Novel adipomyokines and growth factors in breast cancer

Abstract

Purpose: Obesity and physical inactivity are now considered independent risk factors for development of malignancies. Insulin resistance and overproduction of growth factors and other cytokines or hormones secreted from adipose-tissue and termed adipokines, which exert direct effects on the cell cycle, are among the molecular mechanisms suggested to bridge this relationship, as previously suggested pathways cannot fully explain the epidemiological link. More recently, muscle tissue was also shown to synthesize and secrete molecules, named myokines, that may also play a role in carcinogenesis. Therefore, we aimed at investigating the role of novel adipomyokines and growth factors in breast neoplasms by conducting the following: Methods: In vitro experiments using breast cancer cell lines were employed to assess the effects of recombinant irisin on cell viability, induction of apoptosis and cell death, as well as migration potential. In a clinical study protocol, adult females with recent diagnosis of benign or malignant proliferative diseases, scheduled for surgical removal of the tumor, and healthy controls from the same population were recruited from the same clinic, and the total study sample was studied in a case-control manner. Demographic and anthropometric parameters and medical history data, together with tumor pathology characteristics, were individually recorded. In two different clinical studies, serum samples were assayed for irisin, omentin-1 (Clinical Study A), and follistatin, follistatin-like 3 (FSTL-3), activin A, activin B, growth factors and pregnancy associated plasma protein-A (PAPP-A) (Clinical Study B) using commercially available ELISA kits. Results: In vitro, irisin treatment reduced cell viability by increasing apoptotic pathways and inducing cell death (ANOVA, p < 0.05 for all), but it did not affect the migration potential of breast cancer cells. In clinical study A, women with breast neoplasms had higher serum irisin concentration compared to healthy controls (18.2 ± 4.7 ng/mL vs. 15.6 ± 3.3 ng/mL, respectively; p < 0.01). Irisin concentration was positively associated with tumor behavior characteristics, including Ki67 percentage (r = 0.28, p = 0.03). This protein showed an increasing pattern with Elston-Ellis grading system (grade 1: 12.4 ± 0.1 ng/ml vs. grade 2: 17.4 ± 4.2 ng/ml vs. grade 3: 20.0 ± 5.1 ng/ml; ANOVA, p = 0.01; grade 1 vs. grade 3, p = 0.03 after post-hoc Bonferroni correction) Patients with estrogen receptor positive breast malignancy exhibited lower irisin concentrations compared to estrogen receptor negative breast cancer patients (17.84 ± 4.84 ng/ml vs. 19.99 ± 3.69 ng/ml, respectively, p = 0.04). In clinical study B, in multivariate models adjusting for potential covariates serum total insulin-like growth factor 1 binding protein 4 (IGFBP-4) concentrations were an independent predictor of the presence of malignancy [Odds Ratio (OR) 1.01 (95% Confidence Interval (CI): 1.004, 1.02); p = 0.01]; furthermore, serum FSTL-3 concentrations could distinguish between benign tumor and malignancy [OR 6.61 (95% CI: 1.70, 25.70); p < 0.01] and were positively associated with tumor size. [Standardized β 0.44 (95% CI: 0.19, 1.27); p = 0.01]. Conclusions: Serum concentrations of irisin, FSTL-3 and total IGFBP-4 are increased in breast neoplasms. This thesis warrants further studies to evaluate whether these proteins may hold potential as future diagnostic, prognostic factors or therapeutic targets in breast carcinogenesis.

Σκοπός: Η παχυσαρκία και η έλλειψη φυσικής άσκησης έχουν χαρακτηρισθεί ως ανεξάρτητοι παράγοντες κινδύνου για την ανάπτυξη κακοηθειών. Μεταξύ των μοριακών μηχανισμών που έχουν προταθεί για την παραπάνω συσχέτιση περιλαμβάνονται η αντίσταση στην ινσουλίνη και η υπερπαραγωγή αυξητικών παραγόντων και άλλων κυτταροκινών ή ορμονών του λιπώδους ιστού, που ονομάζονται λιποκίνες και επάγουν άμεσες δράσεις στον κυτταρικό κύκλο, καθώς οι μέχρι τώρα προταθέντες μοριακοί μηχανισμοί δεν επαρκούν για να εξηγήσουν πλήρως την επιδημιολογική συσχέτιση. Πιο πρόσφατα, ανακαλύφθηκε ότι και ο μυϊκός ιστός, που ενεργοποιείται κατά τη διάρκεια φυσικής άσκησης, παράγει μόρια που ονομάστηκαν μυοκίνες και φαίνεται επίσης να συμμετέχουν στην καρκινογένεση. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η διερεύνηση του ρόλου των νεότερων λιπομυοκινών σε γυναίκες με καρκίνο μαστού. Ασθενείς και μέθοδοι: Πραγματοποιήθηκαν καλλιέργειες κυτταρικών σειρών καρκίνου μαστού και μελετήθηκαν οι δράσεις της ιρισίνης στην επιβίωση, στην επαγωγή αποπτωτικών διεργασιών και κυτταρικού θανάτου, καθώς και στο μεταναστευτικό δυναμικό των καρκινικών κυττάρων. Στην κλινική μελέτη, συμμετείχαν ενήλικες γυναίκες με πρόσφατη διάγνωση καλοήθειας ή κακοήθειας του μαστού που επρόκειτο να υποβληθούν σε χειρουργική αφαίρεση του όγκου, καθώς και υγιείς εθελόντριες από την ίδια Κλινική που χρησιμοποιήθηκαν ως μάρτυρες (μελέτη ασθενών-μαρτύρων). Καταγράφηκαν δημογραφικά, ανθρωπομετρικά και ιατρικά δεδομένα, καθώς και τα ιστολογικά χαρακτηριστικά στην περίπτωση κακοήθειας. Συλλέχθηκαν δείγματα ορού αίματος για τον προσδιορισμό συγκεντρώσεων ιρισίνης, ομεντίνης-1 (Κλινική Μελέτη Α), και φολλιστατίνης, φολλιστατινόμορφου πεπτιδίου 3 (FSTL-3), ακτιβίνης Α, ακτιβίνης Β, αυξητικών παραγόντων και σχετιζόμενης με την εγκυμοσύνη πρωτεΐνης πλάσματος Α (PAPP-A) (Κλινική Μελέτη Β) με τη μέθοδο ELISA. Αποτελέσματα: Σε in vitro πειράματα, η ιρισίνη φάνηκε να αναστέλλει την επιβίωση, να επάγει αποπτωτικές διεργασίες και να προκαλεί κυτταρικό θάνατο (ANOVA, p < 0.05 για όλα), αλλά δεν επηρέασε το μεταναστευτικό δυναμικό των καρκινικών κυττάρων μαστού. Στην κλινική μελέτη Α βρέθηκε αυξημένη συγκέντρωση ιρισίνης ορού στις χωροκατακτητικές εξεργασίες μαστού σε σύγκριση με τις υγιείς εθελόντριες (18.2 ± 4.7 ng/mL και 15.6 ± 3.3 ng/mL, αντίστοιχα; p < 0.01). Η συγκέντρωση ιρισίνης συσχετίσθηκε θετικά με χαρακτηριστικά βιολογικής συμπεριφοράς του κακοήθους όγκου, όπως το ποσοστό Ki67 (r = 0.28, p = 0.03). Η συγκέντρωση της πρωτεΐνης αυτής έδειξε αυξητική τάση ανάλογα με το βαθμό ταξινόμησης του συστήματος Elston-Ellis (βαθμός 1: 12.4 ± 0.1 ng/ml vs. βαθμός 2: 17.4 ± 4.2 ng/ml vs. βαθμός 3: 20.0 ± 5.1 ng/ml; ANOVA, p = 0.01; βαθμός 1 vs. βαθμός 3, p = 0.03 μετά από διορθώση Bonferroni). Ασθενείς με κακοήθεια θετική για οιστρογονικό υποδοχέα είχαν χαμηλότερη συγκέντρωση ιρισίνης ορού σε σχέση με ασθενής με θετικό αρνητικό οιστρογονικό υποδοχέα (17.84 ± 4.84 ng/ml vs. 19.99 ± 3.69 ng/ml, respectively, p = 0.04). Στην κλινική μελέτη Β, η ολική συνδετική πρωτεΐνη του ινσουλινόμορφου αυξητικού παράγοντα 4 (IGFBP-4) σχετιζόταν ανεξάρτητα με την παρουσία κακοήθεια [Λόγος Σχετικών Πιθανοτήτων (ΛΣΠ) 1.01 (95% διάστημα εμπιστοσύνης (ΔΕ): 1.004, 1.02); p = 0.01]. Η συγκέντρωση FSTL-3 ήταν προγνωστικός δείκτης για τον διαχωρισμό καλοήθειας από κακοήθεια [ΛΣΠ 6.61 (95% ΔΕ: 1.70, 25.70); p < 0.01.: 0.19, 1.27); p = 0.01]. και σχετίζεται με το μέγεθος του όγκου [Standardized β 0.44 (95% ΔΕ: 0.19, 1.27); p = 0.01]. Συμπεράσματα: ΟΙ συγκεντρώσεις ιρισίνης, FSTL-3 και ολικής IGFBP-4 είναι αυξημένες στα νεοπλάσματα του μαστού. Περαιτέρω μελέτες κρίνονται αναγκαίες ώστε να διερευνηθεί αν οι πρωτεΐνες αυτές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στο μέλλον ως διαγνωστικοί, προγνωστικοί παράγοντες ή θεραπευτικοί στόχοι στον καρκίνο του μαστού.