Диагностическая значимость определения нейроспецифических белков в крови у больных с менингиомами
УДК 616-006.328:616.155.392
А.С. КУРАКИНА2, Н.А. ЩЕЛЧКОВА1, И.В. МУХИНА1, В.Н. ГРИГОРЬЕВА1
1Приволжский исследовательский медицинский университет МЗ РФ, г. Нижний Новгород
2Пермский государственный медицинский университет им. акад. Е.А. Вагнера МЗ РФ, г. Пермь
Контактная информация:
Куракина Анастасия Сергеевна — ассистент кафедры неврологии и медицинской генетики
Адрес: г. Пермь, ул. Петропавловская, д. 26, тел.: +7-910-796-69-92, e-mail: nansy.trifonova@mail.ru
Цель исследования — определить диагностическую значимость изменений уровня содержания нейротрофического фактора мозга (BDNF) и глиального нейротрофического фактора (GDNF) в плазме крови у больных с менингиомами.
Материалы и методы. Были обследованы 70 пациентов с менингиомами, 62 здоровых человека. Больным с менингиомой до и через 5–6 дней после оперативного удаления опухоли (а в группе здоровых лиц однократно) проводился клинико-неврологический осмотр, определение концентраций BDNF и GDNF. Радикальность удаления менингиомы определялась интраоперационно и при контрольной нейровизуализации.
Результаты. У пациентов с менингиомами средний уровень BDNF оказался статистически значимо ниже, а GDNF выше, чем у здоровых лиц (р < 0,001). Определение уровня BDNF менее 2038,6 пг/мл, а GDNF свыше 3,1 пг/мл позволяет диагностировать характерные для менингиомы изменения с чувствительностью 88 и 84%, специфичностью 44 и 51% соответственно. У 75% пациентов с субтотальным удалением менингиомы уровень BDNF повышался на 10% и более, а у 63% пациентов с тотальным удалением менингиомы уровень GDNF снижался на 10% и более по сравнению с их дооперационными значениями.
Выводы. Нецелесообразно для диагностики менингиом определять в крови содержание BDNF и GDNF в силу низкой специфичности метода. Определение в крови пациентов уровней BDNF и GDNF до и после оперативного удаления менингиомы может использоваться как дополнительный критерий в оценке радикальности проведенной операции.
Ключевые слова: нейротрофический фактора мозга, глиальный нейротрофический фактор, менингиома.
A.S. KURAKINA2, N.A. SHCHELCHKOVA1, I.V. MUKHINA1, V.N. GRIGORYEVA1
1Privolzhsky Research Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation, Nizhny Novgorod
2Perm State Medical University named after Academician E.A. Wagner of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Perm
Diagnostics value of neurospecific proteins in patients with meningiomas
Contact details:
Kurakina A.S. — Assistant Lecturer of the Department of Neurology and Medical Genetics
Address: 26 Petropavlovskaya St., Russian Federation, Perm, 614000, tel.: +7-910-796-69-92, e-mail: nansy.trifonova@mail.ru
The purpose was to study the diagnostic value of the content of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and glial-derived neurotrophic factor (GDNF) in patients with meningiomas before and after surgery.
Material and methods. The study involved 70 patients with meningiomas and 62 healthy people. The examination of the patients included clinical and neurological examination, determination of BDNF and GDNF (R&D Systems, USA) content in blood plasma using enzyme immunoassay performed before the surgery and 5–6 days after meningioma surgery. The totality of meningioma removal was determined intraoperatively, which was then confirmed by control neuroimaging a day after the operation.
Results. BDNF level less than 2038,6 PG/ml allows diagnosing the characteristic of meningiomas changes with a sensitivity of 88% and a specificity of 44%. GDNF level more than 3.1 PG/ml allows diagnosing the meningioma-related changes in the brain with sensitivity of 84% and specificity of 51%. The plasma level of BDNF in patients after subtotal removal of meningioma on 5–6 days after surgery significantly increased, compared with the preoperative value, p = 0,01. The plasma concentration of GDNF in patients with meningiomas after radical removal of the tumor significantly decreased compared to its preoperative lever, p = 0,01. Conclusion. To summarize, our data show that none of the investigated markers is suitable to substitute histological diagnosis. However, measurement of circulating BDNF and GDNF before and after surgery may be a support to diagnose the totality of meningioma removal.
Key words: brain-derived neurotrophic factor, glial cell-derived neurotrophic factor, meningioma.
Среди всех видов опухолей головного мозга менингиомы занимают одну из лидирующих позиций, составляя около 36% от их числа [1]. Как правило, они не обладают инвазивным ростом, но могут достигать больших размеров, что приводит к нарастающему отеку головного мозга и дислокационному синдрому [2, 3]. В связи с этим актуален поиск объективных лабораторных маркеров менингиомы для ее своевременной диагностики.
Одними их таких показателей могут быть нейротрофический фактор мозга (brain-derived neurotrophic factor или BDNF — англ.) и глиальный нейротрофический фактор (glial cell-derived neurotrophic factor или GDNF — англ.). Это нейроспецифические белки, которые одни из первых реагируют на изменения при развитии патологии головного мозга [4, 5].
BDNF участвует в процессе репарации и повышает выживаемость нейронов в условиях гипоксии [6–8]. GDNF обладает антигипоксическими и нейропротекторными свойствами при повреждении мозгового вещества [9].
Доказано, что в ткани менингиом присутствуют и BDNF и GDNF [10, 11]. Однако в ранее проведенных исследованиях при анализе плазменных концентраций BDNF, GDNF у пациентов с интракраниальными опухолями ни один не доказал своей опухолевой специфичности [12, 13].
Еще одной актуальной задачей нейрохирургии является поиск маркеров субтотального удаления менингиомы, поскольку прогноз выздоровления и тактика послеоперационного ведения больных с неполным удалением опухоли иные, чем при тотальном ее удалении [14]. Оценка радикальности оперативного вмешательства проводится хирургом, как правило, субъективно. Методы нейровизуализации не позволяют определить остаточные элементы опухоли менее 1 мм в диаметре [15]. В связи с этим актуален поиск объективных лабораторных маркеров, позволяющих оценить радикальность удаления менингиомы.
Возможность диагностики тотальности удаления менингиом на основании определения в крови уровней BDNF, GDNF не изучена.
Цель исследования — определить диагностическую значимость изменений уровня содержания BDNF и GDNF в плазме крови у больных с менингиомами.
Материал и методы.
В исследовании приняло участие 132 человека от 30 до 80 лет. Основную группу составили 70 пациентов с менингиомами церебральной локализации (60 женщин и 10 мужчин, средний возраст 56,4 (8,1) лет). Группа сравнения включала 62 здоровых человека (48 женщин и 14 мужчин, средний возраст 53,8 (9,1) лет). Группы статистически значимо не различались по полу и возрасту.
Критериями включения пациентов в основную группу являлись возраст от 18 до 80 лет, добровольное согласие на участие, клинические и нейровизуализационные признаки менингиомы интрацеребальной локализации.
Критериями исключения служили: снижение уровня сознания, наличие в анамнезе аутоиммунных заболеваний, тяжелых соматических заболеваний, онкопатологии внецеребральной локализации, перенесенного инсульта и/или инфаркта миокарда за последние 3 месяца, выраженные психические и речевые нарушения, затрудняющие понимание инструкций и вопросов.
Диагностика менингиомы проводилась на основании жалоб больного, данных анамнеза заболевания, результатов клинико-неврологического осмотра, заключения нейровизуализационного обследования. После оперативного удаления опухоли диагноз подтверждался гистологически.
Исследование выполнено в соответствии с Хельсинкской декларацией и одобрено этическим комитетом ФГБОУ ВО ПИМУ МЗ РФ. От каждого пациента получено информированное согласие.
Пациентам с менингиомой до оперативного лечения и лицам из группы сравнения проводились общеклинический и неврологический осмотры по стандартной методике, определение в плазме крови концентраций BDNF и GDNF (R & D systems, США) методом иммуноферментного анализа.
На пятый-шестой день после хирургического удаления опухоли пациентам основной группы вновь проводился клинико-неврологический осмотр, а также исследование в плазме крови уровней BDNF и GDNF.
Степень радикальности удаления менингиомы определялась интраоперационно, что затем подтверждалось по данным контрольной нейровизуализации через сутки после операции. В дальнейшем компьютерная томография или магнитно-резонансная томография головного мозга выполнялись по показаниям в разные сроки.
Статистический анализ был выполнен с помощью программ STATISTICA 7.0 и SPSS 17.0. Для количественных данных, имеющих нормальное распределение, рассчитывалось среднее арифметическое и стандартное отклонение M (SD). Для количественных данных, не имеющих нормального распределения, рассчитывалась медиана, первый и третий квартили (Me [Q1; Q3]) Оценка значимости различий количественных данных, не подчиняющихся закону нормального распределения, проводилась с использованием критерия Манна — Уитни для несвязанных групп (с поправкой Бонферрони), непараметрического критерия Вилкоксона для сопоставления двух зависимых групп. Взаимосвязь параметров оценивалась методом ранговой корреляции Спирмена. Различия показателей между группами считались статистически значимыми при р < 0,05. ROC — анализ с построением ROC-кривой и оценки площади под кривой ROC AUC применялся для поиска диагностически значимых уровней исследуемых факторов.
Результаты
Средний уровень BDNF у больных с менингиомами (728,0 [45,0; 1423,2] пг/мл) оказался статистически значимо ниже, чем в группе здоровых лиц (1489,3 [611,2; 2154,3] пг/мл), р < 0,001.
У больных с менингиомами концентрация GDNF (5,9 [3,5; 15,1] пг/мл) до оперативного лечения была статистически значимо выше, чем у здоровых людей (2,8 [0,1; 10,1] пг/мл), р < 0,001.
Определена положительная корреляционная связь между уровнем GDNF и объемом менингиомы (r = 0,25, р = 0,04).
С помощью ROC-анализа выявлено, что содержание BDNF менее 2038,6 пг/мл позволяет диагностировать характерные для менингиомы изменения с чувствительностью 88% и специфичностью 44% (AUC — 0,68; 95% ДИ 0,58–0,78; р = 0,001). Определение уровня GDNF свыше 3,1 пг/мл позволяет диагностировать возникающее при менингиоме изменения с чувствительностью 84% и специфичностью 51% (AUC — 0,65; 95% ДИ 0,55–0,76; р = 0,005).
У 52 (74%) из 70 прооперированных больных с менингиомами опухоль была удалена тотально, у 18 из 70 больных (26%) — субтотально, то есть интраоперационно и/или при контрольной нейровизуализации выявлялось наличие небольших фрагментов опухоли. В 10 случаях из 18 (55%) субтотальное удаление менингиомы было связано с прорастанием опухолью магистральных сосудов и синусов, у 5 больных из 18 (28%) был выявлен обширный менингиоматоз, у 2 из 18 (11%) — деструкция и инфильтрация костей черепа, у 1 из 18 (6%) — прирастание опухоли к оболочке черепных нервов.
Субтотальное удаление опухоли было выявлено чаще у больных с менингиомой большого размера (4 см и более в диаметре) — у 13 из 33 (39%) прооперированных пациентов, чем малого (менее 4 см в диаметре): у 5 из 37 (14%), р = 0,02.
Средний уровень BDNF в крови пациентов после субтотального удаления менингиомы на 5–6 сутки после операции статистически значимо повысился, по сравнению с дооперационным значением, р = 0,01. При этом у пациентов с тотально удаленной менингиомой средние уровни BDNF до и через 5–6 дней после операции статистически значимо не различались (рис. 1).
Рисунок 1. Концентрация BDNF (пг/мл) до и через 5–6 дней после субтотального (А) и тотального (Б) удаления менингиомы, критерий Вилкоксона
Figure 1. Concentration of BDNF (pg/ml) before and 5–6 days after subtotal (А) and total (Б) removal of meningioma, Wilcoxon test
Для 75% пациентов с субтотальным удалением менингиомы было характерно повышение плазменного уровня BDNF на 10% и более по сравнению с его дооперационными значением
Средняя концентрация GDNF в крови пациентов с менингиомами после радикального удаления опухоли статистически значимо уменьшилась, по сравнению с ее дооперационным значением, р = 0,01. При этом у пациентов с субтотально удаленным новообразованием средние уровни GDNF до и через 5–6 дней после операции статистически значимо не различались (рис. 2).
Рисунок 2. Концентрация GDNF (пг/мл) до и через 5–6 дней после субтотального (А) и тотального (Б) удаления менингиомы, критерий Вилкоксона
Figure 2. Concentration of GDNF (pg/ml) before and 5–6 days after subtotal (А) and total (Б) removal of meningioma, Wilcoxon test
Для 63% пациентов с тотальным удалением менингиомы было характерно снижение уровня GDNF на 10% и более в раннем послеоперационном периоде.
Обсуждение
В проведенном нами исследовании выявлено, что средний уровень BDNF в группе больных с менингиомами оказался статистически значимо ниже, чем в группе здоровых лиц. Известно, что BDNF участвует в процессах репарации, нейропротекции при повреждении мозговой ткани [4]. Возможно, при длительном течении опухолевого процесса происходит истощение запасов данного нейротрофина и уменьшение его концентрации в крови.
Что касается GDNF, то его уровень у пациентов с менингиомами до оперативного лечения оказался статистически значимо выше, чем у здоровых лиц. Обнаружена положительная корреляция между концентрацией GDNF и объемом менингиомы.
Это может быть связано с активацией защитных механизмов. Повышение синтеза GDNF с последующей пролиферацией глиальных элементов необходимо для ограничения опухоли от нормальной мозговой ткани, формирования нейроглиального рубца. Кроме этого, GDNF ингибирует апоптоз и увеличивает выживаемость нейронов в неблагоприятных условиях [16].
В нашей работе получены данные о том, что определение уровня BDNF менее 2038,6 пг/мл и уровня GDNF более 3,1 пг/мл позволяет диагностировать возникающие изменения при менингиоме с чувствительностью 88 и 84%, специфичностью 44 и 51% соответственно. Полученные модели характеризуются высокой чувствительностью, но низкоспецифичны, что может приводить к гипердиагностике опухоли.
Полученные результаты согласуются с выводами, сделанными в работе Ilhan-Mutlu A. с соавторами (2013) [13]. В данном исследовании проводилось изучение плазменных концентраций GDNF, BDNF, плацентарного фактора роста, кальций-связывающего белка S100B, глиального фибриллярного кислого протеина у пациентов с различными гистологическими типами глиом и менингиом, и не было выявлено диагностической значимости ни одного из изучаемых нейроспецифических белков.
Субтотальное удаление менингиомы было выполнено статистически значимо чаще у пациентов с менингиомой большого размера (диаметр 4 см и более). Это связано с тем, что чем больше опухоль, тем выше вероятность вовлечения в новообразование сосудистых структур мозга, черепных нервов, а также развития перитуморального отека мозга. Эти факторы препятствует радикальному удалению менингиомы [3].
Субтотальное удаление менингиомы ассоциировано с повышением плазменного уровня BDNF по сравнению с его дооперационным значением, однако не приводит к статистически значимому изменению уровня GDNF.
Повышение уровня BDNF у пациентов с неполным удалением менингиомы указывает на то, при интраоперационное повреждение мозгового вещества стимулирует синтез молекул данного нейротрофина для нейропротекции и репарации нервной ткани [17].
У пациентов с субтотально удаленной опухолью не происходит снижения уровня GDNF, несмотря на превышение им нормативных значений на дооперационном этапе. Это указывает на то, что при наличии остаточных опухолевых клеток продолжается активный синтез данного фактора и наблюдается пролиферация глиальных элементов, что, возможно, способствует отграничению менингиомы от нормальной мозговой ткани [18].
Выводы
Определение в крови пациентов уровней BDNF и GDNF до и после оперативного удаления менингиомы может быть использовано для оценки степени радикальности проведенной операции. Определять в крови содержание BDNF и GDNF в целях диагностики менингиом нецелесообразно в силу низкой специфичности метода.
Куракина А.С.
https://orcid.org/0000-0001-6058-9476
Щелчкова Н.А.
https://orcid.org/0000-0001-6398-4746
Григорьева В.Н.
https://orcid.org/0000-0002-6256-3429
ЛИТЕРАТУРА
- Крылов В.В. Лекции по нейрохирургии. — М.: КМК, 2008. — 280 с.
- Yamamoto, Takahashi M., Idei M. et al. Clinical features and surgical management of intracranial meningiomas in the elderly // Oncol Lett. — 2017. — Vol. 14 (1). — Р. 909–917.
- Тиглиев Г.С. Внутричерепные менингиомы / Г.С. Тиглиев, В.Е. Олюшин, А.Н. Кондратьев. — СПб.: Изд-во РНХИ им. проф. А.Л. Поленова, 2001. — 560с.
- Ведунова М.В., Терентьева К.А., Щелчкова Н.А. Диагностическое значение определения концентрации нейротрофических факторов и нейронспецифической енолазы в крови новорожденных с нарушениями ЦНС // СТМ. — 2015. — Т. 7, № 2. — С. 25–32.
- Воробьева Е.Н., Шумахер Г.И., Серикова И.Ю. Лабораторные маркеры отдаленных последствий перинатального поражения ЦНС у подростков // Journal of Siberian Medical Sciences. — 2013. — № 2. — С. 1–6.
- Астраханова Т.А., Уразов М.Д., Усенко А.В. BDNF-опосредованная регуляция функционального состояния митохондрий клеток головного мозга в условиях гипоксии // СТМ. — 2018. — Т. 10, № 3. — С. 88–94.
- Rahman M., Luo H., SimsR. et al. Investigation of Mature BDNF and proBDNF Signaling in a Rat Photothrombotic Ischemic Model // Neurochemical Reserch. — 2018. — Vol. 43 (3). — Р. 637–649.
- Fantacci C., Capozzi D., Ferrara P., Chiaretti A. Neuroprotective Role of Nerve Growth Factor in Hypoxic-Ischemic Brain Injury // Brain Sciences. — 2013. — Vol. 3 (3). — P. 1013–1022.
- Щелчкова Н.А., Митрошина Е.В., Мухина И.В. Адаптационная роль глиального нейротрофического фактора при ишемии головного мозга// Современные технологии в медицине. — 2017. — Т. 9, № 1. — С. 68–77.
- Artico, Bronzetti E., Pompili E. et al. Immunohistochemical profile of neurotrophins in human cranial dura mater and meningiomas // Oncology Reports. — 2009. — Vol. 21 (6). — P. 1373–1380.
- HiltonA., Shivane A., Kirk L. et al. Activation of multiple growth factor signalling pathways is frequent in meningiomas // Neuropathology. — 2016. — Vol. 36 (3). — P. 250–261.
- Perry A., LusisA., Gutmann D.H. Meningothelial hyperplasia: a detailed clinicopathologic, immunohistochemical and genetic study of 11 cases // Brain Pathol. — 2005. — Vol. 15 (2). — P. 109–115.
- Ilhan-Mutlu, Wagner L., Widhalm G. et al.Exploratory investigation of eight circulating plasma markers in brain tumor patients // Neurosurgical review.— 2013. — Vol. 36 (1). — P. 45–55.
- Ildan F., Erman T., Göçer A.I. et al. Predicting the probability of meningioma recurrence in the preoperative and early postoperative period: a multivariate analysis in the midterm follow-up // Skull Base. — 2007. — Vol. 17 (3). — P. 157–171.
- Коновалов А.Н., Козлов А.В., Черекаев В.А. и др. Проблема менингиом: анализ 80-летнего материала института нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко и перспективы // Вопросы нейрохирургии. — 2013. — Т. 77, № 1. — С. 12–23.
- Airaksinen, M.S., Saarma The GDNF family: signalling, biological functions and therapeutic value // Nat Rev Neurosci. — 2002. — Vol. 3 (5). — P. 383–394.
- Рославцева В.В., Салмина А.Б., Прокопенко С.В. Возможности применения нейротрофического фактора головного мозга в качестве маркера эффективности терапии при дегенеративном, травматическом и ишемическом поражении головного мозга // Неврологический журнал. — 2015. — Т. 20, № 2. — С. 38–46.
- Куракина А.С., Григорьева В.Н., Мухина И.В. Прогностическое значение нейротрофических факторов и нейронспецифической енолазы у пациентов с внемозговыми опухолями головного мозга // СТМ. — 2014. — Т. 6, № 3. — С. 6–13.
REFERENCES
- Krylov V.V. Lektsii po neyrokhirurgii [Lectures on neurosurgery]. Moscow: KMK, 2008. 280 p.
- Yamamoto J., Takahashi M., Idei M. et al. Clinical features and surgical management of intracranial meningiomas in the elderly. Oncol Lett, 2017, vol. 14 (1), rr. 909–917.
- Tigliev G.S., Olyushin V.E., Kondrat’ev A.N. Vnutricherepnye meningiomy [Intracranial meningiomas]. Saint Petersburg: Izd-vo RNKhI im. prof. A.L. Polenova, 2001. 560 p.
- Vedunova M.V., Terent’eva K.A., Shchelchkova N.A. Diagnostic value of determining the concentration of neurotrophic factors and neuron-specific enolase in the blood of newborns with CNS disorders. STM, 2015, vol. 7, no. 2, pp. 25–32 (in Russ.).
- Vorob’eva E.N., Shumakher G.I., Serikova I.Yu. Laboratory markers of long-term consequences of perinatal CNS damage in adolescents. Journal of Siberian Medical Sciences, 2013, no. 2, pp. 1–6 (in Russ.).
- Astrakhanova T.A., Urazov M.D., Usenko A.V. BDNF-mediated regulation of the functional state of the mitochondria of brain cells under conditions of hypoxia. STM, 2018, vol. 10, no. 3, pp. 88–94 (in Russ.).
- Rahman M., Luo H., Sims N.R. et al. Investigation of Mature BDNF and proBDNF Signaling in a Rat Photothrombotic Ischemic Model. Neurochemical Reserch, 2018, vol. 43 (3), rr. 637–649.
- Fantacci C., Capozzi D., Ferrara P., Chiaretti A. Neuroprotective Role of Nerve Growth Factor in Hypoxic-Ischemic Brain Injury. Brain Sciences, 2013, vol. 3 (3), pp. 1013–1022.
- Shchelchkova N.A., Mitroshina E.V., Mukhina I.V. The adaptive role of the glial neurotrophic factor in cerebral ischemia. Sovremennye tekhnologii v meditsine, 2017, vol. 9, no. 1, pp. 68–77 (in Russ.).
- Artico M., Bronzetti E., Pompili E. et al. Immunohistochemical profile of neurotrophins in human cranial dura mater and meningiomas. Oncology Reports, 2009, vol. 21 (6), pp. 1373–1380.
- Hilton D.A., Shivane A., Kirk L. et al. Activation of multiple growth factor signalling pathways is frequent in meningiomas. Neuropathology, 2016, vol. 36 (3), pp. 250–261.
- Perry A., Lusis E.A., Gutmann D.H. Meningothelial hyperplasia: a detailed clinicopathologic, immunohistochemical and genetic study of 11 cases. Brain Pathol, 2005, vol. 15 (2), pp. 109–115.
- Ilhan-Mutlu A., Wagner L., Widhalm G. et al. Exploratory investigation of eight circulating plasma markers in brain tumor patients. Neurosurgical review, 2013, vol. 36 (1), pp. 45–55.
- Ildan F., Erman T., Göçer A.I. et al. Predicting the probability of meningioma recurrence in the preoperative and early postoperative period: a multivariate analysis in the midterm follow-up. Skull Base, 2007, vol. 17 (3), pp. 157–171.
- Konovalov A.N., Kozlov A.V., Cherekaev V.A. et al. The problem of meningiomas: analysis of 80-year-old material from the Institute of Neurosurgery. N.N. Burdenko and prospects. Voprosy neyrokhirurgii, 2013, vol. 77, no. 1, pp. 12–23 (in Russ.).
- Airaksinen, M.S., Saarma M. The GDNF family: signalling, biological functions and therapeutic value. Nat Rev Neurosci, 2002, vol. 3 (5), pp. 383–394.
- Roslavtseva V.V., Salmina A.B., Prokopenko S.V. Possibilities of using the neurotrophic factor of the brain as a marker of the effectiveness of therapy in degenerative, traumatic and ischemic brain damage. Nevrologicheskiy zhurnal, 2015, vol. 20, no. 2, pp. 38–46 (in Russ.).
- Kurakina A.S., Grigor’eva V.N., Mukhina I.V. Prognostic value of neurotrophic factors and neuron-specific enolase in patients with extracerebral brain tumors. STM, 2014, vol. 6, no. 3, pp. 6–13 (in Russ.).