Vztah parametrů oxidativního stresu k onkologické charakteristice spinocelulárních karcinomů hlavy a krku

MUDr. Richard Salzman, Ph.D.

Doctoral thesis

Parameters of oxidative stress in relationship to head and neck squamous cell carcinoma

Abstract:

Roli oxidativního stresu v kancerogenezi je v posledních letech věnována značná pozornost. Rovnováha mezi volnými kyslíkovými radikály a antioxidativními obrannými mechanizmy hraje významnou roli při vzniku a progresi nádorů. Cílem naší studie bylo určit (i) vztah mezi parametry oxidativního stresu a genetickými variantami polymorfizmů pro antioxidativní enzymy, (ii) vztah mezi parametry oxidativního stresu, genetickými variantami polymorfizmů pro antioxidativní enzymy a onkologickou charakteristikou u pacientů se spinocelulárními karcinomy hlavy a krku a (iii) vztah mezi parametry oxidativního stresu, genetickými variantami polymorfizmů pro antioxidativní enzymy a prognózou pacientů se spinocelulárními karcinomy hlavy a krku. Do prospektivní studie jsme zahrnuli 75 pacientů, kteří byli operováni na Klinice otorinolaryngologie a chirurgie hlavy a krku Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně pro spinocelulární karcinom hlavy a krku. U 45 z nich byl v době stanovení diagnózy potvrzen lokoregionální metastatický rozsev (N+). Po primární chirurgické léčbě byli pacienti sledováni po dobu následujících 22 měsíců. Během této doby byla u 13 pacientů zjištěna recidiva. Analyzovali jsme za použití PCR metodiky jednotlivé genové varianty polymorfizmu manganové superoxid dismutázy Ala16Val a polymorfizmus Pro-197Leu pro glutation peroxidázu. Dále jsme stanovovali aktivitu superoxid dismutázy v plazmě (p-SOD), v erytrocytech (ery-SOD), aktivitu glutation peroxidázy v plazmě (p-GPx), v erytrocytech (ery-GPx) a hladinu tumor nekrosis faktoru (TNF) pomocí ELISA. Koncentrace malondialdehydu (MDA) v plazmě jako markeru lipoperoxidace jsme určovali pomocí vysokoúčinné kapalinové chromatografie. Ke statistickému srovnání skupin jsme použili neparametrický Mann-Whitneyův test, Spearmanovy korelační koeficienty a Kruskal-Wallisův ANOVA test. Hardy-Weinbergovo equilibrium a rozdíly mezi frekvencemi genotypů byli testovány chi2-testem. Kaplan-Meierovu analýzu přežití jsme použili ke srovnání délek bezpříznakových intervalů (DFI) mezi jednotlivými skupinami. Distribuce genotypů a alel obou sledovaných polymorfizmů se nelišila při srovnání skupin s rozdílným TNM, ani při srovnání pacientů, kteří během sledovaného období zůstali v kompletní remisi, s těmi, u kterých byla prokázána recidiva (p>0,05). U pacientů s T3-4 tumory jsme prokázali statisticky významně vyšší aktivitu p-SOD (p=0,01) a naopak nižší aktivitu ery-GPx (p=0,03) než u T1-2 pacientů. Aktivita p-SOD byla rovněž zvýšená u N+ pacientů při srovnání s pacienty bez metastatického postižení uzlin (p=0,02, vše Mann- Whitney). Dále naše studie ukázala korelaci stupně diferenciace se sledovanými parametry oxidativního stresu (p-GPx, p=0,05, MDA, p=0,01, Spearman). Nositelé genetické varianty Ala/Ala polymorfizmu pro superoxid dismutázu měli nejvyšší aktivitu p-SOD (p=0,02, Kruskal-Wallis). Nenalezli jsme statisticky významné rozdíly v DFI mezi stanovovanými genotypy (p>0,05). Homozygoti s Ala/Ala genotypem měli nejkratší medián DFI bez statistické významnosti. Celkem 4 pacienti nedosáhli po primární chirurgické léčbě kompletní remisi. Hladina MDA byla vyšší u pacientů, u kterých se během 22 měsíců po navození kompletní remise objevila recidiva (n=13), než u pacientů, kteří zůstali v kompletní remisi (n=58, p=0,01, Mann-Whitney). Pacienti s MDA > 0,25 nmol/g proteinu manifestovali 6-násobně vyšší riziko recidivy ve sledovaném období než pacienti s nižší hladinou MDA (P=0,007, Fisher exact test). Výsledky naší studie ukazují na významnou roli oxidativního stresu v onkologii hlavy a krku. Naše výsledky naznačují zvýšenou aktivitu p-SOD během primární chirurgické terapie u pacientů s pokročilejšími tumory a u pacientů s metastatickým rozsevem do krčn

Abstract:

ích uzlin. Dále jsme zjistili, že plazmatická hladina MDA by se mohl stát indikátorem časného relapsu. Potvrzení předběžných výsledků na větším souboru by mohlo mít významné důsledky pro klinickou praxi. Zejména prognostický význam MDA pro recidivování a význam plasmatické aktivity superoxid dismutázy jako diagnostického markeru metastatického potenciálu je nutné potvrdit dalším výzkumem.

Abstract:

There has been much debate about the relationship between oxidative stress and cancer over the past several years, and the balance between pro- and anti-oxidant capacities is supposed to play an important role in cancer ethiopathogenesis. The aims of the study were to investigate a relationship among (i) activities of AOE, parameters of oxidative stress and genetic variants of AOE polymorphisms; (ii) activities of AOE, parameters of oxidative stress, genetic variants of AOE polymorphisms and oncologic characteristics of patients with the head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) in the initial stage of treatment and (iii) activities of AOE, parameters of oxidative stress, genetic variants of AOE polymorphisms and prognosis of HNSCC. Prospective cohort study comprised 75 patients who underwent surgical treatment for the diagnosis of HNSCC (45 patients were diagnosed with locoregional metastatic spread (N+) at the time of diagnosis). After the initial surgery subjects were followed for the subsequent period of 22 months during which 13 subjects manifested relapse. Genetic variants of polymorphisms Ala-9Val for SOD2, resp. Pro-197Leu for GPx1, were detected by the PCR-based methodology. Activities of p-SOD, ery-SOD, p-GPx, ery-GPx and TNF were determined by ELISA, and the concentration of MDA by high performance liquid chromatography. Non-parametric Mann-Whitney test, Spearman correlation test and Kruskal-Wallis ANOVA were used for comparison of groups and parameters. Hardy-Weinberg equilibrium and differences in genotype frequencies were tested by chi2-test. Kaplan-Meier survival analysis was used to ascertain differences in disease-free interval (DFI) among different genotype groups. Genotype and allele frequencies of the Ala-9Val or Pro-197Leu differed neither between groups defined according to the stage of primary disease (TNM), nor between relapse vs. remission groups after the follow-up (p>0.05). Activity of p-SOD was significantly higher in T3/4 stage compared to T1/2 (p=0.01) and was also higher in N+ compared to N0 patients (p=0.02). In addition, our study showed significantly lower activity of ery-GPx in the T3/4 patients compared to T1/2 group (P=0.03, Mann-Whitney). Tumor grade proved good correlations with observed parameters of oxidative stress (p-GPx, P=0.05, MDA, P=0.01, Spearman). Carriers of the Ala/Ala genotype had the highest p-SOD activity (p=0.02, Kruskal-Wallis). There was no significant difference in DFI between SOD2 genotype groups (p>0.05), however, the Ala/Ala group exhibited the shortest median DFI. Four out of the total number of 75 patients did not reach complete remission (CR). Thirteen (out of the remaining 71) subjects manifested disease relapse during the 22 month-period following the initial surgery while remaining 58 remained in CR. Plasma level of MDA was significantly higher in the relapse group than in CR group (P=0.01, Mann-Whitney). Patients with MDA>0.25nmol/g protein manifested 6 times higher risk of recurrence than patients with MDA 0.25nmol/g protein (P=0.007, Fisher exact test). In conclusion, our results suggest that increased p-SOD at the time of the initial treatment for HNSCC is connected with a greater extent and nodal metastatic spread of the initial disease. Furthermore, plasmatic level of MDA might indicate an earlier disease relapse. Progression of HNSCC might be further modified by the presence of certain genetype of polymorphisms for AOE. Activity of p-SOD could thus offer diagnostic value and MDA level prognostic value in treatment of HNSCC. Correlation between tumor grade and parameters of oxidative stress proves a strong role of oxidative stress in oncogenesis of HNSCC.

Keywords

oxidative stress, head and neck cancer, malondialdehyde, superoxide dismutase, prognosis

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 5. 2007

Thesis defence

• Date of defence: 6. 12. 2007
• Supervisor: prof. MUDr. Rom Kostřica, CSc.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
General Medicine / Otorinolaryngology