Матриксные металлопротеиназы и белки теплового шока на внеклеточных везикулах у больных колоректальным раком: связь с метаболическим статусом

Введение. У большинства больных колоректальным раком (КРР) опухоль возникает на фоне метаболически здорового ожирения, или метаболического синдрома (более чем в 60 % случаев), ключевым патогенетическим моментом которого является развивающаяся гиперинсулинемия. метаболические изменения также характерны для больных с полипами толстой кишки (ПТК), которые в настоящее время рассматриваются как наиболее значимые предраковые заболевания. показано, что фракции малых внеклеточных везикул (ВВ) адипоцитарного происхождения специфически обогащены белками внеклеточного матрикса, включая матриксные металлопротеиназы (MMPs), шаперонами, а также некоторыми метаболическими ферментами, участвующими в синтезе липидов и углеводов. это послужило причиной выбора экзосомальных маркеров в нашем исследовании. Сравнение экспрессии протеинов на CD9-и FABP4-позитивных ВВ будет полезно для объяснения некоторых клинических моментов, например эффективности терморадиотерапии или радиотерапии у больных КРР с ожирением, а также для более обоснованного поиска везикулярных прогностических маркеров у онкологических пациентов с ожирением. цель исследования была сформулирована с учетом отсутствия в литературе данных об уровне экспрессии MMPs и белков теплового шока (HSPs) в составе тотального пула ВВ и в FABP4-позитивных ВВ у пациентов с ПТК и КРР.

Цель исследования - изучение уровня MMPs и HSPs на CD9- и FABP4-позитивных ВВ у пациентов с ПТК и КРР во взаимосвязи с метаболическим статусом.

Материалы и методы. В исследование были включены 12 больных КРР (T2-4N0-2M0; средний возраст 59,6 ± 1,6 года), проходивших лечение в отделении абдоминальной онкологии Научно-исследовательского института онкологии Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наук с 2019 по 2021 г. В группу сравнения вошли 10 пациентов с ПТК. Уровень белков на поверхности CD9- и FABP4-позитивных ВВ был изучен с помощью проточной цитометрии.

Результаты. ММР9-позитивные ВВ чаще выявлялись у больных КРР по сравнению с пациентами с ПТК, однако ММР9+ММР2+Т1МР-позитивные ВВ достоверно чаще обнаруживались у последних. Из изученных белков теплового шока на поверхности ВВ наиболее часто экспрессировался HSP60, причем HSP60-позитивные ВВ выявлялись на поверхности CD9-позитивных экзосом при ПТК гораздо чаще, чем при КРР. У больных КРР по сравнению с пациентами с ПТК среди FABP4-позитивных ВВ наблюдалось существенное увеличение доли трипл-позитивных ВВ и ВВ с фенотипом MMP9+MMP2-TIMP1+, что в целом может свидетельствовать о гиперэкспрессии MMP9 и TIMP1 адипоцитами или маркрофагами жировой ткани у больных КРР. Корреляционный анализ выявил множественные связи отдельных фенотипов CD9-позитивных ВВ у больных КРР с индексом массы тела и уровнем холестерина липопротеинов высокой плотности в сыворотке крови, в то время как фенотипы FABP4-позитивных ВВ были ассоциированы в основном с уровнем триглицеридов.

Заключение. Фенотипы CD9-позитивных и FABP4-позитивных циркулирующих ВВ перспективны в качестве предикторов для уточнения онкологического риска у больных с полипами толстой кишки, а также в плане объяснения эффективности лечения больных КРР с ожирением или метаболическим синдромом.

1. Yunusova N.V., Kondakova I.V., Kolomiets L.A. et al. The role of metabolic syndrome variant in the malignant tumors progression. Diabetes Metab Syndr 2018;12(5):807-12. DOI: 10.1016/j.dsx.2018.04.028

2. Yunusova N.V., Kondakova I.V., Kolomiets L.A. et al. Molecular targets for the therapy of cancer associated with metabolic syndrome (transcription and growth factors). Asia Pac J Clin Oncol 2018;14(3):134-40. DOI: 10.1111/ajco.12780

3. Wang J., Wu Y., Guo J. et al. Adipocyte-derived exosomes promote lung cancer metastasis by increasing MMP9 activity via transferring MMP3 to lung cancer cells. Oncotarget 2017;8(47):81880-91. DOI: 10.18632/oncotarget.18737

4. Bouloumie A., Sengenes C., Portolan G. et al. Adipocyte produces matrix metalloproteinases 2 and 9: involvement in adipose differentiation. Diabetes 2001;50(9):2080—6. DOI: 10.2337/diabetes.50.9.2080

5. Weisberg S.P., McCann D., Desai M. et al. Obesity is associated with macrophage accumulation in adipose tissue. J Clin Invest 2003; 112(12):1796-808. DOI: 10.1172/JCI19246

6. Gao X., Salomon C., Freeman D.J. et al. Extracellular vesicles from adipose tissue — a potential role in obesity and type 2 diabetes? Front Endocrinol (Lausanne) 2017;8:202. DOI: 10.3389/fendo.2017.00202

7. Furuhashi M. Fatty Acid-binding protein 4 in cardiovascular and metabolic diseases. J Atheroscler Thromb 2019;26(3):216-32. DOI: 10.5551/jat.48710

8. Eguchi A., Lazic M., Armando A.M. et al. Circulating adipocyte-derived extracellular vesicles are novel markers of metabolic stress. J Mol Med (Berl) 2016;94(11):1241-53. DOI: 10.1007/s00109-016-1446-8

9. DeClercq V., d'Eon B., McLeod R.S. Fatty acids increase adiponectin secretion through both classical and exosome pathways. Biochim Biophys Acta 2015;1851(9):1123—33. DOI: 10.1016/j.bbalip.2015.04.005

10. Kralisch S., Ebert T., Lossner U. et al. Adipocyte fatty acid-binding protein is released from adipocytes by a non-conventional mechanism. Int J Obes (Lond) 2014;38(9):1251-4. DOI: 10.1038/ijo.2013.232

11. Durcin M., Fleury A., Taillebois E. et al. Characterisation of adipocyte-derived extracellular vesicle subtypes identifies distinct protein and lipid signatures for large and small extracellular vesicles. J Extracell Vesicles 2017;6(1):1305677. DOI: 10.1080/20013078.2017.1305677

12. Тамкович С.Н., Юнусова Н.В., Стахеева М.Н. и др. Выделение и характеристика экзосом плазмы крови больных раком молочной железы и колоректальным раком. Биомедицинская химия 2017;63(2):165—9. DOI: 10.18097/PBMC20176302165

13. Тамкович С.Н., Юнусова Н.В., Сомов А.К. и др. Сравнительный субпопуляционный анализ экзосом плазмы крови больных злокачественными новообразованиями. Биомедицинская химия 2018;64(1):110-4. DOI: 10.18097/PBMC20186401110

14. Yunusova N.V., Zambalova E.A., Patysheva M.R. et al. Exosomal protease cargo as prognostic biomarker in colorectal cancer. Asian Pac J Cancer Prev 2021;22(3):861-9. DOI: 10.31557/APJCP.2021.22.3.861

15. Matthews A.L., Noy P.J., Reyat J.C. Regulation of A disintegrin and metalloproteinase (ADAM) family sheddases ADAM10 and ADAM17: the emerging role of tetraspanins and rhomboids. Platelets 2017;28(4):333-41. DOI: 10.1080/09537104.2016.1184751

16. Gutwein P., Stoeck A., Riedle S. Cleavage of L1 in exosomes and apoptotic membrane vesicles released from ovarian carcinoma cells. Clin Cancer Res 2005;11(7):2492-501. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-04-1688

17. Buzas E.I., Tot E.A., Sodar B.V. Molecular interactions at the surface of extracellular vesicles. Semin Immunopathol 2018;40(5):453-64. DOI: 10.1007/s00281-018-0682-0

18. Shimoda M., Khokha R. Metalloproteinases in extracellular vesicles. Biochim Biophys Acta Mol Cell Res 2017;1864(11 Pt. A):1989-2000. DOI: 10.1016/j.bbamcr.2017.05.027

19. Ginestra A., Monea S., Seghezzi G. Urokinase plasminogen activator and gelatinases are associated with membrane vesicles shed by human HT1080 fibrosarcoma cells. J Biol Chem 1997;272(27):17216-22. DOI: 10.1074/jbc.272.27.17216

20. Kaur P., Hurwitz M.D., Krishnan S. et al. Combined hyperthermia and radiotherapy for the treatment of cancer. Cancers (Basel) 2011;3(4):3799-823. DOI: 10.3390/cancers3043799

21. Taha E.A., Ono K., Eguchi T. Roles of extracellular HSPs as biomarkers in immune surveillance and immune evasion. Int J Mol Sci 2019;20(18):4588. DOI: 10.3390/ijms20184588

22. Lv L.H., Wan Y.L., Lin Y. et al. Anticancer drugs cause release of exosomes with heat shock proteins from human hepatocellular carcinoma cells that elicit effective natural killer cell antitumor responses in vitro. J Biol Chem 2012;287(19):15874-85. DOI: 10.1074/jbc.M112.340588

23. Bavisotto C.C., Cipolla C., Graceffa G. et al. Immumirphological pattern of molecular chaperones in normal and pathological thyroid tissues and circulating exosomes: potential use in clinics. Int J Mol Sci 2019;20(18):4496. DOI: 10.3390/ijms20184496

24. Hubal M.J., Nadler E.P., Ferrante S.C. et al. Circulating adipocyte-derived exosomal MicroRNAs associated with decreased insulin resistance after gastric bypass. Obesity (Silver Spring) 2017;25(1):102-10. DOI: 10.1002/oby.21709

25. Gustafson C.M., Shepherd A.J., Miller V.M., Jayachandran M. Age-and sex-specific differences in blood-borne microvesicles from apparently healthy humans. Biol Sex Differ 2015;6:10. DOI: 10.1186/s13293-015-0028-8