Abstract
Denne studien undersøkte verdien av blod markør S100A1 i å oppdage kardio indusert av kjemoterapi agenter; trastuzumab og lapatinib, i normal rottehjerte. Rottene ble delt i tre grupper: kontroll (n = 8, ingen behandling), T (n = 8, en gang ip behandling med 10 mg /kg trastuzumab) og L (n = 8, oral behandling med 100 mg /kg /dag lapatinib i 7 dager). Virksomheten til oksidativt stress Parametere malondialdehyde (MDA), Superoxide dismutase (SOD), ble Catalase (CAT) og glutation (GSH) målt fra de utpakkede hjertevevet. Nivåene av troponinI og S100A1-uttrykk ble målt fra blodprøver. Alle biomarkører reagert på behandlinger som de viste endringer fra sine normative verdier, validere kjemisk indusert kardiotoksisitet. S100A1 uttrykk dempes betydelig (75%), noe som gjorde den følsomme påvisning av kardiogjennomførbart. Vurdering av kardiotoksisitet med S100A1 kan være et verdifullt alternativ i klinisk onkologi av kreft i enkelte organer som bryst og prostata, som de ikke overuttrykker det å konkurrere mot
Citation. Eryilmaz U, Demirci B, Aksun S , Boyacioglu M, Akgullu C, Ilgenli TF, et al. (2015) S100A1 som en diagnostisk biomarkør for Vurdere Kardio og implikasjoner for Kjemoterapi for visse kreftformer. PLoS ONE 10 (12): e0145418. doi: 10,1371 /journal.pone.0145418
Redaktør: Daniele Generali, Instituti Ospitalieri di Cremona, Italia
mottatt: 22 juni 2015; Godkjent: 03.12.2015; Publisert: 18.12.2015
Copyright: © 2015 Eryilmaz et al. Dette er en åpen tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Data Tilgjengelighet: All relevant data er innenfor papir
Finansiering:. M. Bilgen er finansiert av vitenskapelig og teknologisk forskning Council of Turkey (Research Grant TUBITAK 1001-113E177). Den Funder hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
S100 proteiner er en familie av multifunksjonelle proteiner preget av vev og cellespesifikke uttrykk i virveldyr [1]. S100A1 er et medlem av denne familien og overveiende uttrykt i hjertet, i mindre grad i skjelettmuskulatur, og på lave nivåer i de fleste normale vev [2]. S100A1 uttrykk forbedrer hjertets kontraktilitet og er nedregulert følgende hjerteskade [3]. Men hvis slik oppførsel ville oppstå i kardiotoksisitet har ennå ikke validert. Aktuell forskning er fokusert på å identifisere pålitelige biomarkører sensitiv og spesifikk for hjertesvikt fra ulike årsaker [4-10]. Hvis bekreftet, kan S100A1 bli en klinisk biomarkør for enten diagnose eller differensiering i forbindelse med andre markører, f.eks troponinI og C-reaktivt protein, for å vurdere tilstanden til hjertemuskelen utsatt for toksisitet [11-13]. Målet med denne studien er å teste dette potensialet av S100A1 med eksperimenter utført på rotter ved hjelp av kjemoterapeutiske midler; trastuzumab og lapatinib, som har vist seg poster av induserende kardio [14-19]
Materialer og metoder
Studiet ble godkjent av institusjonelle Animal Ethics Committee (dokumentnummer. 4583101/2014 /168). Eksperimenter ble utført med totalt 24 Wistar-rotter (12 uker gamle albino hanner). Rottene ble delt i eksperimentelle grupper. Målinger, indikative for kardiotoksisitet, inkludert biokjemiske parametere som er følsomme for oksidativt stress i hjertemuskelen, og blod nivåer av S100A og troponinI. TroponinI ble inkludert som en referansemarkør [20]. Resultatene ble så statistisk analysert og diskutert for slutninger
Spesifikt ble rottene tilfeldig inndelt i tre grupper:. Kontroll (C, n = 8), trastuzumab (T, n = 8) og lapatinib (L, n = 8) behandlinger. Kontrolldyrene var ubehandlet, men de andre i gruppene T og L ble administrert med kjemoterapi narkotika. Trastuzumab (Herceptin
R, Istanbul, Tyrkia) ble levert en gang i en dose på 10 mg /kg /dag via intraperitoneal injeksjon på den første dagen av studien. Lapatinib (Tykerb
®, GlaxoSmithKline, Istanbul, Tyrkia) ble administrert daglig i en dose på 100 mg /kg /dag ved oral sonde i 7 påfølgende dager. De valgte dosene var tilsvarende de som brukes i klinikkene. På dag 8, ble anestesi indusert ved en enkelt intraperitoneal injeksjon av ketamin og xylazin (50 og 5 mg /kg, henholdsvis). Blodprøvene ble samlet og hjertene ble fjernet for biokjemisk analyse.
Biokjemisk analyse
samlet fra hvert dyr blod ble sentrifugert (Hettich Zentrifugen, Mikro 200 R, Tuttlingen, Tyskland) på 10 000 x
g
i 10 minutter ved 4 ° C og serumet ble holdt ved -80 ° C inntil analyse. Serum troponinI nivået ble målt ved anvendelse av en immunoanalyse på Advia Centaur CP (Siemens, Tyskland) autoanalysator. Serumet S100A1 nivå ble bestemt ved hjelp av en rotte protein S100A1 ELISA kit (Sensitivity 1,56 ng /ml, Cusabio Biotech, Kina), i henhold til produsentens instruksjoner. Den optiske tetthet ble målt ved 450 nm ved hjelp av en automatisk Elisa plateleser (Bioctech, USA).
Activites av malondialdehyde (MDA), Superoxide dismutase (SOD), Catalase (CAT) og glutation (GSH) var målt ved å følge prosedyrene, som i våre tidligere studier [21-23]. Den dissekerte hjertevevet fra hvert dyr ble homogenisert ved 2000 opm /min (1/10 v /v) ved anvendelse av en Teflon-glass-stang (IKA rører, Tyskland) i 150 mM fosfatbuffer (pH 7,4) på is. Homogenatet ble sentrifugert (Hettich Zentrifugen, Mikro 200 R, Tuttlingen, Tyskland) ved 6000 x g i 10 minutter ved 4 ° C. Supernatantene ble frosset ved -80 ° C (Glacier ultralav temperatur Fryser, Japan) inntil analyse. Proteininnholdet i supernatantene ble bestemt ved et spektrofotometer (Shimadzu UV-1601, Kyoto, Japan) ved hjelp av kommersielt tilgjengelige kits for biuretmetode (Archem Diagnostic Ind. Ltd., Istanbul, Tyrkia). MDA-konsentrasjoner ble målt ved 532 nm i henhold til fremgangsmåten til Ohkawa et al. [24]. Lipidperoksidasjon av vevshomogenat ble bestemt ved dannelse av thiobarbutric-reaktive stoffer. Tissue MDA konsentrasjon uttrykt som nmol /mg vev-protein (absorbans koeffisient ε = 1.56×105 /M /cm). SOD-aktivitet ble bestemt i henhold til metoden ifølge Sun et al. [25], og absorbansen ble målt ved 560 nm. Denne metoden er basert på hemming av nitroblått tetrazolium reduksjon ved hjelp av xantin: xanthineoxidase system som en superoksid generator. Den målte verdien angir graden av inhibering av denne reaksjon. Resultatene er vist som U /mg vev protein. CAT-aktiviteten ble bestemt ved å måle nedbrytningen av hydrogenperoksyd ved 240 nm og uttrykt som k /mg vev-protein, hvor k er den første-ordens hastighetskonstant [26]. Total GSH nivå i supernatantene ble bestemt i henhold til metoden ifølge Tietze [27]. Supernatanten ble utfelt og målt med en kinetisk analyse ved bruk av 5,5′-ditiobis (2-nitrobenzosyre). Absorbans ble målt ved 412 nm. Den målte GSH-konsentrasjon ble sammenlignet med GSH vandig standardløsning (Sigma Chemical Co., St. Louis, Missouri, USA) og uttrykt som mg /g vev protein. Alle disse enzymatiske aktivitetsanalyser ble analysert i duplikat, og avlesninger ble tatt i gjennomsnitt for å oppnå en endelig verdi for hver analyse.
Statistical Analysis
Alle målinger for biomarkører (MDA, SOD, CAT, GSH, troponinI og S100A1) ble ordnet for de eksperimentelle grupper (C, T og L) og analysert statistisk ved hjelp av ikke-parametriske tester ved å anta ikke-gaussisk fordeling på grunn av lav gruppestørrelse (n = 8). Statistisk signifikante forskjeller i målingene ble bestemt ved hjelp av multiple gruppe sammenlignet med både Mann-Whitney U-test som påføres mellom to grupper (T eller L med C) og Kruskal Wallis test som anvendes for alle tre gruppene. Beskrivende statistikk for hver markør var representert med boksplott (minimum, 25% persentil, median, 75% Percentile, maksimum) og i en tabell (gjennomsnitt ± standardavvik) verdier. To tailed
P
verdier ble innhentet fra de statistiske tester og rapportert eksplisitt. Nivået av statistisk signifikans ble satt til
P .
0,05
Resultater
Rottene i alle grupper tolerert prosedyrer og overlevde syv dager uten synlige bivirkninger eller komplikasjoner . Målinger av parametre fra alle grupper ble sammenfattet med flater i figur 1 og figur 2, og Tabell 1. Avlesninger fra kontrollgruppen var innenfor normalområdet som rapportert i litteraturen [21-23]. Men, de i trastuzumab og lapatinib behandlingsgruppene angitt vesentlige endringer i biokjemi av hjerter (fig 1 og tabell 1). Nivået på MDA økt betydelig, men aktivitetene til SOD, CAT og GSH dempes betraktelig. Disse resultatene bekreftet at eksponering for kjemoterapi behandling narkotika; trastuzumab og lapatinib, faktisk indusert giftig skade gjennom oksidativ skade i rottehjerter
Paneler vise grafer for de biokjemiske markører Malonyldialdehyde (MDA).; Superoxide dismutase (SOD); Katalase (CAT); Glutation (GSH). Multi gruppe Kruskal Wallis test ga
P
= 0,0003, 0,0003, 0,0002 og 0,0005, henholdsvis. * Indikerer statistisk signifikant forskjell mot kontrollgruppen C (se tabell 1).
Paneler vise grafer for markørene TroponinI og S100A1. Multi gruppe Kruskal Wallis test ga
P
= 0,0280 og 0,0354, henholdsvis. * Indikerer statistisk signifikant forskjell mot kontrollgruppen C (se tabell 1).
TroponinI og S100A1 var påvises i serum kjøpt fra alle grupper, men deres uttrykk svarte motsatt av kardiotoksisitet, som sett i figur 2 og tabell 1. effekten var positiv på troponinI, men negativt for S100A1 nivå.
Diskusjoner
Trastuzumab og lapatinib er klinisk godkjente legemidler som brukes til behandling av svulster hos mennesker, men de kan også forårsake bivirkning av toksisitet i organer, inkludert hjertet [28]. Eksponering for disse kjemoterapi agenter resulterer i overflødig produksjon av oksygen frie radikaler og reduksjon av antioksidanter enzymaktiviteter i vitale organer. Generering av frie radikaler utgjør en av de underliggende mekanismene for rus av hjertet [18]. I prekliniske stadiene, er den resulterende vevsskade og apoptose vanligvis identifisert av ex vivo biokjemisk analyse involverer kjente indikatorer (MDA, SOD, CAT, GSH). I denne studien, endringer i virksomheten til disse markørene indikerte at trastuzumab og lapatinib på administrerte doser forårsake alvorlig oksidative skader i hjertevevet av rotte. Disse resultatene understøttet den tidligere publiserte rapporter [15, 20].
Blod basert biomarkører er viktige i klinisk praksis som de kan detekteres ved analyser, som er enkel å utføre og produsere vev spesifikke og reproduserbare kvantitative data [17 ]. Den pågående etterforskningen viste at hjertevevet som svar på rus endret uttrykk for både troponinI og S100A1. TroponinI er en etablert serum biomarkør, som korrelerer med skaden i kardiomyocytter [29-32]. Forsterkningen av troponinI var ikke en overraskelse, og i denne studien, denne funksjonen fungerte som en referanse bekreftende bevis for skildrer tilstedeværelsen av hjerteskade. I klinikker, blir heving av troponinI betraktes som en vanlig tegn på kardiotoksisitet hos pasienter som gjennomgår kjemoterapi [15, 30, 31, 33, 34]. Men, er graden av hjertesvikt hos disse pasientene typisk evaluert med sensitive radiologiske verktøy [35].
I myocardial skade etter et infarkt eller kokain-bruk eller nevrologisk dysfunksjon, er S100A1 uttrykk kjent for å være nedregulert [36]. Men før denne aktuelle undersøkelsen, var det ikke klart om en slik reaksjon vil også oppstå for kjemisk indusert cardic skade. Resultatene fra denne studien viste muligheten for å oppdage kardio med blod-drived markør S100A1. Dette resultatet har viktige implikasjoner fra perspektivet til klinisk praksis, som forklart nedenfor.
Konklusjon og videre arbeid
Behandling med trastuzumab og lapatinib induserer oksidativ skade i myocardial vev. Den resulterende kardiotoksisitet er synlig med demping i S100A1 uttrykk eller økning i troponinI nivået i blodet.
I mange svulster, uttrykk for S100 proteiner er endret [37]. Men S100A1 er oppregulert bare i kreft i nyrer, hud og eggstokk. Således kan S100A1 screening etter kjemoterapi av disse spesifikke kreft ikke nøyaktig avsløre kardiotoksisitet. Imidlertid, på en pålitelig måte å vurdere kardiotoksisitet i behandling av cancer i andre organer som bryst og prostata kan likevel være en mulighet for og garanterer videre leting [38]. Denne studien etablerer den aller første skritt mot denne retningen ved å demonstrere S100A1 svar på kardiotoksisitet indusert av trastuzumab og lapatinib i ellers normale rotter.
I eksperimentelle undersøkelser med S100A1 transgene og knockout mus, nedregulering av S100A1 protein var vist seg å bidra til kontraktile dysfunksjon etter hjerteinfarkt [39]. I myokard av knockout mus, alvorlig svekket Ca
2 + sykling og β-adrenerge signale var til stede i sarkoplasmatisk retikulum. Også mitokondriell dysfunksjon var involvert i stress-indusert kardiomyopati [40]. Dermed følger cellegiftbehandling, kan lignende patofysiologisk mekanisme være ansvarlig for tap av kontraktile ytelse og tilbøyelighet mot hjertesvikt. Gransking av dette potensialet aspektet med transgene og knockout modeller forblir også for fremtiden.
