Targeted terapy against angiogenesis in renal cell carcinoma

WPROWADZENIE

Bardzo duże znaczenie dla rozwoju guzów złośliwych ma powstawanie nowych naczyń, tzw. angiogeneza. Jest to zjawisko polegające na zaopatrzeniu tkanki nowotworowej w odpowiednią ilość tlenu i substancji odżywczych. W przypadku guzów nowotworowych o średnicy poniżej 1 mm³ dalszy wzrost zależy właśnie od tworzenia się nowych naczyń. Aktywacja komórek śródbłonka następuje wówczas, gdy równowaga pomiędzy proangiogennymi i antyangiogennymi czynnikami wewnątrz mikrośrodowiska przesunie się w kierunku proangiogennym. Głównymi związkami stymulującymi angiogenezę są cytokiny, takie jak czynnik wzrostu śródbłonka naczyń (VEGF - vascular endotelial growth factor) oraz zasadowy czynnik wzrostu fibroblastów (bFGF - basic fibroblast growth factor). Są to białkowe czynniki wzrostu, które wiążą się z przezbłonowym receptorem na powierzchni komórki śródbłonka, inicjując wewnątrzkomórkową drogę transdukcji sygnału. Rezultatem tego jest aktywacja komórki [1, 2].



Wykazano korelację między poziomem cytokin angiogennych, a stopniem złośliwości wielu nowotworów. Obserwacje takie dotyczyły raków sutka, przewodu pokarmowego, płuc, jajników i oczywiście raka nerki (RCC). Poza VEGF i bFGF inne ważne czynniki angiogenne - angiopoetyny dodatkowo regulują ten proces przez stabilizacyjną lub destabilizacyjną interakcję pomiędzy małymi naczyniami krwionośnymi i przyległymi perycytami [3]. Rezultatem ekspresji angiopoetyny 2 jest rozdzielenie perycytów, co może prowadzić do aktywacji komórek śródbłonka lub regresji naczynia w zależności od tego, jakie sygnały (angioindukujące czy angiohamujące) przeważają [3, 4]. Natomiast angiopoetyna1 stabilizuje wzajemne oddziaływanie perycytów i promuje nieaktywność naczyniową [3, 5]. Znaczenie angiogenezy w biologii guza zostało dobrze poznane przez ostatnie 30 lat. Liderem tych badań jest dr Judah Folkman [6, 7]. Badania te dowodzą, że guz musi indukować wzrost naczyń krwionośnych, dostarczając sobie substancji odżywczych i tlenu oraz utrzymując dostęp do krwiobiegu jako podstawowego kroku w przerzutowej kaskadzie.



ROLA ANGIOGENEZY
JAKO CZYNNIKA
PROGNOSTYCZNEGO W RCC


Angiogeneza odgrywa bardzo istotną rolę w biologii raka jasnokomórkowego nerki. Przeprowadzone badania udowodniły wpływ angiogennych substancji na wzrost guza. Uczeni przedstawili model heteroprzeszczepu raka jasnokomórkowego, w którym ludzkie komórki raka implantowano ortotopowo do organizmu myszy. Wraz ze wzrostem ekspresji proangiogennej cząsteczki bFGF wzrastała liczba przerzutów do węzłów chłonnych i wątroby [8]. Oprócz bFGF wyróżnia się kilka czynników, których poziom wzrasta w RCC. Wyróżnia się tu czynnik VEGF jako podstawowy induktor dla RCC. Wzrost transkrypcji dla VEGF znaleziono w wielu bogato unaczynionych rakach jasnokomórkowych, podczas gdy w mniej powszechnych, słabo unaczynionych rakach była niska ekspresja tego czynnika [9, 10]. Funkcja VEGF jest w badaniu in vitro neutralizowana przez przeciwciała, tym samym blokowana jest aktywność angiogenna [11]. Wiele innych proangiogennych substancji ulega ekspresji w RCC i ma wkład w tworzenie się naczyń. Zalicza się do nich płytkowy czynnik wzrostu TGFB1, angiogeninę, fosforylazę tymidynową. Czynniki proangiogenne ulegające ekspresji w RCC przedstawia tab. 1.



LECZENIE ANTYANGIOGENNE


Folkman wykazał w 1971 r., że zablokowanie czynników angiogennych może ograniczyć przerzuty, gdyż komórki docierają do innych miejsc organizmu właśnie naczyniami krwionośnymi [6, 7]. Dlatego też zastosowanie cząsteczek blokujących angiogenezę wydaje się być bliskie praktycznego wykorzystania.



Wyróżnia się 2 drogi hamowania angiogenezy:

1) klasyczne inhibitory angiogenezy, hamujące proliferację i tworzenie nowych naczyń,

2) substancje, które niszczą istniejące naczynia i powodują martwicę w obrębie nowotworów.



Lista czynników blokujących angiogenezę jest dość obszerna i zawiera naturalnie produkowane i egzogenne substancje. Tab. 2. zawiera znane substancje hamujące powstawanie naczyń krwionośnych w guzach nowotworowych. Do endogennych inhibitorów włącza się: interferony [12], trombospondynę 1 i 2 [13, 14], interleukinę 12 [15], angiostatynę [16] i endostatynę [17], które kolejno reprezentują fragmenty plazminogenu i kloagenu XVIII. Ekspresja inhibitorów endogennych angiogenezy przez normalne tkanki przyczynia się do naczyniowej nieaktywności w wielu typach tkanek [8].



Prowadzone są również badania nad cząsteczkami, które niszczą istniejące naczynia. Naczynia krwionośne w nowotworach są zmienione i na powierzchni tworzących je komórek znajdują się cząsteczki zwane integrynami. Integryny nie występują lub występują sporadycznie na powierzchni komórek dojrzałych naczyń. Tworząc więc cząsteczki rozpoznające integryny komórek nowotworowych można by je połączyć z substancjami powodującymi śmierć komórki. Ostatnio uczeni wytworzyli niskocząsteczkowe białka, peptydy RGD rozpoznające integryny komórek nowotworowych [18 ].



PRÓBY LECZENIA
ANTYANGIOGENNEGO W RCC


W modelach eksperymentalnych wiele czynników antyangiogennych blokuje wzrost guza czy też przerzuty. Zalicza się do nich: endostatynę [17], IL-12 [15] oraz TNP-470 [19, 20, 21], analogi witaminy D₃ [22], kaptopril [23]. Obserwacje redukcji MVD wewnątrz guza u myszy leczonej powyższymi czynnikami sugerują, że ich właściwości antyangiogenne mogą istotnie przyczyniać się do skuteczności leczenia [22, 24]. W raku jasnokomórkowym wykazano również ekspresję wszystkich 3 izoform VEGF o dł. 121, 165, 189 aminokwasów, co korelowało ze stadium zaawansowania [25]. Nadekspresja genu supresorowego VHL (dzikiego typu genu VHL), wiązała się z obniżeniem ekspresji VEGF [26, 27]. Bieżąca literatura opisuje utratę czy inaktywację dzikiego typu VHL, która powszechnie występuje w raku jasnokomórkowym nerki.



WNIOSKI


Konwencjonalne formy terapii systemowej dają słabą częstość odpowiedzi u pacjentów z przerzutowym rakiem jasnokomórkowym nerki. Strategia antyangiogenna odwołuje się do nowotworowego charakteru guza, ponieważ ma on bogatonaczyniową naturę. Dodatkowo czynniki antyangiogenne nie są genotoksyczne i działają wybiórczo na komórki śródbłonka w systemach doświadczalnych. Należy dodać, że biologiczna różnica pomiędzy naczyniami zdrowymi a naczyniami guza nowotworowego pozwala przypuszczać, że stosowane leczenie antyangiogenne będzie wybiórczo niszczyło patologiczne naczynia wewnątrz guza. Jednak skuteczność inhibitorów angiogenezy może być ograniczona faktem, że komórki nawet w tym samym naczyniu nowotworowym mogą się bardzo różnić. Dlatego połączenie inhibitorów angiogenezy z programami cytotoksycznymi może stać się strategią terapeutyczną w niektórych nowotworach.



PIŚMIENNICTWO

1. Bussolino F, Albini A, Camussi G, Presta M, Vigeletto G, Ziche M, et al. Role of soloube mediators in angiogenesis. Eur J Cancer 1996; 32A (14): 241-2.
2. Ferrara N. Vascular endothelial growth factor. Eur J Cancer 1966; 32A (14): 2413-22.
3. Hanahan D. Signaling vascular morphogenesis and maintenance. Science 1997; 277 (5322): 48-50.
4. Maisonopierre PC, Suri C, Jones PF, Bartunkova S, Wiegand SJ, Radziejewski C, et al. Angiopoetin-2, a natural antagonist for Tie2 that discrupts in vivo angiogenesis. Science 1997; 277 (5322): 55-60.
5. Suri C, Jones PF, Patan S, Bartunkova S, Maisonopierre PC, Davis S, et al. Requisite role of angiopoetin-1, a ligand for the TIE2 receptor, during embryonic angiogenesis. Cell 1996; 87 (7): 1171-80.
6. Folkman J. Angiogenesis in cancer, vascular, rheumatoid and other
disease. Nat Med 1995; 1 (1): 27-31.
7. Folkman J. Tumor angiogenesis. In: Tumor Angiogenesis (Mendelson J, Howlej PM, Israel MA, Liotta LA, eds.), W. B. Saunders, Philadelphia 1995; pp. 206-32.
8. Bouck N, Stellmach V, Hsu SC. How tumors become angiogenic. Adv Cancer Res 1996; 69: 135-74.
9. Takahashi A, Sasaki H, Kim SJ, Tobisu K, Kakizoe T, Tsukamoto T, et al. Markedly inceeased amounts of messenger RNAs for vascular endothelial growth factor and placenta growth factor in renal cell carcinoma associated with angiogenesis. Cancer Res 1994; 54 (15): 4233-37.
10. Brown LF, Berse B, Jackman RW, Tognazzi K, Manseau EJ, Dvorak HF, et al. Increased expression of vascular permeability factor (vascular endotelial growth factor) and its receptors in kidnej and bladder carcinomas. Am J Pathol 1993; 143 (5): 1255-62.
11. Siemeister G, Weindel K, Mohrs K, Barleon B, Martiny-Baron G, Marme D. Reversion of deregulared expression of vascular endothelial growth factor in human renal carcinoma cells by von Hippel-Lindau tumor suppresor protein. Cancer Res 1996; 56 (10): 2299-301.
12. Sidky YA, Borden EC. Inhibition of angiogenesis by interferons: effects on tumor-and lymphocyte-induced vascular responses. Cancer Res 1987; 47 (19): 5155-61.
13. Volpert OV, Tolsma SS, Pellerin S, Feige JJ, Chen H, Mosher DF, et al. Inhibition of angiogenesis by thromobospondin-2. Biochem Biophys Res Commun 1995; 217 (1): 326-32.
14. Good DJ, Polverini PJ, Rastinejad F, Le Beau MM, Lemons RS, Frazier WA, et al. A tumor suppressor-
-dependent inhibitor of angiogenesis is immunologically and functionally indistinguishable from a fragment ef thrombospondin. Proc Natl Acad Sci USA 1990; 87 (17): 6624-28.
15. Voest EE, Kenyon BM, O’Reilly MS, Truitt G, D’Amato RJ, Folkman J, Folkman J. Inhibition of angiogenesis in vivo by interleukin 12. J Natl Cancer Inst 1995; 87 (8): 581-6.
16. O'Reilly MS, Holmgren L, Shing Y, Chen C, Rosenthal RA, Moses M, et al. Angiostatin: a novel angiogenesis inhibitor that mediates the suppression of metastases by a Lewis lung carcinoma. Cell 1994; 79 (2): 315-28.
17. O'Reilly MS, Boehm T, Shing Y, Fukai N, Vasios G, Lane WS, et al. Endostatin: an endogenous inhibitor of angiogenesis and tumor growth. Cell 1997; 88 (2): 277-85.
18. Jain RK, Carmeliet PF. Vessels of death or life. Sci Am 2001 Dec; 285: 38-45.
19. Fujioka T, Hasegawa M, Ogiu K, Matsusita Y, Sato M, Kubo T. Antitumor effects of angiogenesis inhibitor 0- (chloroacetyl-carbamoy) fumagillol (TNP-470) against murine renal cell carcinoma. J Urol 1996; 155 (5): 1775-78.
20. Morita T, Shinohara N, Tokue A. Antitumour effect of a synthetic analogue of fumagillin on murine renal carcinoma. Br J Urol 1994; 74 (4): 416-21.
21. Choi HR, Kim SC, Moon WC. Inhibition of tumor growth and metastasis of renal cell carcinoma by angiogenesis inhibitor TNP-470. Proc Am Urol Assoc (Suppl.) 1995; 153, 402A.
22. Fujioka T, Hasegawa M, Ishikura K, Matsushita Y, Sato M, Tanji S. Inhibition of tumor growth and angiogenesis by vitamin D3 agents in murine renal cell carcinoma. J Urol 1998; 160 (1): 247-51.
23. Hii SI, Nicol DL, Gotley DC, Thompson LC, Green MK, Jonsson JR. Captopril inhibits tumor growth in a xenograft model of human renal cell carcinoma. Br J Cancer 1998; 77 (6): 880-3.
24. Schirner M, Hoffmann J, Menrad A, Schneider MR. Antiangiogenic chemotherapeutic agents: characterization in comparison to their tumor growth inhibition in human renal cell carcinoma models. Clin Cancer Res 1998; 4 (5): 1331-6.
25. Tomisawa M, Tokunaga T, Oshika Y, Tsuchida T, Fukushima Y, Sato H, et al. Expression pattern of vascular endothelial growth factor isoform is closely correlated with tumor stage and vascularisation in renal cell carcinoma. Eur J Cancer 1999; 35 (1): 133-7.
26. Gnarra JR, Zhou S, Merrill MJ, Wagner JR, Krumm A, Papavassiliou E, et al. Post-Transcriptional regulation of vascular endothelial growth factor mRNA by the product of the VHL tumor suppressor gene. Proc Natl Acad Sci USA 1996; 93 (20): 10589-94.
27. Iliopoulos O, Levy AP, Jiang C, Kaelin WG, Jr., Goldberg MA. Negative regulation of hypoxia-inducible genes by the von Hippel-Lindau protein. Proc Natl Acad Sci USA 1996; 93 (20): 10595-99.
28. Fujimoto K, Ichimori Y, Kakizoe T, Okajima E, Sakamoto H, Sugimura T, et al. Increased serum levels of basic fibroblast growth factor in patients with renal cell carcinoma. Biochem Biophs Res Commun 1991; 180 (1): 386-92.
29. Duensing S, Grosse J, Atzpodien J. Increased serum levels of basic fibroblast growth factor (bFGF) are associated with progressive lung metastases in advanced renal cell carcinoma patients. Anticancer Res 1995; 15 (5B): 2331-3.
30. Wunderlich H, Steiner T, Junker U, Knofel B, Schlichter A, Schubert J. Serum transforming growth factor-betal in patients with renal cell carcinoma. J Urol 1997; 157 (5): 1602-3.
31. Petri E, Feil G, Wechsel HW, Bichler K-H. Induction of angiogenesis in renal cell carcinoma (RCC)? Investigation of regulatory cytokines and control mechanism in vivo and in vitro. J Urol (Suppl.) 1997; 157, No. 4, 377.
32. Imazano Y, Takebayashi Y, Nishiyama K, Akiba S, Miyadera K, Yamada Y, et al. Correlation between thymidine phosphorylase expression and prognosis in human renal cell carcinoma. J Clin Oncol 1997; 15 (7): 2570-78.
33. Kugler A, Hemmerlein B, Thelen P, Kallerhoff M, Radzun HJ, Ringert RH. Expression of metalloproteinase 2 and 9 and their inhibitors in renal cell carcinoma. J Urol 1998; 160 (5): 1914-18.
34. Maione TE, Gray GS, Petro J, Hunt AJ, Donner AL, Bauer SI, et al. Inhibition of angiogenesis by recombinant human platelet factor-4 and related peptides. Science 1990; 247 (4938): 77-9.
35. Oikawa T, Hirotani K, Ogasawara H, Katayama T, Ashino-Fuse H, Shimamura M, et al. Inhibition of angiogenesis by bleomycin and its copper complex. Chem Pharm Bull (Tokyo) 1990; 38 (6): 1790-92.
36. Klauber N, Parangi S, Flynn E, Hamel E, D'Amato RJ. Inhibtion of angiogenesis and breast cancer in mice by the microtubule inhibitors 2-methoxyestradiol and taxol. Cancer Res 1997; 57 (1): 81-6.
37. Hirata S, Matsubara T, Saura R, Tateishi H, Hirohata K. Inhibition of in vitro vascular endothelial cell proliferation and in vivo neovascularization by low-dose methotrexate. Arthritis Rheum 1989; 32 (9): 1065-73.
38. Gagliardi A, Collins DC. Inhibition of angiogenesis by antiestrogens. Cancer Res 1993; 53 (3): 533-5.
39. Kusaka M, Sudo K, Fujita T, Mauri S, Itoh F, Ingber D, et al. Potent anti-angiogenic aetion of AGM-1470: comparison to the fumagillin parent. Biochem Biophysl Res Commun 1991; 174 (3): 1070-6.
40. Twardowski P, Gradishar WJ. Clinical trials of antiangiogenic agents. Curr Opin Oncol 1997; 9 (6): 584-89.
41. Pluda JM. Tumor-associated angiogenesis: mechanisms, clinical implications, and therapeutic strategies. Semin Oncol 1997; 24 (2): 203-18.
42. Brooks PC, Montgomery AM, Rosenfeld M, Reisfeld RA, Hu T, Klier G, et al. Integrin alpha v beta 3 antagonists promote tumor regression by inducing apoptosis of angiogenic blood vessels. Cell 1994; 79 (7): 1157-64.
43. Claffey KP, Brown LF, del Aguila LF, Tognazzi K, Yeo KT, Manseau EJ, et al. Expression of vascular permeability factor/vascular endothelial growth factor by melanoma cells increases tumor growth, angiogenesis, and experimental metastasis. Cancer Res 1996; 56 (1): 172-81.
44. Cheng SY, Huang HJ, Nagane M, et al. Suppression of glioblastoma angiogenicity and tumorigenicity by inhibition of endogenous expression of vascular endothelial growth factor. Proc Natl Acad Sci USA 1998; 93: 8502-7.
45. Goldman CK, Kendall RL, Cabrera G, Soroceanu L, Heike Y, Gillespie GY, et al. Paracrine expression of a native soluble vascular endothelial growth factor receptor inhibits tumor growth, metastasis, and mortality rate. Proc Nat Acad Sci USA 1998; 95 (15): 8795-800.
46. Volpert OV, Ward WF, Lingen MW, Chesler L, Solt DB, Johnson MD, et al. Captopril inhibits angiogenesis and slows the growth of experimental tumors in rats. J Clin Invest 1996; 98 (3): 671-9.
47. D’Amato RJ, Loughnan MS, Flynnm E, Folkman J. Thalidomide is an inhibitor of angiogenesis. Proc Natl Acad Sci USA 1994; 91 (9): 4082-5.
48. Oikawa T, Hirotani K, Ogasawara H, Katayama T, Nakamura O, Iwaguchi T, et al. Inhibition of angiogenesis by vitamin D3 analogues (published erratum appears in Eur J Pharmacol 1990 Jul 17; 182 (3): 616). Eur J Pharmacol 1990; 178 (2): 247-50.
49. Sills AK, Jr., Williams JI, Tyler BM, Epstein DS, Sipos EP, Davis JD, et al. Squalamine inhibis angiogenesis and solid tumor growth in vivo and perturbs embryonic vasculature. Cancer Res 1998; 58 (13): 2784-92.



ADRES DO KORESPONDENCJI

lek. med. Beata Obrocka

Klinika Onkologii

CSK WAM

ul. Szaserów 128

00-909 Warszawa

tel. (022) 681 84 37, 681 72 00