Molecular strategies in the treatment of skin cancers

Wprowadzenie

Nieczerniakowe nowotwory skóry (ang. non-melanoma skin cancers – NMSC) są najczęstszymi nowotworami złośliwymi u ludzi rasy kaukaskiej. Występuje stała tendencja wzrostowa zachorowań i chorobowości [1, 2]. Złotym standardem w leczeniu NMSC jest postępowanie chirurgiczne, jednak poznanie molekularnych podstaw biologii komórek spowodowało nowe podejście do leczenia raków. Poszukiwanie zaburzeń molekularnych istotnych z punktu widzenia kancerogenezy, chociaż nadal przypomina szukanie igły w stogu siana, jest coraz bardziej systematyczne. Poznanie na poziomie mo-lekularnym zmian i zależności zachodzących w komórkach nowotworowych daje szanse wdrożenia celowanego leczenia, którego perspektywy są coraz bliższe. Kilka lat po zakończeniu sekwencjonowania ludzkiego genomu podejmowane są próby sekwencjonowania genomu nowotworów złośliwych i utworzenia swoistego atlasu molekularnego nowotworów. Najbardziej zaawansowane próby mające szanse na zastosowanie w terapii NMSC w praktyce dotyczą badania szlaku sygnałowego receptora naskórkowego czynnika wzrostu (ang. epidermal growth factor receptor – EGFR) i szlaku sonic hedgehog (Shh).

Szlaki sygnałowe receptora naskórkowego czynnika wzrostu

Receptor naskórkowego czynnika wzrostu, który jest przezbłonowym receptorem kinazy tyrozynowej, aktywuje wiele procesów biologicznych, takich jak apoptoza, różnicowanie, proliferacja, adhezja, inwazja, naprawa DNA i przeżycie komórek. Jest on również zaangażowany w proliferację komórek nowotworowych. Farmakologiczne zablokowanie EGFR może stanowić efektywną strategię hamowania wzrostu guza. Receptor naskórkowego czynnika wzrostu jest jednym z receptorów przezbłonowych kinazy tyrozynowej, znanych jako rodzina receptorów ErbB lub HER. Należą do nich: EGFR (HER1 lub ErbB1), ErbB2 (HER2), ErbB3 (HER3) i Erb4 (HER4) [3]. Receptor naskórkowego czynnika wzrostu jest glikoproteiną, która składa się z liganda pozakomórkowego, domeny przezbłonowej i domeny wewnątrzkomórkowej z aktywnością kinazy tyrozynowej. Jest on aktywowany, kiedy jego ligand zostanie związany z domeną zewnątrzkomórkową.

Związanie to powoduje zmiany prowadzące do dimeryzacji z innym receptorem EGFR (homodimeryzacja) lub z innym członkiem rodziny EGFR (heterodimeryzacja). Po dimeryzacji receptora następuje aktywowanie białka wewnętrznego – kinazy tyrozynowej i autofosforylacja tyrozyny, co inicjuje kaskadę śródkomórkowych sygnałów mitogennych i innych aktywności komórkowych [4, 5]. Głównym szlakiem sygnałowym ErbB wydaje się Ras-Raf-mitogen-

-activated protein kinase pathway (MAPK). Inną ważną drogą sygnałową EGFR jest kinaza fosfatydyloinozytolu 3 (ang. phosphoinositide-3kinase – PI3K) [6]. Po tych sygnałach mitogennych zachodzą w komórce liczne procesy biologiczne [7, 8].

W warunkach prawidłowych EGFR wykazuje ekspresję w skórze, przede wszystkim na niezróżnicowanych keratynocytach warstwy podstawnej naskórka, sebocytach i komórkach mieszków włosowych oraz na komórkach mięśni gładkich tętnic skórnych i komórkach mięśni przywłośnych [9]. Rodzina EGFR jest zaangażowana w rozwój różnych raków u ludzi. Nadmierną ekspresję EGFR obserwuje się w wielu nowotworach, w tym w 80–100% guzów głowy i szyi [10]. Wysoki poziom białka EGFR w guzach koreluje z agresywnością choroby, złym rokowaniem i złą odpowiedzią na leczenie, a ponadto odpowiada za rozwój oporności na środki cytotoksyczne [11]. Wyjaśnienie znaczenia ErbB w biologii raka podstawnokomórkowego (ang. basal cell carcinoma – BCC) i kolczystokomórkowego (ang. squamous cell carcinoma – SCC) wymaga dalszych badań.

Ekspresję członków rodziny ErbB w NMSC określa się najczęściej immunohistochemicznie. Specyficzną fluorescencję EGFR wykazano w około 50% BCC i w 100% SCC [12]. Wykazano także silne świecenie z przeciwciałami przeciw EGFR we wszystkich BCC i słabe barwienie ErbB2 w 1/3 BCC. W tym samym badaniu reakcja EGFR i ErbB2 była w prawie wszystkich SCC wybitnie dodatnia [13].

Groves i wsp. [14] badali ekspresję EGFR w łagodnych i złośliwych guzach naskórkowych, stosując przeciwciała monoklonalne skierowane przeciw zewnątrz- i wewnątrzkomórkowej domenie receptora. W guzach łagodnych wykazano uporządkowaną ekspresję EGFR, w złośliwych utratę barwienia błony komórkowej i akumulację wewnątrzkomórkową receptora. Prawdopodobnie w rozwoju złośliwych guzów dysregulacja EGFR jest bardziej istotna niż obecność patologicznych form receptorów naskórkowych. Badania Krähna i wsp. [15] miały na celu identyfikację EGFR w skórze niezmienionej oraz w BCC i SCC metodą reakcji łańcuchowej polimerazy w czasie rzeczywistym (ang. real-time polymerase chain reaction – RT-PCR). W badaniach wykazano, że HER2 były obecne we wszystkich próbkach, HER4 nie było w żadnych, natomiast EGFR i HER3 obserwowano głównie w BCC i SCC. Koekspresja EGFR, HER2 i HER3 może być związana ze złośliwym fenotypem. Stwierdza się ją głównie w BCC i SCC oraz jej brak w skórze niezmienionej. Konieczne wydają się dalsze badania dotyczące identyfikacji i roli EGFR w BCC i SCC [15].

Obecnie można wyróżnić dwa odrębne farmakologiczne podejścia do wykorzystania zahamowania funkcji EGFR w leczeniu raków:

• neutralizacja EGFR przeciwciałami monoklonalnymi (cetuksymab, panitumumab, matuzumab),

• zastosowanie gefitinibu i erlotinibu – drobnocząsteczkowych inhibitorów kinazy tyrozynowej (ang. tyrosine kinase inhibitors – TKI).

Przeciwciała monoklonalne anty-EGFR wiążą się z jego domeną zewnątrzkomórkową, co powoduje stan nieaktywny. Przeciwciała są specyficzne i blokując region wiążący ligand, uniemożliwiają aktywację kinazy tyrozynowej. Mają one również potencjał do wyzwolenia odpowiedzi immunologicznej. Drobnocząsteczkowe inhibitory kinazy konkurują odwracalnie lub nieodwracalnie z adenozyno-5`-trój-fosforanem. Wiążąc się ze śródkomórkową domeną EGFR o aktywności kinazy tyrozynowej, hamują autofosforylację EGFR i powodują osłabienie drogi sygnałowej. Ponadto drobnocząsteczkowe TKI mogą blokować różne receptory wzrostowe kinazy tyrozynowej, w tym innych członków rodziny EGFR lub receptor czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (ang. vascular endothelial growth factor – VEGF). Jest możliwa i została opisana wrodzona lub nabyta oporność na inhibitory EGFR, która ogranicza zastosowanie tych leków w terapii. Może to być związane z wrodzoną, konstytutywną aktywacją i osłabieniem mediatorów innych receptorów kinazy tyrozynowej [16].

Cetuksymab jest jednym z najlepiej przebadanych przeciwciał monoklonalnych skierowanych przeciw EGFR. Amerykańska Agencja do spraw Żywności i Leków (ang. Food and Drug Administration – FDA) wprowadziła go do leczenia SCC głowy i szyi oraz raków jelita grubego włącznie z tymi, które nie odpowiadają na chemioterapię.

Cetuksymab jest chimerycznym białkiem monoklonalnym IgG1, które po związaniu z EGFR hamuje progresję cyklu komórkowego w fazie G0/G1, zwiększa ekspresję regulatora cyklu komórkowego p27KIP1 i powoduje apoptozę przez podwyższenie ekspresji białek proapoptotycznych (Bax i kaspaz) lub przez inaktywację białek antyapoptotycznych, takich jak bcl-2. Może on również hamować produkcję VEGF, IL-8 i zasadowego czynnika wzrostu fibroblastów (ang. basic fibroblast growth factor – FGF) z następczym zmniejszeniem angiogenezy [17, 18]. Badania fazy I i II wykazały bezpieczeństwo cetu-ksymabu – samego lub w połączeniu z chemioterapią cytotoksyczną – w leczeniu przerzutowego SCC głowy i szyi oraz raka jelita grubego i raka drobnokomórkowego płuc. Cetuksymab był lepiej tolerowany w monoterapii [19].

Pierwszy przypadek skutecznego leczenia zaawansowanego SCC skóry cetuksymabem z następczą opornością na lek przedstawili w 2007 roku Suen i wsp. [20]. Vano-Galvan i wsp. [21] przedstawili inny przypadek dobrego efektu zastosowania cetuksymabu u chorego z nieoperacyjną wznową miejscową i przerzutami SCC. W 6-miesięcznej obserwacji pacjent był wolny od choroby. Arnold i wsp. [22] opisali pacjenta z dystroficzną postacią epidermolysis bullosa i przerzutowym SCC, którego wyleczono cetuksymabem. Lek ten był również stosowany łącznie z inhibitorami cyklooksygenazy-2 w leczeniu zaawanso-wanych skórnych SCC [23]. Wzrost produkcji prostaglandyn stymuluje fosforylację EGFR i otwiera ścieżkę sygnałową MAPK.

Przeciwciała monoklonalne anty-EGFR zyskują w ostatnim czasie znaczne zainteresowanie dermatologów w związku z ich zastosowaniem w leczeniu nieoperacyjnych NMSC. Chorych ze skrajnie zaawansowanymi HER1/+/NMSC, którzy nie są dobrymi kandydatami do chirurgii lub innego leczenia paliatywnego, FDA włącza obecnie do programów leczenia cetuksymabem [23].

Panitumumab jest w pełni ludzkim przeciwciałem monoklonalnym IgG2 skierowanym bezpośrednio przeciw EGFR. Wiąże się on z EGFR i blokuje działanie EGF, a także TGF-a, hamując EGF-zależną aktywację komórek nowotworowych i ich proliferację. Panitumumab hamuje cykl komórkowy w fazie G0/G1 w sposób podobny do cetuksymabu [24]. Lek ten nie był stosowany u pacjentów z NMSC. Podobnie matuzumab, skuteczny w raku głowy i szyi, nie był dotychczas stosowany w leczeniu NMSC [25].

Inhibitory kinazy tyrozynowej są syntetycznymi cząsteczkami, które wchodzą w interakcję ze śródkomórkową domeną kinazy tyrozynowej wielu receptorów, łącznie z EGFR. Hamują one fosforylację receptora przez konkurowanie ze śródkomórkowym miejscem wiązania Mg-ATP [26]. Gefitinib i erlotinib hamują aktywację i fosforylację EGFR śródkomórkowo w sposób podobny do przeciwciał monoklonalnych, co prowadzi do zahamowania cyklu komórkowego lub apoptozy. Ich dokładna rola przeciwnowotworowa nie jest znana, ale uważa się, że zatrzymują one cykl komórkowy w fazie G1 [27]. Chociaż kliniczna użyteczność gefitinibu była szeroko badana w guzach trzewnych, jego rola w leczeniu NMSC nadal wymaga wyjaśnienia. Lapatinib jest również znany ze znacznego działania przeciwnowotworowego. Lek jest odwracalnym antagonistą ErbB1 i ErbB2, a jego nieselektywność może powodować większe spektrum działania na nowotwory [28]. Kanertinib jest natomiast nieodwracalnym i nieselektywnym inhibitorem EGFR, co również poszerza jego działanie przeciwnowotworowe. Lek powoduje gwałtowną, nieodwracalną inhibicję wszystkich rodzajów EGFR. Wykazuje aktywność przeciwko ErbB1 i ErbB2, a także ErbB3 i ErbB4, ale nie wpływa na inne kinazy tyrozynowe. Jego rola w leczeniu SCC związana z powinowactwem do ErbB3 jest dopiero wstępnie oceniana. Wiadomo, że SCC i BCC są silnie ErbB3-dodatnie, co czyni kanertinib dobrym kandydatem do leczenia raków skóry [29].

Dobór chorych do leczenia inhibitorami EGFR pozostaje dużym wyzwaniem. W odróżnieniu od użycia herceptyny w raku piersi, w którym związek pomiędzy nadmierną ekspresją ErbB2 i odpowiedzią na leczenie jest relatywnie jasny, analogiczny związek pomiędzy ekspresją EGFR a reakcją na jego inhibitory nie jest taki prosty, co prawdopodobnie wynika ze złożoności szlaku sygnałowego Erb. Dla chorych z nowotworami, w których droga sygnałowa EGFR jest główną drogą progresji guza, inhibitory EGFR będą stanowiły znaczącą wartość, ale w przypadku nowotworów, w których droga sygnałowa EGFR jest jedną z wielu patologicznych dróg molekularnych wzrostu, nie będą one miały znaczenia.

Szlak sonic hedgehog

Obecnie w NMSC szeroko badane są mutacje wywoływane promieniowaniem ultrafioletowym. Najlepiej poznano mutacje genu supresorowego p53 [30]. W wielu NMSC stwierdza się także mutacje genu ras (protoonkogenu) i genu supresorowego PATCHED [31]. Od genu PATCHED odpowiedzialnego za morfogenezę, czyli prawidłowy rozwój embrionalny, między innymi różnicowanie ektodermy [32, 33], zależy szlak przekazywania sygnałów sonic hedgehog (Shh). Gen PATCHED jest również odpowiedzialny za regulację proliferacji komórek. Niektóre z nowotworów złośliwych, w tym BCC, mogą być związane z mutacjami inaktywującymi białka PATCHED. Połączenie białka Shh z białkiem SMO (ang. “smoothened” transmembrane proteins) i jego aktywowanie w ten sposób powoduje roz-szczepienie w cytoplazmie białek gliadynowych (GLI) i ich przechodzenie we fragmentach do jądra komórkowego, czego wynikiem jest kontrolowana proliferacja. W warunkach patologicznych białko GLI nie ulega rozszczepieniu i w całości przedostaje się do jądra, powodując ciągłą proliferację [31, 34].

Historia odkrycia szlaku hedgehog wiąże się z odkryciem alkaloidu roślinnego cyklopaminy o budowie zbliżonej do hormonów steroidowych, blokującego jedno z istotnych białek w tej ścieżce sygnałowej. Cyklopamina hamuje białko SMO i dalej białko GLI, które jest czynnikiem transkrypcyjnym włączającym ekspresję określonych genów, które są wyłączone w życiu pozapłodowym, a ponownie włączone mogą być przyczyną nowotworzenia. Stosowanie cyklopaminy u zwierząt może prowadzić do całkowitej regresji nowotworu, jednak lek ten nie nadaje się do stosowania w praktyce, ponieważ jest pochodną roślinną trudną do syntezy chemicznej i zbyt toksyczną w stosunku do innych białek z powodu mało wybiórczego efektu.

Możliwość syntetyzowania małych cząsteczek hamujących określone białka otworzyła drogę do tworzenia doustnych leków, które są ich inhibitorami. Przykładem jest preparat GDC-0449, który jest inhibitorem białka SMO o bardzo dużej aktywności w tych nowotworach złośliwych, w których jest zaangażowana ścieżka sygnałowa sonic hedgehog. Inhibitor białka SMO okazał się bardzo aktywnym lekiem w zaawansowanych, nieoperacyjnych postaciach BCC [35, 36]. Bardzo dobra odpowiedź kliniczna, stosunkowo niewielkie działania niepożądane i długi czas utrzymywania się tej odpowiedzi typują GDC-0449 na kandydata do szerszych prób klinicznych.

Podsumowując – poznanie molekularnych podstaw cyklu komórkowego, różnicowania się komórek i ich wzajemnego komunikowania się szlakami sygnałowymi może się przyczynić do stosowania celowanych metod leczenia i wpłynąć na nowe spojrzenie na klasyczne, zabiegowe postępowanie w rakach skóry.

Piśmiennictwo

 1. Greenlee R.T., Hill-Harmon M.B., Murray T., Thun M.: Cancer statistics, 2001. CA Cancer J Clin 2001, 51, 15-36.

 2. Weinstock M.A.: The epidemic of squamous cell carcinoma. JAMA 1989, 262, 2138-2140.

 3. Mendelsohn J., Baselga J.: Status of epidermal growth factor receptor antagonists in the biology and treatment of cancer. J Clin Oncol 2003, 21, 2787-2799.

 4. Ogiso H., Ishitani R., Nureki O., Fukai S., Yamanaka M., Kim J.H. i inni: Crystal structure of the complex of human epidermal growth factor and receptor extracellular domains. Cell 2002, 110, 775-787.

 5. Wells A.: EGF receptor. Int J Biochem Cell Biol 1999, 31, 637-643.

 6. Vivanco I., Sawyers C.L.: The phosphatidylinositol 3-kinase AKT pathway in human cancer. Nat Rev Cancer 2002, 2, 489-501.

 7. Alroy I., Yarden Y.: The ErbB signaling network in embryogenesis and oncogenesis: signal diversification through combinatorial ligand-receptor interactions. FEBS Lett 1997, 410, 83-86.

 8. Burgering B.M., Coffer P.J.: Protein kinase B (c-Akt) in phosphatidylinositol-3-OH kinase signal transduction. Nature 1995, 376, 599-602.

 9. Gullick W.J., Hughes C.M., Mellon K., Neal D.E., Lemoine N.R.: Immunohistochemical detection of the epidermal growth factor receptor in paraffin-embedded human tissues. J Pathol 1991, 164, 285-289.

10. Herbst R.S., Shin D.M.: Monoclonal antibodies to target epidermal growth factor receptor-positive tumors: a new paradigm for cancer therapy. Cancer 2002, 94, 1593-1611.

11. Brabender J., Danenberg K.D., Metzger R., Schneider P.M., Park J., Salonga D. i inni: Epidermal growth factor receptor and HER2-neu mRNA expression in non-small cell lung cancer is correlated with survival. Clin Cancer Res 2001, 7, 1850-1855.

12. Bauknecht T., Gross G., Hagedorn M.: Epidermal growth factor receptors in different skin tumors. Dermatologica 1985, 171, 16-20.

13. Liu B., Zhang H., Li S., Chen W., Li R.: The expression of c-erbB-1 and c-erbB-2 oncogenes in basal cell carcinoma and squamous cell carcinoma of skin. Chin Med Sci J 1996, 11, 106-109.

14. Groves R.W., Allen M.H., MacDonald D.M.: Abnormal expression of epidermal growth factor receptor in cutaneous epithelial tumours. J Cutan Pathol 1992, 19, 66-72.

15. Krähn G., Leiter U., Kaskel P., Udart M., Utikal J., Bezold G. i inni: Coexpression patterns of EGFR, HER2, HER3 and HER4 in non-melanoma skin cancer. Eur J Cancer 2001, 37, 251-259.

16. Bianco R., Damiano V., Gelardi T., Daniele G., Ciardiello F., Tortora G.: Rational combination of targeted therapies as a strategy to overcome the mechanisms of resistance to inhibitors of EGFR signaling. Curr Pharm Des 2007, 13, 3358-3367.

17. Gingras A.C., Kennedy S.G., O'Leary M.A., Sonenberg N., Hay N.: 4E-BP1, a repressor of mRNA translation, is phosphorylated and inactivated by the Akt(PKB) signaling pathway. Genes Dev 1998, 12, 502-513.

18. Perrotte P., Matsumoto T., Inoue K., Kuniyasu H., Eve B.Y., Hicklin D.J. i inni: Anti-epidermal growth factor receptor antibody C225 inhibits angiogenesis in human transitional cell carcinoma growing orthotopically in nude mice. Clin Cancer Res 1999, 5, 257-265.

19. Herbst R.S., Arquette M., Shin D.M., Dicke K., Vokes E.E., Azarnia N. i inni: Phase II multicenter study of the epidermal growth factor receptor antibody cetuximab and cisplatin for recurrent and refractory squamous cell carcinoma of the head and neck. J Clin Oncol 2005, 23, 5578-5587.

20. Suen J.K., Bressler L., Shord S.S., Warso M., Villano J.L.: Cutaneous squamous cell carcinoma responding serially to single-agent cetuximab. Anticancer Drugs 2007, 18, 827-829.

21. Vano-Galvan S., Ríos-Buceta L., Ma D.L., Fernández-Chacón C., Viera J.C., Jaén P.: Cetuximab-induced hypertrichosis of the scalp and eyelashes. J Am Acad Dermatol 2010, 62, 531-533.

22. Arnold A.W., Bruckner-Tuderman L., Zuger C., Itin P.H.: Cetuximab therapy of metastazing cutaneous squamous cell carcinoma in a patient with severe recessive dystrophic epidermolysis bullosa. Dermatology 2009, 219, 80-83.

23. Jalili A., Pinc A., Pieczkowski F., Karlhofer F.M., Stingl G., Wagner S.N.: Combination of an EGFR blocker and a COX-2 inhibitor for the treatment of advanced cutaneous squamous cell carcinoma. J Dtsch Dermatol Ges 2008, 6, 1066-1069.

24. Yang X.D., Jia X.C., Corvalan J.R., Wang P., Davis C.G.: Development of ABX-EGF, a fully human anti-EGF receptor monoclonal antibody, for cancer therapy. Crit Rev Oncol Hematol 2001, 38, 17-23.

25. Seiden M.V., Burris H.A., Matulonis U., Hall J.B., Armstrong D.K., Speyer J. i inni: A phase II trial of EMD72000 (matuzumab), a humanized anti-EGFR monoclonal antibody, in patients with platinum-resistant ovarian and primary peritoneal malignancies. Gynecol Oncol 2007, 104, 727-731.

26. Ranson M.: Epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitors. Br J Cancer 2004, 90, 2250-2255.

27. Ciardiello F., Bianco R., Caputo R., Caputo R., Damiano V., Troiani T. i inni: Antitumor activity of ZD6474, a vascular endothelial growth factor receptor tyrosine kinase inhibitor, in human cancer cells with acquired resistance to antiepidermal growth factor receptor therapy. Clin Cancer Res 2004, 10, 784-793.

28. Xia W., Liu L.H., Ho P., Spector N.L.: Truncated ErbB2 receptor (p95ErbB2) is regulated by heregulin through heterodimer formation with ErbB3 yet remains sensitive to the dual EGFR/ErbB2 kinase inhibitor GW572016. Oncogene 2004, 23, 646-653.

29. Thomas S.M., Grandis J.R.: Pharmacokinetic and pharmacodynamic properties of EGFR inhibitors under clinical investigation. Cancer Treat Rev 2004, 30, 255-268.

30. Ansarin H., Daliri M., Soltani-Arabshahi R.: Expression of p53 in aggressive and non-aggressive histologic variants of basal cell carcinoma. Eur J Dermatol 2006, 16, 543-547.

31. Lesiak A., Sysa-Jędrzejowska A., Narbutt J.: Rola ścieżki przekazywania sygnału sonic hedgehog w procesie skórnej kancerogenezy. Pol Merk Lek 2010, 29, 141-143.

32. Cohen M.M. Jr.: The hedgehog signaling network. Am J Med Genet A 2003, 123A, 5-28.

33. Frank-Kamenetsky M., Zhang X.M., Bottega S., Guicherit O., Wichterle H., Dudek H. i inni: Small-molecule modulators of hedgehog signaling: identification and characterization of smoothened agonists and antagonists. J Biol 2002, 1, 10.

34. Tilli C.M., Van Steensel M.A., Krekels G.A., Neumann H.A., Ramaekers F.C.: Molecular aetiology and pathogenesis of basal cell carcinoma. Br J Dermatol 2005, 152, 1108-1124.

35. Von Hoff D.D., LoRusso P.M., Rudin C.M., Reddy J.C., Yauch R.L., Tibes R. i inni: Inhibition of the hedgehog pathway in advanced basal-cell carcinoma. N Engl J Med 2009, 361, 1164-1172.

36. Walterhouse D.O., Lamm M.L., Villavicencio E., Iannaccone P.M.: Emerging roles for hedgehog-patched-Gli signal transduction in reproduction. Biol Reprod 2003, 69, 8-14.



Otrzymano: 23 III 2012 r.

Zaakceptowano: 3 IV 2012 r.