Almanac of Clinical MedicineAlmanac of Clinical MedicineАльманах клинической медицины2072-05052587-9294Moscow Regional Research and Clinical Institute (MONIKI)1227410.18786/2072-0505-2023-51-018ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleThe relationship between urine steroid metabolome and the course of adrenocortical cancerВзаимосвязь стероидного метаболома мочи с течением адренокортикального ракаhttps://orcid.org/0000-0002-9352-4035VelikanovaLudmila I.ВеликановаЛюдмила Иосифовна
Russian Federation

Doctor of Biol. Sci., Professor, Head of Scientific Laboratory of Chromatography

д-р биол. наук, профессор, заведующая научно-исследовательской лабораторией хроматографии

velikanova46@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9574-105XVorokhobinaNatalia V.ВорохобинаНаталья Владимировна
Russian Federation

MD, PhD, Professor, Head of Chair of Endocrinology named after V.G. Baranov

д-р мед. наук, профессор, заведующая кафедрой эндокринологии им. акад. В.Г. Баранова

natvorokh@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8292-8504ShafigullinaZulfiya R.ШафигуллинаЗульфия Ривгатовна
Russian Federation

MD, PhD, Associate Professor, Chair of Endocrinology named after V.G. Baranov

канд. мед. наук, доцент кафедры эндокринологии им. акад. В.Г. Баранова

zula183@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2812-6911KaluginaValentina V.КалугинаВалентина Викторовна
Russian Federation

Postgraduate Student, Chair of Endocrinology named after V.G. Baranov

аспирант кафедры эндокринологии им. акад. В.Г. Баранова

kaluginavav@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-0880-0814MalevanayaEkaterina V.МалеванаяЕкатерина Валерьевна
Russian Federation

PhD (in Chem.), Senior Research Fellow, Scientific Laboratory of Chromatography

канд. хим. наук, ст. науч. сотр. научно-исследовательской лаборатории хроматографии

e.malevanaia@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1208-8092StrelnikovaElena G.СтрельниковаЕлена Геннадьевна
Russian Federation

PhD (in Chem.), Senior Research Fellow, Scientific Laboratory of Chromatography

канд. хим. наук, ст. науч. сотр. научно-исследовательской лаборатории хроматографии

Lstrelnikova@inbox.ruhttps://orcid.org/0009-0007-7239-2620BuinovaMaria O.БуйноваМария Олеговна
Russian Federation

Postgraduate Student, Chair of Endocrinology named after V.G. Baranov

аспирант кафедры эндокринологии им. акад. В.Г. Баранова

maria9966@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2045-0044LisitsynAleksandr A.ЛисицынАлександр Александрович
Russian Federation

MD, PhD, Associate Professor, Chair of Theoretical Surgery named after I.I. Grekov

канд. мед. наук, доцент кафедры факультетской хирургии им. И.И. Грекова

9213244516@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3898-4127KushlinskiiNikolay E.КушлинскийНиколай Евгеньевич
Russian Federation

MD, PhD, Professor, Member of Russian Academy of Sciences, Head of Laboratory of Clinical Biochemistry

д-р мед. наук, профессор, академик РАН, заведующий лабораторией клинической биохимии

kne3108@gmail.comNorth-Western State Medical University named after I.I. MechnikovФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова» Минздрава РоссииN.N. Blokhin National Medical Research Center of OncologyФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России18072023020820235131431530306202310072023Copyright ©; 2023, Velikanova L.I., Vorokhobina N.V., Shafigullina Z.R., Kalugina V.V., Malevanaya E.V., Strelnikova E.G., Buinova M.O., Lisitsyn A.A., Kushlinskii N.E.Copyright ©; 2023, Великанова Л.И., Ворохобина Н.В., Шафигуллина З.Р., Калугина В.В., Малеваная Е.В., Стрельникова Е.Г., Буйнова М.О., Лисицын А.А., Кушлинский Н.Е.2023Velikanova L.I., Vorokhobina N.V., Shafigullina Z.R., Kalugina V.V., Malevanaya E.V., Strelnikova E.G., Buinova M.O., Lisitsyn A.A., Kushlinskii N.E.Великанова Л.И., Ворохобина Н.В., Шафигуллина З.Р., Калугина В.В., Малеваная Е.В., Стрельникова Е.Г., Буйнова М.О., Лисицын А.А., Кушлинский Н.Е.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://almclinmed.ru/jour/article/view/12274

Background: Adrenocortical cancer (ACC) is a rare aggressive and rapidly metastatic disease. Early diagnosis of the disease and its metastatic stage are important for the choice of treatment strategy. Evaluation of urine steroid profiles (USP) by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) is a highly sensitive and specific biomarker instrument that allows for differentiation between benign and malignant tumor and obvious prospects for the diagnosis in patients with adrenal incidentalomas. In our previous study we have found no difference in urine excretion of tetrahydro-11-deoxycortisole (THS), 5-ene-pregnenes and 3α,16,20-pregnenetriol/3β,16,20-pregnenetriol ratio (3α,16,20-dP3/3β,16,20-dP3) in patients with metastatic ACC in early postoperative period, compared to pre-operative parameters. We did not account for the disease stage and primary tumor size in that study in ACC patients.

Aim: To identify specific characteristics of urine steroid metabolome by GC-MS in ACC I–IV stages patients before surgery in order to detect early signs of metastases and the relationship between adrenal steroidogenesis abnormalities and disease stages.

Materials and methods: We performed a retrospective analysis of the data from the study of USP in 59 ACC stage I-IV patients with L. M. Weiss score ≥ 3, according to pathological examination of the surgical samples. The Cushing syndrome was diagnosed by immunochemistry assay in 28 (47.6%) of ACC patients. Tumor staging was done according to ENSAT based on the results of imaging and postoperative histological reports. ENSAT I was diagnosed in 8 patients, ENSAT II in 26, ENSAT III in 14, ENSAT IV in 11 ACC patients. The control group included 28 healthy donors. USP was assessed by GC-MS before surgery with a gas chromatography-mass-spectrometer Shimadzu GCMS-ТQ8050.

Results: The first variant of urinary steroid metabolome abnormalities with increased excretion of dehydroepiandrosterone (DHEA) and THS was found in 10 (90.9%) of ENSAT IV ACC patients and in 20 (50%) of ENSAT II + III patients. The fourth USP variant was characterized by no difference in androgen and THS urinary excretion from that in healthy individuals and was found in ACC ENSAT I patients. Only in ACC ENSAT I patients, there was an increase of pregnanediol (P2) urinary excretion and of the P2/pregnanetriol (P3) ratio, compared to those in healthy donors. ROC-analysis demonstrated that ТНS > 867 mcg/24 hours, 3β,16,20-dP3 > 300 mcg/24 hours and 3α,16,20-dP3/3β,16,20-dP3 < 1.6 cut-offs had a sensitivity and specificity of 100% for preoperative identification of ENSAT IV ACC patients before surgery and for early diagnosis of ACC metastases. There were positive correlations between 16-oxo-androstenediol, THS, and progestogens, as well as a negative correlation between 3α,16,20-dP3/3β,16,20-dP3 ratio and the disease stage.

Conclusion: Urinary excretion of THS, DHEA and its metabolites, P2, 5-ene-pregnenes, and 3α,16,20-dP3/3β,16,20-dP3 ratio determined by GC-MS are important biochemical markers of ACC stages and can be used as ACC metastases prognostic markers.

Обоснование. Адренокортикальный рак (АКР) – редкое заболевание, характеризующееся агрессивным течением и быстрым метастазированием. Для определения тактики лечения важное значение имеет ранняя диагностика заболевания и развития метастазов. Исследование стероидных профилей мочи (СПМ) с помощью газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС) – высокочувствительный и специфический биомаркерный метод, позволяющий дифференцировать доброкачественные опухоли от злокачественных, с очевидной перспективой для диагностики пациентов с инциденталомами надпочечников. В нашем предыдущем исследовании установлено отсутствие различий в экскреции с мочой тетрагидро-11-дезоксикортизола (THS), 5-ene-прегненов и соотношения 3α,16,20-прегнентриол/3β,16,20-прегнентриол (3α,16,20-dP3/3β,16,20-dP3) у больных АКР с метастазами в раннем послеоперационном периоде по сравнению с показателями больных АКР в дооперационном периоде. Стадии заболевания и размер первичной опухоли у больных АКР в данном исследовании мы не учитывали.

Цель – выявить характерные особенности метаболома стероидов мочи методом ГХ-МС у больных АКР с I-IV стадиями до хирургического лечения для определения ранних признаков метастазов и взаимосвязи нарушений адреналового стероидогенеза со стадиями заболевания.

Материал и методы. Проведен ретроспективный анализ данных исследования СПМ 59 больных АКР с I-IV стадиями заболевания с суммой баллов по шкале L. M. Weiss ≥ 3 по данным патоморфологического исследования послеоперационного материала. Синдром Кушинга диагностировали методами иммуноанализа у 28 (47,6%) больных АКР. Стадию заболевания устанавливали на основании результатов визуализирующих методов обследования и послеоперационного гистологического исследования по классификации ENSAT. I стадия была у 8, II стадия – у 26, III стадия – у 14, IV стадия – у 11 больных. Группу контроля составили 28 здоровых доноров. Методом ГХ-МС исследовали СПМ больных АКР до проведения хирургического лечения на газовом хромато-масс-спектрометре Shimadzu GCMS-ТQ8050.

Результаты. Первый вариант изменений в стероидном метаболоме мочи, характеризующийся увеличением экскреции с мочой дегидроэпиандростерона (DHEA) и ТНS, установлен у 10 (90,9%) больных АКР с IV стадией и у 20 (50%) пациентов в объединенной группе со II и III стадиями; четвертый вариант, связанный с отсутствием различий экскреции с мочой андрогенов и THS с показателями здоровых доноров, – у больных АКР с I стадией заболевания. Только у больных АКР с I стадией получено увеличение соотношения прегнандиола (Р2) к прегнантриолу в сравнении с показателями здоровых доноров. Определены 100% чувствительность и специфичность пороговых значений экскреции с мочой ТНS > 867 мкг/сут, 3β,16,20-dP3 > 300 мкг/сут и соотношения 3α,16,20-dP3/3β,16,20-dP3 < 1,6 для диагностики IV стадии АКР до хирургического лечения и для выявления ранних признаков метастазов. Получены положительные корреляционные связи 16-oксо-андростендиола, THS и прогестагенов, отрицательная корреляционная связь соотношения 3α,16,20-dP3/3β,16,20-dP3 со стадией заболевания.

Заключение. Методом ГХ-МС установлено, что экскреция с мочой THS, DHEA и его метаболитов, Р2, 5-еne-прегненов и соотношения 3α,16,20-dP3/3β,16,20-dP3 служат важными биохимическими маркерами стадий АКР и показателями для прогнозирования развития метастазов.

adrenocortical cancermetastasesgas chromatography-mass spectrometryurinary steroid metabolomeстадии адренокортикального ракаметастазыгазовая хромато-масс-спектрометриястероидный метаболом мочиGorbunova VA, Bel'tsevich DG, Kolomeytseva AA, Bokhyan VYu, Mel'nichenko GA, Perevodchikova NI, Fedenko AA. [Practice recommendations on medical treatment for adrenocortical cancer]. Malignant Tumours. 2022;12(3s2-1):545–552. Russian. doi: 10.18027/2224-5057-2022-12-3s2-545-552.Горбунова ВА, Бельцевич ДГ, Коломейцева АА, Бохян ВЮ, Мельниченко ГА, Переводчикова НИ, Феденко АА. Практические рекомендации по лекарственному лечению рака коры надпочечника. Злокачественные опухоли. 2022;12(3s2-1):545–552. doi: 10.18027/2224-5057-2022-12-3s2-545-552.Fassnacht M, Johanssen S, Quinkler M, Bucsky P, Willenberg HS, Beuschlein F, Terzolo M, Mueller HH, Hahner S, Allolio B; German Adrenocortical Carcinoma Registry Group; European Network for the Study of Adrenal Tumors. Limited prognostic value of the 2004 International Union Against Cancer staging classification for adrenocortical carcinoma: proposal for a Revised TNM Classification. Cancer. 2009;115(2):243–250. doi: 10.1002/cncr.24030.Lloyd RV, Osamura RY, Klöppel G, Rosai J, editors. WHO classification of tumours of endocrine organs. 4th edition. Lyon, France: IARC; 2017.Terzolo M, Fassnacht M. Endocrine tumours: Our experience with the management of patients with non-metastatic adrenocortical carcinoma. Eur J Endocrinol. 2022;187(3):R27–R40. doi: 10.1530/EJE-22-0260.Taylor NF. Urinary steroid profiling. Methods Mol Biol. 2013;1065:259–276. doi: 10.1007/978-1-62703-616-0_17.Velikanova LI, Strelnikova EG, Obedkova EV, Krivokhizhina NS, Shafigullina ZR, Grigoryan K, Povarov VG, Moskvin AL. Generation of urinary steroid profiles in patients with adrenal incidentaloma using gas chromatography-mass spectrometry. J Anal Chem. 2016;71(7):748–754. doi: 10.1134/S1061934816070169.Krone N, Hughes BA, Lavery GG, Stewart PM, Arlt W, Shackleton CH. Gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS) remains a pre-eminent discovery tool in clinical steroid investigations even in the era of fast liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC/MS/MS). J Steroid Biochem Mol Biol. 2010;121(3–5):496–504. doi: 10.1016/j.jsbmb.2010.04.010.Berke K, Constantinescu G, Masjkur J, Kimpel O, Dischinger U, Peitzsch M, Kwapiszewska A, Dobrowolski P, Nölting S, Reincke M, Beuschlein F, Bornstein SR, Prejbisz A, Lenders JWM, Fassnacht M, Eisenhofer G. Plasma Steroid Profiling in Patients With Adrenal Incidentaloma. J Clin Endocrinol Metab. 2022;107(3):e1181–e1192. doi: 10.1210/clinem/dgab751.Arlt W, Biehl M, Taylor AE, Hahner S, Libé R, Hughes BA, Schneider P, Smith DJ, Stiekema H, Krone N, Porfiri E, Opocher G, Bertherat J, Mantero F, Allolio B, Terzolo M, Nightingale P, Shackleton CH, Bertagna X, Fassnacht M, Stewart PM. Urine steroid metabolomics as a biomarker tool for detecting malignancy in adrenal tumors. J Clin Endocrinol Metab. 2011;96(12):3775–3784. doi: 10.1210/jc.2011-1565.Velikanova LI, Shafigullina ZR, Lisitsin AA, Vorokhobina NV, Grigoryan K, Kukhianidze EA, Strelnikova EG, Krivokhizhina NS, Krasnov LM, Fedorov EA, Sablin IV, Moskvin AL, Bessonova EA. Different Types of Urinary Steroid Profiling Obtained by High-Performance Liquid Chromatography and Gas Chromatography-Mass Spectrometry in Patients with Adrenocortical Carcinoma. Horm Cancer. 2016;7(56):327–335. doi: 10.1007/s12672-016-0267-0.Shafigullina ZR, Velikanova LI, Vorokhobina NV, Shustov SB, Lisitsin AA, Malevanaya EV, Buinova MO, Bessonova EA, Kirsanov DO. Urinary steroid profiling by gas chromatography mass spectrometry: Early features of malignancy in patients with adrenal incidentalomas. Steroids. 2018;135:31–35. doi: 10.1016/j.steroids.2018.04.006.Hines JM, Bancos I, Bancos C, Singh RD, Avula AV, Young WF, Grebe SK, Singh RJ. High-Resolution, Accurate-Mass (HRAM) Mass Spectrometry Urine Steroid Profiling in the Diagnosis of Adrenal Disorders. Clin Chem. 2017;63(12):1824–1835. doi: 10.1373/clinchem.2017.271106.Kerkhofs TM, Kerstens MN, Kema IP, Willems TP, Haak HR. Diagnostic Value of Urinary Steroid Profiling in the Evaluation of Adrenal Tumors. Horm Cancer. 2015;6(4):168–175. doi: 10.1007/s12672-015-0224-3.Velikanova LI, Vorokhobina NV, Shafigullina ZR, Bokhian VY, Stilidi IS, Kalugina VV, Malevanaya EV, Strelnikova EG, Kushlinskii NE. [Study of urine steroid profiles by gas chromatography-mass spectrometry in patients with adrenocortical cancer in the course of treatment]. Almanac of Clinical Medicine. 2021;49(4):277–284. Russian. doi: 10.18786/2072-0505-2021-49-041.Великанова ЛИ, Ворохобина НВ, Шафигуллина ЗР, Бохян ВЮ, Стилиди ИС, Калугина ВВ, Малеваная ЕВ, Стрельникова ЕГ, Кушлинский НЕ. Исследование стероидных профилей мочи методом газовой хромато-масс-спектрометрии у больных адренокортикальным раком в динамике лечения. Альманах клинической медицины. 2021;49(4):277–284. doi: 10.18786/2072-0505-2021-49-041.Rosselet JP, Overland L, Jailer JW, Lieberman S. Die Isolierung von 3α,17α,21-Trioxy-pregnanon-(20) (THS) aus menschlichem Harn. Helvetica Chimica Acta. 1954;7(37):1933–1941. German.Araujo-Castro M, Valderrábano P, Escobar-Morreale HF, Hanzu FA, Casals G. Urine steroid profile as a new promising tool for the evaluation of adrenal tumors. Literature review. Endocrine. 2021;72(1):40–48. doi: 10.1007/s12020-020-02544-6.Gröndal S, Eriksson B, Hagenäs L, Werner S, Curstedt T. Steroid profile in urine: a useful tool in the diagnosis and follow up of adrenocortical carcinoma. Acta Endocrinol (Copenh). 1990;122(5):656–663. doi: 10.1530/acta.0.1220656.Assié G, Jouinot A, Fassnacht M, Libé R, Garinet S, Jacob L, Hamzaoui N, Neou M, Sakat J, de La Villéon B, Perlemoine K, Ragazzon B, Sibony M, Tissier F, Gaujoux S, Dousset B, Sbiera S, Ronchi CL, Kroiss M, Korpershoek E, De Krijger R, Waldmann J, Quinkler M, Haissaguerre M, Tabarin A, Chabre O, Luconi M, Mannelli M, Groussin L, Bertagna X, Baudin E, Amar L, Coste J, Beuschlein F, Bertherat J. Value of Molecular Classification for Prognostic Assessment of Adrenocortical Carcinoma. JAMA Oncol. 2019;5(10):1440–1447. doi: 10.1001/jamaoncol.2019.1558.Lerario AM, Mohan DR, Hammer GD. Update on Biology and Genomics of Adrenocortical Carcinomas: Rationale for Emerging Therapies. Endocr Rev. 2022;43(6):1051–1073. doi: 10.1210/endrev/bnac012.Ince LM, Weber J, Scheiermann C. Control of Leukocyte Trafficking by Stress-Associated Hormones. Front Immunol. 2019;9:3143. doi: 10.3389/fimmu.2018.03143.Savino W, Mendes-da-Cruz DA, Lepletier A, Dardenne M. Hormonal control of T-cell development in health and disease. Nat Rev Endocrinol. 2016;12(2):77–89. doi: 10.1038/nrendo.2015.168.