Adamalizyny jako potencjalne biomarkery w wybranych nowotworach złośliwych przewodu pokarmowego

W dotychczas opisanych badaniach eksperymentalnych wskazywano na rolę m.in. białek ADAM9, ADAM12 i ADAM17 w patogenezie raka przełyku. Jednym z potencjalnych szlaków biorących udział w tym procesie może być ścieżka związana z białkami ADAM12 i przedstawicielami tzw. rodziny tetraspanin, zwłaszcza TM4SF3. Aktywacja tetraspanin, które w organizmie odpowiadają m.in. za procesy integracji komórkowej i przekaźnictwa sygnałów odbywa się z udziałem (lub – przy udziale) białka ADAM12. W badaniach materiału tkankowego wykazano, że zmniejszenie ekspresji wybranych tetraspanin przez zastosowanie przeciwciała przeciw białku ADAM12 znacząco ogranicza inwazyjność komórek raka płaskonabłonkowego przełyku. Stąd hipoteza, że zwiększona aktywność ADAM12 może pełnić rolę w tworzeniu przerzutów i inwazji nowotworowej [10]. Liu i wsp. wykazali natomiast, że ekspresja ADAM17 była znacząco wyższa w tkance raka płaskonabłonkowego przełyku niż w zdrowej, a poziom ekspresji koreluje z klinicznym zaawansowaniem choroby, w tym obecnością zmian odległych [11]. Istotna wydaje się także rola adamalizyn w utrzymaniu homeostazy mikrośrodowiska nowotworu. W badaniu na modelach zwierzęcych stwierdzono, że aktywacja ADAM9 jest związana z procesami angiogenezy, prawdopodobnie przez modulację szlaków VEGF [12]. Znaczenie białka ADAM9 wymienia się także dla patogenezy raka gruczołowego przełyku, rozwijającego się na podłożu przełyku Barretta, gdyż w tkankach pochodzących z guza obserwowano jego wysoką ekspresję [13].

Analizując dostępne doniesienia, istotne również wydaje się znaczenie białek ADAM10 i ADAM17 w rozwoju i progresji raka żołądka. Szczególnie ważne są dane dotyczące powiązania między aktywacją tych białek a obecnością przewlekłego procesu zapalnego związanego bezpośrednio z infekcją Helicobacter pylori.

W jednym z dostępnych badań wykazano, że infekcja H. pylori była związana z wysokim poziomem ekspresji ADAM10 i ADAM17; wysoki poziom transkryptów tych białek stwierdzono także w gruczolakoraku żołądka, co może wskazywać, że przewlekła infekcja H. pylori przyczynia się do wzrostu poziomu wspomnianych białek z rodziny ADAM w tkance żołądka i przez to przyczynia się do nowotworzenia [14].

Inne doniesienie wskazuje, że dodatnia ekspresja ADAM10 w raku żołądka korelowała z wiekiem, wielkością guza, głębokością naciekania, inwazją naczyń, zajęciem węzłów chłonnych, obecnością przerzutów odległych, a także stopniem zaawansowania według klasyfikacji TNM. Stwierdzono zatem, że wysoka ekspresja ADAM10 była złym czynnikiem prognostycznym, a pięcioletnie przeżycia całkowite w grupie chorych z wysoką ekspresją ADAM10 były znacząco niższe u pacjentów z wysoką ekspresją tego białka [15]. Podobną zależność wykazano dla ADAM17, jego zwiększona ekspresja korelowała z głębokością inwazji, stopniem różnicowania komórek, przerzutami w węzłach chłonnych, przerzutami odległymi, stadium według klasyfikacji TNM, a także agresywną progresją raka żołądka oraz złym rokowaniem [16, 17]. Obserwację wydaje się potwierdzać inne badanie, w którym oceniano ekspresję ADAM17 w tkance żołądka po zabiegu gastrektomii, przeprowadzonej z powodu raka żołądka. Wykazano bowiem, że u tych pacjentów, u których poziom ekspresji ADAM17 w tkance nowotworu był wysoki, czas przeżycia wolnego od progresji (PFS) był znacząco krótszy niż u pacjentów z niskim poziomem tej ekspresji (16,6 vs. 44,2 miesięcy), taką samą zależność obserwowano dla czasu przeżycia całkowitego (OS) (26,9 vs 49,6 miesięcy) [18].

Dalsze badania wykazały, że wysoki poziom ekspresji ADAM17 może powodować progresję raka żołądka, potencjalnie poprzez ścieżkę sygnałową Notch i/lub Wnt [19]. Ważnym szlakiem sygnałowym proliferacji komórek raka żołądka wydaje się również szlak związany z naskórkowopodobnym czynnikiem wzrostu (EGF) – wzrost ekspresji ADAM17, stymulowany przez transformujący czynnik wzrostu (TGF-β), powoduje jego transaktywację i wzrost proliferacji komórek nowotworowych [20].

Inne badanie wskazuje, że ADAM17 prawdopodobnie uczestniczy w patogenezie GIST żołądka przez wspomnianą ścieżkę sygnałową związaną z EGFR [21].

Poza ADAM10 i ADAM17, znacząco wyższą ekspresję w tkance gruczolakoraka żołądka wykazywały także ADAM9, 12 i 15, ponadto ekspresja ADAM12 była wyższa w tkance raka żołądka typu jelitowego niż w typie rozlanym [22]. Także ADAM33 wydaje się pełnić rolę w patogenezie raka żołądka przez regulację wydzielania IL-18, powodując zwiększoną migrację i proliferację komórek [23]. W badaniach na modelach tkankowych wykazano, że ważną rolę w proliferacji i inwazji komórek raka żołądka odgrywa ADAM9, a w komórkach, w których poziom ekspresji tego białka był wysoki, obserwowano dobrą reakcję na zastosowanie swoistego przeciwciała anty-ADAM9 [24]. W innym badaniu wskazano także, że poziom ekspresji ADAM9 był skorelowany z wielkością guza, lokalną inwazją nowotworu, obecnością przerzutów w węzłach chłonnych oraz stopniem zaawansowania według klasyfikacji TNM [25]. Innym przedstawicielem z rodziny adamalizyn, który może pełnić rolę w patogenezie gruczolakoraka żołądka jest ADAM8. Wysoka ekspresja tego białka w tkance nowotworu koreluje z cechą T (wielkością guza pierwotnego), N (obecnością przerzutów w węzłach chłonnych), inwazją naczyń, a także krótszym czasem przeżycia całkowitego. Badania in vitro wykazały, że prawdopodobnym mechanizmem powodującym wzrost guza, zwiększonej migracji komórek oraz inwazji naczyń w tym przypadku jest zmniejszenie poziomu kinazy p-ERK [26]. Także stężenie ADAM8 we krwi pacjentów zarówno z wczesnym jak i zaawansowanym gruczolakorakiem żołądka było znacząco wyższe w porównaniu do osób zdrowych. Ponadto stwierdzono, że stężenie ADAM8 we krwi ma wyższą wartość diagnostyczną niż oznaczenie CEA [27]. Potencjalnym biomarkerem w gruczolakoraku żołądka jest ADAM29, której wysoki poziom korelował w badaniach ze stopniem zaawansowania nowotworu według klasyfikacji TNM oraz czasem przeżycia całkowitego i wolnego od progresji, wyższy poziom ADAM29 był związany z gorszym rokowaniem [28].

Z punktu widzenia epidemiologicznego istotne są również analizy, w których podjęto próbę ustalenia szlaków patogenetycznych rozwoju raka trzustki. Jest to nowotwór charakteryzujący się szczególnie agresywnym przebiegiem. Według danych z 2018 r., na świecie zanotowano niemal tyle samo zgonów (432 tys.) co nowych zachorowań (459 tys.) z powodu gruczolakoraka trzustki [1], a jedynie 24% pacjentów przeżywa 1 rok od rozpoznania tego nowotworu, a przeżycia 5-letnie nie przekraczają 9% [29, 30].

Podobnie jak w raku przełyku i żołądka w aktualnych doniesieniach wskazuje się na rolę białek ADAM10 i ADAM17 w rozwoju gruczolakoraków trzustki; znaczenie przypisuje się też białkom ADAM8 i ADAM9. Już w 2010 r. wykazano zwiększoną ekspresję adamalizyny ADAM10 u chorych na gruczolakoraka przewodowego w stosunku do zdrowych osób, obserwacje te potwierdzono też w badaniach na liniach komórkowych, gdzie ponadto wskazano, że wyciszenie ekspresji ADAM10 przez zastosowanie technik inżynierii genetycznej istotnie redukuje inwazyjność i zdolność proliferacji komórek nowotworowych [31]. W innym badaniu dostarczono dowodów na udział białka ADAM17 w procesie progresji zmian nowotworowych trzustki, od etapów wczesnych, prekursorowych do zaawansowanych postaci inwazyjnych [32].

Rola białek ADAM8 i ADAM9 wydaje się związana z odpowiedzią na hipoksję komórkową, a białka te mają prawdopodobny udział w procesach progresji guza przez wpływ na neoangiogenezę, migrację komórkową i dalszy wzrost skupisk komórek niezależnie od ich zakotwiczenia w macierzy. Pierwsze badania nad rolą ADAM8 w raku trzustki dostarczyły informacji o tym, że jego zwiększona ekspresja ma wpływ na inwazyjność tego nowotworu oraz koreluje z gorszym rokowaniem wyrażonym jako krótszy czas przeżycia całkowitego chorych [33]. W badaniach na liniach komórkowych wykazano związek między zwiększoną ekspresją zarówno mRNA, jak i białka ADAM8 w komórkach raka trzustki narażonych na hipoksję [34], ponadto białka te wykazywały efekt immunomodulujący, wpływając na napływ i aktywację makrofagów do mikrośrodowiska guza [35]. Mechanizm ten wyjaśnia także obserwację możliwego wpływu propofolu na zależną od niedotlenienia komórkowego ekspresję białka ADAM8 w komórkach gruczolakoraka trzustki [36].

Szczególnie wysoki poziom ekspresji białka ADAM9 jest stwierdzany w nowotworach o niskim stopniu zróżnicowania, co ma bezpośrednie znaczenie prognostyczne: u chorych z wysokim poziomem ekspresji ADAM9 wykazano szybszy postęp choroby, w tym skrócenie czasu przeżycia całkowitego, mimo wykonania zabiegu operacyjnego, resekcji R0, w porównaniu do pacjentów podobnie leczonych, ale z niską aktywnością adamalizyny ADAM9 [37]. Ponadto w badaniach in vitro i in vivo przedstawiono rolę ADAM9 w progresji raka trzustki poprzez kierowanie takimi procesami jak angiogeneza, migracja komórek, adhezja do macierzy zewnątrzkomórkowej czy wzrost guza niezależny od zakotwiczenia. Procesy te prawdopodobnie – przynajmniej w części – są związane ze ścieżką sygnałową EGFR/MEK/ ERK [38].

Poza wymienionymi wyżej białkami stwierdzono także, że zwiększona ekspresja adamalizyny ADAM15 w tkance guza koreluje dodatnio z obecnością przerzutów do regionalnych węzłów chłonnych. Szczególnie istotna wydaje się obserwacja wyjaśniająca jeden z elementów skutecznej odpowiedzi na terapię w raku gruczołowym trzustki. Stwierdzono, że gemcytabina hamuje wzrost komórek raka trzustki m.in. poprzez supresję białka ADAM15 [39]. Dzięki tej obserwacji i danych wskazujących na rolę adamalizyn w patogenezie gruczolakoraka trzustki poszukuje się potencjalnych punktów uchwytu terapii tego nowotworu. W jednym z badań wykazano, że zastosowanie blokera kanału wapniowego, fendyliny, znacznie zmniejsza migrację, proliferację, inwazyjność oraz wzrost komórek raka trzustki przez hamowanie aktywności ADAM10 [40]. Innym obiecującym punktem uchwytu może być ADAM17. W badaniach na modelach zwierzęcych wykazano, że immunologiczne zablokowanie ADAM17 przez zastosowanie swoistego przeciwciała spowalnia tempo progresji guza, a także wpływa negatywnie na złośliwe różnicowanie się zmian łagodnych [41]. Na modelu zwierzęcym wykazano także, że użycie swoistego inhibitora ADAM8: białka BK1361, znacząco zmniejsza masę guza, głębokość naciekania oraz ogranicza tworzenie przerzutów odległych [42].

Rak jelita grubego jest najczęstszym spośród nowotworów przewodu pokarmowego, stanowiąc przy tym drugą przyczynę zgonów wśród wszystkich chorób nowotworowych na świecie [1]. Istotne zatem wydaje się poszukiwanie nowych biomarkerów tego nowotworu.

W wielu dotychczasowych badaniach wykazano rolę adamalizyn w patogenezie tego nowotworu. Naszym zdaniem na szczególną uwagę zasługują badania, w których analizowano szlaki molekularne wyjaśniające mechanizmy współzależności między występowaniem zaburzeń metabolicznych a rozwojem raka jelita grubego, co od lat obserwowano w badaniach epidemiologicznych. Potwierdzonymi czynnikami ryzyka rozwoju raka jelita grubego są m.in. nieprawidłowy styl życia powodujący otyłość, szczególnie o dystrybucji wisceralnej, współwystępowanie cukrzycy i wynikający z nich przewlekły stan zapalny. Ważną rolę w omawianych procesach pełni białko ADAM17. Ze względu na swoją aktywność proteolityczną nazywane również proteiną TACE, uwalnia aktywny czynnik martwicy nowotworu TNF-α, który bierze udział w stymulacji i podtrzymaniu procesu zapalnego m.in. przez wytwarzanie innych cytokin, chemokin, cząsteczek adhezji śródbłonka, a także wzrost przepuszczalności naczyń [43, 44]. Ponadto ADAM17 powoduje wzrost guza przez aktywację czynników wzrostowych z rodziny EGF [45], a także przez wpływ na angiogenezę i wydzielanie cytokin, takich jak IL-6, -10, -12, czy wspomniany wyżej TNF-α [46]. W badaniach na modelach zwierzęcych wykazano, że wyciszenie ekspresji ADAM17 zmniejsza wzrost guza [46]. Ponadto wykazano wyższą ekspresję mRNA ADAM17 w raku jelita grubego z przerzutami do wątroby niż w guzach pierwotnych niedających takich przerzutów, co może wskazywać na istotną rolę ADAM17 w tworzeniu zmian przerzutowych w wątrobie [47]. Wykazano także, że mutacja w genie KRAS, występująca w części gruczolakoraków jelita grubego, jest związana z aktywnością ADAM17, a hamowanie wzrostu komórek raka jelita grubego związanego z mutacją w tym genie przez stosowanie inhibitorów MEK, jest związane właśnie z hamowaniem aktywności ADAM17 [48]. Podejmowano również próby hamowania aktywności ADAM17 przez zastosowanie swoistego przeciwciała [49].

Rolę w patogenezie raka jelita grubego, przez modulowanie szlaków odpowiedzi zapalnej, odgrywa także adamalizyna ADAM10, wpływając na ścieżkę sygnałową białka Notch. Szlak sygnałowy białka Notch w warunkach fizjologii pomaga m.in. kontrolować uszkodzenie jelit oraz bierze udział w procesach naprawczych, w przypadku dysregulacji może doprowadzić do zapalenia jelit oraz inicjacji i progresji raka jelita grubego [50]. Już w 2005 r. wykazano korelację między ekspresją ADAM10 a stopniem zaawansowania raka jelita grubego [51]. Obserwacje te potwierdzają niedawne analizy, w których wykazano, że stężenie ADAM 10 i ADAM17 w surowicy krwi jest wyższe u chorych na raka jelita grubego, a także że stężenie to koreluje ze stopniem różnicowania komórek nowotworowych oraz obecnością przerzutów odległych [52].

Poza wpływem wybranych adamalizyn na szlak sygnałowy związany z EGFR w patogenezie gruczolakoraka jelita grubego, wybrane białka z tej rodziny mogą promować nowotworzenie przez aktywację szlaków związanych z insulinopodobnymi czynnikami wzrostu (IGF), co również znajduje odzwierciedlenie w danych epidemiologicznych. IGF należą do jednych z najsilniejszych czynników wzrostu o możliwości oddziaływania auto-, para- i endokrynnego. Białka ADAM12 i ADAM28 przez swoją aktywność proteolityczną, biorą bezpośredni udział w uwalnianiu aktywnych postaci IGF [4, 53].

Bardzo istotne są również obserwacje japońskich badaczy, w których opisują rolę tzw. reakcji desmoplastycznej w rozwoju raka jelita grubego poprzez niektóre białka z rodziny ADAM. W reakcji tej biorą udział m.in fibroblasty związane z nowotworem (CAFs), znajdujące się wśród komórek zrębu. Odgrywają one główną rolę w rozwoju mikrośrodowiska guza. CAFs powodują zwiększoną ekspresję ADAM9, 10, 12 i 17, a ekspresja ta jest związana z kategorią morfologiczną reakcji desmoplastycznej, która wpływa na złośliwość procesu rozrostowego przez wzrost proliferacji komórek nowotworowych [54].

Wśród innych adamalizyn, które wymienia się jako potencjalnie istotne w rozwoju i progresji raka jelita grubego, znajdują się także ADAM8 [55], ADAM9 [56, 57] czy ADAM15 [58].

Najnowsze badania skupiają się także na udziale microRNA (miRNA, miR) w patogenezie raka jelita grubego. Okazuje się, że miRNA oddziałuje również na białka z rodziny adamalizyn. Wykazano, że microRNA-552 może promować powstawanie przerzutów odległych raka jelita grubego przez wpływ na ADAM28 [59]. Natomiast miRNA-198 hamuje proliferację komórek i indukuje apoptozę komórek raka jelita grubego, wpływając na ścieżkę sygnałową związaną z ADAM28 i JAK-STAT [60]. Podobnie hamujący wpływ na powstawanie i progresję raka jelita grubego wydaje się wywoływać microRNA-30c, oddziałując na adamalizynę ADAM19 [61]. Istotne wydaje się doniesienie na temat zmniejszania oporności na leczenie 5-fluorouracylem u chorych raka jelita grubego przez microRNA-20b, który hamuje ekspresję ADAM9 i EGFR [62].

Adamalizyny biorą również udział w powstawaniu zjawiska chemiooporności raka jelita grubego. Między innymi dla białek ADAM10 i ADAM17 obserwowano wystąpienie oporności na leczenie 5- fluorouracylem oraz oxaliplatyną przerzutowego raka jelita grubego, co było związane z fuzją komórek nowotworowych, za którą odpowiada ADAM10 [63]. Ponadto w badaniach na liniach komórkowych także wykazano, że zwiększona aktywność ADAM17 powoduje oporność na chemioterapię z użyciem 5-fluorouracylu i oxaliplatyny [64].