som værende i den proksimale (coecum, colon ascendens, colon transversum) eller distale (colon descendens, sigmoideum tyktarm, endetarm) del af tyktarmen.

Blod var opbevares ved -20 ° C ved laboratoriet for Institut for Gastroenterology, RUNMC. Kontroller blev matchet til patienter efter køn, alder, etnicitet og rekruttering område for at oprette to sammenlignelige grupper.

DNA Isolation

Hos patienter, DNA blev isoleret fra blod eller sundt væv, opnået efter resektion af tumoren. I kontroller blev DNA isoleret fra blod. For DNA isolation High Pure PCR Template Preparation Kit (Roche Diagnostics GmbH, Mannheim, Tyskland) blev anvendt, i overensstemmelse med protokollen af ​​producenten. DNA-prøver blev opbevaret ved 4 ° C indtil brug.

Genotypning

De rs6214 og rs6898743 polymorfier blev oprettet ved hjælp af real-time polymerase kædereaktion (RT-PCR). Et specifikt sæt af primere, som flankerer området af SNP’er, blev anvendt til at amplificere DNA’et. I TaqMan assay to mærkede prober med en fluorofor ved 5′-enden og en quencher ved 3 ‘enden, blev tilsat til PCR-blandingen. Primere og prober blev designet til hver SNP, ved hjælp af Beacon Designer 7.0 software (PREMIER Biosoft, Palo Alto, Californien, USA). Primere og TaqMan prober blev fremstillet af Sigma-Aldrich Chemie BV. (Zwijndrecht, Holland) og blev kontrolleret for polymorfier i deres bindingssteder hjælp SNPCheck version 3 (https://ngrl.manchester.ac.uk/SNPCheckV3/snpcheck.htm). Sekvenserne for primerne og proberne er vist i tabel 1. 6-fluorescein amidit (6-FAM) og hexachlor-fluorescein amidit (HEX) blev kovalent bundet til proberne for de mest almindelige alleler og de mindre almindelige alleler, hhv. The Black Hole Quencher-1 (BHQ1), blev anvendt som var bundet til 3’-enden af ​​TaqMan-proben. RT-PCR’er blev udført med CFX96 Real-Time PCR detektionssystem (Bio-Rad Laboratories Inc, Hercules, Californien, USA), og resultaterne blev analyseret med dataanalyse software Bio-Rad CFX Manager 2.0 (Bio-Rad Laboratories Inc ).

statistiske Analyser

resultaterne fra RT-PCR’er, genotype og allel frekvens distributioner, blev analyseret ved hjælp af IBM SPSS Statistics softwareversion 20 (International Business Machines Corp., Armonk, New York, USA).

lige gennemsnitsalderen blev testet ved hjælp af den uafhængige-prøver t-test. I analysen blev alder og køn betragtes som konfoundere. Odds ratio (OR) med deres konfidensintervaller 95% (95% CIS) blev beregnet for de genotyper og for allelerne frekvenser ved at udføre ubetinget samt betinget logistisk regression analyser. Homozygositet for de mest almindelige allel blev taget som reference.

Når gennemsnittet alder mellem patienten (under) gruppen og kontrolgruppen var signifikant forskellig, fjernområderne beregnet med den ubetingede logistisk regression blev korrigeret for denne variabel. Resultater med en

s

-værdi 0,05 blev betragtet som statistisk signifikant

Resultater

De karakteristiske træk ved undersøgelsen befolkning og antallet af fag pr GI cancer undertype samlet. i tabel 2. i denne undersøgelse blev 1.457 patienter med GI cancer og 1.457 kontroller inkluderet i alderen mellem 16 og 95 år. Den gennemsnitlige alder GI kræftpatienter og kontrolgrupper var 63,8 ± 11,5 og 62,4 ± 11,3 år, henholdsvis (

s

-værdi = 0,001).

I de delanalyser , hvori associationen mellem SNP’er og udviklingen af ​​hver cancer undertype blev undersøgt, gennemsnitsalderen mellem HNC patienter og den tilsvarende kontrolgruppe var signifikant forskellige (p-værdi = 0,0001).

genotypefordelingen for SNP’er rs6214 og rs6898743 i patienter med GI cancer og kontroller er vist i tabel 3. for SNPs rs6214 og rs6898743, fordelingen af ​​genotyper i den samlede GI kræftpatient gruppe, i GI cancer undergrupper samt i kontrolgrupper ikke afvige fra Hardy-Weinberg ligevægt (alle p-værdier 0,05), med undtagelse af ESCC patient undergruppe, som viste en

s

-værdi på 0,003 for SNP rs6898743

for både SNPs, ingen foreninger med GI cancer set (yderste periferi mellem 1,01 og 1,20,

s

-værdier 0,05), bortset fra en væsentlig overekspression af GA-genotypen af rs6214 i kvindelige patienter (OR 1,38, 95% CI 1,01-1,87).

tabel 4 opsummerer genotypen distribution og den yderste periferi (95% CI) for SNPs rs6214 og rs6898743 pr kræft undertype. I denne sub-analyse blev en signifikant sammenhæng med EF (OR 1,54, 95% CI, 1,05-2,27) for genotype AA af rs6214 (

s

-værdi = 0,029), mens GA genotypen viste en ikke-signifikant OR på 1,27 (95% CI 0,96-1,69). A-allelen var signifikant mere til stede i den patientgruppe (p-værdi = 0,021). Analyseret efter køn, genotype AA af rs6214 hos mænd viste en endnu højere OR på 1,68 (95% CI, 1,09-2,59) med en p-værdi på 0,019.

Ingen signifikante associationer blev fundet mellem patienter med HNC eller CRC og kontroller til genotyperne i begge SNPs. Men for HNC hos kvinder blev fundet en OR på 2,19 (95% CI, 1,09-4,39) for GA genotype af rs6214, mens en OR på 0,08, 95% CI, 0,01-0,65 blev fundet for CC genotype SNP rs6898743 . De yderste periferi beregnet for de rs6214 og rs6898743 genotyper, pr histologisk undertype af EF er vist i tabel 5. En OR på 1,45 (95% CI, 1,04-2,01) blev fundet for GA heterozygoter af rs6214 i ØK (p-værdi = 0,028) , hvorimod homozygote for variant allel AA viste en OR på 1,71 (95% CI, 1,10-2,68; p-værdi = 0,018). Hos mænd med genotype AA af rs6214, foreningen var endnu stærkere (OR 1,87, 95% CI, 1,14-3,07;

s =

0,013). A-allelen var signifikant mere til stede i ØK patientgruppe samt i den mandlige undergruppe (p-værdier 0,008 og 0,009 henholdsvis).

For SNP rs6898743, en omvendt sammenhæng med ESCC blev bemærket for genotyper GC (OR 0,47, 95% CI, 0,26-0,86) med en

s

-værdi på 0,014. I modsætning hertil homozygot variant CC genotype afslørede en OR på 2,54 (95% CI, 0,66-9,81). Men i disse CC undergrupper antallet af individer er meget små. Ligeledes blev en signifikant omvendt sammenhæng med ESCC fundet hos mænd med genotype GC (OR 0,31, 95% CI, 0,15-0,66;

s

= 0,002). Ingen signifikante associationer blev fundet, da CRC patienter blev analyseret efter tumor lokalisering, enten proksimalt eller distalt (tabel 5).

De vigtigste resultater af denne undersøgelse er visualiseret i figur 1.

Kun signifikant foreninger visualiseres. Foreninger er givet som følger: rs antal SNP, genotype, odds ratio med tilsvarende 95% konfidensinterval. Den homozygote mest almindelige genotype anvendes som reference. ØK, esophageal adenocarcinom; ESCC, esophageal pladecellekræft.

Diskussion

Denne population-baserede case-kontrol undersøgelse blev udført for at undersøge den rolle, IGF tilhørende SNP’er rs6214 og rs6898743 i udviklingen af ​​gastrointestinal kræft. De SNPs rs6214 og rs6898743 blev ikke fundet i forbindelse med GI cancer, men i GI cancer undergrupper, blev nogle interessante associationer bemærket.

Genotype AA af rs6214 i

IGF-I

gen var forbundet med EF, men denne risiko modificerende effekt af rs6214 en allel var primært et resultat af en forening med den histologiske undergruppe af ØK; individer bærer GA eller AA genotyper viste relative risici for 1,45 og 1,71, henholdsvis. Den SNP rs6214 er blevet undersøgt i flere tidligere undersøgelser af risiko GI kræft. Feik et al. rapporterede en signifikant højere risiko for CRC for bærere af genotypen AA [26]. En lignende tendens blev set i vores undersøgelse, men ingen betydning blev nået. Denne forskel kan forklares ved det faktum, at undersøgelsen befolkning Feik et al. kun indeholdt 178 CRC patienter. Desuden var deres yderste periferi justeret for køn, alder og body mass index (BMI), mens BMI ikke var involveret i vores undersøgelse.

McElholm et al. rapporterede en signifikant nedsat risiko for Barretts øsofagus (BE) for AA-genotypen af ​​rs6214 i en irsk undersøgelsespopulationen (OR = 0,43, 95% CI 0,24-0,75) [17]. BE er en unormal erstatning i spiserøret af pladeepitel af specialiserede kolonneformat-foret epitel, og er en af ​​de vigtigste risikofaktorer for ØK [27]. Derfor er det overraskende, at vi fandt en signifikant omvendt sammenhæng med ØK for rs6214 GA og AA genotyper

To vigtigste forklaringer kan gives:. første, patientgruppen med BE og kontrolgruppen i studiet af McElholm et al. var relativt lille (n = 207 og n = 244, henholdsvis). Vigtigere er imidlertid den store forskel i allelfrekvenserne, idet 48% og 52% for rs6214 g og en alleler som rapporteret af McElholm et al. i deres kontrol, hvorimod der ikke blev rapporteret værdier på 57% og 43% for europæerne i HAPMAP databasen [24]. De sidstnævnte værdier er i god overensstemmelse med vores kontrol allel frekvens data (60,5% G og 39,5% A allel).

Den rolle, som genetisk variant af rs6214 i bugspytkirtelkræft i en japansk befolkning blev vurderet ved Nakao et al. [28]. Brug AA som reference genotype, blev ingen sammenhæng fundet mellem rs6214 og bugspytkirtelkræft i den samlede analyse, mens 20 år bærere af GA og GG genotyper med et BMI ≥ 25 kg /m

2 viste en øget risiko for pancreas kræft. Men antallet af patienter inkluderet i denne underkategori var meget lav, og dermed pålidelighed er begrænset.

Høje plasmaniveauer af IGF-I blev foreslået at være en risiko for forskellige kræftformer, herunder CRC [29], [30]. Derfor Canzian et al., Al-Zahrani et al. og D’Aloisio et al. undersøgte rolle rs6214 SNP på de cirkulerende IGF-I-niveauer hos kaukasiere [20], [31], [32]. Imidlertid blev inkonsistente resultater opnået. I undersøgelsen af ​​D’Aloisio et al., AA genotypen syntes at være forbundet med høje gennemsnitlige IGF-I-plasmaniveauer, mens de to andre undersøgelser ikke finde en sammenhæng mellem denne SNP og cirkulerende IGF-I-niveauer.

SNP rs6898743 ikke er blevet grundigt undersøgt indtil videre. Bærere af CC genotyper blev fundet omvendt forbundet med ØK af McElholm et al. [17], hvorimod vores resultater viste en tendens til det modsatte. Det var også bemærkelsesværdigt, at allelfrekvenserne i den irske studiepopulation som rapporteret af McElholm et al. [17] (19% G og 81% C i kontroller) var helt anderledes fra HAPMAP frekvenser i den europæiske befolkning [25] (77,9% G og 22,1% C). Vores data på 76,9% G allel og 23,1% C allel i kontroller helt passer med de rapporterede HAPMAP data for europæerne [25]

Nogle interessante kønsrelaterede forskelle blev fundet.; hos kvinder, blev genotype GA af SNP rs6214 signifikant associeret med gi- og HNC, mens homozygositet for variant C allel af rs6898743 omvendt var forbundet med HNC. Hos mænd, præcis modsatte effekter var bemærket, men resulterer her ikke er væsentlige. Det skal bemærkes dog, at antallet af kvindelige patienter i undergruppen af ​​HNC patienter var lille (n = 93), hvilket gjorde betydning diskuteres.

Styrken af ​​den foreliggende undersøgelse er, at patienterne og kontroller lykkedes modsvares af køn, race, rekruttering og også i høj grad af alder. Dette muliggjorde en vurdering af sammenhæng mellem de SNPs og resultaterne, uden at blive påvirket af disse konfoundere. Desuden samlede studiepopulation var stor.

Denne undersøgelse har også sine begrænsninger. Først og fremmest blev matching af alder ikke lykkedes helt, som den gennemsnitlige alder mellem gi- og HNC patient- og kontrolgrupper afveg markant. Derfor var ubetinget logistisk regression anvendes, hvilket teoretisk set skaber en lavere effekt i forhold til betinget logistisk regression. For det andet blev den yderste periferi, der er beregnet i delanalyser ikke korrigeret for multipel testning. Dette kan være tilrådeligt, da flere test kan øge ændringen at finde en signifikant sammenhæng og dermed skaber bias. For det tredje, i denne undersøgelse ikke oplysninger om rygevaner, alkoholforbrug, kost og andre livsstilsfaktorer er tilgængelig. Endvidere fedme hvoraf BMI og hip-til-talje-forholdet er passende indikatorer, er en vigtig confounder for GI cancer [33]. Fedme kan påvirke risikoen for colorectal cancer, og overskud af kropsfedt og fedtfordeling syntes også at være relateret til EAC [33]. Comorbiditet, især tidligt diagnosticeret diabetes mellitus, er forbundet med forskellige cancere, herunder cancere i colorectum [34]. Desuden analysere forholdet mellem polymorfismer i komponenterne af IGF-aksen og cancer hos kvinder, der skal tages i betragtning, brug af p-piller siden kønshormon østradiol har en direkte, samt en indirekte indflydelse på produktion af IGF-i i østrogen-responsive væv og leveren [35]. Andre begrænsning af denne undersøgelse er, at undersøgelsens befolkningerne i delanalyser var relativt små, og at kun én kontrol blev matchet med en patient.

Som konklusion En allel af SNP rs6214 af

IGF-I

genet er associeret med kræft i spiserøret. Denne forening kan være hovedsagelig et resultat af virkninger på den histologiske subtype esophageal adenocarcinom hos mænd. Endvidere kan kvinder med en allel af SNP rs6214 har en øget risiko for at udvikle GI cancer, mere navnlig HNC. Disse SNP’er kan anvendes som markører til at vurdere cancer risiko for disse (histologiske) undertyper.