Artykuł poglądowy
Rola czynników wzrostu w patogenezie raka trzustki. Część II: Transformujący czynnik wzrostu β (TGF- β), czynnik wzrostu fibroblastów (FGF), czynnik wzrostu nerwów (NGF)

Transformujący czynnik wzrostu guza β (TGF- β)
TGF- β (ang. transforming growth factor b) należy do rodziny dimerycznych, polipeptydowych czynników wzrostu, w której skład wchodzą białka morfogeniczne kości i aktywiny. Istnieją 3 izoformy TGF- β – 1., 2. i 3. – które różnią się stopniem powinowactwa do receptorów. Każdą izoformę koduje odrębny gen, którego ekspresja w danej tkance podlega odrębnej regulacji. Ekspresję mRNA dla TGF- β1 obserwuje się w komórkach śródbłonka, hematopoetycznych oraz tkanki łącznej, TGF- β2 w komórkach nabłonka oraz neuronach, natomiast TGF- β3 w komórkach mezenchymalnych. TGF- β reguluje różne procesy komórkowe, tj. proliferację, różnicowanie, rozwój zarodkowy, oraz uczestniczy w procesie gojenia się ran i angiogenezie przez wiązanie się z 3 typami receptorów powierzchniowych. Receptory typu I i II zawierają w swoich wewnątrzkomórkowych domenach kinazy serynowo-treoninowe, które inicjują przekaźnictwo sygnałów przez fosforylację różnych czynników transktypcyjnych, określanych jako białka Smad (ryc. 1.) [1]. Przekaźnictwo sygnałów w układzie receptora TGF- β może odbywać się również w sposób niezależny od białek Smad, a cząsteczki aktywowane podczas tego procesu łączą się z innymi układami receptorów, tj. kinazą tyrozynową czy receptorami związanymi z białkiem G [2]. Mutacje w genach kodujących TGF- β, jego receptory i molekuły przekaźnikowe mają istotne znaczenie w patogenezie nowotworów, m.in. raka trzustki (RT) [3]. W badaniach na liniach komórkowych wykazano, że TGF- β1 może być jednym z czynników odpowiedzialnych za tworzenie się przerzutów RT do wątroby [4], przyczyniać się do miejscowej progresji nowotworu [5] oraz pobudzać rozwój tkanki włóknistej (desmoplazja) w guzach [6]. W badaniach klinicznych uzyskiwane są różne wyniki. Friess i wsp. [7] wykazali związek między nadekspresją TGF- β2 w komórkach raka a stopniem zaawansowania klinicznego nowotworu. W badaniu wycinków z guzów nowotworowych dodatnią reakcję immunohistochemiczną na obecność TGF- β1 stwierdzono w 47% badanych preparatów, TGF- β2 w 42%, TGF- β3 w 40%, a stężenie mRNA dla TGF- β1, TGF- β2 i TGF- β3 w komórkach RT było odpowiednio 11, 7 i 9 razy większe niż w komórkach trzustki prawidłowej. Dłuższe przeżycie po operacji autorzy obserwowali u chorych, u których w komórkach raka nie stwierdzono ekspresji TGF- β. Culhaci i wsp. [8] dowiedli, że ekspresja TGF- β1 w komórkach RT ma związek ze wzrostem guza oraz tworzeniem się przerzutów. Inni autorzy [9, 10] zaobserwowali, że chorzy na RT z nadekspresją TGF- β1 w komórkach nowotworowych żyli dłużej niż ci, u których jej nie stwierdzono, i uważają, że oznaczanie tego czynnika można wykorzystać w prognozowaniu. Istnieją również prace [11], w których nie zaobserwowano żadnych korelacji między ekspresją TGF- β w komórkach nowotworowych a parametrami patologicznymi i klinicznymi chorych na RT. Zwiększenie liczby receptorów TGF- β I i TGF- β II w komórkach RT stwierdza się w zaawansowanych guzach nowotworowych. Stężenie mRNA kodującego receptory TGF- β I i TGF- β II jest w nich odpowiednio 8 i 4,5 razy większe niż w komórkach trzustki prawidłowej. Dodatni odczyn immunohistochemiczny na obecność receptora typu I stwierdzono w 73% preparatów, receptora typu II w 56%, a obu receptorów równocześnie w 54% [12]. Nie zaobserwowano natomiast zwiększenia liczby receptorów typu III w komórkach RT [13].
Czynniki wzrostu fibroblastów (FGFs)
FGFs (ang. fibroblast growth factors) są dużą rodziną polipeptydowych czynników wzrostu, która stale się powiększa i obecnie liczy 23 członków [14]. Polipeptydy wchodzące w jej skład mają masę molekularną wynoszącą 17–34 kD, a ich struktura jest zbudowana w 13–71% z aminokwasów homologicznych. Większość FGFs jest łatwo wydzielana przez komórki do środowiska zewnątrzkomórkowego, gdzie wiąże się z glikozoaminoglikanami podobnymi do heparanu. Interakcje te stabilizują strukturę FGFs, ograniczają ich dyfuzję i uwalnianie do otaczającej przestrzeni. Podczas rozwoju embrionalnego FGFs uczestniczą w regulacji proliferacji, migracji i różnicowaniu komórek. U organizmów dorosłych pełnią one funkcję czynników homeostatycznych oraz biorą udział w naprawie tkanek w odpowiedzi na uraz [15]. FGFs indukują odpowiedź biologiczną przez wiązanie się i aktywację receptorów FGFRs, które należą do podrodziny receptorów powierzchniowych typu kinazy tyrozynowej. Część zewnątrzkomórkowa receptora składa się z domen immunoglobulinopodobnych (Ig), które są niezbędne dla wiązania się z FGF (ryc. 2.). Między domenami IgI i IgII występuje region kwasowy, domena wiążąca heparynę i CHD (ang. cell adhesion molecule homology domain). Domeny te warunkują interakcje receptora ze składnikami matrix zewnątrzkomórkowej, a w szczególności HSPGs (ang. heparan sulfate proteoglycans) i CAMs (ang. cell adhesion molecules). Część wewnątrzkomórkowa receptora składa się z domeny okołobłonowej, domeny kinazy tyrozynowej i krótkiego końcowego łańcucha karboksylowego. Receptory dla FGF, podobnie jak inne receptory typu kinazy tyrozynowej, przekazują sygnały zewnątrzkomórkowe do różnych układów cytoplazmatycznych. Przekaźnictwo sygnałów w układzie FGF może przebiegać 3 głównymi drogami (ryc. 3.) [16]. Wszystkie składowe tego układu, od polipeptydowych czynników wzrostu do czynników transkrypcyjnych, są potencjalnymi onkoproteinami. Zatem utrata regulacji na którymkolwiek etapie przekaźnictwa sygnałów może doprowadzić do niekontrolowanego wzrostu komórki, przyczyniając się do rozwoju nowotworu [17]. FGFs odgrywają ważną rolę w patogenezie różnych chorób trzustki, w tym nowotworów [18]. W eksperymentach na liniach komórkowych wykazano, że FGF-1 i FGF-2 uczestniczą w regulacji adhezji, różnicowania i naciekania komórek RT [19]. W badaniach wycinków pochodzących z guzów nowotworowych dodatni odczyn immunohistochemiczny na obecność FGF-1 zaobserwowano w 60% badanych preparatów, a FGF-2 w 56%. Stwierdzono również znaczącą korelację między nadekspresją obu rodzajów FGF w komórkach raka a stopniem zaawansowania guza oraz nadekspresją FGF-2 a skróceniem czasu przeżycia chorych [20]. Inni autorzy [21] wykazali, że ekspresja FGF-2 ściśle wiąże się z proliferacją komórek nowotworowych oraz komórek endotelialnych wewnątrz guza, a jego nadekspresja może przyczyniać się do progresji nowotworu. Potwierdzono także udział FGF-5 w autokrynnym i parakrynnym szlaku stymulacji komórek nowotworowych do wzrostu in vivo [22]. Ocena nadekspresji receptora dla FGF w komórkach nowotworowych może być również markerem prognostycznym przydatnym dla chorych na RT. Dodatni odczyn immunohistochemiczny na obecność FGFR obserwowano w 93,3% preparatów RT. Stwierdzono znaczącą statystycznie korelację między nadekspresją FGFR a rozprzestrzenianiem się nowotworu w przestrzeni zaotrzewnowej, przerzutami do węzłów chłonnych i stopniem zaawansowania guza. Chorzy, u których obserwowano niski poziom ekspresji FGFR w komórkach raka, mieli dłuższy czas przeżycia po operacji [23].
Czynnik wzrostu nerwów (NGF)
NGF (ang. nerve growth factor) jest członkiem rodziny neurotrofin (NT), w skład której wchodzą jeszcze inne czynniki, tj. BDNF (ang. brain-derived neurotophic factor), NT-3, NT-4/5 czy NT-6. Inicjują one wzrost oraz różnicowanie neuronów obwodowych i ośrodkowych. Neurotrofiny wiążą się z 2 typami receptorów p75 oraz p140 (Trk), który ma aktywność kinazy tyrozynowej. NGF charakteryzuje się wysokim powinowactwem do receptora TrkA. Receptor TrkB wiąże się z BDNF oraz NT4/5, TrkC tylko z NT-3, a p75 z każdą neurotrofiną. Po związaniu się receptora z ligandem kompleks ten jest internalizowany i wstecznie transportowany przez akson do ciała neuronu. Oba receptory ulegają dimeryzacji indukowanej ligandem, co aktywuje różne drogi przekaźnictwa sygnałów. Receptor Trk pośredniczy w wywieraniu przez neurotrofiny wpływu na przeżycie oraz różnicowanie komórek przez układ zależny od ras. Z kolei receptor p75 uruchamia mniej poznane drogi przekaźnictwa sygnałów i może modulować aktywność receptorów Trk [24]. NGF wywiera efekt mitogenny oraz ma zdolność do hamowania wzrostu komórek w zależności od ich typu. Czynnik ten np. indukuje wzrost oraz naciekanie komórek raka prostaty, piersi i płuc, natomiast znacząco hamuje proliferację w liniach komórkowych raka drobnokomórkowego płuc. Interakcje między NGF a receptorem TrkA mają również istotny wpływ na wzrost i rozprzestrzenianie się komórek RT. W badaniach na liniach komórkowych RT wykazano, że ich wzrost indukowany przez NGF zależy od poziomu ekspresji receptorów TrkA i p75 oraz stanu równowagi między nimi [25]. Jedna z charakterystycznych cech RT to jego zdolność do naciekania i migracji wzdłuż włókien nerwowych. Naciekanie przestrzeni okołonerwowych jest częstym powodem wznowy miejscowej i źle wpływa na prognozowanie w tym nowotworze. Chociaż dokładny mechanizm tego zjawiska nie jest znany, to ekspresja i rozmieszczenie neurotrofin oraz ich receptorów w komórkach RT sugeruje, że mogą one uczestniczyć w tym procesie [26, 27]. Receptory dla NGF znaleziono we wszystkich badanych preparatach RT u ludzi i liniach komórkowych. Wysoki poziom ekspresji TrkA częściej obserwowano w przypadku naciekania przez nowotwór przestrzeni okołonerwowych oraz jeżeli w wywiadzie chory zgłaszał silne dolegliwości bólowe. Przeciwne relacje stwierdzono przy nadekspresji receptora p75. Analiza statystyczna wykazała, że wysoka ekspresja receptora p75 w komórkach raka wiąże się z dłuższym przeżyciem, natomiast TrkA z krótszym. Badanie ekspresji receptorów NGF może być przydatne w prognozowaniu [28].
Piśmiennictwo
1. Blobe GC, Schiemann WP, Lodish HF. Role of transforming growth factor beta in human disease. N Engl J Med 2000; 342: 1350-9. 2. Moustakas A, Heldin CH. Non-Smad TGF- βeta signals. J Cell Sci 2005; 118: 3573-84. 3. de Caestecker MP, Piek E, Roberts AB. Role of transforming growth factor-beta signaling in cancer. J Natl Cancer Inst 2000; 92: 1388-402. 4. Teraoka H, Sawada T, Nishihara T i wsp. Enhanced VEGF production and decreased immunogenicity induced by TGF- βeta 1 promote liver metastasis of pancreatic cancer. Br J Cancer 2001; 85: 612-7. 5. Ellenrieder V, Hendler SF, Ruhland C i wsp. TGF- βeta-induced invasiveness of pancreatic cancer cells is mediated by matrix metalloproteinase-2 and urokinase plasminogen activator system. Int J Cancer 2001; 93: 204-11. 6. Lohr M, Schmidt C, Ringel J i wsp. Transforming growth factor-beta1 induces desmoplasia in an experimental model of human pancreatic carcinoma. Cancer Res 2001; 61: 550-5. 7. Friess H, Yamanaka Y, Büchler MW i wsp. Enhanced expression of transforming growth factor beta isoforms in pancreatic cancer correlates with decreased survival. Gastroenterology 1993; 105: 1846-56. 8. Culhaci N, Sagol O, Karademir S i wsp. Expression of transforming growth factor-beta-1 and p27Kip1 in pancreatic adenocarcinomas: relation with cell-cycle-associated proteins and clinicopathologic characteristics. BMC Cancer 2005; 5: 98-105. 9. Coppola D, Lu L, Fruehauf J i wsp. Analysis of p53, p21WAF1 and TGF- βeta1 in human ductal adenocarcinoma of the pancreas: TGF- βeta1 protein expression predicts longer survival. Am J Clin Pathol 1998; 110: 16-23. 10. Hashimoto K, Nio Y, Sumi S i wsp. Correlation between TGF- βeta1 and p21 (WAF1/CIP1) expression and prognosis in resectable invasive ductal carcinoma of the pancreas. Pancreas 2001; 22: 341-7. 11. Sears D, Erickson RA, Sayage-Rabie L i wsp. TGF- βeta and p53 staining in CT-guided and endoscopic ultrasound fine-needle aspirates of pancreatic adenocarcinoma. Dig Dis Sci 2004; 49: 828-32. 12. Lu Z, Friess H, Graber H i wsp. Presence of two signalling TGF- βeta receptors in human pancreatic cancer correlates with advanced tumour stage. Dig Dis Sci 1997; 42: 2054-63. 13. Friess H, Yamanaka Y, Büchler M i wsp. Enhanced expression of the type II transforming growth factor beta receptor in human pancreatic cancer cells without alteration of type III receptor expression. Cancer Res 1993; 53: 2704-7. 14. Yamashita T. Structural and biochemical properties of fibroblast growth factor 23. Ther Apher Dial 2005; 9: 313-8. 15. Ornitz DM, Itoh N. Fibroblast growth factors. Genome Biol 2001; 2: 3005. 16. Böttcher RT, Niehrs C. Fibroblast growth factor signaling during early vertebrate development. Endocr Rev 2005; 26: 63-77. 17. Powers CJ, McLeskey SW, Wellstein A. Fibroblast growth factors, their receptors and signaling. Endocr Relat Cancer 2000; 7: 165-97. 18. Kornmann M, Beger HG, Korc M. Role of fibroblast growth factors and their receptors in pancreatic cancer and chronic pancreatitis. Pancreas 1998; 17: 169-75. 19. El- Hariry I, Pignatelli M, Lemoine NR. FGF-1 and FGF-2 modulate the E-cadherin/catenin system in pancreatic adenocarcinoma cell lines. Br J Cancer 2001; 84: 1656-63. 20. Yamanaka Y, Friess H, Büchler M i wsp. Overexpression of acidic and basic fibroblast growth factors in human pancreatic cancer correlates with advanced tumor stage. Cancer Res 1993; 53: 5289-96. 21. Yamazaki K, Nagao T, Yamaguchi T i wsp. Expression of basic fibroblast growth factor (FGF-2)-associated with tumour proliferation in human pancreatic carcinoma. Virchows Arch 1997; 431: 95-101. 22. Kornmann M, Ishiwata T, Beger HG i wsp. Fibroblast growth factor-5 stimulates mitogenic signaling and is overexpressed in human pancreatic cancer: evidence for autocrine and paracrine actions. Onkogene 1997; 15: 1417-24. 23. Ohta T, Yamamoto M, Numata M i wsp. Expression of basic fibroblast growth factor and its receptor in human pancreatic carcinomas. Br J Cancer 1995; 72: 824-31. 24. McDonald NQ, Chao MV. Structural determinants of neurotrophin action. J Biol Chem 1995; 270: 19669-72. 25. Zhu ZW, Friess H, Wang L i wsp. Nerve growth factor exerts differential effects on the growth of human pancreatic cancer cells. Clin Cancer Res 2001; 7: 105-12. 26. Schneider MB, Standop J, Ulrich A i wsp. Expression of nerve growth factors in pancreatic neural tissue and pancreatic cancer. J Histochem Cytochem 2001; 49: 1205-10. 27. Zhu Z, Friess H, diMola FU i wsp. Nerve growth factor expression correlates with perineural invasion and pain in human pancreatic cancer. J Clin Oncol 1999; 17: 2419-28. 28. Zhang Y, Dang C, Ma Q i wsp. Expression of nerve growth factor receptors and their prognostic value in human pancreatic cancer. Oncol Rep 2005; 14: 161-71.