Molecular models of carcinogenesis in colorectal cancer

Genetyczny model kancerogenezy Fearona-Vogelsteina w raku jelita i odbytnicy
Nowotwory jelita grubego i odbytnicy pozostają jedną z głównych przyczyn zgonów na świecie. W ostatnich latach szacowana roczna liczba nowych przypadków dla całej populacji ludzkiej wyniosła ponad 780 tys. zachorowań. Proces nowotworzenia w raku jelita grubego i odbytnicy (colorectal cancer – CRC) był pierwszym tak dobrze scharakteryzowanym modelem molekularnym w historii badań nad nowotworami w ogóle. Fakt, że nowotworzenie przebiega wieloetapowo, znany był już od połowy XX w., jednak dopiero rozwój technik biologii molekularnej w latach 80. ubiegłego wieku pozwolił na zidentyfikowanie zmian molekularnych, które stoją za inicjacją oraz progresją guzów. Pod koniec tamtej dekady E.R. Fearon i B. Vogelstein zauważyli, że CRC stanowi doskonały model ilustrujący wpływ zmian genetycznych na powstawanie nowotworów. Wcześniejsze badania kliniczne i histopatologiczne sugerowały, że znaczna większość, jeśli nie wszystkie, złośliwych guzów (carcinoma) jelita grubego i odbytu powstaje z istniejących wcześniej łagodnych guzów (gruczolaków): u chorych można znaleźć guzy w różnym stadium rozwoju, od małych gruczolaków aż po duże guzy metastatyczne. Ponadto, w procesie kancerogenezy w tej chorobie mają znaczenie zarówno czynniki dziedziczne, jak i środowiskowe, co umożliwiło zbadanie dziedzicznych oraz somatycznych zmian genetycznych [1]. Zaproponowany przez nich model wyróżniał się następującymi założeniami, pozostającymi nadal podstawą badań nad nowotworami [1]:
1) guzy jelita grubego powstają głównie w wyniku mutacji aktywujących onkogeny oraz inaktywujących geny supresorowe;
2) aby rozwinął się nowotwór złośliwy, potrzeba mutacji przynajmniej 4–5 genów; mniejsza liczba zmian wystarcza do powstania guza łagodnego;
3) chociaż zmiany genetyczne często zachodzą w pewnej preferowanej kolejności, to za właściwości biologiczne nowotworu odpowiada całkowita liczba oraz typ nabytych zmian, a nie ich kolejność;
4) w niektórych przypadkach zmutowane geny supresorowe powodują efekt fenotypowy nawet wtedy, gdy występują w stanie heterozygotycznym (ryc. 1.).
Znaczenie mutacji aktywujących onkogeny oraz mutacji inaktywujących geny supresorowe
Jedną z najczęściej występujących zmian genetycznych w guzach jelita grubego są somatyczne mutacje genów z rodziny RAS (głównie KRAS). Około 50% gruczolakoraków jelita grubego oraz gruczolaków większych niż 1 cm ma mutacje w genach należących do tej rodziny [2]. Z drugiej strony, tego typu mutacje wykryto w zaledwie ok. 10% gruczolaków mniejszych niż 1 cm, niezależnie od tego, czy pochodziły one od pacjentów z wrodzoną predyspozycją, czy też pojawiały się sporadycznie [2]. Na podstawie tej obserwacji autorzy wysnuli wniosek, że aktywujące mutacje genów RAS skutkują przejściem z etapu małego guza łagodnego do większego, bardziej inwazyjnego stadium poprzez ekspansję klonalną komórki, w których taka mutacja nastąpiła [1]. Z sytuacją odwrotną mamy do czynienia w przypadku genów supresorowych – w ich przypadku utrata funkcji jest związana najczęściej z utratą jednego z alleli. Jednym z najczęściej traconych fragmentów chromosomów w CRC jest region 17p. Odsetek utraty lub zmiany tego regionu (w wyniku rekombinacji) dochodzi w nowotworach złośliwych do 75%, podczas gdy w zmianach łagodnych od ok. 10–30% [2]. W minimalnym regionie delecji zidentyfikowano gen P53 (symbol oficjalny: TP53), obecnie jeden z najbardziej znanych genów supresorowych, a zmiany opisane powyżej w CRC potwierdzono właściwie dla większości pospolitych nowotworów [1]. W obrębie P53 zaobserwowano również wiele różnych mutacji punktowych, których wynikiem są substytucje aminokwasowe, a w konsekwencji powstawanie niefunkcjonalnych białek [3]. Na tej podstawie wysunięto hipotezę, wg której zmutowany allel P53 w CRC miałby zapewniać przewagę selekcyjną, prowadząc do progresji nowotworu, nawet w obecności drugiego niezmutowanego allela [1]. Zachodząca później utrata allela dzikiego (wild-type – WT) jest najczęściej związana z przejściem ze stadium gruczolaka do nowotworu złośliwego i wzmacnia jeszcze przewagę selekcyjną zapewnioną przez powstanie mutacji [4]. Drugim regionem, najczęściej po 17p przejawiającym utratę przynajmniej jednego z alleli w CRC, jest 18q, w którym utrata jednego z alleli występuje w ponad 70% przypadków CRC i prawie 50% późnych gruczolaków [2]. Fearon i wsp. zidentyfikowali na tym ramieniu gen DCC (deleted in colorectal carcinoma) leżący dokładnie w regionie 18q21.3 [5]. Co ciekawe, białko kodowane przez ten gen wykazuje znaczącą homologię do rodziny białek adhezyjnych, a ostatnie badania zdają się potwierdzać taką jego funkcję: komórki linii raka jelita HT-29 transfekowane DCC wykazywały zwiększoną adhezję do podłoża [6]. Trzecim pod względem częstości utraty alleli w CRC genem jest APC (adenomatous polyposis coli). Normalne białko APC odpowiada za działanie antagonistyczne względem szlaku sygnałowego Wnt. Dziedziczone mutacje w obrębie APC powodują rodzinną polipowatość gruczolakowatą jelita (familial adenomatous polyposis – FAP) objawiającą się powstawaniem setek gruczolaków w obrębie jelita grubego. Gen ten znajduje się w regionie 5q21-q22, a częstość utraty allela w obrębie tego ramienia wynosi odpowiednio: do 50% w złośliwych guzach jelita grubego, ok. 30% w sporadycznych gruczolakach jelita, natomiast w gruczolakach powstających u chorych z rodzinną polipowatością gruczolakowatą jelita utrata któregoś z alleli w tym regionie jest niezwykle rzadka [2].
Powstawanie fenotypu złośliwego poprzez nabycie kilku mutacji
Badania częstości występowania utraty alleli w CRC pozwoliły na stwierdzenie, że oprócz wspomnianych wcześ­niej zmian w obrębie ramion 5q, 17p i 18q, występuje również szereg o wiele rzadszych aberracji, głównie delecji w obrębie: lq, 4p, 6p, 6q, 8p, 9q oraz 22q. Częstość utraty allelicznej w tych regionach wynosiła od ~25% do ~ 50% [7]. Średnia liczba utrat przypadających na jeden guz wynosiła 4–5 [7]. Grupa pacjentów, u których w guzach wykryto większą liczbę zmian w obrębie chromosomów, miała gorsze rokowanie niż pozostali pacjenci, chociaż wielkość i stopień klinicznego zaawansowania były w obu grupach bardzo podobne [7]. Tak złożony układ zmian w genomie odzwierciedla dwa procesy: po pierwsze – niektóre regiony chromosomów – czy wręcz geny, które ulegają delecji lub innej formie inaktywacji (mutacje, metylacja) – wydają się zawierać geny supresorowe, będące „celami” takich niekorzystnych zmian. Po drugie – wiele delecji w innych regionach, zachodzących w bardziej zróżnicowany sposób, może powstawać po części w sposób „przypadkowy”, jako efekt wcześniejszych zmian i nie mieć specjalnego wpływu na fenotyp komórki (choć nie jest wykluczone, że w miejscach tych mogą występować jakieś geny supresorowe, a ich utrata może pogłębiać zmiany w fenotypie nowotworowym komórek) [1].
Nadrzędna rola akumulacji zmian genetycznych nad kolejnością ich powstawania
Model Fearona i Vogelsteina powstał dzięki obserwacjom histopatologicznym i klinicznym, pokazującym, że większość złośliwych guzów w jelicie grubym powstaje z wcześniej istniejących gruczolaków, które stopniowo zwiększają swoje rozmiary i stopień inwazyjności [1]. Progresja nowotworu zachodzi w sposób ciągły, jednak autorzy w celu utrzy­mania prostoty modelu, nadali mu formę etapową (ryc. 1.). Dwa ostatnie etapy są na tyle skomplikowane, że podkreśla się przyjęte duże uproszczenia. Proces nabywania kolejnych zmian genetycznych trwa zwykle w dekadach. Potwierdzają to badania zapadalności na nowotwory w zależności od wieku, pokazujące, że tempo rozwoju guzów jest proporcjonalne do 4.–6. potęgi czasu, który upłynął, co z kolei sugeruje potrzebę zajścia 4–6 niezależnych zdarzeń (nabycia odpowiednich zmian w genomie). Zmiany te zwykle zachodzą w specyficznych fazach w czasie progresji nowotworu, jednak można przytoczyć przynajmniej dwa argumenty wskazujące na to, że większe znaczenie ma postępująca akumulacja zmian, a nie ich wzajemny porządek. Po pierwsze – wszystkie opisane powyżej zmiany genomu obserwowano we wszystkich stadiach guzów [1]. Po drugie – w kilku przypadkach, w których możliwe było zbadanie różnych stadiów rozwoju nowotworu w tym samym guzie, wykazano dzięki obecności tych samych mutacji, że część rakowata powstała z części łagodnej oraz że komórki w części rakowatej zawierały przynajmniej jedną zmianę genetyczną więcej [1]. Niemniej jednak model nabywania kolejnych zmian genetycznych w rozwoju CRC, przedstawiony na rycinie 1., z nielicznymi wyjątkami pozostaje w zgodzie ze zmianami znajdowanymi w poszczególnych stadiach.
Geny supresorowe a recesywne modele ich działania
W klasycznej teorii „podwójnego uderzenia" Knudsona [8] autor ten założył, że geny supresorowe nowotworów działają w sposób recesywny, tzn. zarówno allel matczyny, jak i ojcowski muszą zostać inaktywowane, aby nastąpiło całkowite usunięcie funkcji supresyjnej [8]. Model ten został potwierdzony przez wiele obserwacji, głównie na przykładzie badań genu RB – retinoblastomy [9], jednak w ciągu kolejnych lat pojawiły się prace, sugerujące zrewidowanie modelu Knudsona. Powszechnie uważano, że zespoły genetyczne wywołujące predyspozycje do powstania nowotworów powstają na skutek dziedzicznej inaktywacji jednego z alleli genu supresorowego (unikalnego dla każdego z syndromów). Gdyby zarówno to założenie, jak i hipoteza recesywnego działania genów supresorowych były w pełni prawdziwe, guzy rozwijające się u pacjentów z takimi zespołami genetycznej predyspozycji powinny mieć inaktywowany drugi allel typu dzikiego w locus właściwego dla tej choroby genu supresorowego. Sytuacja taka występuje w dziedzicznych formach retinoblastomy i niektórych innych rodzajach dziedzicznych zespołów nowotworów, jednak badania nad guzami pochodzącymi od osób dotkniętych FAP zwykle nie wykazywały utraty regionu związanego z tą chorobą [2]. W guzach sporadycznych model recesywnego zachowania genów supresorowych przewiduje, że muszą zajść przynajmniej dwie zmiany genetyczne, aby powstał zauważalny efekt fenotypowy: w wyniku każdego z tych zdarzeń następuje inaktywacja jednego allela genu supresorowego (np. poprzez mutację punktową, rekombinację mitotyczną lub utratę jakiejś części chromosomu). Jednak taki scenariusz narzuca jedną poważną sprzeczność w modelu recesywnego charakteru zachowania genów supresorowych w nowotworach sporadycznych, a mianowicie implikuje on powstanie efektu pozytywnej presji selekcyjnej już po nabyciu pierwszej, choćby najmniejszej, zmiany genetycznej, w tym przypadku – inaktywacji pierwszego z alleli [1]. Gdyby mutacja pierwszego z alleli nie dawała jakiejś przewagi selekcyjnej, prawdopodobieństwo powstania liczby komórek wystarczającej do zajścia drugiej mutacji byłoby niezwykle małe [1]. Doskonale widać ten problem na przykładzie mutacji w obrębie P53: już wczesne badania pokazały, że zmutowany mysi p53, wprowadzony do mających normalną wersję tego genu (p53 WT) pierwotnych komórek szczurzych wraz z genem ras jest w stanie nadać tym komórkom właściwości nowotworowe, pomimo ekspresji dzikiego p53 w tych komórkach [10]. Z tego powodu przyjęto założenie, że na poziomie komórkowym mutacje w P53 mogą funkcjonować w sposób negatywnie dominujący, a nie recesywny [1]. Efekt taki można wytłumaczyć częściowo przez oligomeryzację białek powstałych ze zmutowanego allela z białkami prawidłowymi, powodującą inaktywację produktu allela WT. Obserwacje te uprawdopodobniły hipotezę o zapewnianiu komórkom nowotworów selektywnej przewagi wzrostowej przez mutację w P53, nawet przy jednoczesnej obecności allela dzikiego. Następująca w dalszym etapie utrata allela WT jest bowiem często związana z progresją od gruczolaka do guza złośliwego, a także ze wzmocnieniem efektu selektywnej przewagi wzrostowej, zapewnionej przez mutację P53. Kolejnym dowodem przemawiającym za takim modelem jest obserwacja guzów, będących etapem pośrednim pomiędzy jeszcze łagodnym gruczolakiem a złośliwym fenotypem gruczolakoraka: pierwszy z opisanych guzów tego typu zawierał jeden zmutowany allel P53 oraz jeden allel WT, które ulegały ekspresji, dając mRNA na mniej więcej jednakowym poziomie [4]. Mutacja P53 była obecna we wszystkich komórkach guza, przypuszczalnie jako efekt ekspansji klonalnej komórki, w której mutacja ta się pojawiła. Fearon i Vogelstein postawili na tej podstawie hipotezę mówiącą o tym, że gdyby tego guza nie usuwano, najprawdopodobniej w jednej z komórek zaszłaby utrata allela dzikiego P53 i w wyniku ekspansji klonalnej tej komórki cały guz składałby się wyłącznie z takiego rodzaju komórek [1]. Ponadto, utrata allela dzikiego spowodowałaby progresję nowotworu, ponieważ guzy jelita, w których stwierdza się utratę w obrębie regionu 17p, są bardziej agresywne od takich, w których nie ma zmian w tym obszarze [11].
Implikacje modelu Fearona-Vogelsteina
Genetyczny model rozwoju guzów w jelicie grubym, chociaż bardzo uproszczony, zapewnił jednak swego rodzaju „plan działania” w badaniu tej choroby. Pozwolił on na wyznaczenie konkretnych etapów postępowania podczas planowania badań nad tą – tak złożoną – chorobą oraz na podjęcie prób znalezienia markerów molekularnych wczesnych etapów nowotworzenia w jelicie, np. badanie tzw. markerów złuszczanych, czyli poszukiwanie markerów dla kolonocytów uwalnianych z zewnętrznych warstw rozwijającego się nowotworu w próbkach kału: mutacje KRAS [12], P53 [13] czy APC oraz marker niestabilności mikrosatelitarnej Bat-26 [14]. Sama koncepcja przetrwała jako liniowy model fundamentalnych zasad kierujących procesem nowotworzenia w jelicie grubym. Obecnie oczywiste jest, że istnieje wiele szlaków prowadzących do powstania nowotworu w tym narządzie. Okazało się bowiem, że tylko ok. 10% nowotworów jelita ma mutacje w trzech „klasycznych” genach modelu Fearona-Vogelsteina: APC, KRAS i P53 [15]. Dlatego powstały kolejne wersje ogólnych modeli kancerogenezy: jedną z najczęściej cytowanych prac podsumowujących aktualny stan wiedzy w tej dziedzinie jest praca Hanahana i Weinberga [16]. Wyróżnili w niej sześć kategorii funkcjonalnych zmian w metabolizmie lub fizjologii komórek, które muszą zostać nabyte, aby dać w pełni złośliwy fenotyp; są to [16]:
1) samowystarczalność względem sygnałów wzrostowych (np. aktywacja onkogenów RAS),
2) utrata wrażliwości na sygnały inhibujące wzrost (np. utrata aktywności przez gen supresorowy RB),
3) zdolność do unikania apoptozy (np. produkcja autokrynowa czynnika wzrostowego IGF),
4) nieograniczony potencjał wzrostowy (np. aktywacja telomerazy),
5) zdolność do angiogenezy (np. produkcja VEGF),
6) zdolność do inwazji tkanek i metastazy (np. inaktywacja E-kadheryny).
Warto dodać, że w obydwu modelach podkreśla się różnorodność oraz zmienność szlaków prowadzących do uzyskania potencjału złośliwego. W obu pracach uwydatnia się brak istnienia charakterystycznego wzorca zmian genetycznych choćby dla jednego typu czy podtypu nowotworu, nawet na określonych etapach rozwoju choroby.
Czynniki molekularne w diagnostyce raka jelita i odbytnicy
Z przytoczonych powyżej przykładów wynika, że CRC powinien być uważany za chorobę heterogeniczną, do powstania której prowadzą różne zmiany genetyczne. Skutkuje to istnieniem podtypów molekularnych, różnie odpowiadających na taką samą terapię oraz mających różne rokowania. Z tego powodu intensyfikuje się poszukiwania nowych i jak najlepszych molekularnych czynników prognostycznych. Badanie korelacji pomiędzy zmianami molekularnymi a cechami kliniczno-patologicznymi odzwierciedla ewolucję choroby [17]. Od dobrej oceny patologicznej i trafnej kwalifikacji choroby zależy efektywna opieka nad chorym oraz umożliwienie przeprowadzenia skutecznych badań nad mechanizmami powstawania choroby. Od momentu powstania modelu Fearona-Vogelsteina [1] zaczęto badać CRC w sposób zdeterminowany przez ten model. Wkrótce jednak okazało się, że nie da się wytłumaczyć, jak możliwe jest zakumulowanie w jednej komórce wszystkich zmian genetycznych opisanych przez Fearona i Vogelsteina (niosących ze sobą przewagę selekcyjną) w normalnym czasie jej życia. Zaczęto poszukiwać tego dodatkowego „nieklasycznego” czynnika, którym okazała się niestabilność genetyczna. Powodowała ona nie tylko utratę mechaniz­mów krytycznych dla utrzymania wierności DNA podczas podziału komórki, ale i na usunięcie mechanizmów zapoczątkowujących apoptozę [17]. Najlepszą ilustracją konieczności istnienia takiego dodatkowego czynnika w postaci niestabilności genetycznej jest FAP. Choć do inicjacji powstawania setek tysięcy polipów wystarczy wyłącznie funkcjonalna inaktywacja genu APC, to jednak ogromna większość z nich będzie po prostu rosła przez kilka dekad, nie czyniąc żadnej poważnej szkody organizmowi chorego. Patrząc na tę sytuację w kontekście sporadycznego CRC, pojedyncze polipy (gruczolaki) wydają się mieć znacznie większą względną częstość przekształcenia w nowotwór złośliwy [17]. Sama idea posiadania przez identycznie wyglądające zmiany nowotworowe istotnych różnic biologicznych wzięła swój początek od kolejnego z genetycznych zespołów raka jelita – dziedzicznego niepolipowatego raka jelita grubego (hereditary non-polyposis colorectal cancer – HNPCC). W chorobie tej – odwrotnie niż w FAP – większość powstających polipów względnie szybko rozwinie się w formy złośliwe, jeśli nie podejmie się ich leczenia. Większość gruczolaków u chorych z HNPCC wykazuje utratę ekspresji białek MSH2 lub MLH1 (odpowiadających za naprawę błędnie sparowanych zasad DNA) oraz przejawia jedną z form niestabilności genetycznej, charakteryzującą się akumulacją wielu mutacji, przede wszystkim w sekwencjach powtarzających się DNA [18]. Sekwencje te najczęściej występują w niekodujących regionach mikrosatelitarnych, stąd też wzięła się nazwa dla tego zjawiska – niestabilność mikrosatelitarna.
Niestabilność mikrosatelitarna
Zjawisko to (microsatellite instability – MSI) po raz pierwszy zostało opisane właśnie w CRC [19]. Po pierwotnej inaktywacji któregoś z genów szlaku MMR możliwe jest wykrycie mutacji w formie MSI występującej z wysoką częstością w całym genomie, co nazywa się wysoką niestabilnością mikrosatelitarną (MSI-high – MSI-H). Krótkie sekwencje powtarzające się występują również w regionach kodujących niektórych genów supresorowych, takich jak np. TGF-RII czy BAX, tak więc w guzach o fenotypie „MSI-H” geny te mogą być mutowane i inaktywowane [20]. Generalnie nowotwory jelita o fenotypie „MSI-H” są dipoidalne, z niewielkimi utratami lub duplikacjami. Należy więc podkreślić rozróżnienie zachodzenia niestabilności genetycznej na dwóch poziomach: mikrosatelitarnej (MSI-H), bardziej subtelnej, dotyczącej sekwencji DNA oraz chromosomowej (chromosomal instability – CIN), dotykającej całych chromosomów lub przynajmniej ich ramion. Obie formy niestabilności genetycznej wzajemnie się wykluczają, dlatego guzy z fenotypem CIN będą jednocześnie należały do fenotypu MSS (microsatellite stable). Związki pomiędzy fenotypem MSI oraz CIN a nowotworzeniem przedstawiono na rycinie 2. Jednocześnie, pomimo istnienia tej przeciwstawności, wykazano, że model Fearona i Vogelsteina zakładający progresję wszystkich typów nowotworów jelita poprzez sekwencję podobnych zdarzeń jest do pewnego stopnia trafny – znaleziono przypadki pacjentów oraz rakowych linii komórkowych MSI-H, w których APC, KRAS i TP53 były zmutowane [21, 22].
Fenotyp metylatora wysp CpG (CIMP)
Po oddzieleniu opisanego powyżej fenotypu MSI-H pozostaje duża grupa pacjentów z fenotypem MSS, licząca ok. 85% wszystkich przypadków CRC [17]. Zawiera ona tylko ok. 10% przypadków charakteryzujących się „klasycznym” zestawem mutacji APC, KRAS i TP53 [17]. Z pozostałej część przypadków można wydzielić liczną grupę charakteryzującą się silną metylacją DNA – stąd nazwa „metylator wysp CpG” (CpG island methylator phenotype – CIMP). W nowotworach tych zwykle stwierdzano również mutację genu BRAF (wpływającego na podziały komórkowe, różnicowanie oraz wydzielanie) oraz stabilność na poziomie chromosomowym. Co ciekawe, guzy o fenotypie MSI-H, ale będące równocześnie „CIMP-high” wykazywały bardzo podobne cechy kliniczne i patologiczne: występowanie z większą częstością u kobiet, późniejszy wiek prezentacji, mniejszy stopień zróżnicowania (wyższy grading), postać śluzotwórczą, okrągłe i pęcherzykowate jądro komórkowe z wyraźnym jąderkiem [23]. Z drugiej strony znaleziono pomiędzy tymi dwiema grupami różnice podkreślające konieczność rozpatrywania pacjentów pod kątem niestabilności satelitarnej: guzy MSI-H/CIMP-H w porównaniu z guzami MSS/CIMP-H są częściej wykrywane dopiero w zaawansowanym stadium [23], komórki nowotworowe tracą łączność podczas wzrostu [24], brak limfocytów infiltrujących guz [25], mają gorsze rokowanie [26], ale dobrze odpowiadają na terapię adiuwantową za pomocą 5-fluorouracylu (5-FU) [26]. Dokładne mechanizmy odpowiedzialne za powstanie fenotypu CIMP-H nie są do końca poznane, ale zauważono pewne cechy wspólne pacjentów z tym fenotypem, sugerujące genetyczne podłoże dla CIMP. Oprócz częstego występowania u tych pacjentów mutacji BRAF, częściej występuje u nich rodzinna historia CRC. Ponadto, zaobserwowano silną metylację DNA w normalnej śluzówce pacjentów z polipami hiperplastycznymi [27]. U niektórych pacjentów z polipami hiperplastycznymi dochodzi do powstania kilku nowotworów, mogących mieć każdy z fenotypów MMS, MSI-Low czy MSI-H [28]. Możliwe jest więc, że zespół hiperplastycznych polipów jest dziedziczony jako choroba recesywna autosomalna, związana z wieloma polipami i guzami złośliwymi [17]. Pacjenci z jednym allelem zmienionego genu mogą rozwinąć kilka polipów, a tym samym może u nich występować zwiększone ryzyko rozwinięcia nowotworu CIMP-H [17]. Wczesne etapy nowotworów CIMP-H wydają się takie same, niezależnie od ich statusu MSI – genetyczne czynniki modyfikujące mogą następnie wpłynąć na prawdopodobieństwo metylacji i inaktywacji genów, takich jak MLH1 czy MGMT (enzym odpowiedzialny za naprawę DNA po ekspozycji na karcynogeny alkilujące), co w efekcie zdecyduje o przejściu nowotworu na szlak dający fenotyp MSS, MSI-L czy MSI-H [27]. Nowotwory CIMP-H lub z mutacją BRAF mogą mieć wspólne podłoże genetyczne oraz czynniki ogólnoustrojowe, czego dobrą ilustracją jest fakt ich częstszego występowania u kobiet. Dodatkowo niektóre czynniki środowiskowe wydają się mieć wpływ na patogenezę tego typu nowotworów. Wzrost ryzyka zapadnięcia na CRC związany z paleniem tytoniu w dużym stopniu da się wytłumaczyć przez posiadanie mutacji BRAF i/lub fenotyp CIMP-H [29]. Palenie jest również związane z polipami hiperplastycznymi, co może sugerować, że zwiększone ryzyko uwarunkowane jest przez najwcześniejsze etapy rozwoju choroby [30].
Molekularna klasyfikacja nowotworów jelita grubego według Jassa
Ze względu na cechy przedstawione powyżej, czyli typ niestabilności (lub jej brak) oraz obecność/brak metylacji DNA, nowotwory jelita grubego można zasadniczo podzielić wg Jassa [17] na pięć grup:
1) „sporadyczne MSI-H” – MSI-H, CIMP-H, metylacja MLH1, mutacja BRAF, stabilne na poziomie chromosomalnym, rozwijają się z polipów ząbkowanych (serrated polyps);
2) MSS lub MSI-L, CIMP-H, częściowa metylacja MLH1, mutacja BRAF, stabilne na poziomie chromosomalnym, rozwijają się z polipów ząbkowanych;
3) MSS lub MSI-L, CIMP-L, metylacja MGMT, mutacja KRAS, niestabilne na poziomie chromosomalnym, rozwijają się z gruczolaków lub polipów ząbkowanych;
4) CIMP negatywne, CIN, głównie MSS, powstają z gruczolaków (sporadycznych oraz związanych z zespołami dziedzicznymi: FAP oraz MUTYH);
5) „rodzinne MSI-H” – związane z zespołem Lyncha, CIMP negatywne, brak mutacji w BRAF, stabilne chromosomalnie, MSI-H, powstają z gruczolaków. Oprócz ww. cech molekularnych grupy wydzielone przez Jassa charakteryzują się oczywiście odmiennym profilem cech morfologicznych i klinicznych [17], wśród których znajdują się: rodzaj zmiany prekursorowej, stopień zróżnicowania czy zdolność do tzw. „pączkowania” guza. Modyfikacje do klasyfikacji Jassa wprowadzili Ogino i Goel [31]. Zaproponowali oni aktualizację wg wyników nowych badań i nieco inaczej przeprowadzili podział pomiędzy grupami wydzielonymi również na podstawie statusu MSI oraz CIMP. Teoretyczna liczba możliwych do utworzenia na tej podstawie grup wynosi 9 (3 typy MSI × 3 typy CIMP), jednak autorzy – podobnie do Jassa – zauważają, że analiza fenotypu oraz właściwości kliniczno-patologicznych uzasadnia istnienie co najwyżej sześciu oddzielnych grup [31]; porównanie obu podziałów znajduje się na rycinie 3.; w nawiasach podano częstość występowania wg [32] oraz [33].
Klasyfikacja nowotworów CRC oparta na statusie MSI/CIMP/CIN jest koncepcją stosunkowo młodą, dlatego mało jest w piśmiennictwie prac dotyczących jej wartości prognostycznej oraz predykcyjnej. Przeprowadzone dotychczas badania wpływu statusu MSI na długość przeżycia pacjentów wskazują na pozytywną korelację MSI z OS w porównaniu z pacjentami z CIN [34]. Z drugiej strony istnieją prace, których wyniki są na tyle niejednoznaczne, że komplikują ocenę przydatności tego markera do prognozowania [35]. Dlatego żadne z towarzystw naukowych nie zaleciło do tej pory rutynowego stosowania oceny MSI dla sporadycznego CRC. Podobnie z zastosowaniem statusu MSI w przewidywaniu odpowiedzi na chemioterapię, głównie 5-FU: nieliczne publikacje pokazują, że pacjenci z guzami MSI-H nie wykazywali tak dobrej odpowiedzi na leczenie 5-FU, jak pacjenci MSS lub MSI-L (brak poprawy OS) [36]. Kwestionuje się to jednak w kilku kolejnych publikacjach (m.in. [37]). Badania in vitro wykazały, że linie komórkowe raka jelita mające fenotyp MSI-H faktycznie są bardziej oporne na 5-FU – składniki systemu naprawiającego błędnie sparowane zasady w DNA (MMR) wiążą 5-FU i włączają go do DNA, co indukuje apoptozę. W komórkach MSI-H zjawisko to nie zachodzi, ponieważ mają one defekty tego szlaku [38].

Piśmiennictwo  
1. Fearon ER, Vogelstein B. A genetic model for colorectal tumorigenesis. Cell 1990; 61: 759-67.  
2. Vogelstein B, Fearon ER, Hamilton SR, et al. Genetic alterations during colorectal-tumor development. N Engl J Med 1988; 319: 525-2.  
3. Young KH, Leroy K, Mo/ller MB, et al. Structural profiles of TP53 gene mutations predict clinical outcome in diffuse large B-cell lymphoma: an international collaborative study. Blood 2008; 112: 3088-98.  
4. Nigro JM, Baker SJ, Preisinger AC, et al. Mutations in the p53 gene occur in diverse human tumour types. Nature 1989; 342: 705-8.  
5. Fearon ER, Cho KR, Nigro JM, et al. Identification of a chromosome 18q gene that is altered in colorectal cancers. Science 1990; 247: 49-56.  
6. Martín M, Simon-Assmann P, Kedinger M, Martin M, Mangeat P, Real FX, Fabre M. DCC regulates cell adhesion in human colon cancer derived HT-29 cells and associates with ezrin. Eur J Cell Biol 2006; 85: 769-83.  
7. Vogelstein B, Fearon ER, Kern SE, Hamilton SR, Preisinger AC, Nakamura Y, White R. Allelotype of colorectal carcinomas. Science 1989; 244: 207-11.  
8. Knudson AG, Jr. Hereditary cancer, oncogenes, and antioncogenes. Cancer Res 1985; 45: 1437-43.  
9. Weinberg RA. Oncogenes, antioncogenes, and the molecular bases of multistep carcinogenesis. Cancer Res 1989; 49: 3713-21.
10. Jenkins JR, Rudge K, Currie GA. Cellular immortalization by a cDNA clone encoding the transformation-associated phosphoprotein p53. Nature 1984; 312: 651-4.
11. Kern SE, Fearon ER, Tersmette KW, et al. Clinical and pathological associations with allelic loss in colorectal carcinoma [corrected]. JAMA 1989; 261: 3099-103.
12. Doolittle BR, Emanuel J, Tuttle C, Costa J. Detection of the mutated K-Ras biomarker in colorectal carcinoma. Exp Mol Pathol 2001; 70: 289-301.
13. Eguchi S, Kohara N, Komuta K, Kanematsu T. Mutations of the p53 gene in the stool of patients with resectable colorectal cancer. Cancer 1996; 77 (8 Suppl): 1707-10.
14. Ahlquist DA, Skoletsky JE, Boynton KA, Harrington JJ, Mahoney DW, Pierceall WE, Thibodeau SN, Shuber AP. Colorectal cancer screening by detection of altered human DNA in stool: feasibility of a multitarget assay panel. Gastroenterology 2000; 119: 1219-27.
15. Samowitz WS, Slattery ML, Sweeney C, Herrick J, Wolff RK, Albertsen H. APC mutations and other genetic and epigenetic changes in colon cancer. Mol Cancer Res 2007; 5: 165-70.
16. Hanahan D, Weinberg RA. The hallmarks of cancer. Cell 2000; 100: 57-70.
17. Jass JR. Classification of colorectal cancer based on correlation of clinical, morphological and molecular features. Histopathology 2007; 50: 113-0.
18. Iino H, Simms L, Young J, et al. DNA microsatellite instability and mismatch repair protein loss in adenomas presenting in hereditary non-polyposis colorectal cancer. Gut 2000; 47: 37-42.
19. Thibodeau SN, Bren G, Schaid D. Microsatellite instability in cancer of the proximal colon. Science 1993; 260: 816-9.
20. Rampino N, Yamamoto H, Ionov Y, Li Y, Sawai H, Reed JC, Perucho M. Somatic frameshift mutations in the BAX gene in colon cancers of the microsatellite mutator phenotype. Science 1997; 275: 967-9.
21. Tomlinson I, Ilyas M, Johnson V, Davies A, Clark G, Talbot I, Bodmer W. A comparison of the genetic pathways involved in the pathogenesis of three types of colorectal cancer. J Pathol 1998; 184: 148-52.
22. Losi L, Ponz dL, Jiricny J, et al. K-ras and p53 mutations in hereditary non-polyposis colorectal cancers. Int J Cancer 1997; 20;74: 94-6.
23. Samowitz WS, Albertsen H, Herrick J, Levin TR, Sweeney C, Murtaugh MA, Wolff RK, Slattery ML. Evaluation of a large, population-based sample supports a CpG island methylator phenotype in colon cancer. Gastroenterology 2005; 129: 837-45.
24. Chirieac LR, Shen L, Catalano PJ, Issa JP, Hamilton SR. Phenotype of microsatellite-stable colorectal carcinomas with CpG island methylation. Am J Surg Pathol 2005; 29: 429-36.
25. Hawkins N, Norrie M, Cheong K, Mokany E, Ku SL, Meagher A, O'Connor T, Ward R. CpG island methylation in sporadic colorectal cancers and its relationship to microsatellite instability. Gastroenterology 2002; 122: 1376-87.
26. Van Rijnsoever M, Elsaleh H, Joseph D, McCaul K, Iacopetta B. CpG island methylator phenotype is an independent predictor of survival benefit from 5-fluorouracil in stage III colorectal cancer. Clin Cancer Res 2003; 9: 2898-2903.
27. Minoo P, Baker K, Goswami R, et al. Extensive DNA methylation in normal colorectal mucosa in hyperplastic polyposis. Gut 2006; 55: 1467-74.
28. Jass JR, Iino H, Ruszkiewicz A, et al. Neoplastic progression occurs through mutator pathways in hyperplastic polyposis of the colorectum. Gut 2000; 47: 43-9.
29. Samowitz WS, Albertsen H, Sweeney C, Herrick J, Caan BJ, Anderson KE, Wolff RK, Slattery ML. Association of smoking, CpG island methylator phenotype, and V600E BRAF mutations in colon cancer. J Natl Cancer Inst 2006; 98: 1731-8.
30. Morimoto LM, Newcomb PA, Ulrich CM, Bostick RM, Lais CJ, Potter JD. Risk factors for hyperplastic and adenomatous polyps: evidence for malignant potential? Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 2002; 11 (10 Pt 1): 1012-8.
31. Ogino S, Goel A. Molecular classification and correlates in colorectal cancer. J Mol Diagn 2008; 10: 13-27.
32. Ogino S, Kawasaki T, Kirkner GJ, Kraft P, Loda M, Fuchs CS. Evaluation of markers for CpG island methylator phenotype (CIMP) in colorectal cancer by a large population-based sample. J Mol Diagn 2007; 9: 305-14.
33. Ogino S, Kawasaki T, Kirkner GJ, Suemoto Y, Meyerhardt JA, Fuchs CS. Molecular correlates with MGMT promoter methylation and silencing support CpG island methylator phenotype-low (CIMP-low) in colorectal cancer. Gut 2007; 56: 1564-71.
34. Popat S, Hubner R, Houlston RS. Systematic review of microsatellite instability and colorectal cancer prognosis. J Clin Oncol 2005; 23: 609-18.
35. Kim GP, Colangelo LH, Wieand HS, Paik S, Kirsch IR, Wolmark N, Allegra CJ; National Cancer Institute. Prognostic and predictive roles of high-degree microsatellite instability in colon cancer: a National Cancer Institute-National Surgical Adjuvant Breast and Bowel Project Collaborative Study. J Clin Oncol 2007; 25: 767-72.
36. Ribic CM, Sargent DJ, Moore MJ, et al. Tumor microsatellite-instability status as a predictor of benefit from fluorouracil-based adjuvant chemotherapy for colon cancer. N Engl J Med 2003; 349: 247-57.
37. Wright CM, Dent OF, Newland RC, et al. Low level microsatellite instability may be associated with reduced cancer specific survival in sporadic stage C colorectal carcinoma. Gut 2005; 54: 103-8.
38. Jo WS, Carethers JM. Chemotherapeutic implications in microsatellite unstable colorectal cancer. Cancer Biomark 2006; 2: 51-60.
39. Soreide K, Nedrebo BS, Knapp JC, Glomsaker TB, Soreide JA, Korner H. Evolving molecular classification by genomic and proteomic biomarkers in colorectal cancer: Potential implications for the surgical oncologist. Surg Oncol 2009; 18: 31-50.