Metabolomic analysis of oxidative stress and inflammation biomarkers during chemotherapy treatment in pregnant women with breast cancer and their offspring

Abstract

El càncer de mama associat a l’embaràs (PABC) és definit com càncer de mama diagnosticat durant l’embaràs o un any després del part. La quimioteràpia durant l’embaràs pot incrementar la producció d’estrès oxidatiu i inflamació elevant el risc de complicacions obstètriques.

Per tant, vam examinar biomarcadors d’estrès oxidatiu, inflamació i de defensa antioxidant en dones amb PABC (N=17) abans del tractament, abans de cada cicle (antraciclines i paclitaxel) i al part. També es va obtenir sang de pacients amb càncer de mama sense embaràs (N=10) abans i després d’ antraciclines i dones embarassades sanes (N=16).

Paral·lelament, vam analitzar sang de cordó umbilical (N=13) i d’orina (N=5) 24 h de vida de nounats que van rebre quimioteràpia en l’úter. Mostres de cordó (N=14) i d’orina (N=6) de nadons nascuts de mares sanes es van utilitzar com a controls. En general, les pacients amb PABC presentaven nivells semblants d’estrès oxidatiu i d’antioxidants abans de la quimioteràpia que les controls . Això no obstant, les pacients amb PABC mostraven un augment en l’activitat chitotriosidasa (P=0.004) en comparació amb les controls, indicant inflamació. A conseqüència de la quimioteràpia, vam observar: l’activitat chitotriosidasa va ser reduïa després del tractament amb paclitaxel en comparació amb les controls (P=0.018); l’activitat de YKL-40 va disminuir respecte els nivells d’abans de la quimioteràpia (P=0.047) i els grups de proteïnes-SH van ser significativament reduïts després d’antraciclines per tornar a incrementar amb paclitaxel en comparació amb les controls (P=0.010 i P=0.012 respectivament).

L’efecte acumulatiu es va analitzar comparant els nivells basals amb els obtinguts al part. El nostre estudi va observar un augment de dany a l’ADN i de proteïnes a les pacients amb PABC segons l’elevació de les ràtios 8-OHdG/2dG i o-Tyr/Phe (P=0.031; P=0.032 respectivament).

A més, vam observar nivells significativament elevats en tres biomarcadors de peroxidació lipídica: 5-F2t-IsoP+5-epi-5-F2t-IsoP (P=0.031), 15-epi-2,3-dinor-15-F2t-IsoP + 2,3-dinor-11-PGF2α + 2,3-dinor-15-F2α-IsoP (P=3.72e-03) i 10-F4t-NeuroP (P=0.031), així com PGF2α (P=0.026) marcador d’inflamació i la ràtio GSH/GSSG (P=4.79e-03) marcador antioxidant en comparació amb els controls al part. No es van observar diferencies en els biomarcadors de dany a l’ADN i de proteïnes

Les pacients amb càncer de mama però no embarassades, presentaven nivells elevats dels biomarcadors de dany a l’ADN i de proteïnes (8-OH-dG/2dG ràtio; P=1.52e-03 i m-Tyr/Phe ràtio, P=7.88e-04 respectivament), però el biomarcador de defensa antioxidant (GSH/GSSG ràtio, P=5.67e-06) estava reduït en comparació amb les pacients amb PABC.

D’altra banda, els nounats exposats a quimioteràpia a l’úter presenten generalment nivells més baixos d’estrès oxidatiu i marcadors d’inflamació que els nounats controls. Excepcionalment, vam detectar un increment en els nivells plasmàtics de 15-F2T-IsoP (P=8.05e-03) i els nivells urinaris de GSA (P=0.016). Per últim, vam observar una correlació positiva entre els nivells de 15-epi-15-F2t-IsoP y 15-epi-2,3-dinor-15-F2t-IsoP + 2,3-dinor-11-PGF2α + 2,3-dinor-15-F2α-IsoP (R=-0.55, P=0.049 i R=-0.68, P=0.011 respectivament) mesurats en sang de cordó de nounats exposats a quimioteràpia en l’úter amb les seves mares corresponents al part. En resum, el nostre estudi mostra que la quimioterapia durant l’embaràs està significativament associada amb una alteració de l’estat redox. No obstant això, les pacients amb PABC mostraven una alta capacitat antioxant mentre que els nounats no van ser afectats negativament. Per tant, les complicacions obstètriques reportades a l’estudi no van ser causades per un augment de l’estrès oxidatiu i inflamació, però de ser-hi, van ser eficientment contrarestats.

El cáncer de mama asociado al embarazo (PABC en inglés) es definido como cáncer de mama diagnosticado durante el embarazo o un año después del parto. La quimioterapia administrada durante el embarazo puede aumentar la producción de estrés oxidativo e inflamación elevando el riesgo de problemas obstétricos.

Para ello, examinamos diferentes marcadores de estrés oxidativo, inflamación y de defensa antioxidante en mujeres con PABC (N=17) antes del tratamiento, antes de cada ciclo (antraciclinas y paclitaxel) y al parto. También se obtuvo sangre de pacientes con cáncer de mama sin embarazo (N=10) antes y después de antraciclinas y mujeres embarazadas sanas (N = 16).

Paralelamente, analizamos sangre de cordón umbilical (N=13) y de orina (N=5) 24h de vida de recién nacidos que recibieron quimioterapia en el útero. Muestras de cordón (N=14) y de orina (N=6) de bebés nacidos de madres sanas se utilizaron como controles.

En general, las pacientes con PABC exhibían niveles similares de estrés oxidativo y de antioxidantes antes de la quimioterapia que las controles. Sin embargo, las pacientes con PABC tenían aumentada la actividad chitotriosidasa (P=0.004) en comparación con las controles, indicando inflamación. A consecuencia de la quimioterapia, observamos: la actividad chitotriosidasa fue reducida después del tratamiento con paclitaxel en comparación con las controles (P=0.018); la actividad de YKL-40 disminuyó también en comparación con los niveles de antes de la quimioterapia (P=0.047) y los grupos de proteínas-SH fueron significativamente reducidos después del tratamiento con antraciclinas para volver a incrementar seguidamente con paclitaxel en comparación con las controles. (P=0.010 y P=0.012 respectivamente).

El efecto acumulativo de la quimioterapia se analizó comparando los niveles basales con los del parto. Encontramos un aumento de daño al ADN y de proteínas en las pacientes con PABC tal como se aprecia en los ratios 8-OHdG/2dG y o-Tyr/Phe (P=0.031; P=0.032 respectivamente). Además, observamos niveles significativamente elevados en tres metabolitos de peroxidación lipídica: 5-F2t-IsoP+5-epi-5-F2t-IsoP (P=0.031), 15-epi-2,3-dinor-15-F2t-IsoP + 2,3-dinor-11-PGF2α + 2,3-dinor-15-F2α-IsoP (P=3.72e-03) y 10-F4t-NeuroP (P=0.031), así como el biomarcador de inflamación, PGF2α (P=0.026) y el ratio antioxidante, GSH/GSSG (P=4.79e-03) en comparación con las controles. No se observó estas diferencias en los biomarcadores de daño al ADN y proteínas.

Las mujeres con cáncer de mama no embarazadas, mostraron niveles elevados de daño en el ADN y proteínas (ratios 8-OHdG/ 2dG ratio; P =1.52e-03 y m-Tyr/Phe ratio; P=7.88e-04 respectivamente), pero una capacidad antioxidante reducida (GSH/GSSG ratio, P=5.67e-06) en comparación con las pacientes con PABC.

Por otro lado, los recién nacidos expuestos a quimioterapia en el útero presentaron generalmente niveles más bajos de estrés oxidativo e inflamación que los controles. Excepcionalmente, encontramos incrementados los niveles plasmáticos de 15-F2T-isoP (P=8.05e-03) y los niveles urinarios de GSA (P =0.016). Por último, encontramos una correlación positiva entre los niveles de 15-epi-15-F2t-IsoP y 15-epi-2,3-dinor-15-F2t-IsoP + 2,3-dinor-11-PGF2α + 2,3-dinor-15-F2α-IsoP (R=-0.55, P=0.049 y R=-0.68, P=0.011 respectivamente) medidos en sangre de cordón de recién nacidos expuestos a quimioterapia en el útero con sus correspondientes madres al parto.

En resumen, la quimioterapia durante el embarazo está significativamente asociado a una alteración del estado redox. Aun así las pacientes con PABC mostraron una alta capacidad antioxidante mientras que los neonatos no se vieron negativamente afectados. Por tanto, las complicaciones obstétricas reportadas en el estudio no fueron causadas por un aumento del estrés oxidativo e inflamación o si lo hubo, fueron eficientemente contrarrestados.

Pregnancy-associated breast cancer (PABC) is defined as breast cancer diagnosed during pregnancy or one-year following postpartum. Chemotherapy treatment in pregnancy may aumentate the production of oxidative stress and inflammation increasing risk of obstetrics complications.

For this purpose, we examined multiple oxidative stress, inflammation and antioxidant defence biomarkers in blood samples from PABC patients (N=17) prior to treatment, before each chemotherapy cycle (anthracyclines and paclitaxel) and at labour. Furthermore, the study also included blood samples from non-PABC patients (N=10) before and after treatment with anthracyclines and healthy pregnant women (N=16) as groups of control. We also assessed chemotherapy-induced oxidative stress and inflammation of neonates exposed to chemotherapy in utero using cord blood (N=13) and urine (N=5) samples. Additionally we also collected cord blood (N=14) and urine (N=6) samples from neonates born to healthy pregnant women. Overall, our data showed that PABC patients exhibited similar levels of oxidative stress and antioxidant defence markers as compared to pregnant controls before treatment with chemotherapy. However, we observed that PABC women have increase levels of chitotriosidase (P=0.004), a marker of inflammation. Following chemotherapy, some changes in oxidative stress markers and inflammation markers were found: chitotriosidase was reduced after paclitaxel as compared to healthy pregnant women (P=0.018); YKL-40 was decreased after paclitaxel as compared before treatment (P=0.047) and protein-SH groups were reduced as compared to healthy pregnant women following anthracyclines but then were again increased after paclitaxel (P=0.010 and P=0.012 respectively).The accumulative effect of chemotherapy treatment was analysed by comparing the baseline levels with those obtained at delivery, and our findings demonstrated that chemotherapy exposure during pregnancy increased the DNA and protein damage in PABC patients, as shown by an increase in 8-OHdG/2dG ratio and o-Tyr/Phe ratio, respectively (P=0.031; P=0.032). In addition, we found significant increased levels of three metabolites involved in lipid peroxidation: 55-F2t-IsoP+5-epi-5-F2t-IsoP (P=0.031), 15-epi-2,3-dinor-15-F2t-IsoP + 2,3-dinor-11-PGF2α + 2,3-dinor-15-F2α-IsoP (P=3.72e-03) and 10-F4t-NeuroP (P=0.031); as well as, PGF2α (P=0.026) metabolite of inflammation and antioxidant defence GSH/GSSG ratio (P=4.79e-03) biomarkers compared to controls at delivery. However, these differences were not observed regarding DNA and protein damage.Regarding non-PABC patients, they displayed elevated levels of DNA and protein damage markers (8-OH-dG/2dG ratio; P=1.52e-03 and m-Tyr/Phe ratio, P=7.88e-04 respectively) but reduced antioxidant capacity (GSH/GSSG ratio, P=5.67e-06) compared to PABC patients. On the other hand, neonates exposed to chemotherapy in utero generally displayed lower levels of oxidative stress and inflammation markers than neonates born to healthy women. Exceptionally, we found increased plasma levels of 15-F2f-IsoP (P=8.05e-03) and urine levels of GSA (P=0.016) compounds. Lastly, we found a positive correlation between 15-epi-15-F2t-IsoP and 15-epi-2,3-dinor-15-F2t-IsoP + 2,3-dinor-11-PGF2α + 2,3-dinor-15-F2α-IsoP (R=-0.55, P=0.049 y R=-0.68, P=0.011 respectively) in neonates with intrauterine exposure to chemotherapy and the corresponding mother.

In summary, our data show that the administration of chemotherapy during pregnancy is significantly associated with a disruption of redox balance. However, PABC patients showed an elevated antioxidant capacity while the neonates were not negatively affected. Therefore, the obstetric outcomes reported in the study were not caused by an overproduction of oxidative stress and inflammation, or if increased, they were counteracted by the redox system.