Obesity as a risk factor for oxidative damage to membrane lipids in postmenopausal women

Wstęp
Zarówno nadwaga, jak i otyłość stanowią główne modyfikowalne czynniki ryzyka wystąpienia wielu nowotworów, m.in. raka trzustki, jelita grubego, sutka, endometrium, gruczołu krokowego, nerki i przełyku [1–5]. Wykazano, że w przypadku niektórych nowotworów, np. raka sutka i raka endometrium, moc predykcyjna zwiększonej masy ciała w odniesieniu do ryzyka nowotworzenia wzrasta u kobiet w okresie pomenopauzalnym [4].
Proces kancerogenezy charakteryzuje się złożonym, wieloetapowym przebiegiem, w którym istotną rolę odgrywają mechanizmy stresu oksydacyjnego. Jednym ze wskaźników stresu oksydacyjnego, często wykorzystywanym w badaniach doświadczalnych i klinicznych, jest poziom peroksydacji lipidów (lipid peroxidation – LPO), będącej wynikiem oksydacyjnego uszkodzenia lipidów błon komórkowych [6–9].

Cel pracy
Celem pracy było zbadanie poziomu LPO w grupie kobiet w okresie pomenopauzalnym z nadwagą i otyłością oraz ocena zależności pomiędzy poziomem LPO a wartościami innych wskaźników klinicznych i biochemicznych związanych z otyłością.


Materiał i metody
Na przeprowadzenie badania uzyskano zgodę Komisji Bioetycznej Uniwersytetu Medycznego w Łodzi. Do badania zakwalifikowano 42 kobiety w okresie pomenopauzalnym, w tym 35 z nadwagą lub otyłością (BMI ł 25 kg/m²) (grupa badana) (średni wiek ± SEM: 65,14 ±2,74 roku) i 7 z prawidłowym BMI (18,5–24,9 kg/m²) (grupa kontrolna) (średni wiek ± SEM: 63,11 ±1,11 roku), hospitalizowanych w Klinice Endokrynologii i Chorób Metabolicznych Uniwersytetu Medycznego w Łodzi (Instytut Centrum Zdrowia Matki Polki w Łodzi) lub pozostających pod opieką Poradni Endokrynologicznej Instytutu Centrum Zdrowia Matki Polki w Łodzi oraz Poradni Endokrynologicznej Regionalnego Ośrodka Menopauzy i Osteoporozy (badania przeprowadzono w latach 2007–2008). Grupa badana i grupa kontrolna zostały dokładnie dobrane pod względem wieku (nie stwierdzono różnic istotnych statystycznie między grupami) (tab. I).
Poziom LPO mierzono w próbkach krwi obwodowej pobieranej podczas wykonywania badań rutynowych. Krew odwirowywano (3000 × g, w temperaturze 4°C, przez 10 min), a uzyskaną surowicę przechowywano w temperaturze –70°C do czasu wykonania oznaczeń poziomu LPO.

Pomiar peroksydacji lipidów
W surowicy oznaczano stężenie produktów LPO – dialdehydu malonowego + 4-hydroksyalkenali (MDA +
+ 4-HDA) przy użyciu zestawu odczynników LPO-586 kit [Calbiochem (La Jolla, CA, USA)] [8].
Stężenie produktów LPO w surowicy wyrażono jako ilość MDA + 4-HDA (nmol) na 1 ml surowicy.

Oznaczenia innych wskaźników
Poza poziomem LPO wykonywano następujące pomiary:
• stężenie glukozy, mierzone za pomocą metody enzymatycznej (z zastosowaniem dehydrogenazy glukozo--6-fosforanowej) oraz stężenie cholesterolu całkowitego, frakcji LDL cholesterolu, frakcji HDL cholesterolu, triglicerydów, mierzone z wykorzystaniem metody enzymatyczno-kolorymetrycznej, stężenie białka C-reaktywnego, mierzone przy użyciu metody immunoturbidimetrycznej oraz stężenie żelaza, mierzone przy użyciu metody kolorymetrycznej z ferrozyną [Cobas INTEGRA 400/470 (Roche)]
• obwód talii (cm), obwód bioder (cm), WHR – mierzone w momencie kwalifikacji do badania;
• ciśnienie tętnicze skurczowe (RRs) i rozkurczowe (RRr) – mierzone w momencie kwalifikacji do badania.

Analiza statystyczna
Analizę statystyczną otrzymanych wyników przeprowadzono przy zastosowaniu testu t-Studenta dla dwóch zmiennych niezależnych oraz testu Studenta-Newmana-Keulsa, poprzedzonego jednokierunkową analizą wariancji (one-way analysis of variance – ANOVA) dla więcej niż dwóch zmiennych niezależnych. Wyniki przedstawiono jako średnią arytmetyczną ± błąd standardowy średniej arytmetycznej (x– ± SEM).
W celu określenia, która z pojedynczych zmiennych ciągłych mogłaby mieć wartość predykcyjną dla występowania nasilonego stresu oksydacyjnego lub otyłości, użyto jednowymiarowej, a następnie wielowymiarowej logistycznej analizy regresji.
Do określenia korelacji pomiędzy poszczególnymi parametrami użyto wskaźnika korelacji Pearsona (r).
Przyjęto p < 0,05 jako poziom znamiennej istotności statystycznej.
Obliczenia statystyczne wykonano za pomocą programu Statistica for Windows 7.0.

Wyniki
Zgodnie z kryteriami kwalifikacji pacjentek do badania, BMI był istotnie wyższy u kobiet w okresie pomenopauzalnym z nadwagą lub otyłością niż u kobiet z prawidłową masą ciała (tab. I).
Odnotowano istotnie wyższy poziom LPO w surowicy u kobiet w okresie pomenopauzalnym z nadwagą lub otyłością w porównaniu z kobietami z BMI < 25 kg/m² (ryc. 1A). Poziom LPO istotnie wzrastał w poszczególnych przedziałach BMI (ryc. 1B).
Stwierdzono dodatnią korelację pomiędzy poziomem LPO a masą ciała, BMI, obwodem talii, obwodem bioder oraz WHR (ryc. 2. i 3.). Nie stwierdzono korelacji pomiędzy poziomem LPO a stężeniami wskaźników mierzonych we krwi.
Przy użyciu modelu logistycznej analizy regresji stwierdzono, że masa ciała jest jedynym niezależnym czynnikiem predykcyjnym dla nasilonego stresu oksydacyjnego (tab. II). Z kolei poziom LPO okazał się jedynym niezależnym czynnikiem determinującym istnienie otyłości (tab. III).

Dyskusja
W opisywanym w niniejszej pracy badaniu wykazano, że nadwaga lub otyłość w okresie pomenopauzalnym powodują nasilenie uszkodzenia oksydacyjnego lipidów błon komórkowych, bezpośrednio zależne od stopnia otyłości. Odnotowane dodatnie korelacje pomiędzy poziomem LPO a masą ciała, BMI, obwodem talii, obwodem bioder oraz WHR są zgodne z oczekiwaniami, gdyż rozpatrywane czynniki są związane w sposób bezpośredni lub pośredni z definicją otyłości. Obserwacje poczynione w niniejszej pracy – że jedynym niezależnym czynnikiem predykcyjnym dla nasilonego stresu oksydacyjnego jest masa ciała oraz że poziom LPO jest jedynym niezależnym czynnikiem determinującym otyłość – wskazują na bezpośredni związek przyczynowo-skutkowy otyłości z nasileniem stresu oksydacyjnego oraz na prawdopodobny niekorzystny wpływ stresu oksydacyjnego na otyłość (mechanizm „błędnego koła”).
Wykazany związek pomiędzy zwiększoną masą ciała a nasileniem stresu oksydacyjnego znajduje potwierdzenie w wynikach przeprowadzonych wcześniej badań. I tak, w grupie dorosłych kobiet z otyłością odnotowano w erytrocytach zmniejszone stężenie glutationu, jednego z głównych wewnątrzpochodnych antyoksydantów, przy czym stężenie to zmniejszało się wraz ze wzrostem stopnia otyłości [10]. W innym badaniu u kobiet z otyłością stwierdzono zwiększone stężenie produktów LPO reagujących z kwasem tiobarbiturowym [11].
Jak wcześniej wykazano, sam okres pomenopauzalny jest związany ze zwiększonym oksydacyjnym uszkodzeniem lipidów błon komórkowych [12, 13], toteż – zgodnie z wynikami obecnej pracy – występująca w tym okresie otyłość dodatkowo nasila stres oksydacyjny.
Wyniki uzyskane w obecnej pracy mogą stanowić podstawę do wyjaśnienia mechanizmu zwiększonego ryzyka nowotworzenia u kobiet po menopauzie z nadwagą lub z otyłością. Jak powszechnie wiadomo, nasilone reakcje wolnorodnikowe związane są praktycznie z każdym etapem kancerogenezy. Stres oksydacyjny zwiększa ekspresję niektórych protoonkogenów (np. H- i K-ras, c-myc), a powodując oksydacyjne uszkodzenie cząsteczek biologicznych, w tym DNA, może pobudzać lub hamować procesy transkrypcji, zaburzać proces replikacji, a także destabilizować genom [14]. W wielu przeprowadzonych wcześniej badaniach wykazano bezpośredni związek pomiędzy otyłością a zwiększoną częstością występowania nowotworów złośliwych (raka sutka i raka endometrium) u kobiet w okresie pomenopauzalnym. W prospektywnym badaniu European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition w grupie ponad 100 tysięcy kobiet po menopauzie stwierdzono, że nadwaga i otyłość, a także istotne zwiększenie masy ciała w okresie dorosłym, zwiększają o 30% ryzyko rozwoju raka sutka [15]. W tym samym badaniu, analizując kilkaset przypadków raka endometrium, wykazano, że wraz ze wzrostem masy ciała i BMI zwiększa się ryzyko rozwoju tego nowotworu w grupie kobiet po menopauzie [16].

Wnioski
Zwiększenie masy ciała przyczynia się bezpośrednio do nasilenia uszkodzenia oksydacyjnego lipidów błon komórkowych u kobiet w wieku pomenopauzalnym, co może stanowić jeden z mechanizmów podwyższonego ryzyka kancerogenezy, a także innych chorób, głównie dotyczących układu krążenia.

Piśmiennictwo
1. Bianchini F, Kaaks R, Vainio H. Overweight, obesity, and cancer risk. Lancet Oncol 2002; 3: 565-74.
2. Ceschi M, Gutzwiller F, Moch H, et al. Epidemiology and pathophysiology of obesity as cause of cancer. Swiss Med Wkly 2007; 137: 50-6.
3. Flegal KM, Graubard BI, Williamson DF, et al. Cause-specific excess deaths associated with underweight, overweight, and obesity. JAMA 2007; 298: 2028-37.
4. Pischon T, Nöthlings U, Boeing H. Obesity and cancer. Proc Nutr Soc 2008; 67: 128-45.
5. Renehan AG, Tyson M, Egger M, et al. Body-mass index and incidence of cancer: a systematic review and meta-analysis of prospective observational studies. Lancet 2008; 371: 569-78.
6. Karbownik M, Lewiński A. Melatonin reduces Fenton reaction-induced lipid peroxidation in porcine thyroid tissue. J Cell Biochem 2003; 90: 806-11.
7. Gitto E, Tan DX, Reiter RJ, et al. Individual and synergistic antioxidative actions of melatonin: studies with vitamin E, vitamin C, glutathione and desferrioxamine (desferoxamine) in rat liver homogenates. J Pharm Pharmacol 2001; 53: 1393-401.
8. Karbownik-Lewińska M, Kokoszko A, Lewandowski KC, et al. Growth hormone replacement reduces increased lipid peroxidation in growth hormone-deficient adults. Clin Endocrinol 2008; 68: 957-64.
9. Kokoszko A, Karbownik M, Lewiński A. Increased lipid peroxidation in growth hormone-deficient adult patients. Neuroendocrinol Lett 2006; 27: 225-30.
10. Khan NI, Naz L, Yasmeen G. Obesity: an independent risk factor for systemic oxidative stress. Pak J Pharm Sci 2006; 19: 62-5.
11. Konukoglu D, Serin O, Turhan MS. Plasma leptin and its relationship with lipid peroxidation and nitric oxide in obese female patients with or without hypertension. Arch Med Res 2006; 37: 602-6.
12. Bednarek-Tupikowska G, Bohdanowicz-Pawlak A, Bidzinska B, et al.
Serum lipid peroxide levels and erythrocyte glutathione peroxidase and
superoxide dismutase activity in premenopausal and postmenopausal women. Gynecol Endocrinol 2001; 15: 298-303.
13. Trevisan M, Browne R, Ram M, et al. Correlates of markers of oxidative status in the general population. Am J Epidemiol 2001; 154: 348-56.
14. Evans MD, Dizdaroglu M, Cooke MS. Oxidative DNA damage and disease: induction, repair and significance. Mutat Res 2004; 567: 1-61.
15. Lahmann PH, Hoffmann K, Allen N, et al. Body size and breast cancer risk: Findings from the European prospective investigation into cancer and
nutrition (EPIC). Int J Cancer 2004; 111: 762-71.
16. Friedenreich C, Cust A, Lahmann PH, et al. Anthropometric factors and risk of endometrial cancer: the European prospective investigation into cancer and nutrition. Cancer Causes Control 2007; 18: 399-413.