Abstract
Den multietniske Cohort epidemiologi studie har tydelig vist at, sammenlignet med Whites og for samme antall sigaretter røykt, afro-amerikanere og indianere Hawaiians har en høyere risiko for lungekreft, mens Latinos og japanske amerikanere har en lavere risiko. Acrolein og krotonaldehyd er to viktige bestanddeler av sigarettrøyk som vel har dokumentert toksiske effekter og kan spille en rolle i lungekreft etiologi. Deres urinmetabolitter 3-hydroxypropylmercapturic syre (3-HPMA) og 3-hydroksy-1-methylpropylmercapturic syre (HMPMA), respektivt, blir validert biomarkører av akrolein og krotonaldehyd eksponering. Vi kvantifisert nivåer av tre-HPMA og HMPMA i urinen til mer enn 2200 røykerne fra disse fem etniske grupper, og også gjennomført et genom bred sammenslutning studie ved bruk av blodprøver fra disse fagene. Etter å ha justert for alder, kjønn, kreatinin, og totale nikotin ekvivalenter, geometriske gjennomsnittsnivåer av 3-HPMA og HMPMA var signifikant forskjellig i de fem gruppene (P 0,0001). Native Hawaiians hadde høyest og Latinos de laveste geometriske gjennomsnittsnivåer både 3-HPMA og HMPMA. Nivåer av tre-HPMA og HMPMA var 3787 og 2759 pmol /ml urin, henholdsvis i Native Hawaiians og 1720 og 2210 pmol /ml urin i Latinos. Disse resultatene tyder på at akrolein og krotonaldehyd kan være involvert i lungekreft etiologi, og at deres avvikende nivåene kan delvis forklare de ulike risikoene for Native Hawaiian og Latino røykere. Ingen sterke signaler ble assosiert med 3-HPMA i genomet omfattende forening studien tyder på at dannelsen av glutation konjugerte av akrolein er hovedsakelig ikke-enzymatisk, mens toppen signifikant sammenheng med HMPMA ble plassert på kromosom 12 nær
TBX3
genet, men forholdet til HMPMA utskillelse er ikke klart
Citation. Park SL, Carmella SG, Chen M, Patel Y, Stram DO, Haiman CA, et al. (2015) Mercapturic Syrer Avledet fra miljøgifter Acrolein og Crotonaldehyde i urinen til sigarett-røykerne fra Five Etniske grupper med ulik risiko for lungekreft. PLoS ONE 10 (6): e0124841. doi: 10,1371 /journal.pone.0124841
Academic Redaktør: Max Costa, New York University School of Medicine, USA
mottatt: 26 januar 2015; Godkjent: 17 mars 2015; Publisert: 08.06.2015
Copyright: © 2015 Park 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: Alle data er tilgjengelig på NIH dbGaP databasen. The Study Tiltredelse nummeret er phs000220.v1.p1. Eventuelle andre dataforespørsler bør gjøres for å Loic Le Marchand ([email protected]), rektor etterforsker av multietnisk Cohort studie
Finansiering:. Denne studien ble støttet av tilskuddet no. CA-138 338 og delvis av tilskudd no. CA-14089 fra USA National Cancer Institute (https://www.cancer.gov). Massespektrometri ble utført i Analytical Biochemistry Shared Resource av Masonic Cancer Center, støttet delvis av National Cancer Institute Cancer Center Support gi no. CA-77598
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
Lungekreft er den ledende årsak til kreft dødsfall i verden, ansvarlig for 1,590,000 dødsfall i 2012, ca 4400 per dag [1]. Sigarettrøyking er årsaken til ca 80% av denne ufattelige dødstallene i hanner og minst 50% hos kvinner [2]. Redusere forekomsten av sigarettrøyking er en anerkjent metode for å forebygge lungekreft; et mål ville være å gå tilbake lungekreft den kategorien av en relativt sjelden sykdom, som det var tidlig på 20
århundre [3]. Men verden har 1,25 milliarder røykere [4], som nikotinavhengighet er ivrig matet og støttes av tobakk selskaper med store økonomiske ressurser, så det ser ikke ut til at dette målet vil bli nådd i nær fremtid. I mellomtiden er det viktig å forstå faktorer som dikterer mottakelighet for lungekreft, slik at alternative forebyggende tiltak kan utformes.
En ledetråd til en bedre forståelse av lungekreft mottakelighet er ulik risiko blant røykere i variert etnisk grupper. Dermed etterforskere i det multietniske Cohort (MEC) Studien fant at for samme mengde sigaretter røykt, afro-amerikanere og indianere Hawaiians var større risiko for lungekreft enn hvite, mens Latinos og japanske amerikanere var mindre utsatt [5]. Disse forskjellene var tydelig hos menn og kvinner, og for alle histologiske typer lungekreft. Forskjellene i mottakelighet var mest uttalt ved lavere antall sigaretter per dag, og ble ikke observert hos ikke-røykere. Mange studier som sammenligner risikoen for lungekreft mellom spesifikke etniske grupper har gitt lignende resultater [6-15].
Vår arbeidshypotese er at forskjeller i opptak og metabolisme av lungekreftfremkallende og giftstoffer i tobakksrøyk er ansvarlig, minst delvis, for den observerte variasjonen i risikoen for lungekreft. Vi utforsker denne hypotesen ved å analysere tobakksrøyk bestanddeler og deres metabolitter i urinen til emner fra de fem etniske grupper bemerket ovenfor i tandem med et genom bredt forening studie (GWAS). I studier gjennomført så langt, har vi rapportert forskjeller i nivåer av nikotin og dens metabolitter samt metabolitter av tobakksspesifikke lunge kreftfremkallende 4- (methylnitrosamino) -1- (3-pyridyl) -1-butanon (NNK) i disse fem etniske grupper og har undersøkt forholdet mellom nikotin metabolitter til GWAS signaler på kromosom 4, spesielt varianter i
UGT2B10 product: [16-18]. I studien er presentert her, har vi undersøkt de mulige roller akrolein og krotonaldehyd ved analyse av deres metabolitter henholdsvis 3-hydroksypropyl merkaptopurinsyre (3-HPMA) og 3-hydroksy-1-methylpropylmercapturic syre (HMPMA), i urin [19 , 20]. Strukturene av disse forbindelsene er vist i figur 1. 3-HPMA og HMPMA er dannet ved konjugering av akrolein og krotonaldehyd henholdsvis med cellulær glutation, etterfulgt av metabolismen til glutationkonjugater og utskillelse i urin.
Både akrolein og krotonaldehyd er intense øyne og luftveier irritanter [21,22]. Konsekvent, inhalasjonsstudier av akrolein i forsøksdyr demonstrere en rekke giftige effekter inkludert irritasjon, betennelse, celledeling, plateepitel metaplasi og andre effekter [21]. Den irriterende egenskaper krotonaldehyd er også godt etablert [22]. Både akrolein og krotonaldehyd reagerer med DNA for å danne syklisk 1,
N
2
-deoxyguanosine addukter og relaterte strukturer [23,24]. De sykliske addukter er påvist i lungevev fra røykere [25,26], og DNA-bindingsmønster akrolein i
p53
tumorsuppressorgenet ligner på mønsteret av mutasjons hotspots i
p53
funnet i lungesvulster fra røykere [27]. Det er debatt om rollen til akrolein i lunge kreftutvikling av sigarettrøyk, så det er lite bevis for kreftfremkallende i forsøksdyr [21,28]. De irriterende og inflammatoriske egenskaper av begge disse a, p-umettede aldehyder, sammen med
p53
data for akrolein, tyder på at de kan spille en rolle i lunge karsinogenese hos røykere. I lys av disse fakta, har vi analysert HPMA og HMPMA i urinen til selv identifisert afroamerikanere, indianere Hawaii, hvite, Latinos, og japanske amerikanere, som alle var vanlig sigarett røykere. En GWAS på jakt etter vanlige genetiske varianter muligens prediktive av 3-HPMA og HMPMA nivåene i disse fagene ble også gjennomført.
Materialer og metoder
Fag
Godkjenning for denne studien , herunder samtykke prosedyre, er innhentet fra Institutional Review Boards ved University of Minnesota, University of Hawaii, og University of Southern California. Deltakerne i studien gitt skriftlig samtykke. IRB kodenummer: 0912M75654. Emner deltok i MEC, en prospektiv kohort studie som undersøkte sammenslutning av genetiske og livsstilsfaktorer med kroniske sykdommer i en populasjon med ulik etnisk bakgrunn [29]. Kohorten består av 215,251 menn og kvinner i alderen 45 til 75 ved baseline, som tilhører i hovedsak til følgende fem etniske /rasegrupper: afrikanske amerikanere, indianere Hawaiians, hvite, Latinos, og japanske amerikanere. Potensielle deltakere ble identifisert mellom 1993 og 1996 i Hawaii og California (hovedsakelig Los Angeles County) gjennom velgerregistreringslister, førerkort filer, og Health Care Finansiering Administration data. Hver deltaker fullførte en selvadministrert spørreskjema som ble levert av post og spurte om demografisk, kosttilskudd, livsstil og andre eksponeringsfaktorer.
Denne spesifikke studien ble utført i en undergruppe av MEC deltakere som var nåværende røykere og ble cancer-frie ved tidspunktet for urinoppsamling. Dermed ca 10 år etter sin inntreden i kohorten, 2393 av denne undergruppen deltok i MEC bio-prøven sub-kohort og gitt en blodprøve og en første morgenurin (fag rekruttert i California) eller over natten urinprøve (fag rekruttert i Hawaii), og fullførte en epidemiologisk spørreundersøkelse, røyking historie spørreskjema og medisinering posten. Den natten urinprøve ble samlet starter 17:00-21:00 (avhengig av emne). Denne prøven inneholder all urin passert i løpet av natten, så vel som den første morgenurin. All urin ble holdt på is inntil behandling. Alikvoter ble deretter lagret i en -80 ° C fryser inntil analyse. Over natten eller morgenurin ble anvendt for å måle tre-HPMA og HMPMA.
Analyse av 3-HPMA og HMPMA
Dette ble utført ved anvendelse av en 96-brønns høy gjennomstrømning LC-MS /MS- Fremgangsmåten, som tidligere beskrevet [30]. Deteksjonsgrenser var 4,5 pmol /ml for 3-HPMA og 3,5 pmol /ml for HMPMA. Nøyaktighet var 92% for 3-HPMA og 97% for HMPMA. Inter-dagers presisjon var 9,1% [variasjonskoeffisient (CV)] for 3-HPMA og 11,0% for HMPMA. Blant blinde duplikater inkludert blant prøvene var det inter-sats CV 18,9% for 3-HPMA og 19,6% for HMPMA mens intra-sats CV var 9,2% og 7,7% for de respektive metabolitter.
Total nikotin ekvivalenter
Totalt nikotin ekvivalenter, summen av nikotin og dets metabolitter nikotin glukuronid, kotinin, kotinin glukuronid, 3′-hydroxycotinine, 3′-hydroxycotinine glukuronid, og nikotin
N
oksid, ble bestemt som tidligere beskrevet [16]. Disse dataene har blitt publisert [16], og ble brukt her for statistiske justeringer av 3-HPMA og HMPMA data.
Kreatinin Analyse
Kreatinin ble analysert ved hjelp av en kolomikroanalyse (CRE34- K01) kjøpt fra Eagle Biovitenskap (https://stores.eaglebio.com/creatinine-microplate-assay-kit).
Statistiske metoder
For denne analysen, ble 2,291 fagene beholdt. Disse fagene hadde totale nikotinekvivalenter 1,27 nmol /ml (4 ganger den kvantifiseringsgrensen) [16] og hadde enten 3-HPMA eller HMPMA målt. Av de 2,291 fag, ni fag var mangler tiltak av 3-HPMA og sju pasienter manglet tiltak av HMPMA.
I tillegg blant fagene beholdt for denne analysen, 11 deltakerne manglet BMI og 42 deltakere hadde manglende verdier for sigaretter per dag (CPD) på den tiden av urin samlingen. Bruke Markov Chain Monte Carlo-metoden og PROC MI uttalelse fra SAS v9.2 programvare (SAS Institute, Cary, NC) [31], ble de manglende verdiene for BMI og CPD tilregnet. De beregnede verdier ble basert på alder ved kohort oppføring, rase /etnisitet, tid mellom kohort oppføring og tidspunkt for urin, BMI ved baseline eller antall CPD ved baseline og røyking varighet (for manglende CPD). Ti datasett ble opprettet for kalkulatoriske manglende verdier og gjennomsnittsverdiene på tvers av alle 10 datasett ble brukt til å erstatte de manglende tiltak.
For å undersøke sammenhengen mellom 3-HPMA, HMPMA og tiltak av røyking (CPD og total nikotin ekvivalenter), ble Pearsons delvis korrelasjonskoeffisienter (r) justert for alder, kjønn og rase /etnisitet og kreatinin nivåer (naturlig logaritme). Å sammenligne rangeringen av 3-HPMA og HMPMA nivåer over rase /etnisitet, ble Wilcoxon Mann-Whitney test benyttet. Også ble de kovarianteffekter justert geometriske midler for tre-HPMA og HMPMA beregnet for hver etnisk /rasegruppe i mellom kovariat vektor. Vi brukte to multivariable lineære modeller. Den første justert for følgende prediktorer: alder ved urin (kontinuerlig), kjønn, rase og kreatinin nivåer (naturlig logaritme) og andre i tillegg justert for totale nikotinekvivalenter. Vi undersøkte også om andre forhold som for eksempel BMI var assosiert med 3-HPMA og HMPMA. For å bedre møte modellforutsetninger, ble 3-HPMA og HMPMA forvandlet ved å ta den naturlige logaritmen. For enkel tolkning, verdiene som presenteres i tabellene var tilbake-transformert som geometriske middel til deres naturlige skala.
GWAS metoder
Totalt 2,418 nåværende røykere ble genotypet ved hjelp av Illumina Human1M- Duo BeadChip (1,199,187 SNP’er), som tidligere beskrevet [17]. Imputering av variantene som inngår i 1000 genomer Project (https://www.1000genomes.org/) ble utført ved hjelp SHAPEIT [32] og IMPUTE2 [33] med en kosmopolitisk referansepanel (alle grupper inkludert). Etter imputering med IMPUTE2 vi brukte SNPs med en IMPUTE2 info score på ≥0.30 og mindre allel frekvens (MAF) 1% i alle MEC etniske gruppen i vår forening testing. For tre-HPMA og HMPMA, totalt 2,211 og 2,213 deltagerne, henholdsvis, med komplett genotype og fenotype data, og 11,892,802 SNPs /indels (1131426 genotypet og 10761376 kalkulatoriske) ble inkludert i analysen. I de genetiske analysene vi justert for hovedkomponenter, rase, kjønn, alder, kreatinin og totale nikotinekvivalenter, og håndheves kriteriene for 5×10
-8 for genom bred betydning.
Resultater
kjennetegn på fagene i denne studien er oppsummert i Tabell 1. Median alder i de 5 etniske gruppene varierte fra 60-64 år, BMI fra 24.4-26.9 kg /m
3, kreatinin 54-89 mg /dL, sigaretter per dag 7,1 til 20, og de totale nikotinekvivalenter fra 27,2 til 44,4 nmol /ml. Hanner omfattet 30,6% av afro-amerikanere, 36,5% av de innfødte på Hawaii, 43,3% av de hvite, 51,5% av Latinos, og 57,1% av de japanske amerikanere. I alle grupper menn røykt flere sigaretter per dag enn kvinner, og menn hadde høyere nivåer av totale nikotinekvivalenter enn kvinner i alle fem etniske grupper.
Korrelasjoner mellom sigaretter per dag, totalt nikotin ekvivalenter, og nivåer av 3-HPMA og HMPMA er oppsummert i tabell 2. Alle korrelasjoner er signifikante (p 0,0001). De sterkeste sammenhengene var mellom 3-HPMA og HMPMA, r = 0,83 til 0,86, mens korrelasjoner mellom totale nikotinekvivalenter og merkaptopurinsyre nivåene var noe svakere, r = 0,52 til 0,6. Lignende korrelasjonskoeffisienter ble oppnådd ved analyse ved etnisk gruppe eller kjønn, i alle tilfeller signifikante (p 0,0001).
medianer og interkvartilt områder for nivåer av tre-HPMA og HMPMA, uttrykt som pmol /ml urin, er oppsummert i tabell 3. for både 3-HPMA og HMPMA, nivåer av disse metabolittene var høyest og ikke signifikant forskjellig blant afro-amerikanere, indianere på Hawaii, og hvite, mens Latinos og japanske amerikanerne hadde signifikant lavere nivåer. Dataene er stratifisert etter kjønn i S1 tabell. Innenfor hvert kjønn, ble observert den samme trenden når man sammenligner de etniske gruppene. De relativt høye verdier av 3-HPMA og HMPMA i Native Hawaiians var ikke på grunn av uteliggere fordi de forble etter fjerning av bunnen og toppen 1% av både de totale nikotinekvivalenter og merkaptopurinsyre verdier. Vi observerte også at nivåene av både 3-HPMA og HMPMA var betydelig høyere hos menn enn hos kvinner i alle etniske grupper (S1 Table). Når uttrykt per totale nikotin ekvivalenter, 3-HPMA nivåene var høyest i Native Hawaiians og japanske amerikanere, og HMPMA var høyest i Native Hawaiians (tabell 3). Når uttrykt per totale nikotin ekvivalenter, 3-HPMA og HMPMA nivåene var signifikant høyere hos menn enn kvinner i alle etniske grupper (p 0,01). Unntatt HMPMA i Latinos (p = 0,14) (S1 Table)
Medianer og interkvartilt områder for nivåer av tre-HPMA og HMPMA, uttrykt per mg kreatinin, er oppsummert i tabell 3. nivå 3-HPMA og HMPMA var høyest i hvite og innfødte på Hawaii, med betydelig lavere nivåer i afrikanske amerikanere, Latinos og japanske amerikanere. De lavere nivåene i afroamerikanere når uttrykt på denne måten er på grunn av betydelig høyere nivåer av kreatinin i denne gruppen (tabell 1).
Geometri hjelp av tre-HPMA og HMPMA i de fem etniske grupper er presentert i Tabell 4. i modell 1, de har blitt justert for alder, kjønn og kreatinin. For både 3-HPMA og HMPMA, de høyeste nivåene var i hvite og innfødte på Hawaii, med betydelig lavere nivåer i afrikanske amerikanere, japanske amerikanere og Latinos. De laveste nivåene av begge mercapturic syrer var i Latinos, og disse var betydelig lavere enn i alle andre grupper. Modell 2 ble i tillegg justert for forvaltnings nikotin ekvivalenter; Resultatene var tilsvarende de i modell 1, bortsett fra at forskjellene mellom Latinere og afrikanske amerikanere var ikke lenger signifikant for enten merkaptopurinsyre, og forskjellen i 3-HPMA nivåer i japansk amerikanere og hvite var ikke lenger signifikant. Disse resultatene er illustrert grafisk i figur 2.
I GWAS analyse av 3-HPMA og HMPMA vi observerte lite bevis for inflasjon i testen statistikken i den samlede multietniske prøven (λ = 1,0 ; S1 og S2 figur) eller i en enkelt etnisk gruppe (0,95 ≤ X er ≤ 1,0) for enten fenotype. Det var ingen globalt betydelige varianter for det samlede resultatet for 3-HPMA bruke vår genomisk terskelen til p 5×10
-8 (S2 tabell). De samlede resultater for HMPMA viste et totalt ni globalt betydelige varianter (p-verdier varierte fra 4.3×10
-8 til 9.7×10
-10) på syv forskjellige kromosomer; alle disse SNPs er vanlig i afrikanske amerikanere, to er også vanlig i Whites og to andre i Latinos (S3 Table). Den øverste signifikant sammenheng, rs55922880 (chr12), ligger i nærheten av genet
TBX3
, et gen som er involvert i koding transkripsjonsfaktorer. Sammen utgjør disse ni varianter forklare bare 5,4% av variasjonen i HMPMA samlet, men når observert av etnisk gruppe, de forklarer 15,8% i afrikanske amerikanere, 11,7% i Latinos etterfulgt av 2,8% i Native Hawaiians og 2,1% i Whites med minst variasjon forklart i de japanske amerikanere på 1,4%.
i etnisk spesifikke analyser for begge fenotyper det var allment spredt foreninger som ofte var vanskelig å tolke på grunn av svært lave mindre allelfrekvenser (S4, S5, S6, S7, S8 , S9, S10, S11, S12, S13 tabeller). Av de ni generelle betydelige varianter for HMPMA, ble bare én (rs7675915) også funnet å være globalt betydelig i etnisk spesifikk analyse (blant Latinos på 2,95 x 10
-8). Men alle de assosiasjoner tendens til å være konsistent med de forskjellige etniske gruppene.
Diskusjoner
Urinprøvene i denne studien har tidligere blitt analysert for total nikotinekvivalenter og total NNAL [16,18 ]. Totalt nikotin ekvivalenter er en utmerket indikator på nikotin dose hos røykere [34]. Total NNAL (summen av fri NNAL og dets glukuronider) korrelerer med totale nikotinekvivalenter [18]. Gratis NNAL og NNAL glukuronider er metabolitter av den potente tobakksspesifikke lunge kreftfremkallende NNK [35]. Gratis NNAL er i seg selv en kraftig lungekreftfremkallende [36,37]. I disse studiene, uttrykt median nivåer av totale nikotinekvivalenter og total NNAL per ml urin, var høyest i afrikanske amerikanere, middels i Whites, og lavest i japanske amerikanere, og disse forskjellene var signifikante [16,18]. Denne rekkefølgen av totale nikotinekvivalenter og totale NNAL konsentrasjoner er i samsvar med lungekreft risiko for afro-amerikanere (høyest), Whites (middels) og japanske amerikanere (lavest) [5]. Men dataene for Native Hawaiians og Latinos i disse to studiene ikke gjenspeiler deres risiko for lungekreft. Native Hawaiians hadde signifikant lavere nivåer av totale nikotinekvivalenter og total NNAL enn hvite, da uttrykt som medianverdier per ml urin, og Latinos hadde nivåer på samme måte som Whites [16,18]. Resultatene av studien rapportert her, i Modell 2 (tabell 4 og figur 2), viser at Native Hawaiians hadde de høyeste nivåene av akrolein og krotonaldehyd metabolitter 3-HPMA og HMPMA blant de fem etniske grupper, og disse var statistisk umulig å skille fra de av Whites, og betydelig høyere enn for de andre gruppene. Samlet våre resultater så langt derfor foreslå at akrolein og krotonaldehyd kan spille noen rolle i den relativt høye kreftrisiko av Native Hawaiians lunge. Videre er relativt lave nivåer av tre-HPMA og HMPMA i Latinos er også i samsvar med deres lavere risiko for lungekreft.
Alle mennesker har tre-HPMA og HMPMA i urinen fordi akrolein og krotonaldehyd er allestedsnærværende miljømessige og kosttilskudd bestanddeler så vel som å være produkter av endogent metabolisme. Nivåer av tre-HPMA er vanligvis ca 4-10 ganger høyere i urinen til røykere enn ikke-røykere og de reduseres raskt og betydelig når folk slutter å røyke [19,38-43]. Lignende funn gjelder HMPMA men færre studier har blitt rapportert [19,40,41,44]. Sigarett strømsrøyken inneholder typisk 5-60 pg av akrolein pr sigarett, og disse nivåer samt de av nikotin korrelerer med «tjære» i samme merkene [45]; mindre data er tilgjengelig for krotonaldehyd. «Munnen nivå eksponering» for å akrolein i sigarett-røykerne, som fastsatt i sigaretter med økende leveranser av akrolein, er sterkt korrelert med 3-HPMA i urin [46]. Tilsvarende er munnen nivå eksponering for nikotin høyt korrelert med nikotin ekvivalenter i urinen [46]. Videre i vår studie og i en stor populasjonsbasert studie, totalt nikotin ekvivalenter i urinen korrelert med 3-HPMA i urin [47]. Sammen er disse observasjonene indikerer at akrolein og nikotin i sigarettrøyk samt total nikotin ekvivalenter i urinen er sterke determinanter for 3-HPMA i urin. De innfødte på Hawaii i vår undersøkelse ser ut til å representere et unntak fra denne generelle som deres totale nikotin ekvivalenter var betydelig lavere enn de av afro-amerikanere (p 0,0001) eller hvite (p = 0,0145) [16], men deres 3-HPMA nivåer var så høyt som de av afro-amerikanere og hvite. Dette tyder på at det er en viktig kilde til akrolein eksponering i Native Hawaiians, enten eksogene eller endogene, annet enn sigarettrøyk, som bidrar til deres relativt høye nivåer av urin 3-HPMA og muligens til lungekreft. Lignende betraktninger ville formodentlig gjelde for HMPMA. Vi har ikke data om hvilke typer sigaretter av de innfødte Hawaiians i denne studien, heller ikke vi har data på tre-HPMA eller HMPMA i Native Hawaiian ikke-røykere sammenlignet med ikke-røykere fra andre etniske grupper. Slike data kan muligens gi ytterligere innsikt i sine tre-HPMA nivåer.
Tidligere studier har klart etablert tilstedeværelse av tre-HPMA i urinen til alle ikke-røykere, men nivåene kan være variabel [19]. I en studie, en ikke-røyker gruppen hadde nivåer av tre-HPMA som var mer enn 5 ganger høyere enn det som er rapportert i noen store studier av røykerne, som indikerer viktige kilder til akrolein eksponering annet enn tobakksrøyk, men disse ble ikke identifisert [48 ]. Skogbranner, urbane branner, bildeler eksos, matos og andre kilder til ufullstendig forbrenning, inkludert industrielle utslipp er blant de miljøkilder akrolein [21,49-51]. Det har også blitt oppdaget at i visse matvarer og drikker som kaffe og te [21] og er produsert i kroppen under lipidperoksydering, amino acid metabolism, og polyamin metabolisme [52]. Kilder for eksponering av krotonaldehyd er lik de akrolein, og det er overbevisende bevis fra studier av DNA-addukter som krotonaldehyd blir dannet endogent hos mennesker [22,53,54].
De toksiske effektene av akrolein, en intenst irriterende forbindelse med en ubehagelig skarp og stikkende lukt, er godt dokumentert [21,49]. Innånding av akrolein forårsaker alvorlig respiratorisk distress og en lang rekke toksiske effekter hos laboratoriedyr, inkludert toksisitet til cilia, deprimert respirasjonsfrekvens, vekttap, inflammasjon, immunsuppresjon, celleproliferasjon, og forskjellige histopatologiske endringer i luftveiene [21,49,52 , 55]. Acrolein reagerer lett med kritiske proteiner som tioredoksinreduktase i bronkial epitelceller, noe som resulterer i feilregulering av mobilnettet oksidativt balanse og tilhørende effekter [56-58]. Det hemmer også acetylering av aromatiske aminer og nucleotide excision reparasjon [59,60]. Karsinogenisitetsstudier av akrolein alene har vært jevnt negativ [21]. En studie viste en signifikant økt forekomst av blæren svulster hos rotter behandlet ved i.p. injeksjon med akrolein fulgt av kosttilskudd uracil [21]. Til tross for disse relativt negative karsinogenitet data i forsøksdyr, som kan være delvis en konsekvens av akrolein giftighet, en mulig rolle akrolein i sigarettrøyk-indusert lungekreft har dukket opp fra studier av interaksjon med
p53
tumor suppressor gen som speiler de som finnes i lungesvulster fra røykere [27]. Acrolein er kjent for å danne eksocykliske 1,
N
2
-deoxyguanosine addukter i DNA [23]. Den mutagenitet av disse addukter varierer fra ingen til moderat [24]. Flere studier har påvist akrolein-DNA addukter i menneskelig vev eller celler, inkludert muntlige celler, kolon celler, leukocytter, blære slimhinner og lunge, men det er for tiden ingen bevis for at disse adduktpartiklene nivåene er høyere i lungene til røykere enn ikke-røykere [26,61-64]. Sammen er disse studiene antyder en mulig gentoksisk rolle for akrolein i lungekreft forårsaket av sigarettrøyk, men denne hypotesen har hull. Acrolein også kunne bidra til lungekreft etiologi ved å øke betennelse i lungene [55], og dermed fungerer som en co-kreftfremkallende ved å styrke konsekvensene av DNA-skade av kreftfremkallende i tobakksrøyk.
Crotonaldehyde, som akrolein, er en potent irriterende for luftveiene og øynene. Det forårsaket preneoplastiske lesjoner og en lav forekomst av neoplastiske knuter og leverkreft hos rotter når det gis i drikkevannet [65]. Crotonaldehyde former mutagene syklisk 1,
N
2
-deoxyguanosine addukter i DNA [23,24,66], lik dem som produseres fra akrolein, og disse har vært påvist i menneskelig lunge, så vel som andre vev [22,25,53,54].
Antagelig vil inhalering være det relevante eksponerings for de fleste effektene som diskuteres her, selv om det er mulig at endogene prosesser i lungene forbundet med de toksiske effektene av røyking kan føre til lokal generering av akrolein eller krotonaldehyd. For eksempel, oksydasjon av co -3 fettsyrer gir akrolein [67,68]; Det er mulig at oksidanter i sigarettrøyk samvirke med co -3 fettsyrer i lungen som resulterer i lokal dannelse av akrolein. Det kan også være resultatførte kosttilskudd eller endogene kilder til akrolein og krotonaldehyd.
Vi observerte høyere nivåer av tre-HPMA og HMPMA i urinen til mannlige enn kvinnelige røykere, i samsvar med tidligere rapportert resultater fra noen [47] , men ikke alle studier av 3-HPMA [48]. Høyere nivåer av en rekke biomarkører inkludert totale nikotinekvivalenter i urinen til mannlige røykere sammenlignet med kvinner som røyker har blitt observert i flere tidligere studier, som reflekterer forskjeller i røyking topografi [47,69-71]. Men i vår studie, nivåene av 3-HPMA og HMPMA var høyere hos menn enn hos kvinner, selv etter korrigering for totale nikotinekvivalenter. I samsvar med diskusjonen ovenfor, tyder dette på at det er en annen kilde til akrolein og krotonaldehyd eksponering som er større hos menn enn hos kvinner.
De relativt lave nivåer av tre-HPMA og HMPMA i Latinos er også verdt å merke seg, som det er forenlig med deres forholdsvis lave lungekreft, i motsetning til våre tidligere observasjoner av de totale nikotinekvivalenter og total NNAL i denne gruppe som ikke var vesentlig forskjellig fra de av hvite. Men vi ser også at de japansk-amerikanere nivåer av tre-HPMA i Modell 2 (tabell 4, figur 2) er statistisk umulig å skille fra de av Whites, og dette ikke korrelerer med deres risikoen for lungekreft.
Vi har ikke observere en betydelig signal i GWAS på jakt etter vanlige genetiske varianter assosiert med urin nivåer av tre-HPMA i vår befolkning. Acrolein er kjent for å være en utmerket substrat for GSTP1 med K
cat /K
m verdier av 92-350 mm
-1.s-en mens GSTM1-1 og GSTA1-1 har mindre katalytisk aktivitet [ ,,,0],72-74]. K
katt /K
M verdier for katalyse av glutation konjugering av krotonaldehyd av disse enzymene er mindre enn 1/10
th de av akrolein [73,74].
GSTP1
genet ligger på kromosom 11q13, er en polymorfe genet som koder variant proteiner med moderate aktiviteter for katalyse av akrolein konjugasjon [74].
GSTP
-null mus led økt blæreskader ved behandling med cyklofosfamid, som frigjør akrolein som en metabolitt, selv om den generelle utskillelse av 3-HPMA i disse musene var uendret [75]. Basert på disse dataene samlet, kan vi ha forventet å se et signal på kromosom 11, spesielt i forbindelse med 3-HPMA, men dette ble ikke observert. Vi fikk se betydelige varianter assosiert med HMPMA, med den sterkeste foreningen på kromosom 12 (rs 55922880), som ligger nær genet
TBX3
, men forholdet mellom dette genet til Crotonaldehyde metabolisme er ikke klart i dag. Alt i alt tyder disse resultatene på at dannelsen av de glutationkonjugater av akrolein og krotonaldehyd som metaboliseres til urin-3-HPMA og HMPMA er hovedsakelig et ikke-enzym-katalyserte prosess. De ikke-katalyserte reaksjoner av akrolein og krotonaldehyd med glutation og relaterte sulfhydrylforbindelser er godt etablert [52,72].
I sammendraget, resultatene av denne studien gir noen spennende nye kunder med hensyn til mulige rolle α , β-umettede miljøgifter akrolein og krotonaldehyd i kreft etiologi lunge hos røykere. 5.0×10
−8).
doi:10.1371/journal.pone.0124841.s015
(JPEG)
Acknowledgments
This
