Almanac of Clinical MedicineAlmanac of Clinical MedicineАльманах клинической медицины2072-05052587-9294Moscow Regional Research and Clinical Institute (MONIKI)161610.18786/2072-0505-2022-50-007ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleSpecific characteristics of metabolomics as assessed by gas chromatography-mass spectrometry in patients with adrenocortical cancer and with adrenal incidentalomas in congenital adrenal hyperplasiaОсобенности метаболомики стероидов по данным газовой хромато-масс-спектрометрии у больных адренокортикальным раком и с инциденталомой надпочечников при врожденной дисфункции коры надпочечниковhttps://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/0000-0002-9352-4035VelikanovaLudmila 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/0000-0003-0880-0814MalevanayaEkaterina 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/0000-0002-9066-5190BokhianVagan Yu.БохянВаган Юрикович
Russian Federation

MD, PhD, Head of Surgical Department No. 5 (Endocrine Oncology)

д-р мед. наук, заведующий хирургическим отделением № 5 (эндокринной онкологии)

v_bokhyan@kand.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6160-1342BritvinTimur A.БритвинТимур Альбертович
Russian Federation

MD, PhD, Head of Department of Surgery

д-р мед. наук, заведующий отделом хирургии

t.britvin@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0493-1166StilidiIvan S.СтилидиИван Сократович
Russian Federation

MD, PhD, Professor, Member of Russ. Acad. Sci., Director

д-р мед. наук, профессор, академик РАН, директор

ronc@list.ruNorth-Western State Medical University named after I.I. MechnikovФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова» Минздрава РоссииN.N. Blokhin National Medical Research Center of OncologyФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава РоссииMoscow Regional Research and Clinical Institute (MONIKI)ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»2804202250138461612202121032022Copyright ©; 2022, Shafigullina Z.R., Velikanova L.I., Vorokhobina N.V., Malevanaya E.V., Strelnikova E.G., Bokhian V.Y., Britvin T.A., Stilidi I.S.Copyright ©; 2022, Шафигуллина З.Р., Великанова Л.И., Ворохобина Н.В., Малеваная Е.В., Стрельникова Е.Г., Бохян В.Ю., Бритвин Т.А., Стилиди И.С.2022Shafigullina Z.R., Velikanova L.I., Vorokhobina N.V., Malevanaya E.V., Strelnikova E.G., Bokhian V.Y., Britvin T.A., Stilidi I.S.Шафигуллина З.Р., Великанова Л.И., Ворохобина Н.В., Малеваная Е.В., Стрельникова Е.Г., Бохян В.Ю., Бритвин Т.А., Стилиди И.С.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://almclinmed.ru/jour/article/view/1616

Background: Prolonged episodes of uncontrolled congenital adrenal hyperplasia (CAH) have been shown to result in the occurrence of secondary adrenal neoplasms. Prevalence of adrenal incidentalomas in the patients with 21-hydroxylase deficiency ranges from 11% to 82%. As assessed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), patients with adrenocortical cancer (ACC) have increased level of steroid hormone precursors due to decreased activity of adrenal steroidogenesis enzymes, mainly that of 21-hydroxylase and 11β-hydroxylase. It seems relevant to compare the specific characteristics of steroid metabolism by GC-MS in ACC patients and in patients with adrenal incidentalomas and CAH associated with 21-hydroxylase deficiency (21-OHD).

Aim: To identify (by GC-MS) common abnormalities in steroid metabolism and differential diagnostic biomarkers in ACC patients and CAH patients with 21-OHD and adrenal masses.

Materials and methods: The study included 41 patients with adrenal cortex neoplasms aged 18 to 65 years without clinical and laboratory signs of endogenous hypercortisolism. Twenty three (23) patients had non-metastatic ACC and 18 patients had CAH due to 21-OHD. The control group included 26 healthy blood donors aged 20 to 59 years. Urine steroid profiles were measured by GC-MS with a gas chromatograph-mass spectrometer (Shimadzu GCMS-QP2020).

Results: In the ACC patients, there was an increase in urinary excretion of tetrahydro-11-deoxycortisol, dehydroepiandrosterone, androstenediol-17β, etiocholanolone, pregnenediol, and 3β,16,20-pregnenetriol (3β,16,20-dP3), as well as a decrease in the 3α,16,20-dP3/3β,16,20-dP3 ratio, compared to the values in the patients with CAH due to 21-OHD. Compared to the healthy control, 21-hydroxylase, 11β-hydroxylase, 5α-reductase and 11β-hydroxysteroid-dehydrogenase (11β-HSDH) type 2 activities were lower. Compared to the ACC patients, those with CAH due to 21-OHD had higher urinary excretion of 11-oxo-pregnanetriol (11-oxo-P3) and 21-deoxy-tetrahydrocortisol and lower 5β-THF+5α-THF+THE)/11-oxo-P3 ratio of < 9.0, determination of 11-oxo-dP3, signs higher 5α-reductase activity and lower 11β-HSDH type 1 activity. The ACC patients and the patients with CAH due to 21-OHD had common abnormalities of steroid metabolism, such as lower activities of 21-hydroxylase, 3β-hydroxysteroid-dehydrogenase and 11β-hydroxylase, and no differences in urinary excretion of a number of ACC biomarkers (androgens, pregnanediol, and 5-ene-pregnenes).

Conclusion: The assessment of urinary excretion of androgens, progestagens, and glucocorticoids by GC-MS made it possible to identify common abnormalities in steroid metabolism in the patients with ACC and CAH due to 21-OHD, which confirms the role of disordered steroidogenesis in the formation of adrenocortical tumors.

Обоснование. Установлено, что длительные эпизоды декомпенсации врожденной дисфункции коры надпочечников (ВДКН) приводят к появлению вторичных новообразований в надпочечниках. У пациентов с дефектом 21-гидроксилазы частота выявления инциденталом надпочечников составляет от 11 до 82%. У больных адренокортикальным раком (АКР) по данным газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС) установлена повышенная продукция предшественников стероидных гормонов вследствие снижения активности ферментов адреналового стероидогенеза, главным образом, 21-гидроксилазы и 11β-гидроксилазы. Представляется актуальным исследование особенностей метаболизма стероидов методом ГХ-МС у больных АКР и у пациентов с ВДКН вследствие дефекта 21-гидроксилазы с ИН.

Цель – установить общие нарушения метаболизма стероидов и дифференциально-диагностические биомаркеры больных АКР и с ВДКН вследствие дефекта 21-гидроксилазы с ИН методом ГХ-МС.

Материал и методы. Обследован 41 пациент с новообразованиями коры надпочечников в возрасте от 18 до 65 лет без клинических и лабораторных признаков эндогенного гиперкортизолизма: 23 больных АКР без метастазов и 18 пациентов с ВДКН вследствие дефекта 21-гидроксилазы. Группу контроля составили 26 здоровых доноров в возрасте от 20 до 59 лет. Методом ГХ-МС исследовали стероидные профили мочи на газовом хромато-масс-спектрометре Shimadzu GCMS-QP2020.

Результаты. У больных АКР установлено повышение экскреции с мочой тетрагидро-11-дезоксикортизола, дегидроэпиандростерона, андростендиола-17β, этиохоланолона, прегнандиола и 3β,16,20-прегнентриола (3β,16,20-dP3), снижение соотношения 3α,16,20-dP3/3β,16,20-dP3 в сравнении с показателями пациентов с ВДКН с дефицитом 21-гидроксилазы; получены признаки уменьшения активности 21-гидроксилазы, 11β-гидроксилазы, 5α-редуктазы и 11β-гидроксистероиддегидрогеназы 2-го типа по сравнению со здоровыми донорами. Для больных ВДКН с дефектом 21-гидроксилазы характерно увеличение в сравнении с больными АКР экскреции с мочой 11-оксо-прегнантриола (11-охо-Р3), 21-дезокси-тетрагидрокортизола и уменьшение соотношения (5β-ТНF+5α-THF+THE)/11-охо-Р3 менее 9,0, определение 11-охо-dP3, признаки увеличения активности 5α-редуктазы и уменьшения активности 11β-гидроксистероиддегидрогеназы 1-го типа. У больных АКР и ВДКН с дефектом 21-гидроксилазы выявлены общие нарушения в метаболизме стероидов: признаки снижения активности 21-гидроксилазы, 3β-гидроксистероиддегидрогеназы и 11β-гидроксилазы, отсутствие различий экскреции с мочой ряда биомаркеров АКР (андрогенов, прегнандиола, 5-еne-прегненов).

Заключение. Исследование экскреции с мочой андрогенов, прогестагенов и глюкокортикоидов методом ГХ-МС дало возможность установить общие нарушения в метаболизме стероидов у больных АКР и ВДКН вследствие дефекта 21-гидроксилазы, что подтверждает роль нарушений стероидогенеза в процессе формирования опухолей коры надпочечников.

adrenocortical cancercongenital adrenal hyperplasia21-hydroxylase deficiencygas chromatography-mass spectrometrysteroid metabolomicsадренокортикальный ракврожденная дисфункция коры надпочечниковдефект 21-гидроксилазыгазовая хромато-масс-спектрометрияметаболомика стероидовМинздрав РоссииRussian Ministry of HealthНИОКТР АААА-А19-119053190034-0Mallappa A, Merke DP. Congenital Adrenal Hyperplasia. In: Kebebew E, editor. Management of Adrenal Masses in Children and Adults. Springer, Cham; 2017. p. 207–224.Falhammar H, Torpy DJ. Congenital adrenal hyperplasia due to 21-hydroxylase deficiency presenting as adrenal incidentaloma: a systematic review and meta-analysis. Endocr Pract. 2016;22(6):736–752. doi: 10.4158/EP151085.RA.Claahsen-van der Grinten HL, Speiser PW, Ahmed SF, Arlt W, Auchus RJ, Falhammar H, Flück CE, Guasti L, Huebner A, Kortmann BBM, Krone N, Merke DP, Miller WL, Nordenström A, Reisch N, Sandberg DE, Stikkelbroeck NMML, Touraine P, Utari A, Wudy SA, White PC. Congenital Adrenal Hyperplasia – Current Insights in Pathophysiology, Diagnostics, and Management. Endocr Rev. 2022;43(1):91–159. doi: 10.1210/endrev/bnab016.Storbeck KH, Schiffer L, Baranowski ES, Chortis V, Prete A, Barnard L, Gilligan LC, Taylor AE, Idkowiak J, Arlt W, Shackleton CHL. Steroid Metabolome Analysis in Disorders of Adrenal Steroid Biosynthesis and Metabolism. Endocr Rev. 2019;40(6):1605–1625. doi: 10.1210/er.2018-00262.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.Stigliano A, Chiodini I, Giordano R, Faggiano A, Canu L, Della Casa S, Loli P, Luconi M, Mantero F, Terzolo M. Management of adrenocortical carcinoma: a consensus statement of the Italian Society of Endocrinology (SIE). J Endocrinol Invest. 2016;39(1):103–121. doi: 10.1007/s40618-015-0349-9.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, 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(5–6):327–335. doi: 10.1007/s12672-016-0267-0.Великанова ЛИ, Стрельникова ЕГ, Объедкова ЕВ, Кривохижина НС, Шафигуллина ЗР, Григорян К, Поваров ВГ, Москвин АЛ. Получение стероидных профилей мочи больных с инциденталомой надпочечников методом газовой хромато-масс-спектрометрии. Журнал аналитической химии. 2016;71(7):775–781. doi: 10.7868/S0044450216070161. [Velikanova LI, Strel’nikova 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: 10.7868/S0044450216070161.]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.Miller WL, Auchus RJ. The molecular biology, biochemistry, and physiology of human steroidogenesis and its disorders. Endocr Rev. 2011;32(1):81–151. doi: 10.1210/er.2010-0013.