Comparative analysis of aldehyde dehydrogenase 1 expression in polyps and adenocarcinoma of the distal colon

M. Shyshkin, T. O. Khrystenko
{"title":"Comparative analysis of aldehyde dehydrogenase 1 expression in polyps and adenocarcinoma of the distal colon","authors":"M. Shyshkin, T. O. Khrystenko","doi":"10.26641/2307-0404.2020.4.221242","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"Comparative analysis of aldehyde dehydrogenase 1 expression in polyps and adenocarcinoma of the distal colon. Shyshkin M.A., Khrystenko T.O. Aldehyde dehydrogenase 1 (ALDH1) is one of the most widely used cancer stem cells markers, even though the question of its significance for certain stages of colorectal carcinogenesis is still unclear. The aim of this study was to compare ALDH1 immunohistochemical expression levels in polyps and adenocarcinoma of the distal colon. Histopathological and immunohistochemical studies of biopsies from 40 patients (biopsies of polyps and histologically non-changed mucosa of the distal colon), as well as surgical material of colorectal adenocarcinoma from 30 patients were carried out. It was established that distal colonic polyps are characterized by cytoplasmic expression of ALDH1 with the median of relative area that is equal to 25.63 (18.26; 30.42)% stromal cells. ALDH1 expression by epitheliocytes is revealed exclusively in dysplastic polyps with the median of the area that is equal to 22.13 (17.22; 30.05)%. Colorectal adenocarcinoma is characterized by cytoplasmic expression of ALDH1 with the medians of the area that are equal to 40,22 (22,54; 47,77)% stromal cells and 32,12 (23.64; 40.28)% cancer cells. The area of ALDH1+ cells varies depending on the pTNM stage of the carcinoma, herewith the median of ALDH1+ stromal cells is significantly increasing during the tumor progression from the I to the III stages that displays increasing in number of stromal cells which are involved in oncogenic signaling pathways activation. The median of ALDH1+ cancer cells is significantly increasing during the tumor progression from the III to the IV stages that shows increasing number of cancer cells that acquire properties of stem cells on advanced stages of colorectal adenocarcinoma. Comparative analysis of the parameters obtained for polyps and carcinoma indicates that the median of ALDH1+ stromal cells area in polyps is 2 times smaller than the median of ALDH1+ stromal cells area in carcinoma, and the median of ALDH1+ epitheliocytes area in polyps is 1.5 times smaller than the median of ALDH1+ cancer cells area. Реферат. Порівняльний аналіз експресії альдегіддегідрогенази 1 в поліпах і аденокарциномі дистальної товстої кишки. Шишкін М.А., Христенко Т.О. Альдегіддегідрогеназа 1 (ALDH1) є одним з найчастіше використовуваних маркерів ракових стовбурових клітин, проте питання щодо його значущості відносно окремих етапів колоректального канцерогенезу лишається до кінця не вивченим. Метою цього дослідження стало порівняння рівнів імуногістохімічної експресії ALDH1 в поліпах і аденокарциномі дистальної товстої кишки. Проведено патоморфологічне та імуногістохімічне дослідження біопсійного матеріалу 40 пацієнтів (біоптати поліпів і гістологічно незміненої слизової оболонки дистальної товстої кишки), а також операційного матеріалу колоректальної аденокарциноми 30 пацієнтів. Установлено, що поліпи дистальної товстої кишки характеризуються цитоплазматичною експресією ALDH1 з медіаною відносної площі 25,63 (18,26; 30,42)% клітин строми, а також, що експресія маркера епітеліоцитами виявляється виключно в диспластично змінених поліпах з медіаною площі 22,13 (17,22; 30,05)%. Колоректальна аденокарцинома МЕДИЧНІ ПЕРСПЕКТИВИ / MEDICNI PERSPEKTIVI 103103 95 20/ Том XXV / 4 характеризується цитоплазматичною експресією ALDH1 з медіанами площі 40,22 (22,54; 47,77)% клітин строми та 32,12 (23,64; 40,28)% ракових клітин. Показник площі ALDH1+ клітин варіює залежно від стадії карциноми за pTNM, при цьому медіана площі ALDH1+ клітин строми достовірно збільшується при прогресії пухлини від I до III стадії, що відображає збільшення кількості клітин строми, залучених до активації туморогенних сигнальних шляхів. Медіана площі ALDH1+ ракових клітин достовірно збільшується при прогресії пухлини від III до IV стадії, що відображає збільшення кількості ракових клітин, що набувають властивостей стовбурових, на просунутих стадіях колоректальної аденокарциноми. Порівняльний аналіз показників, отриманих для поліпів і карциноми, вказує на те, що медіана площі ALDH1+ клітин строми поліпів в 2 рази менша за медіану площі ALDH1+ клітин строми карциноми, а медіана площі ALDH1+ епітеліоцитів поліпів в 1,5 раза менша за медіану площі ALDH1+ ракових клітин. During the last decade, a significant amount of data supporting the hypothesis of cancer stem cells (CSCs) has been accumulated. CSCs are cells that are present in cancer and have properties of normal stem cells including the ability to self-renewal and the ability to differentiate towards any type of cells that are present in the same tumor [5]. Among the most used CSC markers in colorectal adenocarcinoma (CRA) is aldehyde dehydrogenase 1 (ALDH1) [7]. ALDH1 is an oxidoreductase that provides oxidation of a wide range of endoand exogenous aldehydes. The main function of ALDH1 is to protect cells under oxidative stress. Moreover, ALDH1 plays a key role in biosynthesis of some regulatory molecules, such as retinoic acid, γaminobutyric acid, and betaine [11]. ALDH1 is well known as a “metabolic marker” of stem cells, that is based on the main function of the enzyme – protection of cells from oxidative damage and, as a consequence, providing their high survival rate [4]. ALDH1 is expressed by normal stem cells, progenitor cells, and CSCs [11]. A compelling amount of data regarding the significance of ALDH1 expression in various types of cancer has been accumulated in the current literature [3, 4, 10]. A lot of research were devoted to studying of ALDH1 expression significance in CRA, however, the data obtained are contradictory. In some studies, it was shown that ALDH1 is an independent prognostic marker, high expression of which directly correlates with worsening of prognosis, as well as with clinical and pathomorphological characteristics of the tumor [9]. At the same time, it was shown that the expression of ALDH1 does not correlate with the CRA stage [2]. Furthermore, in the modern literature, there are only single data regarding the features of ALDH1 expression in colorectal polyps, which do not provide a comprehensive picture of the marker significance in the context of colorectal cancerogenesis [9]. The aim of the study was to compare ALDH1 immunohistochemical expression levels in polyps and adenocarcinoma of the distal colon. MATERIALS AND METHODS OF RESEARCH Histopathological and immunohistochemical (IHC) studies of biopsies from 40 patients (biopsies of polyps and histologically non-changed mucosa of the distal colon), as well as surgical material of colorectal adenocarcinoma from 30 patients, were carried out. The biopsies and the surgical material were fixed in 10 % neutral buffered formalin and were paraffinembedded. The features of the studied samples histological structure were studied in sections stained by hematoxylin and eosin, and in sections stained by PAS-reaction as well. IHC study was conducted according to the protocol provided by the manufacturer of used antibodies. Monoclonal antibodies against ALDH1 (ALDH1A1, Clone 5A11, Thermo Scientifiс, USA), as well as visualization system EnVision FLEX with diaminobenzidine (DAKO, USA), were used. The results of IHC reactions were studied using Axioplan-2 microscope (Carl Zeiss, Germany). In each case, the area of ALDH1-positive cells was estimated in 5 standardized microscope fields of view at × 200 magnification. The area was estimated by the method of photo digital morphometry: calculation of immunopositive pixels number in a digital image with further comparing to total pixels number in the image was carried out. As a result, the number of immunopositive pixels was expressed in % [1]. The obtained data were statistically processed using the STATISTICA® for Windows 13.0 package (StatSoft Inc., license no. JPZ804I382130ARCN10-J). The median (Me), the lower and upper quartiles (Q1; Q3) were calculated. Comparison between two study groups was carried out using the Mann-Whitney test. The results were considered statistically significant at the 95% level (p<0.05) [8]. RESULTS AND DISCUSSION It was found that distal colonic polyps are characterized by cytoplasmic ALDH1 expression in stromal cells, with the median of relative area of ALDH1+ cells equal to 25.63 (18.26; 30.42)% stromal cells (fig. 1). ALDH1+ epitheliocytes are revealed exclusively in dysplastic polyps with the median of the area that is equal to 22.13 (17.22; 30.05)% epitheliocytes.","PeriodicalId":18652,"journal":{"name":"Medicni perspektivi (Medical perspectives)","volume":"30 1","pages":""},"PeriodicalIF":0.0000,"publicationDate":"2020-12-28","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"Medicni perspektivi (Medical perspectives)","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.26641/2307-0404.2020.4.221242","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"","JCRName":"","Score":null,"Total":0}
引用次数: 0

Abstract

Comparative analysis of aldehyde dehydrogenase 1 expression in polyps and adenocarcinoma of the distal colon. Shyshkin M.A., Khrystenko T.O. Aldehyde dehydrogenase 1 (ALDH1) is one of the most widely used cancer stem cells markers, even though the question of its significance for certain stages of colorectal carcinogenesis is still unclear. The aim of this study was to compare ALDH1 immunohistochemical expression levels in polyps and adenocarcinoma of the distal colon. Histopathological and immunohistochemical studies of biopsies from 40 patients (biopsies of polyps and histologically non-changed mucosa of the distal colon), as well as surgical material of colorectal adenocarcinoma from 30 patients were carried out. It was established that distal colonic polyps are characterized by cytoplasmic expression of ALDH1 with the median of relative area that is equal to 25.63 (18.26; 30.42)% stromal cells. ALDH1 expression by epitheliocytes is revealed exclusively in dysplastic polyps with the median of the area that is equal to 22.13 (17.22; 30.05)%. Colorectal adenocarcinoma is characterized by cytoplasmic expression of ALDH1 with the medians of the area that are equal to 40,22 (22,54; 47,77)% stromal cells and 32,12 (23.64; 40.28)% cancer cells. The area of ALDH1+ cells varies depending on the pTNM stage of the carcinoma, herewith the median of ALDH1+ stromal cells is significantly increasing during the tumor progression from the I to the III stages that displays increasing in number of stromal cells which are involved in oncogenic signaling pathways activation. The median of ALDH1+ cancer cells is significantly increasing during the tumor progression from the III to the IV stages that shows increasing number of cancer cells that acquire properties of stem cells on advanced stages of colorectal adenocarcinoma. Comparative analysis of the parameters obtained for polyps and carcinoma indicates that the median of ALDH1+ stromal cells area in polyps is 2 times smaller than the median of ALDH1+ stromal cells area in carcinoma, and the median of ALDH1+ epitheliocytes area in polyps is 1.5 times smaller than the median of ALDH1+ cancer cells area. Реферат. Порівняльний аналіз експресії альдегіддегідрогенази 1 в поліпах і аденокарциномі дистальної товстої кишки. Шишкін М.А., Христенко Т.О. Альдегіддегідрогеназа 1 (ALDH1) є одним з найчастіше використовуваних маркерів ракових стовбурових клітин, проте питання щодо його значущості відносно окремих етапів колоректального канцерогенезу лишається до кінця не вивченим. Метою цього дослідження стало порівняння рівнів імуногістохімічної експресії ALDH1 в поліпах і аденокарциномі дистальної товстої кишки. Проведено патоморфологічне та імуногістохімічне дослідження біопсійного матеріалу 40 пацієнтів (біоптати поліпів і гістологічно незміненої слизової оболонки дистальної товстої кишки), а також операційного матеріалу колоректальної аденокарциноми 30 пацієнтів. Установлено, що поліпи дистальної товстої кишки характеризуються цитоплазматичною експресією ALDH1 з медіаною відносної площі 25,63 (18,26; 30,42)% клітин строми, а також, що експресія маркера епітеліоцитами виявляється виключно в диспластично змінених поліпах з медіаною площі 22,13 (17,22; 30,05)%. Колоректальна аденокарцинома МЕДИЧНІ ПЕРСПЕКТИВИ / MEDICNI PERSPEKTIVI 103103 95 20/ Том XXV / 4 характеризується цитоплазматичною експресією ALDH1 з медіанами площі 40,22 (22,54; 47,77)% клітин строми та 32,12 (23,64; 40,28)% ракових клітин. Показник площі ALDH1+ клітин варіює залежно від стадії карциноми за pTNM, при цьому медіана площі ALDH1+ клітин строми достовірно збільшується при прогресії пухлини від I до III стадії, що відображає збільшення кількості клітин строми, залучених до активації туморогенних сигнальних шляхів. Медіана площі ALDH1+ ракових клітин достовірно збільшується при прогресії пухлини від III до IV стадії, що відображає збільшення кількості ракових клітин, що набувають властивостей стовбурових, на просунутих стадіях колоректальної аденокарциноми. Порівняльний аналіз показників, отриманих для поліпів і карциноми, вказує на те, що медіана площі ALDH1+ клітин строми поліпів в 2 рази менша за медіану площі ALDH1+ клітин строми карциноми, а медіана площі ALDH1+ епітеліоцитів поліпів в 1,5 раза менша за медіану площі ALDH1+ ракових клітин. During the last decade, a significant amount of data supporting the hypothesis of cancer stem cells (CSCs) has been accumulated. CSCs are cells that are present in cancer and have properties of normal stem cells including the ability to self-renewal and the ability to differentiate towards any type of cells that are present in the same tumor [5]. Among the most used CSC markers in colorectal adenocarcinoma (CRA) is aldehyde dehydrogenase 1 (ALDH1) [7]. ALDH1 is an oxidoreductase that provides oxidation of a wide range of endoand exogenous aldehydes. The main function of ALDH1 is to protect cells under oxidative stress. Moreover, ALDH1 plays a key role in biosynthesis of some regulatory molecules, such as retinoic acid, γaminobutyric acid, and betaine [11]. ALDH1 is well known as a “metabolic marker” of stem cells, that is based on the main function of the enzyme – protection of cells from oxidative damage and, as a consequence, providing their high survival rate [4]. ALDH1 is expressed by normal stem cells, progenitor cells, and CSCs [11]. A compelling amount of data regarding the significance of ALDH1 expression in various types of cancer has been accumulated in the current literature [3, 4, 10]. A lot of research were devoted to studying of ALDH1 expression significance in CRA, however, the data obtained are contradictory. In some studies, it was shown that ALDH1 is an independent prognostic marker, high expression of which directly correlates with worsening of prognosis, as well as with clinical and pathomorphological characteristics of the tumor [9]. At the same time, it was shown that the expression of ALDH1 does not correlate with the CRA stage [2]. Furthermore, in the modern literature, there are only single data regarding the features of ALDH1 expression in colorectal polyps, which do not provide a comprehensive picture of the marker significance in the context of colorectal cancerogenesis [9]. The aim of the study was to compare ALDH1 immunohistochemical expression levels in polyps and adenocarcinoma of the distal colon. MATERIALS AND METHODS OF RESEARCH Histopathological and immunohistochemical (IHC) studies of biopsies from 40 patients (biopsies of polyps and histologically non-changed mucosa of the distal colon), as well as surgical material of colorectal adenocarcinoma from 30 patients, were carried out. The biopsies and the surgical material were fixed in 10 % neutral buffered formalin and were paraffinembedded. The features of the studied samples histological structure were studied in sections stained by hematoxylin and eosin, and in sections stained by PAS-reaction as well. IHC study was conducted according to the protocol provided by the manufacturer of used antibodies. Monoclonal antibodies against ALDH1 (ALDH1A1, Clone 5A11, Thermo Scientifiс, USA), as well as visualization system EnVision FLEX with diaminobenzidine (DAKO, USA), were used. The results of IHC reactions were studied using Axioplan-2 microscope (Carl Zeiss, Germany). In each case, the area of ALDH1-positive cells was estimated in 5 standardized microscope fields of view at × 200 magnification. The area was estimated by the method of photo digital morphometry: calculation of immunopositive pixels number in a digital image with further comparing to total pixels number in the image was carried out. As a result, the number of immunopositive pixels was expressed in % [1]. The obtained data were statistically processed using the STATISTICA® for Windows 13.0 package (StatSoft Inc., license no. JPZ804I382130ARCN10-J). The median (Me), the lower and upper quartiles (Q1; Q3) were calculated. Comparison between two study groups was carried out using the Mann-Whitney test. The results were considered statistically significant at the 95% level (p<0.05) [8]. RESULTS AND DISCUSSION It was found that distal colonic polyps are characterized by cytoplasmic ALDH1 expression in stromal cells, with the median of relative area of ALDH1+ cells equal to 25.63 (18.26; 30.42)% stromal cells (fig. 1). ALDH1+ epitheliocytes are revealed exclusively in dysplastic polyps with the median of the area that is equal to 22.13 (17.22; 30.05)% epitheliocytes.
乙醛脱氢酶1在远端结肠息肉和腺癌组织中表达的比较分析
乙醛脱氢酶1在远端结肠息肉和腺癌组织中表达的比较分析。醛脱氢酶1 (ALDH1)是应用最广泛的癌症干细胞标志物之一,尽管其在结直肠癌发生的某些阶段的意义尚不清楚。本研究的目的是比较远端结肠息肉和腺癌中ALDH1免疫组化表达水平。对40例患者的活检(息肉活检及结肠远端未改变粘膜活检)和30例结肠腺癌的手术材料进行了组织病理学和免疫组化研究。结果表明,远端结肠息肉以ALDH1的细胞质表达为特征,其相对面积中位数为25.63 (18.26;30.42)%间质细胞。ALDH1仅在发育不良的息肉中表达,面积中位数为22.13 (17.22;30.05) %。结直肠腺癌的特征是ALDH1的细胞质表达,该区域的中位数为40,22 (22,54;基质细胞47.77 %,基质细胞32.12 % (23.64;40.28)%癌细胞。ALDH1+细胞的面积取决于肿瘤的pTNM分期,其中ALDH1+基质细胞的中位数在肿瘤从I期进展到III期期间显著增加,表明参与致癌信号通路激活的基质细胞数量增加。在III期至IV期肿瘤进展过程中,ALDH1+癌细胞的中位数显著增加,表明在晚期结直肠癌中获得干细胞特性的癌细胞数量增加。息肉与癌参数对比分析发现,息肉中ALDH1+间质细胞面积的中位数比癌中ALDH1+间质细胞面积的中位数小2倍,息肉中ALDH1+上皮细胞面积的中位数比ALDH1+癌细胞面积的中位数小1.5倍。Реферат。Порівняльнийаналізекспресіїальдегіддегідрогенази1вполіпахіаденокарциномідистальноїтовстоїкишки。ШишкінМА。, Христенко Т.О。Альдегіддегідрогеназа1 (ALDH1)єоднимзнайчастішевикористовуванихмаркерівраковихстовбуровихклітин,протепитаннящодойогозначущостівідносноокремихетапівколоректальногоканцерогенезулишаєтьсядокінцяневивченим。МетоюцьогодослідженнясталопорівняннярівнівімуногістохімічноїекспресіїALDH1вполіпахіаденокарциномідистальноїтовстоїкишки。Проведенопатоморфологічнетаімуногістохімічнедослідженнябіопсійногоматеріалу40пацієнтів(біоптатиполіпівігістологічнонезміненоїслизовоїоболонкидистальноїтовстоїкишки),атакожопераційногоматеріалуколоректальноїаденокарциноми30пацієнтів。Установлено,щополіпидистальноїтовстоїкишкихарактеризуютьсяцитоплазматичноюекспресієюALDH1змедіаноювідносноїплощі25日63(18日26日;30日,42)%клітинстроми,атакож,щоекспресіямаркераепітеліоцитамивиявляєтьсявиключновдиспластичнозміненихполіпахзмедіаноюплощі22日13(17、22;30日05)%。КолоректальнааденокарциномаМЕДИЧНІПЕРСПЕКТИВИ/ MEDICNI PERSPEKTIVI 103103 95 20 /Том第二十五章/ 4характеризуєтьсяцитоплазматичноюекспресієюALDH1змедіанамиплощі40岁,22(22日,54;47,77)% клітин строми та 32,12 (23,64;40,28)% ракових клітин。ПоказникплощіALDH1 +клітинваріюєзалежновідстадіїкарциномизаpTNM,прицьомумедіанаплощіALDH1 +клітинстромидостовірнозбільшуєтьсяприпрогресіїпухлинивід我д第三остадії,щовідображаєзбільшеннякількостіклітинстроми,залученихдоактиваціїтуморогеннихсигнальнихшляхів。МедіанаплощіALDH1 +раковихклітиндостовірнозбільшуєтьсяприпрогресіїпухлинивід三世д第四остадії,щовідображаєзбільшеннякількостіраковихклітин,щонабуваютьвластивостейстовбурових,напросунутихстадіяхколоректальноїаденокарциноми。Порівняльнийаналізпоказникі,вотриманихдляполіпівікарциноми,вказуєнате,щомедіанаплощіALDH1 +клітинстромиполіпівв2разименшазамедіануплощіALDH1 +клітинстромикарциноми,амедіанаплощіALDH1 +епітеліоцитівполіпівв1 5разаменшазамедіануплощіALDH1 +раковихклітин。在过去的十年中,已经积累了大量支持癌症干细胞(CSCs)假说的数据。CSCs是存在于癌症中的细胞,具有正常干细胞的特性,包括自我更新的能力和向同一肿瘤中存在的任何类型细胞分化的能力[5]。在结直肠癌(CRA)中最常用的CSC标志物是醛脱氢酶1 (ALDH1)[7]。ALDH1是一种氧化还原酶,可氧化多种内源性和外源性醛。ALDH1的主要功能是保护氧化应激下的细胞。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
求助全文
约1分钟内获得全文 求助全文
来源期刊
自引率
0.00%
发文量
0
×
引用
GB/T 7714-2015
复制
MLA
复制
APA
复制
导出至
BibTeX EndNote RefMan NoteFirst NoteExpress
×
提示
您的信息不完整,为了账户安全,请先补充。
现在去补充
×
提示
您因"违规操作"
具体请查看互助需知
我知道了
×
提示
确定
请完成安全验证×
copy
已复制链接
快去分享给好友吧!
我知道了
右上角分享
点击右上角分享
0
联系我们:info@booksci.cn Book学术提供免费学术资源搜索服务,方便国内外学者检索中英文文献。致力于提供最便捷和优质的服务体验。 Copyright © 2023 布克学术 All rights reserved.
京ICP备2023020795号-1
ghs 京公网安备 11010802042870号
Book学术文献互助
Book学术文献互助群
群 号:481959085
Book学术官方微信