Glucocorticoid resistance in acute leukemias

WSTĘP


Glikokortykoidy (GLK) są jedną z najczęściej stosowanych grup leków w terapii wielu chorób w różnych dziedzinach medycznych. Wynika to z działania przeciwzapalnego, przeciwalergicznego, immunosupresyjnego i przeciwnowotworowego. Efekt tej grupy leków może być jednak osłabiony w wyniku rozwoju klinicznej oporności komórek docelowych. Aktualnie uważa się, że oporność na GLK może odgrywać rolę w patogenezie różnych chorób, takich jak choroby autoimmunologiczne, AIDS, zespół Nelsona, stwardnienie rozsiane i białaczki [1]. Wykazano, że w populacji osób zdrowych 6,6 proc. osób jest nadwrażliwa, a 2,3 proc. oporna na GLK [2]. GLK mają wyjątkowe znaczenie w terapii nowotworów układu chłonnego: ostrej białaczki limfoblastycznej (ALL) oraz chłoniakach nieziarniczych, zarówno u dzieci, jak i u dorosłych. Są podstawowym elementem decydującym o szybkości uzyskiwania remisji w tych chorobach, a odpowiedź na monoterapię steroidową stanowi jeden z najsilniejszych czynników prognostycznych w ALL u dzieci [3]. GLK są też stosowane w terapii skojarzonej innych nowotworów, takich jak przewlekła białaczka limfoblastyczna, choroba Hodgkina, szpiczak mnogi, guzy ośrodkowego układu nerwowego i innych.



PROFIL CYTOTOKSYCZNOŚCI GLIKOKORTYKOIDÓW W ALL


W ALL oporność na co najmniej jeden z 3 leków: prednizolon, winkrystynę, L-asparaginazę występuje u ok. 41–48 proc. pacjentów w chwili rozpoznania, przy czym największy udział ma w tym oporność na prednizolon [4–5]. Wskutek powtarzanych cyklów terapii z udziałem GLK, we wznowie odsetek GLK-oporności wzrasta do 60–90 proc. [4–6]. W badaniach retrospektywnych wykazano, że istnieje korelacja pomiędzy komórkową opornością in vitro na cytostatyki i odległymi wynikami terapii przeciwbiałaczkowej [7]. W badaniach prospektywnych wykazano korelację pomiędzy opornością in vitro na prednizolon i krótkoterminową odpowiedzią na terapię systemową prednizolonem [6]. Pacjenci klinicznie oporni na prednizolon są prawie 100-krotnie bardziej oporni na prednizolon in vitro niż pacjenci wrażliwi klinicznie na prednizolon; jednocześnie oporność in vitro jest związana z gorszymi wynikami odległymi. Wykazano również istnienie zjawiska oporności krzyżowej pomiędzy prednizolonem i 12 cytostatykami, należącymi do innych grup farmakologicznych, co sugeruje generalny mechanizm oporności [6]. Glikokortykoidy są wysoce cytotoksyczne wobec limfoblastów i w związku z tym są kluczowym składnikiem w leczeniu ALL. Najczęściej stosowanym steroidem jest prednizolon, chociaż wykazano, że cytotoksyczność deksametazonu in vitro dla komórek ALL jest 16 razy większa od prednizolonu [8]. Wykazano również lepszą przenikalność deksametazonu do OUN i jego lepszą kontrolę wznów w OUN [9]. Wiek i immunofenotyp są związane z opornością in vitro na steroidy. Komórki dzieci z prognostycznie niekorzystnej wiekowo grupy (poniżej 1,5. roku życia lub powyżej 10. roku życia) były bardziej oporne in vitro na prednizolon niż u dzieci z pośredniej grupy wiekowej. Fenotypy niekorzystne rokowniczo, tj. T-ALL i pre-pre-B-ALL związane były z większą opornością in vitro na prednizolon niż fenotypy korzystne common-ALL i pre-B-ALL. Potwierdzeniem tego faktu jest to, że odsetek pacjentów ze złą odpowiedzią kliniczną na wstępną steroidoterapię jest wyższy w pre-pre-B-ALL i T-ALL niż w common-ALL i pre-B-ALL i z faktem, że liczba receptorów steroidowych jest niższa w T-ALL niż w common-ALL i pre-B-ALL. We wznowie ALL oporność na steroidy jest wyższa, przy czym różnica w przypadku steroidów jest znacznie większa niż dla innych leków [10]. Limfoblasty pacjentów dorosłych wykazują znacznie wyższą oporność na GLK [11].



MECHANIZM DZIAŁANIA I MOŻLIWE MECHANIZMY OPORNOŚCI
NA GLIKOKORTYKOIDY


GLK w wyniku biernej dyfuzji wnikają przez błonę komórkową, wiążą się z wewnątrzkomórkowym receptorem i tworzą kompleks, który jest aktywowany i transportowany do jądra komórkowego (rycina, tabela). Tam kompleks ten łączy się z DNA, prowadząc do fragmentacji DNA, a w konsekwencji do śmierci komórki [4, 12]. GLK hamują proliferację komórek limfoidalnych poprzez zahamowanie cyklu komórkowego i przez indukcję apoptozy. Zahamowanie cyklu komórkowego jest konsekwencją wydłużenia faz G1 i S; możliwe jest również zahamowanie fazy G2/M [13].
Możliwe mechanizmy oporności na GLK obejmują: utrudnienie dyfuzji GLK przez błonę komórkową, zmniejszenie liczby receptorów GLK w cytoplazmie, warianty receptorów GLK, nieprawidłową funkcję receptorów GLK, brak aktywacji kompleksu steroid-receptor, zaburzenia transportu kompleksu steroid-receptor do jądra komórkowego, niemożność wiązania kompleksu steroid-receptor do DNA, niemożność fragmentacji DNA przez endonukleazy, naprawa DNA poprzez poli-ADP-rybozylację związaną ze zużyciem NAD i ATP, receptorowe i/lub mitochondrialne zaburzenia w aktywacji apoptozy [4, 12, 14]. Oporność na apoptozę wyrażająca się niemożnością fragmentacji DNA przez endonukleazy i nasilonymi procesami naprawczymi DNA, wyrażającymi się zwiększoną aktywnością poli-ADP-rybozo-polimerazy, może być kluczowym mechanizmem oporności na glikokortykoidy [4, 8, 12, 14].



ROLA RECEPTORÓW
GLIKOKORTYKOIDOWYCH


Aktualnie większość badań nad mechanizmami oporności na GLK ogniskuje się na receptorach GLK (GR). Wykazano, że apoptoza indukowana przez GLK zależy od ekspresji odpowiedniej liczby funkcjonalnych GR [12, 15–16]. Mechanizm działania polega na tym, że GLK wiąże się z GR jako ligand, następnie dochodzi do translokacji tego kompleksu z cytozolu do jądra komórkowego i tam dokonuje zmian w ekspresji genów na poziomie translacji [12]. Wysoka liczba receptorów jednak niekoniecznie koreluje z dobrą kliniczną odpowiedzią na chemioterapię [4, 15–17]. Nie wykazano związku liczby GR z apoptozą indukowaną przez GLK, natomiast stwierdzono korelację w ALL linii B-komórkowej pomiędzy liczbą receptorów w chwili rozpoznania i odległymi wynikami leczenia. Nie wykazano również różnic pomiędzy ekspresją GR u pacjentów wrażliwych i opornych klinicznie na GLK, natomiast zaobserwowano obniżanie ekspresji GR pod wpływem terapii GLK [10, 13]. Liczba receptorów nie różniła się pomiędzy komórkami białaczkowymi przy rozpoznaniu i we wznowie, jednak komórki te różniły się wrażliwością in vitro na GLK [10]. Chociaż komórki ostrych białaczek nielimfoblastycznych (ANLL) mają tę samą liczbę receptorów GLK jak komórki ALL [10, 15], to komórki dzieci z ANLL są klinicznie i in vitro bardziej oporne na steroidy w stosunku do ALL [4, 18]. Prawidłowe limfocyty oraz komórki ALL mają porównywalne liczby receptorów, ale komórki ALL są bardziej wrażliwe na GLK [10]. Tak więc również inne, poza liczbą i funkcjonalnością GR, mechanizmy oporności na GLK mają istotne znaczenie w białaczkach dziecięcych.



OPORNOŚĆ NA APOPTOZĘ


Istnieją 2 główne drogi aktywacji kaspaz przez GLK, prowadzące do apoptozy: pierwsza – przez aktywację receptorów błonowych rozpoznawanych przez ich specyficzne ligandy; druga – bardziej złożona, w której centralną rolę odgrywa mitochondrium, a która jest aktywowana poprzez różne sygnały. Aktualnie dostępne dane sugerują, że GLK głównie powodują aktywację apoptozy drogą mitochondrialną wrażliwą na bcl-2, a droga receptorów powierzchniowych odgrywa drugorzędną rolę. Ekspresja białka bcl-2 nie jest wystarczającym czynnikiem ochrony komórki przed apoptozą indukowaną podczas ciągłej obecności GLK, powoduje jedynie opóźnienie, a nie zablokowanie śmierci komórki [12]. Białkiem indukującym apoptozę jest p53, jednakże w białku tym często dochodzi do mutacji, ograniczających możliwości stymulacji apoptozy tą drogą [12]. Z kolei, u myszy pozbawionej obecności białka p53, tymocyty poddane działaniu GLK ulegały jednak typowej apoptozie [19], jednoznacznie zaprzeczając kluczowej roli p53 w indukcji apoptozy przez GLK. Być może centralną rolę w indukcji apoptozy przez GLK odgrywa protoonkogen c-myc [20]. Pod wpływem GLK dochodzi do obniżenia ekspresji c-myc [20]. Wykazano jednak w liniach pochodnych od CCRF-CEM efekt odwrotny: c-myc może nawet uwrażliwiać komórki na letalny efekt GLK, ma więc właściwości proapoptotyczne. GLK powodują także supresję czynników transkrypcyjnych, np. AP-1 [12]. Wydaje się więc, że apoptoza indukowana przez GLK nie jest jednoznacznie regulowana przez żaden znany typowy gen związany z apoptozą i istnieje ciągła potrzeba czynnościowego wyjaśnienia tych mechanizmów poprzez wykazanie, czy i jakie substancje nasilają lub hamują apoptozę indukowaną przez GLK.



PODSUMOWANIE


Opracowanie skutecznej terapii białaczek jest jednym z sukcesów współczesnej hematologii klinicznej. Jednakże u dużej grupy pacjentów ciągle występują niepowodzenia. Wydaje się, że oporność na cytostatyki w momencie rozpoznania lub nabyta w trakcie leczenia odgrywa istotną rolę. Udowodniono, że oporność komórkowa jest silnie skorelowana z ryzykiem niepowodzeń w ALL u dzieci, jednakże wiedza o mechanizmach oporności i możliwościach jej modulacji jest ciągle bardzo ograniczona.


PIŚMIENNICTWO


1. DeRijk R, Sternberg EM. Corticosteroid resistance and disease. Ann Med 1997; 29: 79-82.
2. Lamberts SWJ, Huizinga ATM, De Lange P, De Jong FH, Koper JW. Clinical aspects of glucocorticoid resistance. Steroids 1996; 61: 157-60.
3. Schrappe M., Reiter A, Ludwig WD, Harbott J, Zimmermann M, Hiddemann W, Niemeyer C, Henze G, Feldges A, Zintl F, Kornhuber B, Ritter J, Welte K, Gadner H, Riehm H. Improved outcome in childhood acute lymphoblastic leukemia despite reduced use of anthracyclines and cranial radiotherapy: results of trial ALL-
-BFM 90. German-Austrian-Swiss ALL-BFM Study Group. Blood 2000; 95: 3310-22.
4. Kaspers GJ, Pieters R, Klumper E, De Waal FC, Veerman AJ. Glucocorticoid resistance in childhood leukemia. Leuk Lymphoma 1994; 13: 187-201.
5. Hongo T, Yamada S, Yajima S, Watanabe C, Fujii Y, Kawasaki H, Yazaki M, Hanada R, Horikoshi Y. Biological characteristics and prognostic value of in vitro three-drug resistance to prednisolone,
L-asparaginase, and vincristine in childhood acute lymphoblastic leukemia. Int J Hematol 1999; 70: 268-77.
6. Kaspers GJ, Pieters R, Van Zantwijk CH, Van Wering ER, Van Der Does-Van Den Berg A, Veerman AJ. Prednisolone resistance in childhood acute lymphoblastic leukemia: vitro-vivo correlations and cross--resistance to other drugs. Blood 1998; 92: 259-66.
7. Pieters R, Huismans DR, Loonen AH, Hahlen K, van der Does-van den Berg A, van Wering ER, Veerman AJP. Relation of cellular drug resistance to long-term clinical outcome in childhood acute lymphoblastic leukaemia. Lancet 1991; 338: 399-403.
8. Kaspers GJ, Veerman AJ, Popp-Snijders C, Lomecky M, Van Zantwijk CH, Swinkels LM, Van Wering ER, Pieters R. Comparison of the antileukemic activity in vitro of dexamethasone and prednisolone in childhood acute lymphoblastic leukemia. Med Pediatr Oncol 1996; 27: 114-21.
9. Ito C, Evans WE, McNinch L, Coustan-Smith E, Mahmoud H, Pui CH, Campana D. Comparative cytotoxicity of dexamethasone and prednisolone in childhood acute lymphoblatic leukemia. J Clin Oncol 1996; 14: 2370-6.
10. Pieters R, Klumper E, Kaspers GJ, Veerman AJ. Everything you always wanted to know about cellular drug resistance in childhood acute lymphoblastic leukemia. Crit Rev Oncol Hematol 1997; 25: 11-26.
11. Styczyński J, Pieters R, Huismans DR, Schuurhuis GJ, Wysocki M, Veerman AJP. In vitro drug resistance profiles in adult versus childhood acute lymphoblastic leukaemia. Br J Haematol 2000; 110: 813-818.
12. Kofler R. The molecular basis of glucocorticoid-induced apoptosis of lymphoblastic leukemia cells. Histochem Cell Biol 2000; 114: 1-7.
13. Baghdassarian N, Bertrand Y, Ffrench P, Duhaut P, Bryon PA, Ffrench M. Role of bcl-2 and cell cycle regulatory proteins for corticosensitivity assessment in childhood acute lymphoblastic leukaemia. Br J Haematol 2000; 109: 109-16.
14. Alnemri ES, Fernandes TF, Haldar S, Croce CM, Litwack G. Involvement of Bcl-2 in glucocorticoid-induced apoptosis of human pre-B-leukemias. Cancer Res 1992; 52: 491-5.
15. Pui CH, Costlow ME, Kalwinsky DK, Dahl GV. Glucocorticoid receptors in childhood acute non-lymphocytic leukemia. Leuk Res 1983; 7: 11-6.
16. Costlow ME, Pui CH. Nuclear translocation of lymphoblast glucocorticoid receptors in childhood leukemia does not predict steroid responsiveness. J Steroid Biochem 1987; 26: 15-8.
17. Haarman EG, Kaspers GJL, Veerman AJP. Glucocorticoid resistance in child-
hood leukaemia: mechanisms and modulation. Br J Haematol 2003; 120: 919-29.
18. Styczynski J, Wysocki M, Balwierz W, Rokicka-Milewska R, Matysiak M, Balcerska A, Kowalczyk J, Wachowiak J, Sonta-Jakimczyk D, Chybicka A. In vitro comparative antileukemic activity of various glucocorticoids in childhood acute leukemia. Neoplasma 2002; 49: 178-83.
19. Clarke AR, Purdie CA, Harrison DJ, Morris RG, Bird CC, Hooper ML, Wyllie AH. Thymocyte apoptosis induced by p53-dependent and independent pathways. Nature 1993; 362: 849-52.
20. Thulasi R, Harbour DV, Thompson EB. Suppression of c-myc is a critical step in glucocorticoid induced leukemic cell lysis. J Biol Chem 1993; 268: 18306-12.
21. Ueda K, Kino K, Taguchi Y, Yamada K, Saeki T, Tanigawara Y, Komano T. Role of P-glycoprotein in the transport of hormones and peptides. In: Gupta S, Tsuruo T (eds). Multidrug Resistance in Cancer Cells. John Wiley & Sons: Chichester 1996; 303-19.
22. Longui CA, Vottero A, Adamson PC, Cole DE, Kino T, Monte O, Chrousos GP. Low glucocorticoid receptor a/b ratio in
T-cell lymphoblastic leukemia. Horm Metab Res 2000; 32: 401-6.
23. Tissing WJE, Lauten M, Meijerink JPP, Den Boer ML, Verschuuren AC, Gerdes K, Beger C, Wiemer ACE, Sonneveld P, Welte K, Schrappe M, Pieters R. Glucocorticoid receptor splice variants alpha, beta and GR-P and in vitro glucocorticoid resistance in childhood acute lymphoblastic leukemia (abstract 1325). Blood 2001; 98: 313a.
24. Tissing WJE, Meijerink JPP, den Boer ML, Pieters R. Molecular determinants of glucocorticoid sensitivity and resistance in acute lymphoblastic leukemia. Leukemia 2003; 17: 17-25.
25. Lauten M, Asgedom G, Welte K, Schrappe M. In vivo protein expression of the glucocorticoid receptor and heat shock protein 90 in glucocorticoid sensitive and resistant childhood acute lymphoblastic leukemia (abstract O28). Leukemia 2003; 17: 665.
26. Smets LA, Salomons G, van den Berg J. Glucocorticoid induced apoptosis in leukemia. Adv Exp Med Biol 1999; 457: 607-614.
27. Klein A, Lishner M, Bruser B, Curtis JE, Amamto DJ, Malkin A. Cortisol metabolism by lymphocytes of patients from chronic lymphocytic leukemia. Biochem Cell Biol 1990; 68: 810-813.
28. Maung ZT, Hogarth L, Reid MM, Proctor SJ, Hamilton PJ, Hall AG. Raised intracellular glutathione levels correlate with in vitro resistance to cytotoxic drugs in leukemic cells from patients with acute lymphoblastic leukemia. Leukemia 1994; 8: 1487-91.


ADRES DO KORESPONDENCJI


dr n. med. Jan Styczyński
Katedra i Klinika Pediatrii,
Hematologii i Onkologii
Akademia Medyczna
ul. M. Curie-Skłodowskiej 9
85-094 Bydgoszcz
tel. 0 (prefiks) 52 585 48 60
faks 0 (prefiks) 52 585 48 67
e-mail: jan_styczynski@wp.pl