Ekspozycja chemiczna zaburzająca funkcjonowanie układu hormonalnego i rak jąder (DISRUPT)

Cele i tło Hipoteza: Główną hipotezą jest to, że rak jądra ma pochodzenie płodowe i że narażenie na substancje chemiczne zaburzające funkcjonowanie układu hormonalnego (EDC) odgrywa kluczową rolę w programowaniu tej choroby poprzez zakłócenie naturalnej równowagi estrogenowo-androgenowej in utero oraz rozregulowanie epigenetyczna kontrola ekspresji genów w krytycznym oknie czasowym maskulinizacji różnicowania jąder u rozwijającego się płodu płci męskiej od 8-14 tygodnia ciąży. Nie będzie (nowej) interwencji medycznej, nowego pobrania materiału biologicznego ani innego obciążenia matek lub synów, którzy już dostarczyli materiał biologiczny.

Cele: Ogólnym celem niniejszego wniosku jest dostarczenie unikalnych dowodów na związek narażenia na EDC w okresie prenatalnym z ryzykiem zachorowania na raka jąder u męskiego potomstwa. Projekt skoncentruje się na narażeniach zachodzących w życiu płodowym, określanych bezpośrednio ilościowo za pomocą próbek surowicy i płynu owodniowego pobranych od matek, gdy były one w ciąży z młodymi mężczyznami w wieku od 21 do 40 lat. Dodatkowo badacze wykorzystają wysuszone plamy krwi z pięt pobrane od nowonarodzonych synów w ciągu 5 dni po urodzeniu. Tylko dziesięć badań dotyczyło środowiskowych czynników ryzyka i raka jąder. Były to małe i dotyczyły ciągłej ekspozycji dorosłych na EDC (często po postawieniu diagnozy); nie odzwierciedla poziomów narażenia w krytycznym oknie czasowym we wczesnym okresie życia. Projekt ten skupi się na narażeniach zachodzących w życiu płodowym i niniejszym po raz pierwszy zajmie się hipotezą zaburzeń endokrynologicznych w odniesieniu do raka jądra w dużym badaniu epidemiologicznym. Konkretne cele to zbadanie ryzyka raka jądra w następstwie narażenia in utero na EDC, w tym DDE (1,1-bis-(4-chlorofenylo)-2,2-dichloroeten) (główny metabolit DDT), perfluorowane substancje alkilowe, ftalany, triklosan i kotynina (metabolit nikotyny). Związki te są wybierane ze względu na wszechobecność w środowisku, wykrywanie u ludzi z dowodami przenoszenia przez łożysko oraz ich właściwości zaburzające gospodarkę hormonalną. Zatem pomyślne zakończenie tego badania będzie miało istotny wpływ na dowody epidemiologiczne dotyczące zdrowia reprodukcyjnego mężczyzn.

Wstęp: Rak jądra, choć rzadko występujący w populacji ogólnej, jest najczęstszym nowotworem złośliwym u mężczyzn w wieku 20-40 lat na całym świecie, stanowiąc około 60% wszystkich nowotworów diagnozowanych u mężczyzn w tej grupie wiekowej. Częstość występowania tego raka wzrosła kilkukrotnie we wszystkich krajach uprzemysłowionych w XX wieku. Przyczyny tego trendu pozostają w dużej mierze nieznane i nie można ich wyjaśnić ustalonymi czynnikami ryzyka, takimi jak wnętrostwo, pochodzenie kaukaskie lub osobista/rodzinna historia raka. Pewną rolę może odgrywać środowiskowe narażenie na substancje chemiczne zaburzające naturalną równowagę hormonalną wewnątrzmaciczną w krytycznym okresie różnicowania się jąder u rozwijającego się płodu męskiego, co potwierdza ewolucja wskaźników incydentów między populacjami migrantów w pierwszym i drugim pokoleniu. Ponadto przemawiają za tym duże różnice geograficzne w częstości występowania w różnych krajach europejskich oraz możliwy wzrost narażenia środowiska na ksenobiotyki działające na układ hormonalny w tym samym okresie w krajach uprzemysłowionych. Biorąc pod uwagę szczytową częstość występowania tego nowotworu u młodych mężczyzn oraz fakt, że wykazano, że rak jąder (zarówno nasieniaki, jak i inne niż nasieniaki) rozwija się poprzez wspólny prekursor – komórki raka in situ pochodzenia płodowego; postawiono również hipotezę dotyczącą roli wczesnych ekspozycji podczas krytycznych okien czasowych różnicowania jąder. Wpisuje się to w hipotezę zwaną zespołem dysgenezji jąder, sugerującą wspólne podłoże zaburzeń rozrodu męskiego w życiu płodowym, wynikające z zaburzonego programowania rozwoju męskich narządów rozrodczych w wyniku zaburzeń endokrynologicznych wywołanych przez związki egzogenne.

Wyzwania i przeszkody Rzadkość występowania raka jądra w populacji, długi odstęp czasowy między przypuszczalnym okresem wrażliwości podczas rozwoju płodu a pojawieniem się obrazu klinicznego oraz dotychczasowy brak odpowiednich modeli zwierzęcych raka jądra utrudniają zrozumienie czynników zaangażowanych w rozwój tego raka. Dlatego istnieje potrzeba badań z wiarygodnymi danymi opartymi na ocenie narażenia wyrażonej ilościowo w biologicznych próbkach prenatalnych, które są uważane za złoty standard oceny narażenia. Istnieje wyraźna luka w wiedzy na temat dowodów potwierdzających lub odrzucających rolę EDC w płodowym pochodzeniu raka jądra. W oparciu o kwantyfikację narażenia na EDC w próbkach biologicznych pobranych podczas ciąży i ustalenie wyników w wysokiej jakości, kompletnych ogólnokrajowych rejestrach duńskich, badanie to dostarczy bezprecedensowych danych na temat ryzyka raka jąder po prenatalnej ekspozycji na EDC.

Unikalny biobank (już założony). Wszystkim Duńkom oferuje się bezpłatne badanie przesiewowe w kierunku chorób wrodzonych i defektów chromosomalnych u potomstwa w pierwszym trymestrze ciąży, składające się z USG i próbki płynu owodniowego/krwi. Próbki od 128 702 przebadanych ciężarnych były przechowywane do celów badawczych w Duńskim Narodowym Biobanku w latach 1976-2004. W ciągu 7 dni od urodzenia wszystkie żywe dzieci urodzone przez te kobiety miały pobieraną krew z pięt i przechowywaną jako wysuszone plamki krwi w tym samym duńskim biobanku narodowym. To pobieranie krwi z pięty jest częścią krajowych duńskich badań przesiewowych w kierunku chorób wrodzonych.

Unikalna infrastruktura duńskich rejestrów. W Danii informacje o narodzinach, zgonach, imigracji i emigracji, zachorowalności, edukacji i warunkach socjalnych są gromadzone w ogólnokrajowych rejestrach od kilkudziesięciu lat i dostępne są wysokiej jakości dane obejmujące całą populację, co daje ogromne możliwości dla ogólnokrajowych epidemiologicznych badania skutków zdrowotnych związanych z narażeniem środowiskowym i stylem życia, które nie są wykonalne w większości innych krajów. W każdym rejestrze każda osoba jest identyfikowana za pomocą unikalnego numeru, zwanego numerem CPR. Numer ten nadawany jest wszystkim mieszkańcom Danii od czasu ustanowienia duńskiego systemu ewidencji ludności (CRS) w 1968 r. i umożliwia dokładne powiązanie między rejestrami. Korzystając z tej infrastruktury, badacze mogą zidentyfikować: (i) uczestników badania, łącząc matki, które dostarczyły krew i płyn owodniowy, z ich żywo urodzonymi synami, którzy dostarczyli krew piętową przy urodzeniu. Korzystając z numeru CPR matki, który jest powiązany z jej próbkami w duńskim Narodowym Biobanku w Staten Serum Institute, badacze mogą prześledzić numer CPR jej syna w Duńskim Medycznym Rejestrze Urodzenia (MBR). MBR zawiera informacje na temat wszystkich żywych i martwych urodzeń w Danii od 1973 r., a także informacje na temat wad wrodzonych, w tym wnętrostwa żywo urodzonych synów. Ponadto MBR zawiera informacje o wadze, wzroście, wieku i pochodzeniu etnicznym matki, a także wieku, pochodzeniu etnicznym i numerze CPR ojca. (ii) Wszyscy synowie, u których rozwinął się rak w późniejszym życiu, z dokładnością i pełnym pokryciem. Korzystając z Duńskiego Rejestru Nowotworów (DCR), który jest populacyjnym rejestrem zawierającym dane dotyczące zachorowań na wszystkie nowotwory od 1943 roku, znanym z dokładności i pełnego pokrycia, badacze zidentyfikują wszystkie przypadki raka jądra wśród żywo urodzonych synów ( od 22 do 45 lat). (iii) Historia rodzinna raka jąder z dokładnością i pełnym pokryciem. Korzystając z DCR i numeru CPR ojca, badacze prześledzą rodzinną historię chorób jąder, znanego czynnika ryzyka raka jąder u potomstwa [72]. Wszystkie inne nowotwory zostaną potwierdzone w ramach kontroli przypadku. Uwzględnione kontrole są wolne od wszystkich nowotworów, a przypadki z innym rakiem przed wystąpieniem raka jąder zostaną wykluczone.

Oczekiwany wpływ niniejszego wniosku na naukę i zdrowie publiczne. Ogólny wkład naukowy proponowanego projektu polega na dostarczeniu naukowcom danych dotyczących ludzi, umożliwiając im potwierdzenie lub obalenie tego, czy narażenie płodu na EDC wiąże się ze zwiększonym ryzykiem raka jąder u potomstwa. Obecnie kobiety w ciąży (i inne osoby) niewiele mogą zrobić, aby uniknąć narażenia na EDC, które najczęściej są „niewidocznymi” zanieczyszczeniami w żywności, kosmetykach, klimacie w pomieszczeniach, powietrzu i wodzie. Jeśli badanie obali skojarzenia, może to złagodzić obawy, a jeśli powiązanie zostanie potwierdzone, dowody mogą pomóc rządom i agencjom ochrony środowiska we wprowadzaniu nowych zasad, które mogą chronić wrażliwe populacje w środowisku domowym, szkołach i miejscach pracy lub wdrażać programy edukacyjne dla kobiet w ciąży, tak aby mogły one mogą podjąć rozsądne środki w celu zmniejszenia ich narażenia.

Metody W ramach projektu wykorzystane zostaną próbki matek (surowica, płyn owodniowy) i noworodków (wysuszona krew z pięt) przechowywanych w Duńskim Narodowym Biobanku (por. biobank). Projekt (zagnieżdżona kontrola wielkości liter).

Do każdego przypadku dopasowywane są trzy kontrole. Kontrole są wolne od jakiegokolwiek raka i dopasowane pod względem wieku matki i ojca, miesiąca kalendarzowego pobrania próbki krwi, pochodzenia etnicznego i wieku oraz adresu w momencie rozpoznania raka. Te informacje wraz z wywiadem rodzinnym w kierunku raka jądra, wywiadem w kierunku raka w populacji kontrolnej oraz innymi określonymi a priori potencjalnymi zmiennymi zakłócającymi zostaną uzyskane z ogólnokrajowych rejestrów Ocena narażenia (ekspozycja płodu na EDC). Dwóch podwykonawców przeprowadzi wszystkie analizy chemiczne stężeń matecznych wybranych EDC w biopróbkach.

Profilowanie metaboliczne. Grupa Badawcza Metabolomiki w Duńskim Centrum Badań Przesiewowych Noworodków w Statens Serum Institut przeprowadzi analizę wysuszonego metabolomu plamki krwi. Do ekstrakcji zostanie użyty stempel o średnicy 3,2 mm z wyschniętej plamki krwi noworodka każdego dziecka. Korzystając z analitycznych i obliczeniowych przepływów pracy, wprowadzonych wcześniej i stosowanych przez grupę, zmierzony zostanie szeroki zakres kilku tysięcy endogennych i egzogennych metabolitów. Dane zostaną wstępnie przetworzone, a cechy widm masowych zostaną opatrzone adnotacjami do struktur chemicznych przy użyciu obliczeniowych przepływów pracy metabolomicznej zapewnianych przez platformę społecznościową Global Natural Products Social Molecular Networking (GNPS). Uzyskane profile metabolitów zostaną wykorzystane do analizy statystycznej w celu zidentyfikowania metabolitów, które są różnie wyrażane w różnych przypadkach i kontrolach przy użyciu różnych wewnętrznych algorytmów w R i Pythonie. Ustalenie wyniku (rak jąder). Korzystając z numeru CPR, śledczy połączą synów z DCR, aby uzyskać dane dotyczące pierwszego wystąpienia raka jądra. Kontrole są wolne od raka i wnętrostwa. Przypadki zdiagnozowane z jakimkolwiek rakiem przed rakiem jąder zostaną wykluczone. Czas trwania projektu wynosi 60 miesięcy.

Analiza statystyczna Populacja. Badacze spodziewają się 175 przypadków raka jąder (zarówno nasieniaków, jak i innych niż nasieniaki, ponieważ mają one wspólnego prekursora płodu) w tej populacji synów. Każdy przypadek zostanie dopasowany do trzech kontroli, co daje całkowitą populację 700 mężczyzn.

Analizy statystyczne. Modele regresji logistycznej zostaną wykorzystane do oszacowania ryzyka i 95% przedziałów ufności (CI) odnoszących stężenia związków do ryzyka raka jąder. Analizy zostaną przeprowadzone dla poszczególnych związków, w stosownych przypadkach grup związków (ogółem PFAS i ogółem ftalanów) oraz mieszanin związków. Dane będą analizowane z korektami i bez korekt dla określonych a priori potencjalnie zakłócających zmiennych, w tym BMI matki w momencie narodzin syna, historii raka jąder i poziomów kotyniny w surowicy (marker palenia) dostosowanych do tygodnia pobierania próbek ciąży.

profilowanie metaboliczne. Ogólna zmienność metabolomu związana z rakiem jąder zostanie oceniona przy użyciu wielowymiarowych metod statystycznych, takich jak analizy głównych współrzędnych i permutacyjne wielowymiarowe analizy wariancji (PERMANOVA).