αποτελεί την κυτταροκίνη κλειδί για την οστική καταστροφή (Liu, and Kirschenbaum, et al, 2005) και έχει προταθεί ως δείκτης οστικής συμμετοχής (Sfiridaki, and Miyakis, et al, 2005). Από την άλλη μεριά σε μελέτη καρκίνου του μαστού, τα αυξημένα επίπεδα στον ορό της IL-6 βρέθηκε να συσχετίζονται περισσότερο με σπλαχνικές μεταστάσεις παρά με οστικές (Zhang, and Adachi, 1999) .Επιπλέον υπάρχουν ενδείξεις ότι υπάρχει διασυνομιλία μεταξύ των μονοπατιών COX-2/PGE2 και IL-6, καθώς η IL-6 φαίνεται ότι ενισχύει την έκφραση της PGE2 και των υποδοχέων της, κυρίως του ΕΡ4 υποτύπου, τόσο σε οστεοβλάστες όσο και σε οστεοκλάστες (Liu, and Kirschenbaum, et al, 2005). Επιπλέον η IL-6 επάγει και την έκφραση της πρωτεΐνης S100P σε καρκινικά κύτταρα προστάτη, με πιο έντονη σε κύτταρα οστικής μετάστασης από ότι σε κύτταρα πρωτοπαθούς εστίας. Η πρωτεΐνη αυτή έχει συσχετισθεί με αντίσταση στα χημειοθεραπευτικά, με απώλεια της γήρανσης σε καρκινικές κυτταρικές σειρές, με αυξημένη μεταστατική ικανότητα και με μετάπτωση σε ανεξάρτητο από τα ανδρογόνα στάδιο της νόσου. Εκτός της αύξησης της S100Ρ, η IL-6 μειώνει την έκφραση μιας εξωκυττάριας πρωτεΐνης, της CYR61/CNN1. Ο ρόλος των παραπάνω μορίων στην οστική μετάσταση δεν έχει διευκρινιστεί ακόμα (Hammacher, Thompson, and Williams, 2005). Την έκκριση της IL-6 στην οστική μεταστατική εστία ενισχύει το LPA, το οποίο παράγεται από ενεργοποιημένα θρομβοκύτταρα της περιοχής εποικισμού (Boucharaba, and Serre, et al, 2004).
Ενδιαφέρον παρουσιάζει η περίπτωση του παρεγχύματος των μαστικών αδένων, που φυσιολογικά εκφράζει τον Runx2, κατά τη γαλουχία εκφράζει γονίδια – στόχους του Runx2 (π.χ. βιταμίνη D, BSP, RANKL,RANK κ.α.) ενώ εμφανίζει και οστεοτροπισμό κατά την νεοπλασία. Ενδείξεις για το ρόλο της Runx2 στον οστεοτροπισμό προέκυψαν έμμεσα όταν διαπιστώθηκε και μελετήθηκε η έκφραση γονιδίων στόχων (π.χ. κολλαγεναση-3, BSP) σε καρκινικές σειρές που δίνουν οστικές μεταστάσεις (MDA-MB-231, LCC15-MB)(Selvamurugan, and Partridge, 2000;
Selvamurugan, Kwok, and Partridge, 2004; Barnes, and Javed, et al, 2003; Barnes, and Hebert, et al, 2004). Σύμφωνα με αυτές τις μελέτες διαπιστώθηκε ότι όντως ο Runx2 ενέχεται στην έκφραση των γονιδίων αυτών προσδίδοντας στα καρκινικά κύτταρα οστεομιμητικά χαρακτηριστικά. Οι οστεολυτικές μεταστάσεις που προέκυπταν χαρακτηρίζονταν από αναστολή της διαφοροποίησης των οστεοβλαστών και ενίσχυση της οστεοκλαστογένεσης. Τα φαινόμενα αυτά αίρονταν όταν χρησιμοποιήθηκαν αντίστοιχες καρκινικές κυτταρικές σειρές που εξέφραζαν μικρότερου μήκους, μη λειτουργικό Runx2.
Τα ευρήματα για το ρόλο του Runx2 στις οστικές μεταστάσεις του καρκίνου του προστάτη είναι πιο φτωχά και λιγότερο σαφή. Με τη χρήση RT-PCR έχει επιβεβαιωθεί η έκφρασή του σε προστατικά καρκινικά κύτταρα μετάστασης (Koeneman, Yeung, and Chung, 1999).
ΜΗ ΚΟΛΛΑΓΟΝΩΔΕΙΣ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΗΣ ΟΣΤΙΚΗΣ ΘΕΜΕΛΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ
ΟΣΤΕΟΠΟΝΤΙΝΗ (BSP1) – ΟΣΤΙΚΗ ΣΙΑΛΟΠΡΩΤΕΙΝΗ (BSP2) Η οστική σιαλοπρωτεΐνη (BSP2) και η οστεοποντίνη (OPN, SPP1,BSP1 ή Eta-1), είναι δυο εκ των μη κολλαγονούχων πρωτεϊνών της οστικής θεμέλιας ουσίας οι οποίες έχουν μελετηθεί εκτενώς για την συμβολή τους στην οστική μετάσταση.
Ανήκουν στις όξινες πρωτεΐνες μιας ομάδας γενετικά σχετιζόμενων πρωτεϊνών γνωστή ως SIBLING (Small Integrin-Binding LIgand, N-linked Glycoprotein) (Fisher, and Torchia, et al, 2001) και έχουν την ιδιότητα ότι συνδέονται ισχυρά με τον υδροξυαπατίτη.
Φυσιολογικά η BSP2 είναι σχετικά ειδική για τον σκελετό, παραγόμενη από ώριμούς οστεοβλάστες, οστεοκλάστες και υπερτροφικά χονδροκύτταρα. Η OPN από την άλλη μεριά παράγεται από ένα ευρύ φάσμα κυττάρων όπως οστεοβλάστες, μακροφάγα, ενδοθηλιακά και επιθηλιακά κύτταρα. Και οι δύο αυτές πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με μόρια όπως ο παράγων Η και η ανβ3 ιντεγκρίνη ενώ η ΟΡΝ επιπλέον και με τον CD44. Τέλος κοινό χαρακτηριστικό τους είναι το μοτίβο αργινινής – γλυκίνης – ασπαραγινικού (RGD) το οποίο αναγνωρίζεται από της ιντεγκρίνες και κυρίως από την ανβ3.
Η έκφραση της ΟΡΝ επάγεται από πλήθος διαμεσολαβητών όπως ο TNF-α, η IL-1, η IFN-γ, ο LPS ενώ λειτουργικά ενέχεται σε διαδικασίες όπως η κυτταρική προσκόλληση, η χημειοταξία, η ενδοκυττάρια μηνυματοδότηση κ.α. Η ΜΜΡ 3, ΜΜΡ 7 και η θρομβίνη διασπούν την ΟΡΝ σε δύο λειτουργικά θραύσματα : ένα αμινοτελικό το οποίο φέρει την RGD αλληλουχία και συνδέεται με ιντεγκρίνες και ένα καρβοξυτελικό το οποίο συνδέεται με το CD44. Με τις ιντεγκρίνες μπορεί να συνδεθεί και ακέραιο το μόριο. Φυσιολογικά ο ρόλος της στην οστική ομοιόσταση περιλαμβάνει την αναστολή εναπόθεσης ασβεστίου, την ενεργοποίηση των οστεοκλαστών και την ενίσχυση της δράσης τους (Standal, Borset, and Sundan, 2004).
Η συμμετοχή της στην οστική μετάσταση έχει επιβεβαιωθεί από αρκετές μελέτες και αφορά τόσο την ενδογενή ΟΡΝ όσο και την παραγόμενη από τον όγκο (Hullinger, and Taichman, et al, 2000). Στις οστικές μεταστατικές εστίες, OPN mRNA έχει εντοπιστεί τόσο στο στρώμα όσο και στα καρκινικά κύτταρα που βρίσκονται σε επαφή με το οστό πιθανώς διαμεσολαβώντας στις προσκολλητικές
αλληλεπιδράσεις όγκου - ξενιστή στην επιφάνεια επαφής τους (Fisher, and Field, et al, 2000). Οι Μ.R. Berger και συν. χρησιμοποιώντας αντινοηματικά ολιγονουκλεοτίδια, μείωσαν την έκφραση τόσο της OPN όσο και της BSP2 σε MDA- MB-231 ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα μαστού, με αποτέλεσμα την αναστολή σχηματισμού οστεολυτικών μεταστάσεων (Adwan, Bauerle, and Berger, 2004).
Μελέτες σε ίδιου τύπου κύτταρα έδειξαν μεγάλη αύξηση της μεταστατικής ικανότητας παρουσία υψηλών επιπέδων OPN (T Yoneda, PJ Williams, M Niewolna, 1998). Επίσης η ενδοφλέβια έγχυση Β16 κυττάρων μελανώματος σε ποντίκια με ανεπάρκεια οστεοποντίνης οδήγησε σε μειωμένες οστικές μεταστατικές εστίες σε σχέση με φυσιολογικά ποντίκια (Nemoto, and Rittling, et al, 2001). Επιπλέον η σύνδεση της OPN με την ιντεγκρίνη ανβ3 επάγει αφενός την ενεργοποίηση των οστεοβλαστών στα πλαίσια των οστεολυτικών μεταστάσεων (Weber, 2001;
Engleman, and Nickols, et al, 1997) και αφετέρου αυξάνει την έκφραση του CD44v6 σε HepG2 κύτταρα ηπατοκυτταρικού καρκίνου, ενισχύοντας την προσκολλητικότητά τους (Gao, and Guo, et al, 2003). Αναφορές έχουν υπάρξει για τον πιθανό ρόλο της OPN ως παράγοντα ο οποίος επάγει απόπτωση των οστεοβλαστών (Mastro, and Gay, et al, 2004).Ο κεντρικός ρόλος της οστεποντίνης στην μεταστατική διαδικασία έχει οδηγήσει στην αναζήτηση πιθανών θεραπευτικών εφαρμογών με στόχο είτε την OPN καθεαυτή, είτε των υποδοχέων της (CD44 και ιντεγκρίνες). Το γεγονός ότι η OPN που παράγεται από τα καρκινικά κύτταρα παρουσιάζει διαφορές από την ενδογενή, καθιστά το μόριο αυτό ελκυστικό ως θεραπευτικό στόχο (Weber, 2001).
H BSP2 φυσιολογικά ενέχεται στις διαδικασίες αναδόμησης του οστού δρώντας ως πυρήνας των κρυστάλλων υδροξυαπατίτη, ενώ αλληλεπιδρώντας με την ιντεγκρίνη ανβ3 επάγει την οστική απορρόφηση. Η ανακάλυψη το 1994 της ύπαρξης BSP2 στον καρκίνο του μαστού εξέπληξε τους επιστήμονες δεδομένου ότι μέχρι τότε θεωρούνταν μόριο εκφραζόμενο κατά αποκλειστικότητα στον οστίτη ιστό (Zhang, and Tang, et al, 2003). Με την πάροδο του χρόνου διαπιστώθηκε ότι στην μεταστατική διαδικασία συμμετέχει τόσο η ενδογενής οστική BSP2 όσο και η παραγόμενη από τα καρκινικά κύτταρα. Τα καρκινικά κύτταρα πιθανώς, μέσω της αλληλεπίδρασης ιντεγκρίνης ανβ3/BSP, προσκολλώνται στην οστική θεμέλια ουσία με μηχανισμό παρόμοιο αυτού των οστεοκλαστών (Waltregny, and Bellahcene, et al, 2000). Η υπόθεση αυτή υποστηρίζεται από τα υψηλότερα επίπεδα ιντεγκρίνης ανβ3
που ανευρίσκονται στις οστικές μεταστάσεις σε σχέση με την πρωτοπαθή εστία και
τους Abdullah Karadag και συν προτείνεται ότι η προσκόλληση επιτυγχάνεται με το σχηματισμό συμπλόκου BSP2/MMP2/ιντεγκρίνη ανβ3 (Karadag, and Ogbureke, et al, 2004).
Ο ρόλος ωστόσο της παραγόμενης από τα καρκινικά κύτταρα BSP2 δεν είναι τόσο προφανής. Στα πρώτα σταδία αλληλεπίδρασης καρκινικού κυττάρου / οστικής θεμέλιας ουσίας η οστική BSP2 δεν είναι προσβάσιμη καθώς βρίσκεται σε στενή συσχέτιση με τα άλατα του οστού. Πιθανόν λοιπόν, όπως και στην περίπτωση των οστεοκλαστών, να είναι αναγκαία αρχικά η σύνθεση και έκκριση της BSP2 ώστε να ξεκινήσει η οστεολυτική διαδικασία η οποία θα απελευθερώσει τελικά την παγιδευμένη οστική BSP2. Είναι ενδιαφέρον ότι τα επίπεδα της BSP2 των καρκινικών κυττάρων είναι σαφώς υψηλότερα στις οστικές μεταστάσεις σε σχέση με της σπλαχνικές και κατά τι υψηλότερα σε σχέση με την πρωτοπαθή εστία (Waltregny, and Bellahcene, et al, 2000). Πιθανόν η έκτοπη έκφραση της BSP είναι απότοκος ενεργοποίησης ενδοκυττάριων μονοπατιών (π.χ. ΡΚΑ) (Huang, and Xie, et al, 2005) και δράσης των μεταγραφικών παραγόντων Runx2 (Cbfa1/AML3,Pebp2αA) και MSX2, οι οποίοι συμβάλουν εν γένει στην ανάπτυξη οστεομιμητικών ιδιοτήτων των οστεοτροπικών καρκινικών κυττάρων (Barnes, and Javed, et al, 2003). Εκτός αυτού η αυξημένη έκφραση της BSP2 στην πρωτοπαθή εστία είναι δείκτης αυξημένης μεταστατικότητας στα οστά και κατ’ επέκταση δείκτης κακής πρόγνωσης (Bellahcene, and Menard, et al, 1996) (Zhang, and Tang, et al, 2003). Για το λόγο αυτό έχουν γίνει προσπάθειες για να συσχετιστούν τα επίπεδα της BSP2 του ορού με την πιθανότητα οστικής μετάστασης και επιπλέον να καθοριστούν οι ασθενείς που θα μπορούσαν να επωφεληθούν από την πρώιμη έναρξη οστεοπροστατευτικής θεραπείας (π.χ. διφωσφονικά) (Diel, and Solomayer, et al, 1999). Επιπλέον υπάρχουν ενδείξεις ότι η BSP2 μπορεί να ενέχεται στην αγγειογενετική διεργασία της μεταστατικής εστίας (Bellahcene, and Bonjean, et al, 2000).
ΟΣΤΕΟΝΕΚΤΙΝΗ
Η οστεονεκτίνη (SPARC, ΒΜ40) αποτελεί μια εξωκυττάρια γλυκοπρωτεΐνη η οποία βρίσκεται, μεταξύ των άλλων, σε αφθονία στην θεμέλια ουσία του οστού, όπου και συντίθεται από τους οστεοβλάστες. Ανήκει σε μια ομάδα πρωτεϊνών οι οποίες επάγουν την διασύνδεση κυττάρου – θεμέλιας ουσίας χωρίς όμως να έχουν οι ίδιες δομικό ρόλο. Επιπλέον αναστέλλει τον κυτταρικό κύκλο, ρυθμίζει την δράση των
αυξητικών παραγόντων και ενέχεται στη ιστική μορφογένεση. Στους ενήλικες εκφράζεται σε αναγεννόμενους ιστούς (οστά, έντερο κ.τ.λ.) και σε ιστούς που υπόκεινται σε αποκατάσταση (Brekken, and Sage, 2001). Η έκφρασή της επάγεται από τον TGF-β1, τον PDGF, την BMP-2 και τον IGF-1 ενώ αναστέλλεται από τον FGF-2, την IL-1, τον TNFα, τον EGF, τον PDGF και τον LPS (Brekken, and Sage, 2001; Motamed, 1999).
Ως αναφορά τον καρκίνο, η οστεοποντίνη συντίθεται από ένα μεγάλο εύρος νεοπλασιών όπως μαστού, προστάτη, οισοφάγου κ.α. αλλά η δράση της ποικίλλει ανάλογα τον τύπο του όγκου, τη συγκέντρωσή της και την ύπαρξη της ακέραιας μορφής της ή θραυσμάτων της (Framson, and Sage, 2004). Οι K.Jacob et al μελετώντας την χημειοτακτική δράση οστικών εκχυλισμάτων σε ποικιλία καρκινικών σειρών, κατέληξαν στην ανεύρεση / ανάδειξη της οστεονεκτίνης ως υπεύθυνη για τη δράση αυτή (Jacob, and Webber, et al, 1999). Σε άλλη μελέτη υποστηρίζεται ότι η οστεονεκτίνη δεν έχει χημειοτακτικές ιδιότητες αλλά ενισχύει την κινητικότητα των καρκινικών κυττάρων προς άλλους, γνωστούς χημειοτακτικούς παράγοντες όπως η ινωδονεκτίνη (Campo McKnight, and Sosnoski, et al, 2006).
Από τους K.Jacob και συν. αλλά και από άλλες μελέτες (Gilles, and Bassuk, et al, 1998) προέκυψε επίσης ότι η οστεονεκτίνη επάγει την ενεργοποίηση της MMP2 (βλ.
παρακάτω) και μάλιστα αποκλειστικά στις κυτταρικές εκείνες σειρές οι οποίες εμφανίζουν οστεοτροπισμό. Επιπλέον η χρήση αντισώματος ενάντια στην οστική οστεονεκτίνη οδήγησε σε αναστολή της διηθητικής ικανότητας των κυττάρων DU- 145, εύρημα με πιθανή θεραπευτική εφαρμογή. Ωστόσο αντίθετα αποτελέσματα προκύπτουν από την επαγόμενη έκφραση οστεονεκτίνης σε καρκινική κυτταρική σειρά προστάτη η οποία δεν εκφράζει κανονικά το μόριο αυτό. Συγκεκριμένα η επαγόμενη έκφραση οδήγησε σε μειωμένη διηθητικότητα και μείωση των οστικών μεταστάσεων. Επιπλέον η αύξηση της εξωγενούς οστεονεκτίνης οδήγησε σε μειωμένο σχηματισμό αθροίσεων θρομβοκυττάρων, γεγονός το οποίο πιθανώς συμβάλλει στη μειωμένη μεταστατικότητα (Koblinski, and Kaplan-Singer, et al, 2005).
Όπως φαίνεται από τα παραπάνω, τα συμπεράσματα μελετών που αφορούν το ρόλο της οστεονεκτίνης στην οστική μετάσταση είναι αντικρουόμενα, υποδηλώνοντας την αναγκαιότητα περαιτέρω έρευνας
ΜΜΡ
Οι μεταλλοπρωτεϊνάσες αποτελούν μια οικογένεια 20 και πλέον καλά συντηρημένων ενδοπεπτιδασών οι οποίες μπορούν να αποικοδομήσουν το σύνολο σχεδόν των συστατικών της βασικής μεμβράνης και της εξωκυττάριας ουσίας. Για την δράση τους απαραίτητη είναι η εξωκυττάρια ενεργοποίηση τους και η παρουσία Zn++. Επιπλέον στην ομάδα αυτή ανήκουν και τα μοναδικά ένζυμα τα οποία είναι ικανά να αποικοδομήσουν το ινώδες κολλαγόνο, μόριο το οποίο απαντάται μεταξύ των άλλων στα οστά και αποτελεί την πολυμερισμένη δομή που υιοθετεί το κολλαγόνο 1,2,3,5 και 11. Η έκφραση των μεταλλοπρωτεϊνασών επάγεται σε φυσιολογικές (π.χ.
επούλωση πληγών, αναδόμηση οστού) και παθολογικές (π.χ. νεοπλασία, αρθρίτιδα) διεργασίες. Η ρύθμισή τους γίνεται σε τρία επίπεδα : 1. Αλλαγή στην γονιδιακή έκφραση, 2. Ενεργοποίηση των λανθανόντων ζυμογόνων και 3. Αναστολή από τους ιστικούς αναστολείς ΤΙΜΡ (Curran, and Murray, 2000; John, and Tuszynski, 2001).
Ειδικότερα στην νεοπλασία οι μεταλλοπρωτεϊνάσες κατέχουν κεντρικό ρόλο σε όλα τα στάδια, από την διείσδυση και την αγγειογένεση μέχρι την μετανάστευση και την μετάσταση. Η περίπτωση των οστών ως μεταστατική εστία είναι ακόμα πιο ενδιαφέρουσα δεδομένου ότι οι μεταλλοπρωτεϊνάσες συμμετέχουν φυσιολογικά στη διαδικασία της οστικής ανακατασκευής.
Η ανάπτυξη της μεταστατικής εστίας στα οστά αποτελεί προϊόν ενός φαύλου κύκλου ο οποίος περιλαμβάνει διέγερση των φυσιολογικών διεργασιών οστικής αναδόμησης από τα καρκινικά κύτταρα. Αποτέλεσμα αυτής της διέγερσης είναι η απελευθέρωση διαμεσολαβητών οι οποίοι επάγουν με τη σειρά τους την ανάπτυξη του όγκου.
(vicious cycle hypothesis ) (Mundy, 2002). Οι ΜΜΡ φαίνεται ότι συμμετέχουν με πολλούς τρόπους σε αυτές τις διεργασίες. Όπως έδειξαν οι J.Nemeth και συν. με ανοσοϊστοχημικές μελέτες σε μοντέλα οστικών μεταστάσεων και σε κλινικά δείγματα, τόσο στα καρκινικά προστατικά κύτταρα της δευτεροπαθούς εστίας όσο και στα γειτονικά κύτταρα του στρώματος ανευρίσκονται ΜΜΡ-9, ΜΜΡ-2 και ΜΤ1 - ΜΜΡ (η μελέτη αφορούσε αυτές της τρεις ΜΜΡ χωρίς να αποκλείει συνεπώς το αποτέλεσμα αυτό την ύπαρξη και άλλων ΜΜΡ) (Nemeth, and Yousif, et al, 2002). Τα αποτελέσματα αυτά είναι συμβατά με αυτά των Sanchez et al (O.H. Sanchez- Sweatman, F.W. Orr and G. Singh, 1999) σύμφωνα με τα οποία PC3 κύτταρα εκκρίνουν ΜΜΡ-2 και ΜΜΡ-9 όταν τοποθετηθούν στην επιφάνεια οστού. Από την άλλη πλευρά η χρήση αναστολέα των ΜΜΡ αναστέλει την ανάπτυξη του όγκου με
μείωση των οστεοκλαστών στην μεταστατική εστία ενώ δεν έχει καμιά επίδραση σε φυσιολογικό οστίτη ιστό.
Πίνακας 5 MMP που συμμετέχουν στην ανάπτυξη και τη διασπορά του καρκίνου
Υποοικογένεια Αριθμός Όνομα Υπόστρωμα
Κολλαγενάσες 1 Διάμεση κολλαγενάση Κολλαγόνο τύπου I, II, III 8 Ουδετερόφιλη κολλαγενάση Κολλαγόνο τύπου I, II, III
13 Κολλαγενάση-3 Κολλαγόνο τύπου I, II, III
18 Tadbole κολλαγεναση Κολλαγόνο τύπου I, II, III Ζελατινάσες
(κολλαγενάσες IV)
2 72 kDa Τύπος IV, ζελατινάση Α Κολλαγόνο τύπου IV, αποδιαταγμένο κολλαγόνο 9 92 kDa Τύπος IV ζελατινάση Β Κολλαγόνο τύπου IV,
αποδιαταγμένο κολλαγόνο Στρωμελυσίνη 3 Στρωμελυσίνη-1 Κολλαγόνο τύπου IV,
ινωδονεκτίνη, λαμινίνη
10 Στρωμελυσίνη-2 Κολλαγόνο τύπου IV,
ινωδονεκτίνη, λαμινίνη
11 Στρωμελυσίνη-3 Κολλαγόνο τύπου IV,
ινωδονεκτίνη, λαμινίνη
12 Ελαστάση μακροφάγων
(μεταλοελαστάση)
Ελαστικός υμένας
Μεμβρανικού τύπου ΜΜΡ
14 ΜΤ1-ΜΜΡ Ενεργοποίηση προ-ΜΜΡ
15 ΜΤ2-ΜΜΡ Ενεργοποίηση προ-ΜΜΡ
16 ΜΤ3-ΜΜΡ Ενεργοποίηση προ-ΜΜΡ
17 ΜΤ4-ΜΜΡ Ενεργοποίηση προ-ΜΜΡ
24 ΜΤ5-ΜΜΡ Ενεργοποίηση προ-ΜΜΡ
Η δράση αυτή του αναστολέα αποδίδεται στην μείωση αφενός κυτοκινών διεγερτικών των οστεοκλαστών και αφετέρου χημειοτακτικών παραγόντων αυτών.
Επίσης, δεδομένου ότι ΜΜΡ βρέθηκαν και στα καρκινικά κύτταρα, η ανασταλτική δράση μπορεί να αφορά τα ίδια τα καρκινικά κύτταρα, τα οποία σύμφωνα με κάποιες μελέτες έχουν οστεοκλαστική δράση (O.H. Sanchez-Sweatman, F.W. Orr and G.
Singh, 1999; Eilon, and Mundy, 1978; Sanchez-Sweatman, and Lee, et al, 1997) Μεταγενέστερη μελέτη των Cher και συν. (Dong, and Bonfil, et al, 2005) έδειξε ότι κατά τον εποικισμό του οστού από PC3 κύτταρα παρατηρείται αύξηση της ενζυματικής δραστηριότητας της ΜΜΡ-9 αλλά όχι των ΜΜΡ-2 και ΜΤ1-ΜΜΡ.
Επιπλέον η παρεμπόδιση στην έκφραση της ΜΜΡ-9 σε προ-οστεοκλάστες in vitro κατέδειξε ότι η επαγομένη από τον όγκο κινητικότητα των προ-οστεοκλαστών εξαρτάται από την ΜΜΡ-9, υποδεικνύοντας την προ-οστεοκλαστική ΜΜΡ-9 ως πιθανό θεραπευτικό στόχο.
Στη φυσιολογική διεργασία αναδόμησης του οστού, οι οστεοβλάστες μέσω ΜΜΡ επάγουν την αποδόμηση του οστεοειδούς, το οποίο αποτελεί στιβάδα μη ασβεστοποιημένης θεμέλιας ουσίας που υπαλείφει όλες τις ενδοοστικές επιφάνειες.
Το βήμα αυτό είναι απαραίτητο για να αποκαλυφθεί η υποκείμενη ασβεστοποιημένη θεμέλια ουσία στην οποία θα προσκολληθούν οι οστεοκλάστες (υπόθεση του Chamber) (Chambers, Darby, and Fuller, 1985; Chambers, and Fuller, 1985; Vaes, 1988; Meikle, and Bord, et al, 1992). Κατά συνέπεια τα καρκινικά κύτταρα πιθανώς επιτελούν ένα ρόλο ανάλογο των οστεοβλαστών και αποδομούν την μη ασβεστοποιημένη θεμέλια ουσία μέσω ενεργοποιημένων ΜΜΡ. Η αποδόμηση με τη σειρά της απελευθερώνει συστατικά τα οποία ενισχύουν την οστεοκλαστική δραστηριότητα (π.χ. χημειοτακτικούς παράγοντες, διεγερτικές κυτταροκίνες) (Holliday, and Welgus, et al, 1997; Raynal, Delmas, and Chenu, 1996). Ο ρόλος των ΜΜΡ φαίνεται και από μια άλλη μελέτη στην οποία αναλύθηκε η δράση ενός συστατικού της σόγιας, της γενιστεΐνης, γνωστής για της αντινεοπλασματικές της δράσεις. Μεταξύ των άλλων διαφάνηκε ότι η γενιστεΐνη αναστέλλει την γονιδιακή έκφραση των ΜΜΡ σε PC3 οστικούς όγκους, με αποτέλεσμα την αναστολή της ανάπτυξης οστικών μεταστάσεων (Li, and Che, et al, 2004).
Μελέτες που έγιναν σε κυτταρικές σειρές καρκίνου του μαστού MDA-231 έδειξαν ότι η υπερέκφραση του φυσιολογικού αναστολέα των ΜΜΡ ΤΙΜΡ2 στα κύτταρα αυτά είχε ως αποτέλεσμα τον μειωμένο σχηματισμό οστικών μεταστάσεων. Αυτό αποδόθηκε αφενός μεν στην αδυναμία των κυττάρων αυτών, ελλείψει ενεργών ΜΜΡ, να διεισδύσουν και εξαγγειωθούν από τα κολποειδή του μυελού, αφετέρου δε στον ρόλο που κατέχουν οι ΜΜΡ στη διαδικασία της οστικής καταστροφής από τους οστεοκλάστες (Hill, Reynolds, and Meikle, 1993; Witty, and Foster, et al, 1996;
Yoneda, and Sasaki, et al, 1997). Σε διαφορετικά συμπεράσματα οδήγησε μελέτη σε κυτταρικές σειρές καρκίνου της ουροδόχου κύστης όπου στα κύτταρα που εμφάνισαν
αυξημένη μεταστατικότητα στα οστά παρατηρήθηκε, μεταξύ των άλλων, αυξημένη έκφραση της ΤΙΜΡ2. Η ΤΙΜΡ2 παρόλο που μπορεί να αναστείλει τη δράση των ΜΜΡ, απαντάται σε πολλούς καρκίνους (Chaffer, and Dopheide, et al, 2005; Carlin, and Andriole, 2000). Ενδιαφέρον παρουσιάζει και το γεγονός ότι οι ΤΙΜΡ, σε ορισμένους τύπους καρκίνου, επάγουν αύξηση του όγκου, σε βαθμό που ορισμένοι υποστηρίζουν ότι πιθανόν έχουν και άλλη δράση ανεξάρτητης των αναστολέων των ΜΜΡ. Η δράση τους αυτή πιθανολογείται ότι καθορίζεται από το εκάστοτε μικροπεριβάλλον (Chambers, and Matrisian, 1997).
Στην έκφραση της ΜΜΡ-9 φαίνεται ότι συμβάλει και η CXCL12 (SDF-1) μέσω του υποδοχέα της CXCR4. CXCL12, προερχόμενη από το οστό αλλά και από τα ίδια τα καρκινικά κύτταρα, συνδέεται με τον CXCR4 και η αλληλεπίδραση αυτή οδηγεί σε ενεργοποίηση ενδοκυττάριων μονοπατιών (PI3 κινάσης και MAP κινάσης), με τελικό στόχο το γονίδιο της ΜΜΡ-9, το οποίο και μεταγράφεται. Με άλλα λόγια, το σύστημα CXCL12 / CXCR4, με τη βοήθεια της ΜΜΡ-9, δρα ως ένας σύνδεσμος μεταξύ χημειοτακτικής μετανάστευσης των καρκινικών κυττάρων και οστικής αποδόμησης (Chinni, and Sivalogan, et al, 2006).
Σύμφωνα με τους Yu και συν. η ΜΜΡ-9 αλληλεπιδρά και με τον CD44.
Συγκεκριμένα, με τη βοήθεια του αγκυροβολεί στην επιφάνεια κυττάρων και επάγει την ενεργοποίηση του TGFβ, ο οποίος κατέχει κεντρικό ρόλο στο σχηματισμό οστικών μεταστάσεων (βλ. παρακάτω). Παρόμοια δράση φαίνεται να έχει και η ΜΜΡ-2 (Yu, and Stamenkovic, 2000). Επιπλέον η σύνδεση CD44-HA επάγει μεταγραφή της ΜΜΡ-9 (Hill, and McFarlane, et al, 2005).
Τα σύγχρονα δεδομένα υποδεικνύουν ότι οι ΜΜΡ κατέχουν ένα ευρύτερο ρόλο στη μεταστατική διαδικασία και δεν περιορίζονται σε στάδια αποδόμησης φραγμών που συναντούν τα καρκινικά κύτταρα. Ενέχονται, άμεσα ή έμμεσα, στη δημιουργία του κατάλληλου μικροπεριβάλλοντος για την ανάπτυξη της πρωτοπαθούς και τις μεταστατικής εστίας, ενώ συμμετέχουν και στην αγγειογένεση . Ως εκ τούτου η ανεύρεση κατάλληλων αναστολέων τους θα επέτρεπε την αντιμετώπιση του καρκίνου σε πολλαπλά βήματα της εξέλιξης του, από την πρωτοπαθή εστία μέχρι το οστό.
Κλινικές μελέτες που έγιναν με μη ειδικούς αναστολείς ΜΜΡ εμφάνισαν πολλές παρενέργειες και διακόπηκαν στην φάση III των δοκιμών χωρίς ωστόσο αυτό να είναι απορριπτικό για την μελλοντική, θεραπευτική χρησιμότητα των ΜΜΡ (Bissell, Le Beyec, and Anderson, 2002; Coussens, Fingleton, and Matrisian, 2002; Pavlaki, and
από τη χρήση πιο εκλεκτικών αναστολέων σε ποντίκια. Συγκεκριμένα η χρήση ειδικών αναστολέων των ζελατινασών (ΜΜΡ-2 και -9) οδήγησε σε αναστολή της ανάπτυξης της οστικής μεταστατικής εστίας ενώ παράλληλα μείωσε την νεοαγγείωση και την οστική αποδόμηση. Η ειδικότητα των αναστολέων αυτών πιθανόν να εξασφαλίσει και μειωμένες παρενέργειες (Bonfil, and Sabbota, et al, 2005).
ΠΡΟΣΤΑΓΛΑΝΔΙΝΗ Ε
2– COX-2
Στα οστά, οι προσταγλανδίνες συντίθενται κυρίως από τους οστεοβλάστες υπό τη ρύθμιση των κυκλοοξυγενασών (COX-1 και COX-2) και διεγείρουν in vitro την οστική απορρόφηση. Η COX-2 ενεργοποιείται σε απάντηση σε στρες (stress response gene) και είναι υπεύθυνη για τα υψηλά επίπεδα προσταγλανδινών σε καρκίνο και φλεγμονή. Η PGE2 αποτελεί το κυριότερο εικοσανοϊδές παράγωγο της COX-2 και δρα στα οστά κυρίως διαμέσου του υποδοχέα ΕΡ4 ο οποίος είναι ο μόνος εκ των ΕΡ υποδοχέων που απαντάται και στους οστεοβλάστες και στους οστεοκλάστες (Suzawa, and Miyaura, et al, 2000). Η διέγερση του υποδοχέα αυτού επάγει την αύξηση του ενδοκυττάριου cAMP, την έκφραση RANKL και τελικά την οστεοκλαστογένεση.
Επιπλέον η COX-2 φαίνεται ότι ασκεί ρυθμιστικό ρόλο στη διαφοροποίηση των μεσεγχυματικών κυττάρων σε οστεοβλάστες και αποτελεί σημαντικό συστατικό της οστικής αναδόμησης (Zhang, and Schwarz, et al, 2002). Πέρα από το φυσιολογικό της ρόλο, ενέχεται και στην οστική απορρόφηση στα πλαίσια μεταβολικών οστικών νόσων όπως η οστεοπόρωση και η περιοδοντική οστική νόσο ενώ προσπάθειες γίνονται για να διαλευκανθεί ο ρόλος της στην οστική μετάσταση.
In vitro πειράματα με ανθρώπινα κύτταρα καρκίνου του μαστού καταδεικνύουν ότι τα τελευταία επάγουν την ενεργοποίηση του συστήματος COX-2/PGE2, την αύξηση του RANKL στους οστεοβλάστες και τελικά οδηγούν σε οστεόλυση. Η διέγερση των οστεοβλαστών γίνεται τόσο από διαλυτούς παράγοντες όσο και από διακυτταρικές αλληλεπιδράσεις. Η άρση της διέγερσης με τη χρήση αντισωμάτων έναντι των β1 ιντεγκρινών υποδηλώνει την πιθανή συμμετοχή τους στη διεργασία αυτή (βλ.
σχήμα)( Ohshiba, Miyaura, and Ito, 2003). Τα παραπάνω ενισχύονται από ευρήματα σύμφωνα με τα οποία η ταυτόχρονη καλλιέργεια οστεοβλαστών και οστεοκλάστων ενισχύει τη διεγερτική δράση της PGE2 λόγω αύξησης του RANKL και μείωσης της OPG στους οστεοβλάστες και αύξησης του RANK στους οστεοκλάστες. Στα παραπάνω προστίθεται και η επιπλέον διέγερση της οστεοκλαστογένεσης από το
σύστημα COX-2/PGE2 μέσω της αύξησης της IL-6 που εκκρίνεται από οστεοκλάστες και οστεοβλάστες (Liu, and Kirschenbaum, et al, 2005).
Η ύπαρξη PGE2 στην οστεολυτική μεταστατική εστία έχει επιβεβαιωθεί σε πειράματα κατά τα οποία μετρήθηκαν τα επίπεδά της σε υπερκείμενο υγρό κυτταρικής καλλιέργειας κυττάρων οστεολυτικής μετάστασης. Ενδιαφέρον έχει το γεγονός ότι σε αντίστοιχο υπερκείμενο υγρό από κύτταρα μετάστασης μαλακών μορίων η PGE2 εμφάνιζε μικρότερη αύξηση, υποδηλώνοντας τη διαφορετική συμπεριφορά των καρκινικών κύτταρων ανάλογα με το μικροπεριβάλλον στο οποίο βρίσκονται (Shih, Shih, and Chen, 2004). Ωστόσο η σύγκριση της επίδρασης αναστολέα της COX-2 σε δύο κυτταρικές σειρές καρκίνου του προστάτη οδήγησε σε διαφορετικά συμπεράσματα. Συγκεκριμένα ο αναστολέας εμφάνισε ανασταλτική δράση μόνο στις οστεοβλαστικές μεταστάσεις και όχι στις οστεολυτικές, υποδηλώνοντας ότι η COX-2 ενέχεται στην ενεργοποίηση της οστεοβλαστικής και όχι της οστεολυτικής διαδικασίας (Gamradt, and Feeley, et al, 2005).
Η μη συμμετοχή της COX-1 στις οστικές μεταστάσεις έχει επιβεβαιωθεί με τη χρήση επιλεκτικών αναστολέων της COX-2 και με προσδιορισμό των επιπέδων του mRNA της COX-1 σε in vitro πειράματα που αφορούσαν οστεόλυση επαγόμενη από καρκινικά κύτταρα μαστού (Ono, and Akatsu, et al, 2002).
Από την ίδια σειρά πειραμάτων με δυο διαφορετικές κυτταρικές σειρές καρκίνου του μαστού ποντικού προέκυψε ένα ακόμα ενδιαφέρον εύρημα. Η παραγωγή της PGE2 in vitro στην μια περίπτωση γινόταν άμεσα από τα καρκινικά κύτταρα και στην άλλη περίπτωση έμμεσα μετά από διέγερση των κυττάρων του στρώματος του μυελού των οστών. Ωστόσο τα in vivo πειράματα που επακολούθησαν δεν έδωσαν πειστική απάντηση για το αν ισχύουν τα ευρήματα αυτά και στην οστική μετάσταση (Ono, and Akatsu, et al, 2002).
Τέλος μελέτες με χρήση ΜΣΑΦ (Elder, and Paraskeva, 1998; Khuder, and Herial, et al, 2005; Ristimaki, and Sivula, et al, 2002; Smalley, and DuBois, 1997) καθώς και μελέτες που αφορούν τον άξονα COX/PGE2 (Oshima, and Dinchuk, et al, 1996;
Sales, and Katz, et al, 2002; Sonoshita, and Takaku, et al, 2001) αποδεικνύουν ότι η PGE2 παίζει ρόλο στην ανάπτυξη των όγκων, γεγονός που θα μπορούσε να ισχύει και για τις οστικές εντοπίσεις.
Εικόνα 9 PGE2 και οστεολυτική μετάσταση.
Προτεινόμενο μοντέλο για τον μηχανισμό μέσω του οποίου η επαφή καρκινικών κυττάρων με οστεοβλάστες επάγει τη διαμεσολαβούμενη από την PGE2
οστεοκλαστογένεση σε οστεολυτικές μεταστάσεις. Η επαφή αυτή οδηγεί σε αύξηση της COX-2, με μηχανισμό στον οποίο ενέχεται η ERK1/2 MAP κινάση, η p38 MAP κινάση και ο NFκB. Στη συνέχεια η COX-2 συνδέεται με τον υποδ χέα της EP4 μέσω αυτοκρινών / παρακρινών μηχανισμών , με τελικό αποτέλεσμα την αύξηση στην έκφραση του RANKL και την
επακόλου οροπ η των
μονοκύτταρων/μ σε
οστεοκλάστες. (Ohshiba, Miyaura, and Ito, 2003)
ο
θη διαφ οίησ ακροφάγων
ΑΥΞΗΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΟΣΤΙΚΗΣ ΘΕΜΕΛΙΑΣ ΟΥΣΙΑΣ
PDGF
Ο PDGF είναι ένα διμερές πολυπεπτίδιο και απαντάται σε τρεις ισομορφές (ΑΑ, ΑΒ και ΒΒ). Συμμετέχει στην ανάπτυξη, επιβίωση και διαφοροποίηση του συνδετικού ιστού ενώ ενέχεται σε πολλά στάδια της νεοπλασματικής διαδικασίας ( ογκογένεση, διήθηση, μετάσταση), διεγείροντας τον πολλαπλασιασμό και την μετανάστευση των κυττάρων καθώς και την αγγειογένεση (Dirks, and Bloemers, 1995) (Heldin, and Westermark, 1999). Στο οστικό μικροπεριβάλλον οι οστεοβλάστες παράγουν και απαντούν στον PDGF επάγοντας τον πολλαπλασιασμό, την οστική απορρόφηση, την αποδόμηση του κολλαγόνου και την έκφραση κολλαγενασών (Canalis, and Varghese, et al, 1992; David Roodman, 2003). Η οστική απορρόφηση διεγείρεται από τον PDGF έμμεσα μέσω ρύθμισης της έκφρασης των κυτταροκινών (π.χ. IL-6) και άμεσα από διέγερση των οστεοκλαστών (Zhang, Chen, and Jin, 1998). Συνδέεται και ενεργοποιεί τον υποδοχέα του PDGFR, o οποίος απαντάται σε δύο τύπους, τον PDGFRi και τον PDGFRα (Claesson-Welsh, 1994).
Αυξημένα επίπεδα PDGF στο πλάσμα έχουν από καιρό συσχετισθεί με προχωρημένο στάδιο καρκίνου του μαστού (Seymour, Dajee, and Bezwoda, 1993).
Ανοσοϊστοχημικές μελέτες έχουν δείξει έκφραση PDGF -A και PDGF-B όπως και PDGFRα και PDGFRβ σε καρκινικά κύτταρα μαστού που αναπτύσσονται σε οστικό περιβάλλον. Ωστόσο in vitro οι υποδοχείς δεν εκφράζονται, γεγονός που δείχνει τη σημαντικότητα του ιστικού περιβάλλοντος για την συμπεριφορά των καρκινικών κυττάρων (Lev, and Kim, et al, 2005). Αντίστοιχα και τα ενδοθηλιακά κύτταρα στις οστικές μεταστάσεις τόσο του καρκίνου του μαστού (Lev, and Kim, et al, 2005) όσο και του καρκίνου του προστάτη εκφράζουν PDGFR σε αντίθεση με φυσιολογικό οστό ή με όγκο που αναπτύσσεται σε μυϊκό ιστό (Uehara, and Kim, et al, 2003). Στις ίδιες μελέτες η χρήση STI571 ( αναστολέας της PDGFR τυροσινικής κινάσης) οδήγησε σε αναστολή της ανάπτυξης του όγκου στα οστά, σε διατήρηση της οστικής αρχιτεκτονικής, σε μειωμένη πυκνότητα μικροαγγείων και σε αυξημένη απόπτωση καρκινικών και ενδοθηλιακών κυττάρων εντός του όγκου.
Ο ρόλος του PDGF στην οστική μετάσταση δεν έχει αποσαφηνιστεί. Ωστόσο οι μέχρι τώρα αντιλήψεις τον κατατάσσουν στους παράγοντες που ενέχονται στις οστεοβλαστικές κυρίως μεταστάσεις (Mundy,2002; Logothetis, and Lin, 2005).
VEGF
Ο VEGF είναι ένας παράγοντας ο οποίος επάγει την ανάπτυξη των ενδοθηλιακών κυττάρων και την αγγειογένεση και επιπλέον ενισχύει το σχηματισμό και την δραστηριότητα των οστεοκλαστών. Οι ενέργειες του επάγονται μέσω υποδοχέων όπως ο VEGFR-1 (Flt-1), ο VEGFR-2 (KDR) και η neuropilin-1. Στο φυσιολογικό οστό παράγεται κυρίας από τα κύτταρα του στρώματος παρά από το αγγειακό ενδοθήλιο του οστού (David Roodman, 2003) .
Στις οστικές μεταστάσεις σύνθεση VEGF έχει παρατηρηθεί και στα καρκινικά κύτταρα. Συγκεκριμένα μελέτη σε μοντέλο ποντικού έδειξε αυξημένη έκφραση VEGF τόσο από τα καρκινικά κύτταρα όσο και από κύτταρα του οστού. Τα ευρήματα αυτά σε συνδυασμό με την ανεύρεση αντίστοιχων υποδοχέων των VEGF οδηγούν στο συμπέρασμα ότι στην μεταστατική εστία δημιουργούνται οι κατάλληλες συνθήκες για νεοαγγείωση (van der Pluijm, and Sijmons, et al, 2001) . Από την ίδια μελέτη εικάζεται ότι η αυξημένη σύνθεση του VEGF μπορεί να είναι αποτέλεσμα της απελευθέρωσης TGF-β από την οστική θεμέλια ουσία. Σε άλλη μελέτη με οστεοτροπική κυτταρική σειρά καρκίνου του προστάτη διαπιστώθηκε ότι ο ενοφθαλμισμός των κυττάρων αυτών υποδορίως δεν επάγει την ανάπτυξη όγκου ενώ αντίθετα αυτό είναι εφικτό όταν ο ενοφθαλμισμός γίνει στα οστά. Όταν όμως τα κύτταρα αυτά μολύνθηκαν με cDNA που κωδικοποιεί VEGF, ο υποδόριος ενοφθαλμισμός οδήγησε στον σχηματισμό όγκου (Krupski, and Harding, et al, 2001) . Στην περίπτωση του μυελώματος η επαφή των καρκινικών κυττάρων με τα στρωματικά κύτταρα του μυελού οδηγεί σε αυξημένη σύνθεση VEGF με αποτέλεσμα την αυξημένη αγγειογένεση και τον περαιτέρω πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων(Gupta, and Treon, et al, 2001). Επιπλέον σύμφωνα με τους Iguchi H και συν. τα επίπεδα του VEGF στον ορό ασθενών με οστική μετάσταση ηπατοκυτταρικού καρκίνου είναι περισσότερο αυξημένα σε σχέση με υγιή άτομα ή με άτομα με εντοπισμένη νόσο (Iguchi, and Yokota, et al, 2002). Πιθανώς ο VEGF εκκρίνεται από τα καρκινικά κύτταρα κατά τον εποικισμό των οστών, επάγει την οστεόλυση και διευκολύνει με αυτό τον τρόπο την εγκατάσταση των καρκινικών κυττάρων, ενώ σε
δεύτερο χρόνο διεγείρει την αγγειογένεση ώστε να τροφοδοτηθεί ο αναπτυσσόμενος όγκος. Ωστόσο νεότερα ευρήματα εμπλέκουν τον VEGF και στις οστεοβλαστικές μεταστάσεις. Στηριζόμενοι σε ευρήματα σύμφωνα με τα οποία ο VEGF διεγείρει την οστεοβλαστική δραστηριότητα και επάγει την οστική αναδόμηση (Mayr-Wohlfart, and Waltenberger, et al, 2002; Midy, and Plouet, 1994; Street, and Bao, et al, 2002) οι Kitakawa και συν. αναζήτησαν ένα πιθανό ρόλο της VEGF στις οστεοσκληρυντικές σκελετικές μεταστάσεις του καρκίνου του προστάτη. Πρότειναν λοιπόν ένα μοντέλο σύμφωνα με το οποίο αρχικά τα προστατικά κύτταρα εκκρίνοντας VEGF στηρίζουν την ανάπτυξη των καρκινικών κυττάρων στο οστό. Η συνεχιζόμενη έκκρισή του σε δεύτερο χρόνο οδηγεί στην ενεργοποίηση των προ-οστεοβλαστών προς ώριμους, ενεργούς οστεοβλάστες μέσω δέσμευσής της στην neuropilin-1.(Kitagawa, and Dai, et al, 2005). Ωστόσο δεν προέκυψε ότι από μόνος του ο VEGF μπορεί να επάγει το σχηματισμό της οστεοβλαστικής μετάστασης, αλλά προφανώς συνεργάζεται με άλλους παράγοντες όπως οι ΒΜΡ, Wnt, ET-1 κ.α.
IGF
Οι IGF (IGF-I και IGF-II) παράγονται από τους οστεοβλάστες και η σύνθεση τους επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες όπως ο TGFβ, ο FGF, ο PDGF και οι προσταγλανδίνες. Ενέχονται στον πολλαπλασιασμό και τη διαφοροποίηση των οστεοβλαστών ενώ επάγουν την οστική απορρόφηση μέσω ενεργοποίησης των υπαρχόντων οστεοκλαστών και διέγερση σχηματισμού νέων. Αξίζει να σημειωθεί ότι αποτελούν τον πιο άφθονο αυξητικό παράγοντα της οστικής θεμέλιας ουσίας (Mohan, and Baylink, 1991). Η δράση τους προϋποθέτει την ύπαρξη είτε IGF υποδοχέα είτε υποδοχέα της ινσουλίνης. Η αλληλεπίδραση IGF – υποδοχέα τελεί υπό την σκέπη μιας ομάδας τουλάχιστον 7 πρωτεϊνών γνωστών ως IGF δεσμευτικές πρωτεΐνες (IGFBP), οι οποίες μεταφέρουν και σταθεροποιούν τις κυκλοφορούσες IGF , ρυθμίζουν την ιστική ή κυτταρική εντόπιση και βιοδιαθεσιμότητα τους και ρυθμίζουν τη διαντίδραση προσδέτη-υποδοχέα. Ωστόσο ασκούν και δράσεις ανεξάρτητες από τις IGF (Chatterjee, and Singh, 2000; Hoeflich, and Fettscher, et al, 2000; Rajah, Valentinis, and Cohen, 1997).
Στην περίπτωση των οστικών μεταστάσεων σε καρκίνο του μαστού η IGFP-3 συμμετέχει στη ρυθμιστική επίδραση του TGF-β στον κυτταρικό πολλαπλασιασμό (Giles, and Singh, 2003). Αυτό θα μπορούσε να είναι και αποτέλεσμα της ικανότητας
της IGFP-3 να συνδέεται με τον τύπου V υποδοχέα του TGF-β (Leal, and Liu, et al, 1997).
Πιο διεξοδική μελέτη έχει γίνει για το ρόλο των IGF στις οστικές μεταστάσεις καρκίνου του προστάτη και συγκεκριμένα για τη σημασία του IGF-1, ο οποίος εκφράζεται και φυσιολογικά στον προστάτη. Η μελέτη της κυτταρικής σειράς C4-2B η οποία εμφανίζει ισχυρό μεταστατικό δυναμικό για σχηματισμό οστεοβλαστικών μεταστάσεων οδήγησε σε σημαντικά ευρήματα. Συγκεκριμένα, τα κύτταρα αυτά εμφάνισαν αυξημένη έκκριση και αυτοκρινή δράση της IGF-1, μειωμένη έκφραση RANKL και αυξημένη έκφραση της IGFBP-2, η οποία ενισχύει τη δράση της IGF-1 στα οστά (Rubin, and Chung, et al, 2004). Αντίθετα η PC-3, προστατική καρκινική σειρά η οποία δίνει οστεολυτικές μεταστάσεις, δεν εκφράζει ούτε PSA ούτε IGF-1.
Με αφετηρία αυτά τα ευρήματα έγινε προσπάθεια να συσχετιστεί ο οστεοβλαστικός χαρακτήρας των οστικών μεταστάσεων από καρκίνο του προστάτη χωρίς όμως τελικά τα συμπεράσματα να είναι θετικά (Rubin, and Fan, et al, 2006).
Τέλος έχει γίνει προσπάθεια να διαλευκανθεί ο ρόλος της IGFBP-3 στις οστικές μεταστάσεις καρκίνου του προστάτη. Τα επίπεδά της στον ορό ασθενών με οστικές μεταστάσεις προστατικού καρκίνου εμφανίζονται μειωμένα σε σχέση με ασθενείς που έπασχαν από εντοπισμένη νόσο, λεμφαδενική μετάσταση ή σε σχέση με υγιή άτομα. Έχει προταθεί ότι η IGFP-3 συμβάλει στο σχηματισμό οστεοβλαστικών μεταστάσεων διαμέσου πρωτεόλυσης στην οποία συμμετέχει το PSA. Το PSA ενισχύει τη δράση των IGF διασπώντας την IGFP-3 η οποία αναστέλλει in vitro την δράση και την ανάπτυξη των οστεοβλαστών (Doherty, and Smith, et al, 1999). Αυτό συνάδει και με τα αποτελέσματα μελέτης σύμφωνα με την οποία οστικές μεταστατικές εστίες προστατικού καρκίνου που εκφράζουν PSA εμφανίζουν χαμηλότερα επίπεδα IGFP-3 από ότι αντίστοιχες μεταστάσεις από καρκίνο μαστού που δεν εκφράζουν PSA (Smith, and Doherty, et al, 1999) .
FGF
Οι FGF και οι αντίστοιχοι υποδοχείς τους FGFR συνιστούν μια μεγάλη, πολύπλοκη οικογένεια σηματοδοτικών μορίων τα οποία ενέχονται σε ποικιλία διεργασιών όπως η εμβρυονική ανάπτυξη και η ιστική ομοιόσταση. Στον άνθρωπο απαντώνται 20 είδη FGF με ποικίλο βαθμό έκφρασης στους διάφορους ιστούς και σε διαφορετικά αναπτυξιακά στάδια. Ο σχηματισμός του συμπλόκου FGF/FGFR προϋποθέτει και τη
συνύπαρξη πρωτεογλυκάνης θειϊκής ηπαράνης (HSPG). Στον ενήλικα οι οστεοβλάστες εκφράζουν FGFR (FGFR1, FGFR2, FGFR3), παράγουν FGF, οι οποίοι στη συνέχεια αποθηκεύονται στην οστική θεμέλια ουσία (π.χ. FGF2) και ενέχονται στην οστεογένεση. Η συμβολή τους στις διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο οστό περιπλέκεται και από το γεγονός ότι αλληλεπιδρά με ποικιλία σηματοδοτικών μονοπατιών όπως του TGF-β, του VEGF, των MMP, των IGF κ.α. (βλ. πίνακα) (Dailey, and Ambrosetti, et al, 2005; Marie, 2003)
Πίνακας 6 Γονιδιακή ρύθμιση από το σύστημα FGF / FGFR στα οστά(Marie, 2003)
Μεταγραφικοί παράγοντες
Πρωτεΐνες (κυτταρικές και οστικής θεμέλιας
ουσίας)
Αυξητικοί παράγοντες
Αποδόμηση οστικής θεμέλιας
ουσίας
Αποπτωτι- κές πρωτεΐνες AP-1
Cbfa1/Runx2 Twist
Col1
N-καντχερίνη Κονεξίνη-43 Noggin Οστεοποντίνη Οστεονεκτίνη Οστική
σιαλοπρωτεΐνη Οστεοκαλσίνη
TGF-β IGF-I IGFBP5 VEGF HGF
MMP1
Kολλαγενάση-3 TIMP
Στρωμελυσίνη
Bax IL-1 Fas
Τα δεδομένα για την συμμετοχή των FGF στις οστικές μεταστάσεις είναι λίγα.
Ωστόσο οι ιδιότητές τους και ο ρόλος τους στη φυσιολογία του οστού καθώς και οι αγγειογενετικές τους ιδιότητες, τους καθιστούν ελκυστικούς ως πιθανούς διαμεσολαβητές στην ανάπτυξη των καρκινικών κυττάρων στα οστά. Οι υπάρχουσες μελέτες αφορούν κυρίως τους FGF1 (όξινος FGF) και FGF2 (βασικός FGF). Έχει αναφερθεί οστεογενετική δράση κυττάρων όγκου που αποδόθηκε σε FGF (Izbicka, and Dunstan, et al, 1996). Επίσης έχει παρατηρηθεί παραγωγή FGF από κύτταρα καρκίνου του προστάτη (Mansson, and Adams, et al, 1989; Song, and Wu, et al, 2002), ενώ το γεγονός ότι ο FGF επάγει την απόπτωση οστεοβλαστών θα μπορούσε
να δώσει ακόμα μια παράμετρο για το ρόλο του στην οστική μετάσταση (Mansukhani, and Bellosta, et al, 2000).
Από την άλλη πλευρά, η χρήση αντισωμάτων ενάντια σε αυξητικούς παράγοντες της οστικής θεμέλιας ουσίας έδειξε ότι η απενεργοποίηση των FGF1 και FGF2 δεν αναστέλλει τη διεγερτική δράση που ασκεί εκχύλισμα πλούσιο σε υλικό αποδόμησης οστικής θεμέλιας ουσίας στα ανθρώπινα κύτταρα MDA-MB-231 καρκίνου του μαστού (Yoneda, and Hiraga, 2005). Γενικά οι αναφορές για την συμμετοχή των FGF στις οστικές μεταστάσεις είναι αρκετές (Choong, 2003; Berrettoni, and Carter, 1986; Goltzman, 1997; Koeneman, Yeung, and Chung, 1999) χωρίς ωστόσο να υπάρχει η κατάλληλη τεκμηρίωση για το ρόλο που διαδραματίζει. Επιπλέον μένει ακόμα να διευκρινιστεί και ο τρόπος με τον οποίο οι FGF αλληλεπιδρούν με άλλα σηματοδοτικά μονοπάτια και πως αυτός ενέχεται στο σχηματισμό των οστικών μεταστάσεων.
Εικόνα 10. Ρύθμιση της έκφρασης γονιδίων των οστεοβλαστών κατά την οστεογένεση. (Marie, 2003)
ΑΙΜΟΠΟΙΗΤΙΚΟΙ ΑΥΞΗΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ
Οι αιμοποιητικοί αυξητικοί παράγοντες συνιστούν μια ομάδα γλυκοζυλιωμένων πρωτεϊνών, οι οποίες φυσιολογικά ρυθμίζουν την ανάπτυξη, τη διαφοροποίηση και τη λειτουργικότητα των αιμοποιητικών κυττάρων. Σε αυτούς περιλαμβάνονται, μεταξύ των άλλων : 1. Ο granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF), 2. Ο granulocyte macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF), 3. Ο macro- phage colony- stimulating factor (M-CSF, or CSF-1) και 4. Ο stem cell factor (SCF, steel factor, c- kit ligand).
Στην περίπτωση του καρκίνου έχουν αναφερθεί καρκινικές κυτταρικές σειρές μαστού, ωοθηκών, πνεύμονα κ.α. οι οποίες εκφράζουν CSF και υποδοχείς τους, υποδηλώνοντας. πιθανούς υποκείμενους μηχανισμούς αυτοτροφοδότησης (autocrine growth loop) (Devlin, and Devlin, et al, 1987; Gabrilove, and Welte, et al, 1986;
Hines, and Organ, et al, 1995; Horiguchi, and Sherman, et al, 1988; Inoue, and Kyo, et al, 1994; Kacinski, and Carter, et al, 1990; Kacinski, and Scata, et al, 1991;
Kawasaki, and Ladner, et al, 1985; Lilly, and Devlin, et al, 1987; Ramakrishnan, and Xu, et al, 1989; Stan, and Walter, et al, 1994). Ωστόσο δε μπορεί να αποκλειστεί και η περίπτωση διέγερσης με αυτοκρινή τρόπο από κύτταρα που βρίσκονται στο στρώμα (ινοβλάστες, μονοκύτταρα) και παράγουν CSF-1 (Lang, and Miller, et al, 1994). Ο ρόλος τους στην καρκινογένεση δεν έχει αποσαφηνιστεί αλλά πιθανόν δρουν ως αυξητικοί και χημειοτακτικοί παράγοντες ενώ θα μπορούσαν να ενέχονται και στις διεργασίες νεοαγγείωσης δρώντας επί των ενδοθηλιακών κυττάρων (Bussolino, and Wang, et al, 1989). Το ενδιαφέρον για τους CSF και τον πιθανό ρόλο τους στις οστικές μεταστάσεις προκύπτει από το γεγονός ότι καθώς ο μυελός των οστών είναι πλούσιος σε αυτούς θα μπορούσε κάλλιστα να αποτελέσει το κατάλληλο έδαφος για την ανάπτυξη καρκινικών κυττάρων που φέρουν αντίστοιχους υποδοχείς.
Είναι χαρακτηριστικό ότι σε μελέτη με διάφορες καρκινικές κυτταρικές σειρές για το ρόλο των CSF στον καρκίνο, τα καρκινικά κύτταρα από οστικές μεταστάσεις εμφάνισαν αυξημένη απάντηση σε αυτούς (Savarese, and Valinski, et al, 1998).
Επιπλέον ο GM-CSF ασκεί μιτογόνο δράση στους οστεοβλάστες (Evans, Bunning, and Russell, 1989) ενώ ο M-CSF μπορεί να διεγείρει τους οστεοκλάστες μέσω του Μ-CSFR που διαθέτουν (Hofstetter, and Wetterwald, et al, 1992). Κατά συνέπεια τα μόρια αυτά, εκφραζόμενα από τα καρκινικά κύτταρα, θα μπορούσαν να συμβάλλουν
Ειδικά ο M-CSF, μέσω του υποδοχέα του CSFR1 (προϊόν του πρώτο-ογκογονιδίου c- fms) και συνεπικουρούμενος από το σύστημα RANK/RANKL/OPG, παίζει σημαντικό ρόλο στην ομοιόσταση του οστού. Συγκεκριμένα, όπως έχει προκύψει από πειράματα, η παρουσία του είναι απαραίτητη καθότι χωρίς αυτών δεν μπορεί να γίνει η ωρίμανση και η διαφοροποίηση των προγονικών οστεοκλαστών σε ώριμους, λειτουργικούς οστεοκλάστες. Δεν είναι λοιπόν τυχαίο ότι η έκφραση του εμφανίζεται αυξημένη σε οστικές μεταστάσεις απ’ ότι σε μεταστάσεις μαλακών μορίων (van der Pluijm, and Sijmons, et al, 2001). Εκτός αυτού η χρήση ενός αναστολέα των RTK (receptor tyrosine kinase) , στους οποίους ανήκει ο CSFR1 και ο οποίος βρίσκεται ήδη σε φάση κλινικών δοκιμών σε ασθενείς με προχωρημένο καρκίνο, έδειξε σε πειραματικά μοντέλα μειωμένη οστεοκλαστογένεση και μειωμένη οστεόλυση επαγόμενη από τα καρκινικά κύτταρα (Murray, and Abrams, et al, 2003). Παρόλο που ο CSF-1 έχει βρεθεί ότι συμμετέχει σε πολλά στάδια της καρκινογένεσης, βρίσκεται σε στενή συσχέτιση με τη δράση της uPA (Sapi, 2004) και έχουν γίνει προσπάθειες για να συσχετιστούν τα επίπεδα του στον ορό με την εξέλιξη της νόσου (Maher, and Sapi, et al, 1998), ο ακριβής του ρόλος δεν έχει βρεθεί ενώ τα ευρήματα για τα οστά είναι ακόμα πιο περιορισμένα.
O GM-CSF, όπως υποδηλώνει και το όνομα του, αρχικά είχε αναγνωριστεί ως παράγοντας ικανός να δημιουργεί αποικίες κοκκιοκυττάρων και μακροφάγων όταν επιδρά σε προγονικά κύτταρα μυελού οστού ποντικών. Πλέον έχει γίνει κατανοητό ότι ο ρόλος του είναι πιο ευρύς και περιγράφεται ως μείζον ρυθμιστής της ενεργότητας και του αριθμού των μελών της κυτταρικής σειράς των κοκκιοκυττάρων και των μακροφάγων, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις φλεγμονωδών και αυτοάνοσων αντιδράσεων. Ενίοτε ενέχεται και σε ρύθμιση των ηωσινόφιλων (Hamilton, and Anderson, 2004).
Στη βιβλιογραφία έχουν αναφερθεί μη αιμοποιητικές καρκινικές κυτταρικές σειρές, οι οποίες εκφράζουν τον υποδοχέα του και απαντούν στον GΜ-CSF με διέγερση της ανάπτυξής τους (Baldwin, and Gasson, et al, 1989; Baldwin, and Golde, et al, 1991;
Guillaume, and Sekhavat, et al, 1993; Miyagawa, and Chiba, et al, 1990; Rivas, and Vera, et al, 1998).