Features of steroid metabolomics in patients with Cushing's syndrome with unilateral and bilateral adrenocortical pathology


DOI: https://dx.doi.org/10.18565/pharmateca.2021.4.62-68

Zh.V. Paltsman, L.I. Velikanova, N.V. Vorokhobina, S.B. Shustov, Z.R. Shafigullina, A.A. Lisitsyn, E.V. Malevanaya, E.G. Strelnikova

North-Western State Medical University n.a. I.I. Mechnikov, St. Petersburg, Russia
Background. The possibility of using chromatographic methods to determine a wide range of steroid hormones of the adrenal cortex in the blood and urine made it possible to reveal the features of steroid metabolomics in patients with Cushing’s syndrome (CS) with unilateral and bilateral adrenocortical pathology and to compare the data obtained with the features of the course of the disease.
Objective. Evaluation of the steroid metabolomics in patients with CS with unilateral and bilateral adrenocortical pathology to optimize diagnosis and management tactics.
Methods. The state of the pituitary-adrenal cortex and renin-aldosterone systems was assessed by the immunochemical methods using functional tests. The steroid metabolomics in biological fluids was studied using the methods of high performance liquid chromatography (HPLC) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Statistical analysis was carried out using the Statistica software package for Windows (version 10).
Results. 36 patients with CS were examined: 8 – with bilateral macronodular adrenal hyperplasia (BMAH), 9 – with bilateral adrenocortical adenoma (BAA), and 19 – with solitary (unilateral) adrenocortical adenoma (SAA).
According to ELISA and GC-MS, 21-hydroxylase deficiency was revealed in patients with CS and BMAH; furthermore, an increase in androgenic, mineralocorticoid and a decrease in glucocorticoid functions of the adrenal cortex (CA) were detected compared with those of patients with SAA. In CS patients with BAA, urinary excretion of the main androgens, progestogens, tetrahydrometabolites of cortisol, cortisone, and corticosterone did not differ from those of patients with CS and SAH, and urinary excretion of tetrahydro-11-deoxycortisol (THS) was reduced., According to HPLC and GC-MS data, pronounced signs of type 2 11β-hydroxysteroid dehydrogenase (11β-HSDH) deficiency were revealed in patients with CS and SAA, which indicates the production of active glucocorticosteroids to a greater extent than in patients with BMAH. The clinical picture of CS develops faster and is more pronounced in patients with CS and SAA compared with those of other CS groups. A significant increase in urinary THS excretion (more than 485 μg/day), the signs of 11β-HSDH deficiency suggest the presence of a malignant potential in a number of CS patients with BMAH.
Conclusion. Chromatographic methods revealed significant differences in the metabolism of androstenedione, tetrahydrometabolites of cortisol and corticosterone in patients with SC and unilateral and bilateral adrenocortical pathology. In CS patients with BMAH, signs of 21-hydroxylase deficiency, as well as an increase in the mineralocorticoid function of the adrenal cortex, and the highest urinary androgen excretion were revealed in comparison with SAA. An increase in urinary THS excretion more than 485 μg/day indicates the presence of a malignant potential in a number of patients with CS and BMAH.
Keywords: Cushing’s syndrome, steroid metabolomics, unilateral and bilateral formations adrenocortical pathology, gas chromatography-mass spectrometry

Введение

Кортикотропин-независимый синдром Кушинга (СК) развивается вследствие длительного воздействия избытка глюкортикостероидных гормонов (ГКС) и составляет 10−20% всех случаев эндогенного гиперкортицизма [1]. Диагностика первичного гиперкортицизма классическими методами представляет собой многоэтапный процесс и не позволяет быстро определить форму заболевания ввиду отсутствия специфических биохимических маркеров. С помощью хроматографических методов диагностики была установлена связь между особенностями стероидогенеза и функциональной активностью образований коры надпочечников (ОКН) [2]. В проведенных ранее работах с применением методов хроматографии были определены дифференциально-диагностические признаки, характерные для СК: снижение экскреции с мочой метаболитов андростендиона и дегидроэпиандростерона (DHEA), снижение активности 11β-гидроксистероиддегидрогена-зы (11β-ГСДГ) 2-го типа и увеличение активности 5β-редуктазы [3, 4]. СК может быть обусловлен гиперплазией, аденомой и в редких случаях карциномой коры надпочечников [5]. Двусторонние поражения надпочечников, протекающие с СК, являются следствием таких заболеваний, как кортикотропин-независимая билатеральная макронодулярная гиперплазия коры надпочечников (БМГН), двустороннее первично-пигментированное заболевание коры надпочечников, изолированное микронодулярное заболевание коры надпочечников, солитарная функционирующая аде-нома в сочетании с нефункционирующей контралатеральной аденомой коры надпочечников [6–8]. Описаны единичные случаи двусторонних кортизол-продуцирующих аденом [9]. Анализ 16 стероидов плазмы крови больных БМГН методом жидкостной хромато-масс-спектрометрии выявил повышение уровней 11-дезоксикортизола, кортикостерона, 11-дезоксикортикостерона, 18-гидроксикортизола, альдостерона по сравнению с группой контроля (ГК), в то время как прогестерон, DHEA, DHEA-сульфат были снижены [10]. У больных СК с БМГН авторы получили увеличение уровней ГКС, альдостерона и 18-OHB в сыворотке крови по сравнению с пациентами с СК с САН [10].

Цель исследования: в представленной работе проведен сравнительный анализ клинической картины и лабораторных показателей, полученных методами хроматографии от пациентов с СК с одиночными и двусторонними ОКН.

Методы

Обследованы 36 пациентов, сопоставимых по возрасту и индексу массы тела (ИМТ), с кортикотропин-независимой формой СК. Больные были распределены в три группы на основании данных обследования надпочечников с помощью мультиспиральной компьютерной томографии и результатов гистологического анализа послеоперационного материала [11]. В ходе морфологического анализа тканей ОКН оценивали размер и полиморфизм клеток и ядер, наличие митозов, некрозов, инвазию в капсулу и сосуды. Злокачественный потенциал (ЗП) определялся на основании критериев световой микроскопии по шкале L.M. Weiss [12]. Диагноз аденомы КН устанавливали при наборе менее 3 баллов по шкале L.M. Weiss.

Восемь больных составили группу СК с БМГН, девять вошли в группу СК с ДАН. Группа сравнения представлена 19 больными СК с САН без ЗП по шкале L.M. Weiss. В ГК вошли 22 здоровых донора. ИМТ пациентов с СК с САН составил 27,7 (24,2–29,1) кг/м2, ИМТ больных СК с ДАН был 28,9 (25,6–31,8) кг/м2, ИМТ пациентов с СК с БМГН – 30,7 (28,4–32,4) кг/м2.

Средний возраст составил 53 (35–65) года. Диагноз СК устанавливался согласно клиническим рекомендациям Российской ассоциации эндокринологов по диагностике эндогенного гиперкортицизма [13]. Для определения уровней адренокортикотропного гормона (АКТГ) в плазме крови, кортизола в 9,00 (Ку), в 20,00 (Кв) и после подавляющего дексаметазонового теста с 1 и 2 мг, дегидроэпиандростерон-сульфата (ДГЭА-С) в сыворотке крови, свободного кортизола слюны (СКС) в 23 часа, свободного кортизола в моче (СКМ) был использован метод иммунохемилюминисцентного анализа. Иммуноферментный анализ применяли для оценки уровней 17-ОН прогестерона (17-ОНП), альдостерона и ренина в сыворотке крови. Методом ВЭЖХ исследовали экскрецию с мочой свободного кортизола (UFF), свободного кортизона (UFE), 6β-гидроксикортизола (6β-OHF), 18-гидроксикортикостерона (U18-OHB). Методом ГХ-МС определяли стероидный профиль мочи (СПМ) с использованием жидкостной экстракции [3]. Результаты СПМ получены на газовом хромато-масс-спектрометре SHIMADZU GCMS-QP2020. Статистическая обработка полученных результатов осуществлена с применением пакета программ для статистического анализа Statistic for Windows (версия 10). Основные количественные показатели представлены в виде медианы (Ме), 25-го и 75-го перцентилей (Q25–Q75). Выводы основывались на статистических различиях. Критерием статистической достоверности считалась общепринятая в медицине величина p<0,05.

Результаты исследования

У больных СК с САН период времени от появления симптомов заболевания до момента обращения и установки диагноза составил 1,14±0,7 года, в то время как у больных СК с БМГН − 4,5±0,5 года, СК с ДАН − 3,9±1,2, что указывает на более быстрое развитие клинической картины и бόльшую выраженность проявлений болезни у пациентов с односторонними аденомами. Пациенты с СК с САН чаще предъявляли жалобы на набор массы тела и ускоренный темп набора массы тела. В группе больных СК с БМГН медленное увеличение массы тела отметили 75% пациентов. У всех обследованных пациентов была отмечена артериальная гипертензия (АГ). Частота развития кризового течения АГ имела место у половины всех обследованных пациентов. Дислипидемия, нарушение углеводного обмена выявлялись во всех группах пациентов. У больных СК с САН при осмотре были представлены все основные симптомы, характерные для синдрома гиперкортицизма: центрипетальное ожирение, багровые атрофические стрии, склонность к образованию внутрикожных гематом. У больных СК с ДАН и БМГН не было стрий, реже встречалось центрипетальное ожирение. Жалобы на мышечную слабость предъявляли все обследованные лица.

У пациентов с СК всех групп получено снижение уровня АКТГ в плазме крови, увеличение уровней Кв и после подавляющего дексаметазонового теста с 1 и 2 мг в сыворотке крови, СКС и CКМ по сравнению с ГК (табл. 1).

64-1.jpg (300 KB)

У пациентов с САН и ДАН уровень Ку был увеличен, а ДЭА-С в сыворотке крови снижен по сравнению с ГК (табл. 2). У больных с БМГН получено повышение уровня 17-ОНП в сыворотке крови по сравнению с ГК и САН, а уровень ДЭА-С (р=0,015) был выше по сравнению с САН и не отличался от ГК (табл. 1). У пациентов с СК с ДАН и САН показатели, полученные методами иммуноанализа, не различались (р>0,1). Уровень альдостерона в сыворотке крови пациентов с СК во всех группах не отличался от ГК (табл. 1). Уровень ренина был снижен у больных САН, АРС повышено у пациентов с БМГН (более 35) и с САН (более 25).

65-1.jpg (169 KB)

Высокоэффективная жидкостная хроматография

У всех пациентов с СК получено увеличение ЭМ UFE, а у больных СК с САН и ДАН была также повышена ЭМ UFF по сравнению с ГК.

У пациентов с СК с САН дополнительно обнаружено увеличение ЭМ 6β-ОНF и U18-ОНВ (табл. 2). ЭМ UFF и UFE у пациентов с СК с БМГН была ниже, чем у больных СК с САН. Полученные данные свидетельствуют о повышении глюкокортикоидной функции КН в большей степени у больных СК с САН. У пациентов с СК с САН и ДАН повышено соотношение UFF/UFE и снижено соотношение 6β-ОНF/ UFF, что указывает на уменьшение активности фермента 11β-ГСДГ 2-го типа, участвующего в превращении кортизола в кортизон, и изофермента CYP 3A4 в данных группах больных СК (табл. 2).

Газовая хромато-масс-спектрометрия

Метаболомика андрогенов. У больных СК с САН и ДАН по сравнению с ГК была снижена ЭМ андрогенов: андростерона (Аn), этиохоланолона (Et), DHEA и его метаболитов (16-ОН-DHEA-1, 16-ОН-DHEA-2), андростентриола (dA3). У пациентов с БМГН была уменьшена ЭМ только 16-ОН-DHEA-1 по сравнению с ГК, а ЭМ других андрогенов была повышена по сравнению с показателями больных СК с САН (табл. 3).

66-1.jpg (514 KB)

У пациентов c СК с БМГН и ДАН получено увеличение ЭМ метаболитов андростендиона (11-OH-An, 11-OH-Et) по сравнению с ГК (табл. 3). Таким образом, наиболее низкие значения андрогенов получены у больных СК с САН по сравнению с БМГН.

Метаболомика глюкокортикоидов и минералокортикоидов. У всех пациентов с СК по сравнению с ГК выявлено повышение различных 5α- и 5β тетрагидрометаболитов кортизола (ТНF), кортизона (ТНЕ), кортикостерона (ТНВ): у больных БМГН увеличена ЭМ 5α- и 5β- ТНЕ, 5α- и 5β-ТНВ, и 5β-ТНF; у больных ДАН получено повышение ЭМ 5α- и 5β-ТНF, 5β-ТНВ; у пациентов с САН – увеличение ЭМ 5β- ТНF, ТНЕ, ТНВ. ЭМ тетрагидро-11-дезоксикортизола (ТНS) была увеличена у пациентов с СК во всех группах. Однако у больных СК с ДАН ЭМ ТНS была меньше, чем у пациентов с САН (табл. 3). У пациентов с СК с БМГН соотношение (5β-THF+5α -THF+ТНЕ)/ТНS было меньше 12, что в сочетании с увеличением ЭМ ТНS (>485 мкг/с) и определением гексагидро-11-дезоксикортизола (ННS) 189 (108–200) мкг/с могут указывать на недостаточность фермента 11β-гидроксилазы. У пациентов с САН получены 4 признака снижения активности 11β-ГСДГ 2-го типа: повышение соотношений THF)/THE, (5β-THF+5α-THF)/THE, (5β-THF+5α-THF+α-cortol+β-сortol)/(5β-THE+5α-THE+α-cortolone+β-cortolone) и ТНВ/ТНА по сравнению с ГК (табл. 4). У больных СК с ДАН получены 3 признака, а у пациентов с СК и БМГН – 1 признак уменьшения активности 11β-ГСДГ 2-го типа (увеличение соотношения ТНВ/ТНА). Полученные данные указывают на снижение активности 11β-ГСДГ 2-го типа в большей степени у пациентов с СК с САН и ДАН, свидетельствующее о замедлении превращения наиболее активного глюкокортикоидного гормона кортизола в малоактивный кортизон, что способствует поддержанию высокой глюкокортикоидной активности. ЭМ тетрагидро-11-дезоксикортикостерона (ТНDOC), 2-го по биологической активности минералокортикоида после альдостерона, была увеличена только у пациентов с БМГН по сравнению с ГК и САН (табл. 3).

Метаболомика прогестагенов. У па­циентов с СК с БМГН было получено увеличение ЭМ 17-ОН-прегнанолона (17-ОНР) более 1000 мкг/с, прегнантриола (Р3) более 900 мкг/с и 11-охо-Р3 более 200 мкг/24 ч, снижение соотношений (5β-THF+5α -THF+ТНЕ)/11-охо-Р3 (<25) и (5β-THF+5α -THF+ТНЕ)/17-ОНР (<15,0) по сравнению с ГК и САН. ЭМ метаболита 21-дезоксикортизола, тетрагидро-21-дезоксикортизола, биомаркера недостаточности 21-гидроксилазы, не определяемого у здоровых лиц, cоставила 170 (118–242) мкг/с. Полученные результаты являются признаками недостаточности фермента 21-гидроксилазы (21-ОН) у пациентов с СК с БМГН (табл. 3 и 4). У пациентов с СК с САН получены 3 признака увели-чения активности 5β –редуктазы: снижение соотношений Аn/Et, 5α-THF/5β-THF и 5α-THB/5β-THB в сравнении с ГК. У больных БМГН определены только 2 признака, а у пациентов с ДАН признаки повышения активности данного фермента не получены (табл.4). У пациентов с СК с ДАН соотношения 5α-THF/5β-THF, 5α-THB/5β-THB были увеличены в сравнении с показателями больных САН (табл. 4).

67-1.jpg (230 KB)

Обсуждение

Диагностика СК классическими методами иммунохимического анализа представляет собой сложный многоэтапный процесс. Анализ полного стероидного профиля с применением хроматографических методов диагностики позволяет выявить нарушения стероидогенеза, специфичные для определенного типа ОКН [2, 3, 14, 15].

При исследовании классическими методами у больных СК с БМГН, с ДАН и с САН нами отмечены общие признаки, характерные для СК: снижение уровня АКТГ, нарушение ритма секреции кортизола, повышенная экскреция СКМ и СКС, отсутствие подавления секреции кортизола в ходе ночного теста с ДМТ. По результатам проведенных ранее исследований другими авторами у больных СК с БМГН и СК с САН статистически значимой разницы по данным показателям не было выявлено [16]. В нашем исследовании, у больных СК с БМГН уровни 17-ОНП и ДЭА-С в сыворотке крови были выше показателей ГК и больных СК с САН.

При анализе стероидного профиля больных СК с БМГН методом жидкостной хроматографии с масс-спектрометрией ряд исследователей установили повышение уровней 11-дезоксикортизола, кортикостерона, 18-гидроксикортизола, альдостерона в сыворотке крови [10]. Уровни прогестерона и DHEA в сыворотке крови были снижены по сравнению с показателями ГК. Стероидный профиль больных СК c БМГН по уровню ГКС отличался от показателей больных СК с односторонней аденомой [10]. В нашем исследовании методом ГХ-МС также были получены различные СПМ у больных СК с БМГН, СК с ДАН и СК с САН. У пациентов с СК с БМНГН была повышена экскреция андрогенов с мочой и снижена глюкокортикоидная активность по сравнению с СК с САН, получены признаки недостаточности 21-ОН и 11β-гидроксилазы. У больных СК с САН наличие 4 признаков снижения активно-сти 11β-ГСДГ 2-го типа свидетельствует в пользу более высокой глюкокортикоидной активности. У больных этой группы были более выражены характерные признаки СК. Только у пациентов с СК с БМГН получено повышение ЭМ THDOC, 5α- и 5β-ТНВ методом ГХ-МС, что в сочетании с повышением АРП более 35 указывает на увеличение минералокортикоидной функции КН у больных БМГН. Транзиторное повышение концентрации альдостерона с последующей нормализацией значений при БМГН описано в литературе, и, вероятно, обусловлено наличием мутаций ARMC5 [17, 18].

У пациентов с СК с БМГН установлено увеличение экскреции с мочой THS более 485 мкг/сек, что предполагает наличие злокачественного потенциала у ряда больных и имеет значение при выборе тактики хирургического вмешательства, требует более динамичного и длительного контроля при данном типе заболевания.

Заключение

Методами хроматографии получены различные СПМ у больных СК с БМГН, ДАН и с САН. У больных СК с САН определена наиболее высокая глюкокортикоидная активность по данным хроматографических методов обследования, что сопровождалось выраженными клиническими проявлениями заболеваниями. Снижение активности 11β-ГСДГ 2-го типа в большей степени у пациентов с СК и САН способствует поддержанию более высокой глюкокортикоидной активности данных больных. У пациентов с СК и БМГН выявлены увеличение минералокортикоидной функции КН, наиболее высокая экскреция андрогенов с мочой по сравнению с САН, признаки недостаточности 21-ОН. Увеличение экскреции с мочой THS (более 485 мкг/с) и снижение соотношения 5β-THF+5α -THF+ТНЕ)/ТНS<12 указывает на недостаточность 11β-гидроксилазы и возможность наличия злокачественного потенциала у ряда пациентов с СК и БМГН, что подтверждено результатами гистологического исследования послеоперационного материала 3 больных (2 балла по шкале Weiss). У пациентов с СК и САН получены 3 признака увеличения активности 5β-редуктазы, у больных СК и БМГН – 2 признака, у пациентов с СК и ДАН не были получены признаки повышения активности данного фермента, что свидетельствует о наличии существенных различий в метаболомике андростендиона, тетрагидрометаболитов кортизола и кортикостерона у больных СК с односторонними и двусторонними ОКН, может быть использовано для дифференциальной диагностики.


About the Autors


Corresponding author: Lyudmila I. Velikanova, Dr. Sci. (Biol.), Professor, Head of the Research Chromatography Laboratory, North-Western State Medical University n.a. I.I. Mechnikov, St. Petersburg, Russia; velikanova46@gmail.com
Address: 41 Kirochnaya St., St. Petersburg 191015, Russian Federation


Бионика Медиа