Almanac of Clinical MedicineAlmanac of Clinical MedicineАльманах клинической медицины2072-05052587-9294Moscow Regional Research and Clinical Institute (MONIKI)85010.18786/2072-0505-2018-46-4-323-329ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИELISA study of matrix metalloproteinases 2, 7, 9 and their type 2 tissue inhibitor in the tumors of gastric cancer patients: clinical and pathologic correlationsИммуноферментное исследование матриксных металлопротеиназ 2, 7, 9 и их тканевого ингибитора 2-го типа в опухолях больных раком желудка: клинико-морфологические корреляцииGershteinE. S.ГерштейнЕ. С.
Russian Federation

Elena S. Gershtein – ScD in Biology, Professor, Leading Research Fellow, Laboratory of Clinical Biochemistry 

24 Kashirskoe shosse, Moscow, 115478

Герштейн Елена Сергеевна – доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории клинической биохимии

115478, г. Москва, Каширское шоссе, 24

biochimia@yandex.ruIvannikovA. A.ИванниковА. А.
Russian Federation

Andrey A. Ivannikov – Surgical Oncologist, Assistant of the Chair of Anatomy, Operative Surgery and Oncology 

33 Internatsional'naya ul., Tambov, 392000

Иванников Андрей Андреевич – хирург-онколог, ассистент кафедры анатомии, оперативной хирургии и онкологии

392000, г. Тамбов, ул. Интернациональная, 33

ChangV. L.ЧангВ. Л.
Russian Federation

Victor L. Chang – Assistant of the Chair of Anatomy, Operative Surgery and Oncology 

33 Internatsional'naya ul., Tambov, 392000

Чанг Виктор Луисович – ассистент кафедры анатомии, оперативной хирургии и онкологии

392000, г. Тамбов, ул. Интернациональная, 33

OgnerubovN. A.ОгнерубовН. А.
Russian Federation

Nikolay A. Ognerubov – MD, PhD, Professor, Head of the Chair of Anatomy, Operative Surgery and Oncology 

33 Internatsional'naya ul., Tambov, 392000

Огнерубов Николай Алексеевич – доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой анатомии, оперативной хирургии и онкологии

392000, г. Тамбов, ул. Интернациональная, 33

DavydovМ. M.ДавыдовМ. М.
Russian Federation

Mikhail M. Davydov – MD, PhD, Member-Correspondent of Russian Academy of Sciences, Head of the Department of Thoracic Oncology

 24 Kashirskoe shosse, Moscow, 115478

Давыдов Михаил Михайлович – доктор медицинских наук, член-корреспондент РАН, заведующий отделением торакальной онкологии 

115478, г. Москва, Каширское шоссе, 24

StilidiI. S.СтилидиИ. С.
Russian Federation

Ivan S. Stilidi – MD, PhD, Professor, Member-Correspondent of Russian Academy of Sciences, Head of the Surgical Department of Abdominal Oncology, Director

 24 Kashirskoe shosse, Moscow, 115478

Стилиди Иван Сократович – доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАН, заведующий хирургическим отделением абдоминальной онкологии, директор 

115478, г. Москва, Каширское шоссе, 24

KushlinskiiN. E.КушлинскийН. Е.
Russian Federation

Nikolay E. Kushlinskii – MD, PhD, Professor, Member-Correspondent of Russian Academy of Sciences, Head of Laboratory of Clinical Biochemistry 

24 Kashirskoe shosse, Moscow, 115478

Кушлинский Николай Евгеньевич – доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией клинической биохимии 

115478, г. Москва, Каширское шоссе, 24

N.N. Blokhin National Medical Research Centre of OncologyФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава РоссииTambov State University named after G.R. DerzhavinФГБОУ ВО «Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина»260920184643233292309201823092018Copyright ©; 2018, Gershtein E.S., Ivannikov A.A., Chang V.L., Ognerubov N.A., Davydov М.M., Stilidi I.S., Kushlinskii N.E.Copyright ©; 2018, Герштейн Е.С., Иванников А.А., Чанг В.Л., Огнерубов Н.А., Давыдов М.М., Стилиди И.С., Кушлинский Н.Е.2018Gershtein E.S., Ivannikov A.A., Chang V.L., Ognerubov N.A., Davydov М.M., Stilidi I.S., Kushlinskii N.E.Герштейн Е.С., Иванников А.А., Чанг В.Л., Огнерубов Н.А., Давыдов М.М., Стилиди И.С., Кушлинский Н.Е.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://almclinmed.ru/jour/article/view/850

Background: Over the last 10 years the incidence of gastric cancer has declined significantly. Nevertheless, it remains one of the most prevalent malignancies both in Russia and worldwide. Therefore, the problems of early diagnostics, prognosis and individualized treatment choice are still on the agenda. Much attention is paid to the evaluation of molecular biological characteristics of the tumor, as well as to the development of multiparametric prognostic systems for gastric cancer based on its identified characteristics. An important place among potential tumor biological markers belongs to matrix metalloproteinases (MMPs) involved into all the stages of tumor progression, first of all, into the regulation of invasion and metastasizing.

Aim: Comparative quantitative evaluation of some MMP family members (MMP-2, 7, and 9) and one of the tissue MMP inhibitors (TIMP-2) levels in the tumors and adjacent histologically unchanged mucosa in gastric cancer patients, the analysis of their associations with the main clinical and pathological features of the disease and its prognosis.

Materials and methods: Sixty six (66) primary gastric cancer patients (32 male and 34 female) aged 24 to 82 years (median, 61 year) were recruited into the study. Twenty two (22) patients were with stage I of the disease, 11 with stage II, 28 with stage III, and 5 with stage IV. The concentrations of the proteins studied were measured in the tumor and unchanged mucosa extracts by standard direct ELISA kits (Quantikine®, R&D Systems, USA).

Results: Tumor MMP-2, 7 and 9 levels were significantly increased, compared to those in the adjacent histologically unchanged mucosa, in 80, 70 and 72% of gastric cancer patients, respectively, while the increase of TIMP-2 level found in 61% of the tumors was not statistically significant. Tumor MMP-2 and TIMP-2 content was increasing significantly with higher T index – size and advancement of the primary tumor (p < 0.01 and p < 0.05 respectively). Tumor MMP-2 level was also increasing in parallel with the N index (regional lymph node involvement; p < 0.01); it was significantly higher in the patients with distant metastases than in those without them (p < 0.05). Tumor MMP-9 and MMP-7 concentrations were not significantly associated with the indices of the tumor progression. The patients were followed up for 1 to 85 months (median, 18.3 months). According to the univariate analysis, high (> 32.6 ng/mg protein) MMP-2 and low MMP-7 (< 1.1 ng/mg protein) levels in the gastric cancer tissue represent statistically significant unfavorable prognostic factors for overall survival. Increased TIMP-2 level is associated with a non-significant decrease in the overall survival (p > 0.05), whereas the MMP-9 level was unrelated to the gastric cancer prognosis. Only T index (p = 0.0034) and tumor MMP-7 content (p = 0.026) remained independent prognostic factors in the multivariate regression analysis.

Conclusion: The majority of gastric cancer patients demonstrate a significant increase in the expression of three MMP family members, i.e. gelatinases (MMP-2 and 9), and matrilysin (MMP-7), in the tumors, as compared to adjacent histologically unchanged mucosa. Only MMP-2 levels were associated with the disease progression, increasing with higher TNM system indices. High MMP-2 and low MMP-7 content in the gastric cancer tissue are significant unfavorable prognostic factors for the overall survival in the univariate analysis, but only MMP-7 has retained its independent prognostic value in the multivariate assessment.

Актуальность. В последние 10 лет заболеваемость раком желудка значительно снизилась. Тем не менее это все еще одно из самых распространенных злокачественных новообразований в России и в мире, и проблемы ранней диагностики, прогноза и индивидуализации тактики лечения по-прежнему актуальны. Большое внимание уделяется изучению молекулярно-биологических особенностей опухоли, а также созданию на их основе многофакторных систем прогноза рака желудка. Среди потенциальных биологических маркеров опухолей важное место занимают матриксные металлопротеиназы (ММП), вовлеченные во все этапы опухолевого процесса, в первую очередь в регуляцию инвазии и метастазирования.

Цель – сравнительная количественная оценка содержания некоторых представителей семейства ММП (ММП-2, 7 и 9) и одного из их тканевых ингибиторов (ТИМП-2) в опухолях и окружающей гистологически неизмененной ткани больных раком желудка; анализ взаимосвязи этих показателей с основными клинико-морфологическими особенностями и прогнозом заболевания.

Материал и методы. В исследование включены 66 первичных больных раком желудка (32 мужчины и 34 женщины) в возрасте от 24 до 82 лет (медиана 61 год). Стадия I диагностирована у 22, II – у 11, III – у 28, IV – у 5 пациентов. Содержание исследуемых белков определяли в экстрактах опухолей и участков гистологически неизмененной слизистой оболочки желудка с помощью стандартных наборов для прямого иммуноферментного анализа (Quantikine®, R&D Systems, США).

Результаты и обсуждение. Содержание ММП-2, 7 и 9 в опухолях статистически значимо повышено по сравнению с окружающей гистологически неизмененной слизистой оболочкой у 80, 70 и 72% больных раком желудка, а увеличение уровня ТИМП-2, наблюдаемое в 61% опухолей, не достигает уровня статистической значимости. Содержание ММП-2 и ТИМП-2 в опухоли статистически значимо возрастает с увеличением индекса T – размера и распространенности первичной опухоли (p < 0,01 и p < 0,05 соответственно). Уровень ММП-2 в опухолевой ткани также возрастает с увеличением индекса N (вовлеченности регионарных лимфатических узлов; p < 0,01) и выше у больных с отдаленными метастазами, чем у пациентов без метастазов (p < 0,05). Содержание ММП-9 и ММП-7 в ткани рака желудка не зависит от показателей распространенности процесса. Пациенты прослежены на протяжении от 1 до 85 месяцев (медиана 18,3 месяца). По данным однофакторного анализа, высокое (более 32,6 нг/мг белка) содержание ММП-2 и низкое (менее 1,1 нг/мг белка) содержание ММП-7 в ткани рака желудка – статистически значимые факторы неблагоприятного прогноза общей выживаемости. Повышенный уровень ТИМП-2 незначительно ухудшает прогноз общей выживаемости (p > 0,05), а уровень ММП-9 на него не влияет. По данным многофакторного регрессионного анализа, независимыми факторами прогноза оказались только индекс T (p = 0,0034) и уровень ММП-7 в опухолевой ткани (p = 0,026).

Заключение. У большинства обследованных больных раком желудка выявлено статистически значимое увеличение уровня экспрессии трех представителей семейства ММП – желатиназ (ММП-2 и ММП-9) и матрилизина (ММП-7) в опухолях по сравнению с окружающей гистологически неизмененной тканью. При этом только уровень ММП-2 связан с распространенностью процесса, возрастая с увеличением индексов системы TNM. Высокое содержание ММП-2 и низкое – ММП-7 в ткани рака желудка являются статистически значимыми факторами неблагоприятного прогноза общей выживаемости пациентов по данным однофакторного анализа, но только уровень ММП-7 сохраняет независимое прогностическое значение по данным многофакторного анализа.

matrix metalloproteinase 2matrix metalloproteinase 7matrix metalloproteinase 9tissue inhibitor of matrix metalloproteinases 2gastric cancerELISAматриксная металлопротеиназа 2матриксная металлопротеиназа 7матриксная металлопротеиназа 9тканевый ингибитор матриксных металлопротеиназ 2-го типарак желудкаELISA1. Wu W, Yong WW, Chung MC. A simple biomarker scoring matrix for early gastric cancer detection. Proteomics. 2016;16(22): 2921–30. doi: 10.1002/pmic.201600194.2. Герштейн ЕС, Кушлинский НЕ. Клинические перспективы исследования ассоциированных с опухолью протеаз и их тканевых ингибиторов у онкологических больных. Вестник Российской академии медицинских наук. 2013;68(5): 16–27. doi: 10.15690/vramn.v68i5.659.3. Deryugina EI, Quigley JP. Pleiotropic roles of matrix metalloproteinases in tumor angiogenesis: contrasting, overlapping and compensatory functions. Biochim Biophys Acta. 2010;1803(1): 103–20. doi: 10.1016/j.bbamcr.2009.09.017.4. Ramnath N, Creaven PJ. Matrix metalloproteinase inhibitors. Curr Oncol Rep. 2004;6(2): 96–102. doi: 10.1007/s11912-004-0020-7.5. Sounni NE, Janssen M, Foidart JM, Noel A. Membrane type-1 matrix metalloproteinase and TIMP-2 in tumor angiogenesis. Matrix Biol. 2003;22(1): 55–61. doi: 10.1016/S0945053X(03)00003-9.6. Westermarck J, Kahari VM. Regulation of matrix metalloproteinase expression in tumor invasion. FASEB J. 1999;13(8): 781–92. doi: 10.1096/fasebj.13.8.781.7. Chen J, Chen LJ, Zhou HC, Yang RB, Lu Y, Xia YL, Wu W, Hu LW. Prognostic value of matrix metalloproteinase9 in gastric cancer: a meta-analysis. Hepatogastroenterology. 2014;61(130): 518–24.8. Sampieri CL, Leon-Cordoba K, Remes-Troche JM. Matrix metalloproteinases and their tissue inhibitors in gastric cancer as molecular markers. J Cancer Res Ther. 2013;9(3): 356–63. doi: 10.4103/0973-1482.119302.9. Shen W, Xi H, Wei B, Chen L. The prognostic role of matrix metalloproteinase 2 in gastric cancer: a systematic review with meta-analysis. J Cancer Res Clin Oncol. 2014;140(6): 1003–9. doi: 10.1007/s00432-014-1630-6.10. Soleyman-Jahi S, Nedjat S, Abdirad A, Hoorshad N, Heidari R, Zendehdel K. Prognostic significance of matrix metalloproteinase-7 in gastric cancer survival: a meta-analysis. PLoS One. 2015;10(4):e0122316. doi: 10.1371/journal.pone.0122316.11. Zhang QW, Liu L, Chen R, Wei YQ, Li P, Shi HS, Zhao YW. Matrix metalloproteinase-9 as a prognostic factor in gastric cancer: a metaanalysis. Asian Pac J Cancer Prev. 2012;13(6): 2903–8. doi: 10.7314/APJCP.2012.13.6.2903.12. Герштейн ЕС, Короткова ЕА, Щербаков АМ, Пророков ВВ, Головков ДА, Кушлинский НЕ. Матриксные металлопротеиназы 7 и 9 и их тканевые ингибиторы 1 и 4 типа в опухолях и плазме крови больных раком толстой кишки. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2007;143(4): 438–41.13. Kubben FJ, Sier CF, van Duijn W, Griffioen G, Hanemaaijer R, van de Velde CJ, van Krieken JH, Lamers CB, Verspaget HW. Matrix metalloproteinase2 is a consistent prognostic factor in gastric cancer. Br J Cancer. 2006;94(7): 1035–40. doi: 10.1038/sj.bjc.6603041.14. Mrena J, Wiksten JP, Nordling S, Kokkola A, Ristimaki A, Haglund C. MMP-2 but not MMP-9 associated with COX-2 and survival in gastric cancer. J Clin Pathol. 2006;59(6): 618–23. doi: 10.1136/jcp.2005.033761.15. de Mingo M, Moran A, Sanchez-Pernaute A, Iniesta P, Diez-Valladares L, Perez-Aguirre E, de Juan C, Garcia-Aranda C, Diaz-Lopez A, Garcia-Botella A, Martin-Antona E, Benito M, Torres A, Balibrea JL. Expression of MMP-9 and TIMP-1 as prognostic markers in gastric carcinoma. Hepatogastroenterology. 2007;54(73): 315–9.16. Kubben FJ, Sier CF, Hawinkels LJ, Tschesche H, van Duijn W, Zuidwijk K, van der Reijden JJ, Hanemaaijer R, Griffioen G, Lamers CB, Verspaget HW. Clinical evidence for a protective role of lipocalin-2 against MMP-9 autodegradation and the impact for gastric cancer. Eur J Cancer. 2007;43(12): 1869–76. doi: 10.1016/j.ejca.2007.05.013.