4 Wstęp teoretyczny
4.1 Jasnokomórkowy rak nerki
4.1.1 Epidemiologia i obraz histologiczny raka nerki
Rak nerki (ang. Renal Cell Carcinoma, RCC), wywodzi się z komórek epitelialnych kanalików nerkowych i jest najczęstszym nowotworem nerek (ok. 90% wszystkich przypadków), znajdującym się w pierwszej dziesiątce najczęściej diagnozowanych nowotworów złośliwych (1,2). Odsetek zachorowań na raka nerki wzrósł o 30% w ciągu ostatnich 20 lat, co może być spowodowane zmianą trybu życia jak również udoskonaleniem metod obrazowania i diagnostyki. Według klasyfikacji histologicznej wyróżnić można kilka różnych typów (3,4):
• Jasnokomórkowy rak nerki (ok. 80% przypadków)
• Rak brodawkowaty (10-15% przypadków)
• Rak chromofobowy (5% przypadków)
• Rak z cewek zbiorczych (1-2% przypadków)
• Rak sarkomatoidalny (1% przypadków)
• Niesklasyfikowany rak nerki
Wymienione rodzaje raka nerki różnią się etiologią, molekularnym charakterem zmian prowadzących do powstania nowotworu, przebiegiem oraz agresywnością (2,5,6). Jasnokomórkowy rak nerki (ang. Clear cell renal cell carcinoma, ccRCC), który jest najczęstszym i bardzo agresywnym typem RCC, występuje zazwyczaj w korze nerki, makroskopowo ma wygląd żółtawych nacieków z występującymi miejscami nekrotycznymi i krwotocznymi, a jego komórki charakteryzują się jasną cytoplazmą, przez nagromadzenie dużej ilości lipidów (5). Prawidłowa klasyfikacja histologiczna jest niezwykle istotna dla oceny prognozy oraz dobrania właściwej terapii leczniczej (7). Dowiedziono, że wykrycie choroby we wczesnych stadiach zaawansowania klinicznego znacząco zwiększa odsetek przeżyć pięcioletnich, natomiast szanse na przeżycie pacjentów w ostatnich stadiach choroby, wiążących się z wysokim stopniem inwazji i obecnością przerzutów, maleją prawie trzykrotnie.
Ocena rokowania dokonywana jest zazwyczaj na podstawie klasyfikacji TNM, gdzie T - oznacza opis wielkość guza pierwotnego i inwazję okolicznych żył, N – oznacza zajęcie okolicznych węzłów chłonnych, a M – oznacza obecność odległych przerzutów (3).
Niezależną klasyfikacją histologiczną jest skala Fuhrman, gdzie ocenie poddawane są jądra komórkowe (8,9):
• Stadium 1 - Okrągłe jądra o średnicy ok. 10 μm, bez lub z bardzo małym jąderkiem
16
• Stadium 2 - Nieco nieregularne, średnica ok. 15 μm, jąderko widoczne przy powiększeniu 400x
• Stadium 3 - Średnio lub bardzo nieregularne kontury jąder, średnica ok. 20 μm, z dużym jąderkiem widocznym pod powiększeniem 100x
• Stadium 4 - Jądro podobne do stadium 3, często komórki wielojądrzaste, z dużymi fragmentami chromatyny
Co roku wykrywanych jest ok. 300 tysięcy nowych przypadków ccRCC, a 120 tysięcy osób umiera z powodu tej choroby (2,5). Wysoka śmiertelność spowodowana jest zwykle zbyt późną diagnostyką. W początkowych stadiach nie występuje klasyczna triada objawów: ból w okolicy lędźwiowej, wyczuwalny guz i krwiomocz. Z tego względu, nowotwór często wykrywany jest przez przypadek podczas badań obrazowych, zazwyczaj z współistniejącymi przerzutami. Ryzyko choroby rośnie wraz z wiekiem, a szczyt zachorowań przypada między szóstą i siódmą dekadą życia, dodatkowo predyspozycje rodzinne zwiększają ryzyko wystąpienia około dwukrotnie (4). Mężczyźni zapadają na ten nowotwór prawie dwukrotnie częściej niż kobiety (5).
4.1.2 Podłoże genetyczne jasnokomórkowego raka nerki
Czynnikami zwiększającymi ryzyko zapadalności na jasnokomórkowego raka nerki są m. in. palenie papierosów, otyłość czy nadciśnienie tętnicze oraz predyspozycje genetyczne. Analiza genomowa oraz analiza transkryptomu setek próbek od pacjentów ze zdiagnozowanym ccRCC wykazała, że najczęściej występującą zmianą genetyczną w jasnokomórkowym raku nerki jest delecja chromosomu 3p (10,11). Te same badania wykazały utratę heterozygotyczności 3p (ang. Loss of heterozygosity, LOH) u ponad 90% przebadanych przypadków (10,11).
Większość zaobserwowanych zmian na chromosomie 3p obejmowała delecje, mutacje lub metylacje. Supresorami nowotworzenia okazały się 4 najbardziej zmutowane geny: PBRM1, BAP1, SETD2 oraz VHL znajdujące się blisko siebie na chromosomie 3p (10,11). PBRM1, SETD2 i BAP1 pełnią funkcję modulatorów chromatyny oraz histonów (12). Natomiast VHL jest niezwykle istotnym regulatorem angiogenezy i czynników indukowanych przez hipoksję (ang. Hypoxia inducible factors, HIFs) (12). Co ciekawe, mediana przeżycia pacjentów z mutacją genu BAP1 była zdecydowanie niższa w porównaniu z pacjentami z mutacją genu PBRM1 (13).
Inne zmiany genetyczne, obserwowane w 28% przypadków ccRCC, to utrata fragmentów chromosomów 6q, 8p12, 9p21-22, 10q (4,6) oraz mutacje genu TP53 oraz genów ścieżki sygnalizacyjnej PI3K-Akt-mTOR (10,11). Dodatkowo, często występujące mutacje genu MTOR prowadzą do aktywacji wielu ścieżek zaangażowanych m.in. w proliferację, angiogenezę i metabolizm komórek.
17
Powyższe badania podkreślają jak istotna, oprócz oceny histologicznej jest charakterystyka molekularna zmian w celu odpowiedniej klasyfikacji pacjentów i zaproponowania najbardziej efektywnej terapii.
4.1.3 Mutacje genu VHL w jasnokomórkowym raku nerki
Białko von Hippel-Lindau (VHL), kodowane przez gen VHL, jest kluczowym modulatorem odpowiedzi komórki na niedobór tlenu - hipoksję. Gen VHL jest zaliczany do genów supresorowych, a jego mutacje sprzyjają powstawaniu silnie unaczynionych nowotworów (14). Ekspresja genu VHL występuje we wszystkich tkankach i tak jak wspomniano w poprzednim akapicie, jego locus znajduje się na ramieniu krótkim chromosomu 3p25-26. Natomiast białko VHL wykazuje specyficzność tkankową, największa jego ilość występuje kolejno w nerkach, wątrobie i trzustce (15).
Główną funkcją białka VHL jest regulacja poziomu czynnika transkrypcyjnego HIF1α. Działanie VHL polega na tworzeniu kompleksu VBC, razem z elonginą B i C, kulliną i acetylotransferazą SSAT2, który posiada aktywność ligazy E3 ubikwityny i rozpoznaje substrat, którym jest czynnik transkrypcyjny HIF1α (po hydroksylacji proliny) (14,16–18). W wyniku tego HIF1α jest ubikwitynowany, a następnie ulega degradacji w proteasomie. W sytuacji niedoboru tlenu lub mutacji VHL kompleks VBC nie rozpoznaje białka HIF1α, którego poziom gwałtownie rośnie. Następnie, HIF1α jest stabilizowany i przeniesiony z cytoplazmy do jądra komórkowego, gdzie łączy się z drugim, niewrażliwym na poziom tlenu, białkiem HIF1β oraz białkami CBP i p300 (14,16–18). Cały kompleks wiąże się z sekwencją HRE co powoduje ekspresję genów zaangażowanych w odpowiedzi na hipoksję takich jak: czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego (ang. Vascular endothelial growth factor, VEGF), transporter glukozy 1 (ang. Glucose transporter 1, GLUT-1), płytkopochodny czynnik wzrostu (ang.
Platelet-derived growth factor, PDGF), transformujący czynnik wzrostu alfa (ang.
Transforming growth factor alpha, TGFα), czynnik-1 alfa pochodzenia podścieliskowego (ang. Stromal-derived growth factor 1, SDF-1) czy erytropoetyna (EPO) (Rycina 4.1.) (14,19–22). Wiele ścieżek sygnałowych zaangażowanych w rozwój nowotworów jest także aktywowanych hipoksją m.in. ścieżka PI3K-Akt-mTOR, Ras-Raf-ERK czy HGF-c-Met (6,23–25)
Zespół von Hippel-Lindau (VHL) jest schorzeniem dziedziczonym autosomalnie dominująco, znacząco zwiększającym ryzyko zachorowania na jasnokomórkowego raka nerki (26). Najczęstszymi mutacjami prowadzącymi do choroby VHL są przesuwające ramkę odczytu delecje i insercje oraz mutacje zmiany
18
sensu genu VHL, które prowadzą do powstania niefunkcjonalnego produktu (27).
Większość pacjentów dziedziczy zmienioną kopię genu od jednego z rodziców, ale ok. 20% przypadków jest spowodowanych spontaniczną mutacją zazwyczaj w fazie wczesnej embriogenezy (28). Zmiana drugiego allelu nabywana jest spontanicznie w trakcie życia, co w efekcie prowadzi do ujawnienia zespołu VHL, powstawania cyst i zmian nowotworowych. Mutacja germinalna jednego allelu, a następnie somatyczna drugiego jest określana jako utrata heterozygotyczności (29). Hipermetylacja w promotorze genu VHL także powoduje jego inaktywację i jest obserwowana od 5 do 20% przypadków ccRCC (6).
Rycina 4.1. Schemat ilustrujący działanie białka VHL w warunkach normalnego poziomu tlenu (normoksja), głodu tlenowego (hipoksja) oraz przy mutacji genu VHL.
Zaadaptowano i zaprojektowano na podstawie (14-22).
Przy zespole VHL obserwuje się większą predyspozycję do nowotworów nerek (przede wszystkim ccRCC), nadnerczy, siatkówki czy móżdżku, dodatkowo ich objawy pojawiają się wcześniej, niż u osób nieobarczonych zespołem von Hippel-Lindau (30). Kliniczna klasyfikacja choroby von Hippel-Hippel-Lindau obejmuje 2 główne grupy, z których każda wiąże się z inną etiologią i predyspozycją do konkretnego rodzaju nowotworu. Grupa pierwsza charakteryzuje się głównie mutacjami nonsensownym i delecjami VHL oraz niskim ryzykiem wystąpienia guza
19
chromochłonnego, natomiast grupa druga mutacją zmiany sensu genu VHL i wysoką predyspozycją rozwinięcia guza chromochłonnego (30,31). Dodatkowo grupę drugą dzieli się na 3 podtypy 2A, 2B i 2C. Chorzy z typem 1 i 2B są obarczeni wysokim ryzykiem zachorowania na jasnokomórkowego raka nerki, natomiast pacjenci z typem 2A posiadają niskie predyspozycje do ccRCC (30,31). W komórkach epitelialnych kanalików nerkowych pacjentów z zespołem VHL rozwijają się zmiany nienowotworowe i łagodne zmiany nowotworowe w postaci cyst i torbieli, które z czasem przekształcają się w zmiany złośliwe. Inaktywacja VHL, akumulacja HIFα w warunkach normoksji i hipoksji oraz ekspresja czynników proangiogennych powodują, że rozwijające się guzy są ekstremalnie unaczynione, przez co stosowanie inhibitorów angiogenezy stało się głównym celem terapeutycznym w ccRCC. Kolejną ważną cechą czynników HIFα i białka VHL w komórkach ccRCC jest regulacja poziomu cykliny D1 która wraz z kinazami zależnymi od cyklin (ang. Cyclin dependent kinase, Cdk) cdk4 i cdk6 stymuluje proliferację komórek nowotworowych (32,33).
Linie komórkowe RCC, negatywne względem genu VHL charakteryzowały się wysokim poziomem cykliny D1 oraz brakiem zdolności do wyjścia z cyklu komórkowego. Przywrócenie normalnego poziomu VHL w warunkach doświadczalnych powoduje zatrzymanie cyklu komórkowego i areszt w fazie G0 (32,33). Co ciekawe, niektóre dane literaturowe sugerują, że hipoksja wraz z czynnikami HIF hamują proliferację poprzez aktywację białka Rb, utratę Cdk i obniżenie poziomu cyklin (34), jednak w przypadku komórek raka nerki z defektem genu VHL, które zasadniczo są niewrażliwe na zmiany stężenia tlenu, sytuacja wydaje się odwrotna.