Метаболизм и микроструктура стенки тонкой кишки у пациентов с колоректальным раком

АКТУАЛЬНОСТЬ У пациентов с колоректальным раком (КРР) нормальная тонкая кишка, расположенная вне патологического очага, претерпевает изменения, которые могут быть причиной пищеварительной дисфункции после радикальной операции по удалению опухоли.

Оценка метаболических и микроструктурных изменений в слизистой оболочке подвздошной кишки у пациентов с КРР необходима для коррекции алгоритмов послеоперационной терапии, энтерального питания. Современные средства оптического биоимиджинга потенциально способны решить эту сложную диагностическую задачу.

ЦЕЛЬ Исследовать особенности метаболизма и морфологической структуры стенки условно нормальной тонкой кишки со стороны слизистой оболочки у пациентов с КРР 1–3-й стадий методами макро-FLIM и оптической когерентной томографии (ОКТ).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ Объектом исследования являлась стенка подвздошной кишки (66 образцов) со стороны слизистой оболочки у пациентов с гистологически подтвержденным КРР 1–3-й стадий с локализацией опухоли в правых отделах ободочной кишки. 8 образцов получены у пациентов с 1-й стадией КРР, 38 образцов — у пациентов со 2-й стадией и 20 образцов — с 3-й стадией развития опухоли. Объем оперативного вмешательства — правосторонняя гемиколэктомия с тотальной мезо­колонэктомией — CME (лимфодиссекцией Д2). Свежие образцы ткани исследовали методами флуоресцентного время-разрешенного макроимиджинга (макро-FLIM) и ОКТ с последующим гистологическим анализом материала.

РЕЗУЛЬТАТЫ По данным гистологического исследования в тонкой кишке пациентов с 1-й стадией КРР слизистая оболочка покрыта нормальным однослойным призматическим каемчатым эпителием. В образцах кишки пациентов со 2-й стадией КРР наблюдалась гиперсекреция слизи с участками фиброза и полнокровием сосудов. При 3-й стадии КРР слизистая оболочка тонкой кишки была рыхлой, с локальными утолщениями, участками фиброза с выраженным лейкостазом и очагами атрофии. Ни в одном из образцов не обнаружены гистологические признаки злокачественной опухоли.

По данным ОКТ в слизистой оболочке тонкой кишки у пациентов с 1-й и 2-й стадиями КРР хорошо визуализировались контуры ворсинок и, частично, крипты. Структура ворсинок была гладкой, негрубой, а форма регулярной. У пациентов с 3-й стадией КРР контуры крипт и ворсинок были нечеткими. Различий в картине ОКТ между гистологическими препаратами при 1-й и 2-й стадиях КРР получено не было: структура ворсинок тонкой кишки была четкой, форма неизмененной. По данным FLIM выявлены статистически значимые отличия в показателях среднего времени жизни флуоресценции восстановленного никотинамиддинуклеотида (фосфата) НАД(Ф)Н (τm) между 2-й и 3-й (p=0,031), 1-й и 3-й (p=0,018) стадиями КРР. При 1-й стадии КРР τm составило 1,61 [1,30; 2,02] нс, при 2-й стадии — 1,50 [1,36; 1,73] нс, при 3-й стадии — 1,37 [1,22; 1,51] нс. Результаты FLIM предположительно свидетельствуют об увеличении роли гликолиза в энергетическом метаболизме энтероцитов вместе с увеличением стадии КРР.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ У пациентов с раком правых отделов ободочной кишки в не затронутой злокачественным поражением подвздошной кишке зафиксированы нарушения микроструктуры слизистой оболочки. При этом выраженность нарушений микроструктуры в стенке тонкой кишки связана со стадией развития опухоли в толстой кишке. Технологии биовизуализации, а именно — методы оптической когерентной томографии и флуоресцентного время-разрешенного макроимиджинга, позволили объективно отобразить нарушения микроструктуры и метаболизма в стенке подвздошной кишки. Данные оптической колоректальной томографии продемонстрировали различия в структурной картине ворсинок кишки у пациентов 1–2-й и 3-й стадий колоректального рака. Результаты флуоресцентного время-разрешенного макроимиджинга метаболического кофактора никотинамиддинуклеотида (фосфата) свидетельствовали об увеличении роли гликолиза в энергетическом метаболизме энтероцитов вместе с ростом стадии колоректального рака. Выявленные нарушения в состоянии тонкой кишки развиваются у пациентов с колоректальным раком до операции и с высокой вероятностью являются важным патогенетическим звеном мальабсорбции в послеоперационном периоде. В случае подтверждения гипотезы, разработанный алгоритм комплексной диагностики нарушений микроструктуры и метаболизма в тканях расширит возможности реабилитации пациентов с раком правых отделов толстой кишки.

1. Palmisano S, Silvestri M, Troian M, Germani P, Giudici F, de Manzini N. Ileocaecal valve syndrome after surgery in adult patients: myth or reality? Color Dis. 2017;19(8):288–295. PMID: 28622448 https://doi.org/10.1111/codi.13778

2. Hope C, Reilly J, Lund J, Andreyev H. Systematic review: the effect of right hemicolectomy for cancer on postoperative bowel function. Support Care Cancer. 2020; 28(10):4549–4559. PMID: 32430603 https://doi.org/10.1007/s00520-020-05519-5

3. Massironi S, Cavalcoli F, Rausa E, Invernizzi P, Braga M, Vecchi M. Understanding short bowel syndrome: current status and future perspectives. Dig Liver Dis. 2020;52(3):253–261. PMID: 31892505. https://doi.org/10.1016/j.dld.2019.11.013

4. Larsen HM, Borre M, Christensen P, Mohr Drewes A, Laurberg S, Krogh K, Fassov J. Clinical evaluation and treatment of chronic bowel symptoms following cancer in the colon and pelvic organs. Acta Oncol. 2019;58(5):776-781. PMID: 30698052 https://doi.org/10.1080/0284186X.2018.1562211

5. Louis M, Johnston SA, Churilov L, Ma R, Christophi C, Weinberg L. Financial burden of postoperative complications following colonic resection: A systematic review. Medicine (Baltimore). 2021;100(27):e26546. PMID: 34232193 https://doi.org/10.1097/MD.0000000000026546

6. Yde J, Larsen HM, Laurberg S, Krogh K, Moeller HB. Chronic diarrhoea following surgery for colon cancer-frequency, causes and treatment options. Int J Colorectal Dis. 2018;33(6):683–694. PMID: 29589108 https://doi.org/10.1007/s00384-018-2993-y

7. Zuvarox T, Belletieri C. Malabsorption Syndromes. 2021 Jul 30. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2022 Jan–. PMID: 31971746

8. Васильев С.В., Попов Д.Е., Семенов А.В. Ранняя послеоперационная энтеральная поддержка больных раком толстой кишки. Колопроктология. 2015;S1(51):63–63a.

9. Gracie DJ, Kane JS, Mumtaz S, Scarsbrook AF, Chowdhury FU, Ford AC. Prevalence of, and predictors of, bile acid malabsorption in outpatients with chronic diarrhea. Neurogastroenterol Motil. 2012;24(11):983–538. PMID: 22765392 https://doi.org/10.1111/j.1365-2982.2012.01953.x

10. Rao SSC, Tan G, Abdulla H, Yu S, Larion S, Leelasinjaroen P. Does colectomy predispose to small intestinal bacterial (SIBO) and fungal overgrowth (SIFO)? Clin Transl Gastroenterol. 2018;9(4):146. PMID: 29691369 https://doi.org/10.1038/s41424-018-0011-x

11. Cosnes J, Gendre JP, Le Quintrec Y. Role of the Ileocecal valve and site of intestinal resection in malabsorption after extensive small bowel resection. Digestion. 1978;18(5–6):329–336. PMID: 750260 https://doi.org/10.1159/000198220

12. Keane C, Wells C, O’Grady G, Bissett IP. Defining low anterior resection syndrome: a systematic review of the literature. Color Dis. 2017;19(8):713–722. PMID: 28612460 https://doi.org/10.1111/codi.13767

13. Koda K, Yamazaki M, Shuto K, Kosugi C, Mori M, Narushima K, et al. Etiology and management of low anterior resection syndrome based on the normal defecation mechanism. Surg Today. 2019;49(10):803–808. PMID: 30937634 https://doi.org/10.1007/s00595-019-01795-9

14. Ketelaers SHJ, van Heinsbergen M, Orsini RG, Vogelaar FJ, Konsten JLM, Nieuwenhuijzen GAP, et al. Functional Bowel Complaints and the Impact on Quality of Life After Colorectal Cancer Surgery in the Elderly. Front Oncol. 2022;12:832377. PMID: 35242714 https//doi.org/10.3389/fonc.2022.832377

15. Silviera ML, Smith BP, Powell J, Sapienza C. Epigenetic differences in normal colon mucosa of cancer patients suggest altered dietary metabolic pathways. Cancer Prev Res (Phila). 2012;5(3):374–384. PMID: 22300984 https://doi.org/10.1158/1940-6207.CAPR-11-0336

16. Toumi W, Ripalti A, Ricciardiello L, Cherif A, Gargouri D, Bouhafa A, et al. Detection of a new JCV strain of genotype A in a subpopulation of colorectal adenocarcinomas in Tunisia. New Microbiol. 2017;40(2):99–106. PMID: 28255604. PMID: 28255604

17. Coelho TR, Gaspar R, Figueiredo P, Mendonça C, Lazo PA, Almeida L. Human JC polyomavirus in normal colorectal mucosa, hyperplastic polyps, sporadic adenomas, and adenocarcinomas in Portugal. J Med Virol. 2013;85(12):2119–2127. PMID: 24009184 https://doi.org/10.1002/jmv.23705

18. Злокачественные новообразования ободочной кишки и ректосигмоидного отдела. Клинические рекомендации. 2020. URL: https://legalacts.ru/doc/klinicheskie-rekomendatsii-zlokachestvennye-novoobrazovanija-obodochnoi-kishki-i-rektosigmoidnogo-otdela/ [Дата обращения 27.04.2023]

19. Lukina MM, Shimolina LE, Kiselev NM, Zagainov VE, Komarov DV, Zagaynova EV, et al. Interrogation of tumor metabolism in tissue samples ex vivo using fluorescence lifetime imaging of NAD(P)H. Methods Appl Fluoresc. 2019;8(1):014002. PMID: 31622964 https://doi.org/10.1088/2050-6120/ab4ed8

20. Shcheslavskiy VI, Shirmanova MV, Dudenkova VV, Lukyanov KA, Gavrina AI, Shumilova AV, et al. Fluorescence time-resolved macroimaging. Opt Lett. 2018;43(13):3152–3155. PMID: 29957804 https://doi.org/10.1364/OL.43.003152

21. Gelikonov VM, Romashov VN, Shabanov DV, Ksenofontov SYu, Terpelov DA, Shilyagin PA, et al. Cross-Polarization Optical Coherence Tomography with Active Maintenance of the Circular Polarization of a Sounding Wave in a Common Path System. Radiophys Quantum Electronics. 2018;60:897–911. https://doi.org/10.1007/s11141-018-9856-9

22. Moiseev A, Ksenofontov S, Sirotkina M, Kiseleva E, Gorozhantseva M, Shakhova N, et al. Optical coherence tomography-based angiography device with real-time angiography B-scans visualization and hand-held probe for everyday clinical use. J Biophotonics. 2018;11(10):e201700292. PMID: 29737042 https://doi.org/10.1002/jbio.201700292

23. Shirmanova MV, Shcheslavskiy VI, Lukina MM, Becker W, Zagaynova EV. Exploring tumor metabolism with time-resolved fluorescence methods: from single cells to a whole tumor. In: Tuchin V, Popp J, Zakharov V. (eds). Multimodal optical diagnostics of cancer. Chapter 3. Springer; 2020. р. 133–155. https://doi.org/10.1007/978-3-030-44594-2_3

24. Rück A, Hauser C, Mosch S, Kalinina S. Spectrally resolved fluorescence lifetime imaging to investigate cell metabolism in malignant and nonmalignant oral mucosa cells. J Biomed Opt. 2014;19(9):96005. PMID: 25202900 https://doi.org/10.1117/1.JBO.19.9.096005

25. Liu Z, Pouli D, Alonzo CA, Varone A, Karaliota S, Quinn KP, et al. Mapping metabolic changes by noninvasive, multiparametric, high-resolution imaging using endogenous contrast. Sci Adv. 2018;4(3):eaap9302. PMID: 29536043 https://doi.org/10.1126/sciadv.aap9302

26. Щеславский В.И., Ширманова М.В., Ельцов A., Беккер В. Люминесцентная микроскопия на основе многопараметрического время-коррелированного счета фотонов. Успехи биологической химии. 2019;59:103–138.

27. Suarez-Ibarrola R, Braun L, Pohlmann PF, Becker W, Bergmann A, Gratzke C, et al. Metabolic Imaging of Urothelial Carcinoma by Simultaneous Autofluorescence Lifetime Imaging (FLIM) of NAD(P)H and FAD. Clin Genitourin Cancer. 2021;19(1):e31–e36. PMID: 32771335 https://doi.org/10.1016/j.clgc.2020.07.005

28. Lukina MM, Shimolina LE, Kiselev NM, Zagainov VE, Komarov DV, Zagaynova EV, et al. Interrogation of tumor metabolism in tissue samples ex vivo using fluorescence lifetime imaging of NAD(P)H. Methods Appl Fluoresc. 2019;8(1):014002. PMID: 31622964 https://doi.org/10.1088/2050-6120/ab4ed8

29. Lukina M, Yashin K, Kiseleva E, Alekseeva A, Dudenkova V, Zagaynova EV, et al. Label-Free Macroscopic Fluorescence Lifetime Imaging of Brain Tumors. Front Oncol. 2021;11:666059. PMID: 34109119 https://doi.org/10.3389/fonc.2021.666059

30. Luo T, Lu Y, Liu S, Lin D, Qu J. Phasor-FLIM as a Screening Tool for the Differential Diagnosis of Actinic Keratosis, Bowen’s Disease, and Basal Cell Carcinoma. Anal Chem. 2017;89(15):8104–8111. PMID: 28661125 https://doi.org/10.1021/acs.analchem.7b01681

31. Сивохина Т.А., Золотарева Т.Г., Кожина М.В. Опыт применения препарата Резолор у пациенток, перенесших хирургическое лечение по поводу рака сигмовидной кишки. В сб.: Новые технологии в онкологии: сборник материалов науч.-практ. конференции. Самара; 2014. с. 188–189. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_25358234_95890786.pdf [Дата обращения 27.04.2023]