Quantitative analysis of fatty acids, cholesterol and oxidation products thereof in human breast adipose tissues

• Main Author: Mahdiani, Maryam
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: 2017
• Subjects: Lebensmittelchemie; ddc:540
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/15610; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-156102; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-156102; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/15610/Mahdiani_Maryam_adipose_tissues.pdf

The aim of the present work was to determine the breast adipose tissue composition regarding fatty acids, cholesterol and (aut)oxidation products of cholesterol in women without breast cancer and to identify associated variables. Thus the necessary methods were optimized and validated where required and the breast adipose tissues of women without breast cancer were collected and analyzed. The gas chromatography with flame ionization detection was optimized for detection and separation of 37 relevant fatty acids. Fifty breast adipose tissues were analyzed using the optimized method. 26 fatty acids were detected in breast adipose tissues. The median proportion of saturated (sum of 11 fatty acids), monounsaturated (sum of 5 fatty acids), polyunsaturated (sum of 9 fatty acids) and one trans fatty acid were 34.6%, 53.2%, 12.1% and 0.3% respectively. Moreover, absolute levels of pentadecanoic acid (median: 0.37 mg/g, range: 0.08 - 1.31 mg/g), elaidic acid (median: 0.50 mg/g, range: 0.09 - 1.92 mg/g), linolenic acid (median: 0.88 mg/g, range: 0.10 - 3.06 mg/g) and docosahexaenoic acid (median: 0.31 mg/g, range: 0.04 - 1.80 mg/g) were determined in breast adipose tissues for the first time. These four fatty acids are indicative for consumption of dairy products, processed fats, vegetable oils such as flax seed oil and fish respectively. Furthermore, for the investigation of cholesterol in breast adipose tissues a gas chromatography was optimized and validated. The accuracies of the method in three independent spiked samples with low, medium and high levels of cholesterol were 99.1 ± 10.1%, 87.0 ± 11.2%, and 103.4 ± 4.6% with precisions of 2.1, 2.1, and 0.8% respectively. Using external calibration with internal standard cholesterol was quantified in samples (median: 1.1 mg/g, range: 0.7 - 1.5 mg/g). In order to detect (aut)oxidation products of cholesterol, gas chromatography coupled triple quadrupole mass spectrometry was optimized and validated. The accuracy was between 81.6% and 115.7% and precisions for low, medium and high oxy-cholesterols levels were below 10.0%. The quantitative determination of (aut)oxidation products of cholesterol was established using external calibration with an internal standard. The most abundant oxy-cholesterol was 5,6β-Epoxy- (median: 147.2 ng/g, range: 25.7 – 624.2 ng/g), followed by 5,6α-Epoxy- (median: 34.6 ng/g, range: 9.9 – 124.7 ng/g), 7-Keto- (median: 19.1 ng/g, range: 7.9 – 220.6 ng/g), 7α-Hydroxy- (median: 10.2 ng/g, range: 3.8 – 111.3 ng/g) and 7β-Hydroxy-Cholesterol (median: 3.5 ng/g, range: 1.0 – 45.6 ng/g) respectively. Median oxy-cholesterol/cholesterol ratios ranged from 0.0001 (5,6β-Epoxy-Cholesterol) to 0.000003 (7β-Hydroxy-Cholesterol). Finally the associations between fatty acids, cholesterol and oxy-cholesterol were investigated using Spearman’s rank correlation. Absolute levels of elaidic acid were positively correlated with levels of linolenic and docosahexaenoic acid (R = 0.79, 0.68, p < 0.01). Absolute levels of linolenic acid were positively associated with levels of docosahexaenoic acid (R = 0.81, p < 0.01). Moreover, relative proportions of saturated fatty acids capric, myristic, palmitic and stearic acid were negatively correlated with oleic acid (R = -0.36, -0.71, -0.65, -0.39, p < 0.05). Tissue levels of cholesterol were not correlated with levels of 5,6α/β-Epoxy-Cholesterols but were negatively associated with that of 7α-Hydroxy-, 7β-Hydroxy- and 7-Keto-Cholesterol (R = -0.29, -0.32, -0.29 p = 0.04, 0.02, 0.04). Levels of 7-Keto- and 7-Hydoxy-Cholesterol were strongly correlated with each other (R = 0.81, 0.91, p < 0.01) and, weaker, with 5,6α/β-Epoxy-Cholesterols (R = 0.60-0.70, p < 0.01). 5,6α/β-Epoxy-Cholesterols were associated positively with each other (R = 0.90, P < 0.01). Total oxy-cholesterol, 7β-Hydroxy-Cholesterol, and 5,6β-Epoxy-Cholesterol levels were correlated with relative proportions of elaidic acid (R = 0.30, 0.30, and 0.31 respectively, p = 0.04, 0.03, 0.03, respectively), whereas no correlation was observed between levels of oxy-cholesterols and relative proportion of pentadecanoic acid, linolenic acid and docosahexaenoic acid. Furthermore, Spearman’s rank correlation was performed to investigate the relationship of fatty acids, cholesterol and oxy-cholesterol with age and body mass index. The relative proportions of total saturated fatty acids were negatively correlated with age (R = -0.47, p < 0.01) and body mass index (R = -0.29, p = 0.05). A positive significant correlation was observed between proportions of oleic acid and body mass index (R = 0.32, p = 0.02). There was no correlation between levels of cholesterol and body mass index or age. Likewise, no correlations of oxy-cholesterol levels with age or body mass index were observed. In sum, in this work the quantification methods of cholesterol and oxy-cholesterol were validated. The validation data met the criteria according to the FDA guideline. Using the validated methods the absolute levels of cholesterol and oxy-cholesterols were determined in breast adipose tissue of human females for the first time. === Brust-Fettgewebe ist in der Entwicklung und Funktion der weiblichen Brust durch komplexe Interaktionen mit Stroma beteiligt. Allerdings gibt es nur wenige Informationen über die quantitative Lipid-Zusammensetzung in Brust-Fettgewebe in Hinblick auf Substanzen wie Fettsäuren, Cholesterin und (Aut)Oxidationsprodukt von Cholesterin. Fettsäuren spielen eine wichtige Rolle in der menschlichen Gesundheit. Einige Studien deuten darauf hin, dass spezifische Arten von ungesättigten Fettsäuren (wie Omega-6-Fettsäuren) an der Tumorentstehung beteiligt sein können und im Gegensatz dazu können Omega-3-Fettsäuren präventive Wirkungen haben. Weiterhin können (Aut)Oxidationsprodukte von Cholesterin wie 7α-Hydroxy-Cholesterin, 7β-Hydroxy-Cholesterin, 7-Keto-Cholesterin, 5,6α-Epoxy-Cholesterin und 5,6β-Epoxy-Cholesterin Entzündungsprozesse beeinflussen. Darüber hinaus gibt es in Brust-Fettgewebe von Frauen ohne Brustkrebs wenig Informationen über das Profil von Fettsäuren, und der absolute Gehalt an Fettsäuren, das charakteristisch beeinflusst werden durch den Verzehr von bestimmten Lebensmitteln, wie Milchprodukten (Pentadecansäure), künstlich modifizierten Fetten (Elaidinsäure), Pflanzenölen wie Leinsamenöl (Linolensäure) und Fisch (Docosahexaensäure), noch nicht bestimmt wurden. Außerdem wurden quantitative Profile von Oxy-Cholesterinen und Cholesterin in Brust-Fettgewebe noch nicht bestimmt. Weiterhin ist nicht bekannt, ob Fettsäuren, Oxy-Cholesterinen und Cholesterin zum einen miteinander und zum anderen mit physiologischen Parametern wie dem Alter oder dem Body-Mass-Index assoziiert sind. Daher war das Ziel der vorliegenden Arbeit, das Brust-Fettgewebe von Frauen ohne Brustkrebs, die sich aus rein Kosmetischen Gründen einer Brustverkleinerung (Reduktions-Mammaplastik) unterzogen haben, zu sammeln um die Zusammensetzung in Bezug auf Fettsäuren, Cholesterin und (Aut)Oxidationsprodukte von Cholesterin zu untersuchen und hierzu entsprechende Methoden zu optimieren und validieren. Anschließend sollte mit geeigneten statistischen Methoden geprüft werden, ob ein Zusammenhang zwischen Fettsäuren, Cholesterin und Oxy-Cholesterinen untereinander und mit physiologischen Faktoren wie dem Alter und dem Body-Mass-Index besteht. Für den Nachweis und die Trennung von 37 relevanten Fettsäuren wurde eine Methode mit gaschromatographischer Trennung und Flammenionisationsdetektion optimiert. Mit dieser optimierten Methode wurden 50 Brust-Fettgewebe analysiert. Der mittlere Fettsäureanteil (Median) von gesättigten (insgesamt 11 Fettsäuren), einfach ungesättigten (insgesamt 5 Fettsäuren), mehrfach ungesättigten Fettsäuren (insgesamt 9 Fettsäuren) und einer trans-Fettsäure lag bei 34,6%, 53,2%, 12,1% und 0,3%. Darüber hinaus wurde zum ersten Mal der absolute Gehalt von Pentadecansäure (Median: 0,37 mg/g, Bereich: 0,08 - 1,31 mg/g), Elaidinsäure (Median: 0,50 mg/g, Bereich: 0,09 - 1,92 mg/g), Linolensäure (Median: 0,88 mg/g, Bereich: 0,10 - 3,06 mg/g) und Docosahexaensäure (Median: 0,31 mg/g, Bereich: 0,04 - 1,81 mg/g) in Brust-Fettgeweben bestimmt. Pentadecansäure, Elaidinsäure, Linolensäure and Docosahexaensäure sind bezeichnend für den Verzehr von Milchprodukten, Künstlich modifizierte Fette, Pflanzenöle wie Leinsamenöl und Fische. Weiterhin wurde nach gaschromatographischer Trennung mit anschließender Flammenionisationsdetektion der absolute Gehalt an Cholesterin in Brust-Fettgewebe von Frauen bestimmt. Die gaschromatographische Trennung wurde optimiert und die Methode validiert. Die Richtigkeit der Bestimmung wurde in drei unabhängigen Proben für einen niedrigen, mittleren und hohen Cholesteringehalt bestimmt und lag bei 99,1 ± 10,1%, 87,0 ± 11,2% und 103,4 ± 4,6% mit der Präzision von 2,1, 2,1 bzw. 0,8%. Der absolute Gehalt an Cholesterin, der mit externer Kalibrierung mittels eines internen Standards bestimmt wurde, lag zwischen 0,7 und 1,5 mg/g (Median: 1,1 mg/g). Zur Erfassung von Oxy-Cholesterinen in den Brustfettgeweben wurde eine gaschromatographische Trennung mit anschließender Detektion mittels eines Triple-Quadrupol-Massenspektrometers im Multiple Reaction Monitoring Modus optimiert und validiert. Die Richtigkeiten der Bestimmung lagen zwischen 81,6% und 115,7% und die Präzision lagen unter 10,0%. Die quantitative Bestimmung von (Aut)Oxidationsprodukten von Cholesterin wurde mittels externer Kalibrierung mit internem Standard durchgeführt. Das am häufigsten vorkommende Oxy-Cholesterin war 5,6β-Epoxy (Median: 147,2 ng/g, Bereich: 25,7 – 624,2 ng/g), gefolgt von 5,6α-Epoxy (Median: 34,6 ng/g, Bereich: 9,9 – 124,7 ng/g), 7-Keto (Median: 19,1 ng/g, Bereich: 7,9 – 220,6 ng/g), 7α-Hydroxy (Median: 10,2 ng/g, Bereich: 3,8 – 111,3 ng/g) und 7β-Hydroxy (Median: 3,5 ng/g, Bereich: 1,0 – 45,6 ng/g). Der Median des Oxy-Cholesterin/Cholesterin-Verhältnisses reichte von 0,0001 (5,6β-Epoxy-Cholesterin) bis 0,000003 (7β-Hydroxy-Cholesterin). Schließlich wurden die Korrelation zwischen Fettsäuren, Cholesterin und Oxy-Cholesterinen mithilfe der Spearman-Korrelation untersucht. Die absolute Gehalte an Elaidinsäure korrelierte positiv mit den Gehalten an Linolensäure und Docosahexaensäure (R = 0,79, 0,68, p < 0,01). Die Gehalte an Linolensäure waren positiv mit denen von Docosahexaensäure assoziiert (R = 0,81, p < 0,01). Darüber hinaus korrelierten die relative Anteile an gesättigten Fettsäuren Caprin-, Myristin-, Palmitin- und Stearinsäure negativ mit denen von Ölsäure (R = -0,36, -0,71, -0,65, -0,39, p < 0,05). Die Gehalte an Cholesterin korrelierten nicht mit denen von 5,6α/β-Epoxy-Cholesterin und waren negativ assoziiert mit denen von 7α-Hydroxy-, 7β-Hydroxy- und 7-Keto-Cholesterin (R = -0,29, -0,32, -0,29, p = 0,04, 0,02, 0,04). Die Gehalte von 7-Keto- und 7-Hydoxy-Cholesterin korrelierten stark miteinander (R = 0,81, 0,91, p < 0,01) und eine schwächere Korrelation mit denen von 5,6α/β-Epoxy-Cholesterin (R = 0,60-0,70, p < 0,01) wurde beobachtet. 5,6α/β-Epoxy-Cholesterin waren positiv miteinander assoziiert (R = 0,90, P < 0,01). Der Gesamt-Oxy-Cholesteringehalt, 7β-Hydroxy-Cholesterin und 5,6β-Epoxy-Cholesterin korrelierten mit dem relativen Fettsäureanteil von Elaidinsäure (R = 0,30, 0,30 bzw. 0,31 p = 0,04, 0,03, 0,03). Dagegen wurde keine Korrelation zwischen den Gehalten von Oxy-cholesterinen und dem Anteil an Pentadecansäure, Linolensäure und Docosahexaensäure beobachtet. Darüber hinaus wurde die Spearman-Korrelation durchgeführt, um einen möglichen Zusammenhang von Fettsäuren, Cholesterin und Oxy-Cholesterinen mit dem Alter und dem Body-Mass-Index zu untersuchen. Die Fettsäureanteile der gesättigten Fettsäuren korrelierten negativ mit dem Alter (R = -0,47, p < 0,01) und dem Body-Mass-Index (R = -0,29, p = 0,05). Es wurde eine signifikant positive Korrelation zwischen dem Anteil an Ölsäure und dem Body-Mass-Index (R = 0,32, p = 0,02) beobachtet. Es gab keine Korrelation zwischen den Gehalten von Cholesterin und dem Body-Mass-Index oder dem Alter. Ebenso wurden keine Korrelationen von Oxy-Cholesterinen mit dem Alter oder Body-Mass-Index beobachtet. Zusammengefasst wurden die Quantifizierungsmethoden für Cholesterin und Oxy-Cholesterine validiert. Die Validierungsdaten entsprechen den Kriterien nach der FDA-Richtlinie. Mit den validierten Methoden wurden die absoluten Werte von Cholesterin und Oxy-Cholesterinen erstmals in Brust-Fettgewebe von Frauen bestimmt.