Rola naskórkowego czynnika wzrostu w łuszczycy

Wprowadzenie
W ostatnich latach przy omawianiu patogenezy różnych chorób coraz więcej uwagi poświęca się roli czynników wzrostu, których działanie opiera się na mechanizmach autokrynnych i parakrynnych [1-4]. Czynniki wzrostu są wytwarzane przez różne tkanki, stymulują podziały komórek, związane są z regulacją ich wzrostu, różnicowaniem, transformacją, apoptozą, angiogenezą, migracją, a także powstawaniem przerzutów nowotworowych.
Łuszczyca jest przewlekłą chorobą zapalną skóry, dotyczącą prawie 2% populacji światowej. Schorzenie cechuje się łagodną proliferacją komórek naskórka i zaburzeniami immunologicznymi, u podłoża których leżą uwarunkowania genetyczne [5]. Istotą procesu są nadmierne podziały keratynocytów w warstwie podstawnej naskórka, przyspieszony i nieprawidłowy cykl ich dojrzewania oraz nasilenie angiogenezy [6, 7]. Z tego powodu szczególną rolę w patogenezie łuszczycy należy przypisać naskórkowemu czynnikowi wzrostu (ang. epidermal growth factor - EGF), który uczestniczy zarówno w proliferacji naskórka, jak i angiogenezie.

Znaczenie naskórkowego czynnika wzrostu w organizmie człowieka
Naskórkowy czynnik wzrostu jest jednym z najsilniejszych czynników stymulujących w organizmie. Jest syntetyzowany we wszystkich tkankach i wydzielany do krwi. To mitogen dla różnych komórek, a jego działanie jest regulowane przez inne czynniki wzrostu. Uwalnianie zsyntetyzowanego przez fibroblasty i inne komórki EGF nasila się, gdy ulegają one transformacji wskutek działania wirusów, onkogenów, czynników chemicznych czy promieniowania rentgenowskiego. Największą zawartość EGF stwierdzono w tarczycy, trzustce i nerkach. Jego stężenie zależy od typu komórek i rodzaju tkanek, w których jest syntetyzowany i z których jest wydzielany do krwi. W moczu, mleku i ślinie stężenie EGF jest większe niż w surowicy [8, 9]. W praktyce klinicznej EGF znalazł zastosowanie w gojeniu ran i owrzodzeń rogówki (tab. I) [8].
Jak wynika z badań Torrisiego i wsp. [8], w gruczole piersiowym szczególną rolę spośród czynników wzrostu odgrywa właśnie EGF, który jest odpowiedzialny za wzrost nie tylko prawidłowego, ale także nowotworowego nabłonka. Wpływa on ponadto na spermatogenezę, pobudza syntezę i wydzielanie luteotropiny (ang. luteotropic hormone - LH), hormonu wzrostu (ang. growth hormone - GH) i prolaktyny (ang. prolactin - PRL) [10]. W ostatnich latach stwierdzono, że EGF odgrywa istotną rolę w regulacji czynności przewodu pokarmowego. W raku trzustki zaobserwowano występowanie zmian molekularnych dotyczących różnych czynników wzrostu oraz ich receptorów [11]. Ustalono, że egzogenny EGF zmniejsza ciężkość przebiegu doświadczalnego zapalenia trzustki, co dowodzi kluczowej roli endogennego EGF w procesie rozpoczęcia regeneracji pozapalnej [12]. Uważa się, że wzrost ekspresji receptora dla EGF wiąże się ze zwiększonym ryzykiem pojawienia się zmian dysplastycznych w nabłonku przełyku Barreta (stan przedrakowy polegający na pojawianiu się w błonie śluzowej dolnej części przełyku ognisk metaplazji jelitowej) oraz ze złym rokowaniem klinicznym w raku gruczołowym przełyku [13]. Badając schorzenia błony śluzowej jamy ustnej, ustalono, że ekspresja receptora EGF (ang. epidermal growth factor receptor - EGFR) wzrasta w leukoplakii zwykłej, leukoplakii proliferującej i raku płaskonabłonkowym [14].

Budowa i mechanizm działania naskórkowego czynnika wzrostu
W 1972 roku Savage i wsp. [15] określili strukturę biochemiczną EGF. Wyizolowano go ze ślinianek podżuchwowych myszy płci męskiej. Stwierdzono, że EGF jest pojedynczym łańcuchem peptydowym składającym się z 53 aminokwasów o masie molekularnej 6045 daltonów, mającym cząstkę asparginową przy końcowej grupie -NH2 i argininę przy końcowej grupie -COOH [16]. Naskórkowy czynnik wzrostu stymuluje wzrost naskórka i nabłonka tkanek zarówno in vivo, jak i in vitro [15, 16]. Wykazano, że pobudza on wzrost tkanki nabłonkowej poprzez stymulację swojego receptora, którego obecność stwierdzono u ludzi w niezmienionej tkance nabłonkowej, chondrocytach i fibroblastach [16-18].
Rodzina receptorów naskórkowego czynnika wzrostu składa się z grupy białek przezbłonowych, które mają wewnętrzną aktywność enzymu kinazy tyrozynowej [19]. Oprócz EGFR określanego jako ErbB-1 lub HER-1, należą do niej trzy inne receptory: ErbB-2 (HER-2/neu), ErbB-3 (HER-3) i ErbB-4 (HER-4). Każdy członek rodziny ErbB ma domenę kinazy tyrozynowej znajdującą się w cytoplazmie, domenę przezbłonową przechodzącą przez błonę komórkową oraz domenę zewnątrzkomórkową, glikozylowaną, wiążącą ligand [19]. Wiązanie się ligandu z receptorem rozpoczyna kaskadę przekaźnictwa sygnałów do jądra komórki, gdzie dochodzi do biologicznych odpowiedzi na dany sygnał, takich jak proliferacja, migracja, adhezja, angiogeneza oraz różnicowanie [20]. Receptor EGF/ErbB-1 jest białkiem o masie 170 kD i pierwszym odkrytym przedstawicielem rodziny receptorów naskórkowego czynnika wzrostu [21]. Receptor EGF może być aktywowany zarówno przez EGF, jak i transformujący czynnik wzrostu a (ang. transforming growth factor a - TGF-a), który jest kluczowym modulatorem procesu proliferacji komórek prawidłowych i nowotworowych [22].
Gen c-erbB-2 koduje glikoproteinę przezbłonową o masie 185 kD, mającą aktywność kinazy tyrozynowej, która funkcjonuje jako receptor ErbB-2 (HER2) dla pewnej grupy ligandów. W badaniach eksperymentalnych nad ekspresją białka HER2/neu wykazano, że przyspiesza ono proliferację komórek i ma związek z transformacją nowotworową [23].
Gen c-erbB-3 koduje glikoproteinę o masie 160-180 kD, która ma wszystkie strukturalne cechy receptora EGF. Receptor HER3/ErbB-3, w odróżnieniu od innych członków rodziny EGFR, wykazuje niewielką lub nie wykazuje w ogóle aktywności wobec kinazy tyrozynowej [24].
Białko ErbB-4/HER4 o masie 180 kD jest najnowszym zidentyfikowanym członkiem rodziny receptorów EGF. Domena zewnątrzkomórkowa receptora ErbB-4 jest homologiczna w stosunku do receptora ErbB-3, a wewnątrzkomórkowa w 77-79% przypomina budową strukturę EGFR i ErbB-2 [25]. Receptor ErbB-4 ma aktywność kinazy tyrozynowej i po związaniu z hereguliną ulega homodimeryzacji i heterodimeryzacji. Następnie dochodzi do odszczepienia białkowej domeny wewnątrzkomórkowej o masie 80 kD. Domena ta występuje zarówno w cytoplazmie, jak i jądrze komórek prawidłowych oraz nowotworowych i może reagować z czynnikami transkrypcyjnymi [26]. Obecność receptora ErbB-4 stwierdzono w wielu tkankach płodowych i u osobników dorosłych w nabłonku przewodu pokarmowego, dróg moczowych i oddechowych, narządach rodnych, skórze, mięśniach szkieletowych, układzie krążenia, narządach dokrewnych i układzie nerwowym [27]. Receptor HER1 (EGFR) może wiązać się z kilkoma różnymi ligandami, których prototypem jest EGF, podczas gdy receptory HER3 i HER4 wiążą swoiście wszystkie z ponad 15 izoform pokrewnego czynnika wzrostu, które nazwano heregulinami (ang. heregulin - HRGs) [28].
Czynnik wzrostu wiążący heparynę, podobny do EGF (ang. heparin-binding EGF-like growth factor - HB-EGF), jest polipeptydem o masie molekularnej 22 kD, który wiąże się z EGFR i powoduje jego aktywację [29, 30]. Zarówno HB-EGF, jak i amfiregulina (ang. amphiregulin - AREG), będąca glikoproteiną stymulującą proliferację ludzkich fibroblastów oraz innych komórek, ale hamującą wzrost komórek nowotworowych niektórych linii, są członkami rodziny EGF i łączą się w naskórku ze wspólnym EGFR [31].

Rola naskórkowego czynnika wzrostu w skórze
Naskórkowy czynnik wzrostu znajdujący się w skórze nie tylko reguluje wzrost komórek, pobudzając podziały keratynocytów, ale także wpływa na rozwój gruczołów potowych i łojowych oraz hamuje wzrost włosa. Jest odpowiedzialny za przejście keratynocytu z fazy G1 do fazy S cyklu komórkowego. Wiąże się z EGFR i poprzez układ przekaźnictwa wyzwala odpowiedź komórki na sygnał. Zablokowanie przeciwciałem monoklonalnym EGFR prowadzi do zahamowania funkcji domeny o aktywności kinazy tyrozynowej [32], co w rezultacie hamuje proliferację komórek naskórka [33, 34].
Czynniki wzrostu i ich receptory biorą udział w odpowiedzi komórek naskórka na uszkodzenia. Czynniki wzrostu syntetyzowane przez keratynocyty obejmują kilku członków rodziny EGF, m.in.: TGF-a, HB-EGF, AREG i epiregulinę (ang. epiregulin - EPR) [35]. Aktywacja EGFR służy istotnym funkcjom w rozwoju skóry, takim jak gojenie się ran, proliferacja keratynocytów, ich różnicowanie, a także przeciwdziałanie apoptozie. Potwierdzono nadmierną ekspresję genu EGFR i jego liganda TNF-α w łagodnych i złośliwych hiperproliferacyjnych chorobach skóry [36]. Zaburzenia wiązania EGF z receptorem oraz funkcji receptora obserwuje się w zespołach paraneo-plastycznych, chorobach nowotworowych, infekcjach wirusowych, a także w łuszczycy.
Wśród czynników wzrostu, poza EGF, także czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego (ang. vascular endothelial growth factor - VEGF) oraz czynnik wzrostu fibroblastów (ang. fibroblast growth factor - FGF) odgrywają znaczącą rolę w inicjowaniu angiogenezy [37]. Naskórkowy czynnik wzrostu wywiera wpływ na angiogenezę poprzez nasilenie ekspresji FGF-BP (ang. fibroblast growth factor-binding protein), który wiąże i aktywuje FGF-1 oraz FGF-2 - czynniki mające znaczny udział w tworzeniu nowych naczyń w niektórych guzach nowotworowych [38].

Naskórkowy czynnik wzrostu w Łuszczycy
W skórze osób zdrowych największe zagęszczenie EGFR występuje w warstwie podstawnej naskórka, a niewielkie stężenie obserwuje się w przydatkach skóry i mięśniach gładkich naczyń. Zbadano to za pomocą przeciwciał monoklonalnych przeciw receptorom EGF znakowanych izotopem 125I. W aktywnych zmianach łuszczycowych rozmieszczenie tego receptora jest wyraźnie zmienione, wzrost zagęszczenia obserwuje sie równomiernie we wszystkich warstwach naskórka [39, 40]. Keratynocyty w łuszczycy, podobnie jak keratynocyty płodowe, wykazują wzmożoną ekspresję mRNA ligandów dla tego receptora, tj. TGF-a [41-43]. Wyniki badań immunolokalizacji TGF-a wskazują, że ligand ten jest obecny w gruczołach potowych i łojowych, a jego zagęszczenie wzrasta w określonych stanach hiperproliferacji [44]. Stwierdzono, że w prawidłowych keratynocytach do uzyskania ekspresji EGFR konieczna jest obecność interleukiny 6 (ang. interleukin-6 - IL-6), natomiast w keratynocytach ze skóry zmienionej łuszczycowo ekspresja EGFR jest silniejsza i nie wymaga działania IL-6 [45]. Wyniki badań in vitro sugerują, że EGFR jest głównym receptorem współdziałającym z kilkoma innymi czynnikami wzrostu, zwłaszcza z płytkowym czynnikiem wzrostu (ang. platelet-derived growth factor - PDGF) i TGF-b (ang. transforming growth factor b), które - zmniejszając zdolność wiązania EGF do receptora EGFR - modulują mitozę [46-48].
Potwierdzono, że ekspresja mRNA HB-EGF i AREG jest zwiększona w naskórku łuszczycowym w porównaniu ze skórą zdrową [49, 50]. Neutralizacja przeciwciałem AREG hamuje wzrost keratynocytów naskórka in vitro i zmniejsza grubość naskórka przeszczepów ludzkiej skóry u modelowych myszy z ciężkim przebiegiem łuszczycy. Amfiregulina odgrywa istotną rolę w rozroście naskórka w łuszczycy, podobnie jak inne ligandy EGFR, tj. EGF i TGF. Rola HB-EGF w hiperplazji naskórka w łuszczycy jest jednak wciąż nieznana [34].
Przedstawione dane potwierdzają znaczenie EGF w organizmie człowieka i w patogenezie chorób skóry. Jednocześnie stosunkowo nieliczne pozycje piś-miennictwa wskazują na celowość pogłębienia badań nad rolą EGF w rozwoju łuszczycy.

Piśmiennictwo
1. Campbell B.K.: The modulation of gonadotrophic hormone action on the ovary by paracrine and autocrine factors. Anat Histol Embryol 1999, 28, 247-251.
2. Chodosh L.A., D’Cruz C.M., Gardner H.P., Ha S.I., Marquis S.T., Rajan J.V. i inni: Mammary gland development, reproductive history, and breast cancer risk. Cancer Res 1999, 59 (suppl 7), 1765-1771.
3. Horey R.C.: Establishing a framework for the functional mammary gland from endocrinology to morphology. J Mammary Gland Biol Neoplasia 2002, 7, 17-38.
4. Robinson G.W, Karpf A.B., Kratochwil K.: Regulation of mammary gland development by tissue interaction. J Mammary Gland Biol Neoplasia 1999, 4, 9-19.
5. Nickoloff B.J., Nestle F.O.: Recent insights into the immunopathogenesis of psoriasis provide new therapeutic opportunities. J Clin Invest 2004, 113, 1664-1675.
6. Łuczkowska M., Żaba R.: Psoriasis. Przew Lek 2005, 7, 38-49.
7. Heidenreich R., Röcken M., Ghoreschi K.: Angiogenesis: the new potential target for the therapy of psoriasis? Drug News Perspect 2008, 21, 97-105.
8. Torrisi R., Zanardi S., Pensa F., Valenti G., De Franchio V., Nicolo G. i inni: Epidermal growth factor content of breast cyst fluids from women with breast cancer and proliferative disease of the breast. Breast Cancer Res Treat 1995, 33, 219-224.
9. Sieja K.: Czynniki wzrostowe jako stymulatory biologiczne w gruczole piersiowym. Ginekol Prakt 2004, 12, 45-48.
10. Hamado J., Nakate D., Nakae D., Kobayashi Y., Akai H., Konishi Y. i inni: Increased oxidative DNA damage in mammary tumor cells by continuous epidermal growth factor stimulation. J Natl Cancer Inst 2001, 93, 214-219.
11. Balaz P., Friess H., Buchler M.W.: Growth factors in pancreatic health and disease. Pancreatology 2001, 1, 343-355.
12. Ceranowicz P., Warzecha Z., Dembiński A., Konturek P., Niemiec J., Latosiewicz S. i inni: Pancreatic expression of epidermal growth factor during induction of experimental acute pancreatitis in rats. Exogenous EGF inhibits development of pancreatitis. Gastroenterol Pol 1999, 6, 269-275.
13. Yacoub L., Goldman H., Odze R.D.: Transforming growth factor-alpha, epidermal growth factor receptor, and MiB-1 expression in Barrett’s-associated neoplasia: correlation with prognosis. Mod Pathol 1997, 10, 105-112.
14. Wnukiewicz J.: Epidermal growth factor receptor and its role in epithelial proliferation of oral leukoplakia. Dent Med Probl 2007, 44, 331-334.
15. Savage C.R. Jr, Inagami T., Cohen S.: The primary structure of epidermal growth factor. J Biol Chem 1972, 247, 7612-7621.
16. Taylor J.M., Cohen S., Mitchell W.M.: Epidermal growth factor: high and low molecular weight forms. Proc Natl Acad Sci USA 1970, 67, 164-171.
17. Dassonville O., Formento J.L., Francounal M., Ramaioli A., Santini J., Schneider M. i inni: Expression of epidermal growth factor receptor and survival in upper aerodigestive tract cancer. J Clin Oncol 1993, 11, 1873-1878.
18. Oefner D., Bankfalvi A., Riehemann K., Bier B., Boecker W., Schmidt K.W.: Wet autoclave pre treatment improves the visualization of silver stained nucleolar organizer regions assiciated proteins in rutineli formalin fixed and paraffin embedded tissues. Modern Path 1994, 7, 946-950.
19. Bazley L.A., Gullick W.J.: The epidermal growth factor receptor family. Endocr Relat Cancer 2005, 12 (suppl 1), S17-S27.
20. Holbro T., Hynes N.E.: ErbB receptors: directing key signaling networks throughout life. Annu Rev Pharmacol Toxicol 2004, 44, 195-217.
21. Barnes C.J., Kumar R.: Epidermal growth factor receptor family tyrosine kinases as signal integrators and therapeutic targets. Cancer Metastasis Rev 2003, 22, 301-307.
22. Salomon D.S., Gullick W.J.: The erbB family of receptors and their ligands: multiple targets for therapy. Signal 2001, 2, 4-11.
23. Hung M.C., Lau Y.K.: Basic science of HER-2/neu onkogen: a review. Semin Oncol 1999, 26, 51-59.
24. Prigent S.A., Gullick W.J.: Identification of c-erbB-3 binding sites for phosphatidylinositol 3-kinase and SHC using an EGF receptor/c-erbB-3 chimera. EMBO J 1994, 13, 2831-2841.
25. Plowman G.D., Culouscou J.M., Whitney G.S., Green J.M., Carlton G.W., Foy L. i inni: Ligand-specific activation of HER4/p180erb4, a fourth member of the epidermal growth factor receptor family. Proc Natl Acad Sci USA 1993, 90, 746-750.
26. Linggi B., Cheng Q.C., Rao A.R., Carpenter G.: The ErbB-4 s80 intracellular domain is a constitutively active tyrosine kinase. Oncogene 2006, 25, 160-163.
27. Srinivasan R., Poulsom R., Hurst H.C., Gullick W.J.: Expression of the c-erbB-4/HER-4 protein and mRNA in normal human fetal and adult tissues and in a survey of nine solid tumor types. J Pathol 1998, 185, 236-245.
28. Szacikowska E., Kozłowski W.: Heterodimer receptorów HER2/HER3, autokrynne hereguliny i cyklooksygenaza 2 a działanie herceptyny. Współ Onkol 2000, 3, 93-99.
29. Kobrin M.S., Funatomi H., Friess H., Buchler M.W., Stathis P., Korc M.: Induction and expression of heparin-binding EGF-like growth factor in human pancreatic cancer. Biochem Biophys Res Commun 1994, 202, 1705-1709.
30. Olakowski M.: Rola czynników wzrostu w patogenezie raka trzustki. Część I: Receptory nabłonkowego czynnika wzrostu (EGFR) i czynnik wzrostu wiążący heparynę podobny do EGF (HB-EGF). Przegl Gastroenterol 2007, 2, 170-174.
31. Hashimoto K., Higashiyama S., Asada H., Hashimura E., Kobayashi T., Sudo K. i inni: Heparin-binding epidermal growth factor-like growth factor is an autocrine growth factor for human keratinocytes. J Biol Chem 1994, 269, 20060-20066.
32. Gill G.N., Kawamoto T., Cochet C., Le A., Sato J.D., Masui H. i inni: Monoclonal anti-epidermal growth factor receptor antibodies which are inhibitors of epidermal growth factor binding and antagonists of epidermal growth factor stimulated tyrosine protein kinase activity. J Biol Chem 1984, 259, 7755-7760.
33. Zaniewski P., Flisiak I., Chodynicka B.: Czynniki wpływające na angiogenezę w łuszczycy. Przegl Dermatol 2009, 96, 45-51.
34. Yoshida A., Kanno H., Watabe D., Akasaka T., Sawai T.: The role of heparin-binding EGF-like growth factor and amphiregulin in the epidermal proliferation of psoriasis in cooperation with TNFαlpha. Arch Dermatol Res 2008, 300, 37-45.
35. Sunnarborg S.W., Hinkle C.L., Stevenson M., Russell W.E., Raska C.S., Peschon J.J. i inni: Tumor necrosis factor-alpha converting enzyme (TACE) regulates epidermal growth factor receptor ligand availability. J Biol Chem 2002, 277, 12838-12845.
36. Mascia F., Mariani V., Girolomoni G., Pastore S.: Blockade of the EGF receptor induces a deranged chemokine expression in keratinocytes leading to enhanced skin inflammation. Am J Pathol 2003, 163, 303-312.
37. Butt C., Lim S., Greenwood C., Rahman P.: VEGF, FGF1, FGF2 and EGF gene polymorphisms and psoriatic arthritis. BMC Musculoskelet Disord 2007, 8, 1-7.
38. Harris V.K., Coticchia C.M., Kagan B.L., Ahmad S., Wellstein A., Riegel A.T.: Induction of the angiogenic modulator fibroblast growth factor-binding protein by epidermal growth factor is mediated through both MEK/ERK and p38 signal transduction pathways. J Biol Chem 2000, 275, 10802-10811.
39. Nanney L.B., Stoscheck C.M., King L.E.: Comparison of epidermal growth factor binding and receptor distribution in normal human epidermis and epidermal appendages. J Invest Dermatol 1984, 83, 385-393.
40. Green M.R., Couchman J.R.: Differences in human skin between the epidermal growth factor receptor distribution detected by EGF binding and monoclonal antibody recognition. J Invest Dermatol 1985, 85, 239-245.
41. Coffey R.J., Derynck R., Wilcox J.N., Bringman T.S., Goustin A.S., Moses H.L. i inni: Production and auto-induction of TGFalpha in human keratinocytes. Nature 1987, 328, 817-820.
42. Elder J.T., Fisher G.J., Lindquist P.B., Bennett G.L., Pittelkow M.R., Coffey R.J. Jr i inni: Overexpression of transforming growth factor alpha in psoriatic epidermis. Science 1989, 243, 811-814.
43. Gottlieb A.B., Chang C.K., Posnett D.N., Tam J.P.: Detection of TGFalpha in normal, malignant and hyperproliferative human keratinocytes. J Exp Med 1988, 167, 670-675.
44. Finzi E., Harkins R., Horn T.: TGFalpha is widely expressed in differentiated as well as hyperproliferative skin epithelium. J Invest Dermat 1991, 96, 328-332.
45. Oyama N., Sekimata M.Y., Nigei Y., Iwatsuki K., Homma Y., Kaneko F.: Different growth properties in response to epidermal growth factor and interleukin-6 of primary keratinocytes derived from normal and psoriatic lesional skin. J Dermatol Sci 1998, 16, 120-128.
46. Massague J.: Transforming growth factor beta modulates the high affinity receptors for epidermal growth factor and transforming growth factor alpha. J Cell Biol 1985, 100, 1500-1514.
47. Hunter T., Ling N., Cooper J.A.: Protein kinase C with phosphorylation of the EGF receptor at a threonine residue close to the cytoplasmic face of the plasma membrane. Nature 1984, 311, 480-483.
48. Sporn M.B., Roberts A.B.: Peptide growth factors are multifunctional. Nature 1988, 332, 217-219.
49. Cook P.W., Pittelkow M.R., Keeble W.W., Graves-Deal R., Coffey R.J. Jr, Shipley G.D.: Amphiregulin messenger RNA is elevated in psoriatic epidermis and gastrointestinal carcinomas. Cancer Res 1992, 52, 3224-3227.
50. Stoll S.W., Elder J.T.: Retinoid regulation of heparin-binding EGF-like growth factor gene expression in human keratinocytes and skin. Exp Dermatol 1998, 7, 391-397.