Subclinical myopathy and colorectal cancer: identification and role of new muscle damage and regeneration biomarkers

Background Skeletal muscle is the major reservoir of body proteins and it can be affected in conditions associated to altered protein turnover and metabolism such as cancer. Although severe wasting is seen primarily in patients with advanced malignancy, some of them present degree of wasting at the onset of disease. Autophagy has been recently described to play a relevant role in muscle wasting. Materials and Methods We performed morphometric studies and immunohistochemical analyses on intraoperative rectus abdominis muscle biopsies from 50 consecutive weight stable colorectal patients and 25 weight-stable patients operated for non-inflammatory benign diseases with no clinical signs of myopathies. Biochemical and molecular analyses have been performed in order to evaluate protein profile, the presence of autophagy induction and their correlation with clinical outcome. Results In cancer patients, we observed a subclinical myopathy characterized by an abnormal distribution of myonuclei relocated from the periphery inside the myofiber. The percentage of myofibers with abnormally located myonuclei was significantly higher in patients compared to controls. Analyses on serum samples showed that, in the absence of systemic inflammation, in the prevalence of cancer patients the levels of albumin and prealbumin were below the normal range and the mean value was significantly lower compared to that detected in controls. Molecular analyses showed an accumulation of p62, a typical marker of autophagy induction, significantly higher in cancer patients compared to controls. We found an inverse correlation between the number of abnormally nucleated myofibers and the presence of lymph node metastasis. Cancer relapse was correlated with low serum levels of prealbumin and high levels of p62 in myofibers of cancer patients. Conclusions Colorectal cancer patients have a subclinical myopathy characterized by myofibers with internally located myonuclei. In the absence of inflammation, cancer patients show low levels of prealbumin and albumin as markers of altered protein turnover and persistent high levels of p62 in myofibers as expression of autophagy induction with an impairment in physiological autophagic flux. Up to now our data indicate that skeletal muscle fibers show nuclear abnormalities that seems to be associated to a better prognosis, while the presence of an altered protein turnover at an early stage of disease, with an impairment in the physiological autophagic flux, that could be predictive of cancer relapse and onset of cancer cachexia.

Introduzione Il muscolo scheletrico rappresenta la principale riserva proteica del corpo e può essere compromesso in varie affezioni metaboliche e di alterato turnover proteico, quale il cancro. Benchè una severa perdita di massa sia generalmente presente in quadri neoplastici avanzati, in alcuni casi può essere già evidente in una fase di malattia iniziale. L’autofagia è stata recentemente descritta come uno dei possibili fattori responsabili del processo catabolico. Materiali e Metodi 50 pazienti sottoposti ad intervento chirurgico per neoplasia colorettale e 25 pazienti operati per patologia benigna non infiammatoria, in assenza di segni clinici di miopatia, sono stati sottoposti a biopsia muscolare su cui sono state eseguite analisi di carattere morfometrico ed istochimico. Sono state, inoltre, eseguite analisi biochimiche e molecolari al fine di valutare l’assetto proteico e lo stato di attivazione del processo autofagico e la loro correlazione con l’outcome clinico dei pazienti. Risultati Nei pazienti neoplastici abbiamo riscontrato la presenza di una miopatia subclinica, caratterizzata dalla presenza di fibre muscolari con un’anomala localizzazione del nucleo cellulare al centro della fibra, significativamente maggiore rispetto ai controlli. L’analisi dell’assetto proteico ha dimostrato valori sierici di albumina e prealbumina significativamente più bassi nei pazienti oncologici, mentre l’analisi molecolare ha documentato elevati livelli di p62 nelle fibre muscolari dei pazienti affetti da carcinoma colorettale, rispetto ai controlli. La valutazione dell’outcome clinico ha dimostrato una correlazione inversa tra la percentuale di miofibre anomale e l’insorgenza di metastasi linfonodali, mentre bassi livelli sierici di prealbumina ed alti livelli di p62 nelle fibre muscolari sono risultati correlati con un aumentato rischio di ripresa di malattia Conclusioni I pazienti affetti da carcinoma colorettale presentano una miopatia subclinica già all’insorgenza della malattia, caratterizzata dalla presenza di fibre con alterata posizione del nucleo nella cellula. In assenza di infiammazione sistemica e tissutale, i pazienti oncologici presentano bassi livelli sierici di albumina e prealbumina, come espressione di un alterato turnover proteico, nonché elevati livelli di p62 nelle fibre muscolari, a dimostrazione dell’attivazione del processo autofagico che risulta tuttavia compromesso. Tali dati suggeriscono, pertanto, un verosimile ruolo protettivo per le anomalie nucleari descritte, mentre un alterato turnover proteico ed una compromissione del normale flusso autofagico, in concomitanza dell’insorgenza della neoplasia, costituiscono un potenziale fattore predittivo negativo in termini di ripresa di malattia ed evoluzione verso uno stato cachettico.