Involvement of Adiponectin and Leptin in Early Stage of Colorectal Carcinogenesis

Abstract

Background: Although altered levels of adipokines such as adiponectin and leptin have been reported as potential risks of increasing the incidence of colon cancer, both epidemiological and clinical studies still support the controversy over the role of those adipokines. Therefore, we aimed to comprehensively examine the changes in the expression levels of adiponectin, adiponectin receptors, and leptin in normal-adenoma-carcinoma sequence of the colon. Methods: We enrolled 78 subjects (10 healthy controls, 29 patients with colorectal adenoma and 39 patients with colorectal cancer (CRC)) who had undergone polypectomy of adenoma or surgical resection of primary colorectal cancer. Serum adiponectin and leptin concentrations were measured by ELISA. The mRNA expression levels of two AdipoRs, AdipoR1 and AdipoR2, in each tissue sample was examined by quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR). The protein expression patterns of adiponectin, AdipoRs, and leptin were comparatively analyzed by immunohistochemical staining. Results: Serum adiponectin concentration was lower in patients with adenoma and CRC than those of controls in only male group. However, no difference of serum adiponectin concentration between patients with adenoma and CRC was observed. Serum leptin concentration showed no significant difference between each tissue group. The mRNA expression of adiponectin and leptin was not detected in any colon tissue. The mRNA expression level of AdipoRs was significantly decreased in adenoma and CRC tissues than in normal colon tissues. However, there was no difference of the AdipoRs mRNA expression level between adenoma and CRC tissues. In immunohistochemical staining, adiponectin was localized in the subepithelial thin layer of spindle-shaped cells in normal colon tissues, but not in the epithelium. However, adiponectin expression level in colorectal adenoma and CRC was shown to be increased without definite form in the mesenchyme. The expression level of AdipoRs, which was positive in normal epithelial cells in immunohistochemical staining, showed weak to negative intensity in the cancer epithelium. There was no significant difference in the protein expression pattern of leptin among those groups. Conclusion: Adiponectin and AdipoRs might be related to the early step of colorectal carcinogenesis. In the sequence of normal-adenoma-carcinoma, adiponectin in serum and colon tissue changes reciprocally to each other, and also the studies about additional protein expression levels in tissues showed that the decreased expressional change of AdipoRs in the epithelium is accompanied by the reversely increased expression of adiponectin in mesenchyme. These findings may offer a new insight to understand the relationship between adiponectin and colorectal carcinogenesis. ;연구 배경 및 목적: 최근 연구에서 아디포넥틴과 렙틴의 농도변화가 대장암 발생과 관련 있다고 보고하고 있다. 그러나 대장암에서의 아디포넥틴과 아디포넥틴 수용체 및 렙틴에 대한 상반된 역학 연구와 임상연구가 보고 되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 정상-선종-암종 연쇄과정에서 아디포넥틴, 아디포넥틴 수용체 및 렙틴이 어떻게 발현하고 역할을 하는지 알아보고자 하였다 연구 대상 및 방법: 연구 대상자는 대조군 10명, 선종 29명, 대장암 39명을 대상으로 하였다. 효소결합 면역흡수 분석법 기법을 이용하여 혈중 아디포넥틴과 렙틴 농도를 측정하였으며, 실시간 중합효소연쇄반응 정량검사로 각 조직에 대해서 아디포넥틴 수용체 1과 2의 mRNA 발현을 측정하였다. 또한 면역염색을 통해 아디포넥틴과 아디포넥틴 수용체 1과 2, 렙틴의 발현 양상을 조사하였다. 연구 결과: 선종군과 대장암군의 혈중 아디포넥틴의 농도는 대조군보다 더 낮은 값을 보였다. 그러나 선종군과 대장암군 사이의 혈중 아디포넥틴의 농도는 차이가 없었다. 실시간 중합효소연쇄반응 정량검사를 시행하였을 때, 어떤 조직에서도 아디포넥틴과 렙틴의 mRNA은 검출되지 않았다. 또한 아디포넥틴 수용체의 mRNA 발현은, 정상 대장조직과 비교하여 선종에서 감소하였다. 면역염색에서 정상 대장조직의 아디포넥틴은 방추체 모양의 상피하층에서 발현하였으며, 선종과 대장암으로 진행하면서 상피하층에서의 발현은 적어지고 중간엽에서 비특이적인 양상으로 발현이 증가하였다. 또한 아디포넥틴 수용체의 발현은 정상 대장조직에서 선종을 거쳐 대장암으로 진행하면서 점점 감소하였다. 렙틴의 경우, 대조군, 선종군, 대장암군에서 혈중 농도 및 조직에서의 발현 양상에 차이가 없었다. 결론: 혈중 아디포넥틴과 조직내 아디포넥틴은 정상-선종-대장암으로 진행하면서 서로 상반된 양상을 보였다. 또한 아디포넥틴과 아디포넥틴 수용체는 초기 대장암의 발생과정과 관련이 있을 것으로 보인다. 이는 대장암발생과 아디포넥틴의 상관관계를 이해하는데 중요한 결과로, 이와 관련한 추가연구가 필요할 것으로 보인다.