english version wersja do druku
	kwartalnik ISSN 0500-7208 Czasopismo punktowane przez KBN, Index Copernicus oraz w bazie GBL

Wprowadzenie

Rak gruczołu krokowego (PCa - prostate cancer) zajmuje szóste miejsce na świecie pod względem zapadalności na nowotwory. W 2000 roku rozpoznano go u 513 000 mężczyzn, co znaczy, że stanowił on 9,7% wszystkich nowotworów u mężczyzn [1]. Największą zapadalność na PCa stwierdza się w Ameryce Północnej, Europie Zachodniej i w niektórych częściach Afryki [1]. W Polsce w 2002 roku zarejestrowano 5236 nowych rozpoznań PCa, co sprawia, że pod względem zapadalności jest on drugim - po raku płuca - nowotworem złośliwym u mężczyzn i stanowi 9% rozpoznawanych u nich nowotworów złośliwych [http: //148.81.190.231/krn].

Początkowo PCa jest ograniczony do stercza (organ confined disease). Później nacieka tkanki otaczające stercz (locally advanced disease) oraz szerzy się drogą naczyń chłonnych. Rak uogólniony charakteryzuje się obecnością przerzutów odległych powstających w następstwie krwiopochodnego rozsiewu komórek nowotworowych, głównie do kości. W toku hormonalnego leczenia PCa, polegającego na ograniczeniu oddziaływania androgenów na komórki nowotworowe, dochodzi początkowo do uniezależnienia się raka od androgenów (rak androgenoniezależny - androgen independent PCa), a następnie do ,,wymknięcia się\" go spod wpływu innych hormonów steroidowych i tym samym do powstania raka hormonoopornego (HRPCa - hormone resistant prostatic cancer) (ryc. 1).

Leczenie hormonalne

Zasadniczym sposobem postępowania u chorych na zaawansowanego raka stercza jest leczenie hormonalne. Jego historia sięga 1941 roku. W tym czasie Huggins i Hodges dowiedli, że rak stercza jest nowotworem zależnym od androgenów [2]. Testosteron nie jest wprawdzie czynnikiem wywołującym raka stercza, jednak odgrywa ważną rolę w jego rozwoju [3]. Stosowanie leczenia hormonalnego, powodującego obniżenie stężenia testosteronu w surowicy lub/i prowadzącego do zablokowania receptorów androgenowych (ARs - androgen receptors) w tkankach docelowych, nie jest w stanie doprowadzić do wyleczenia chorego na raka stercza, jednak może szybko spowodować wybitne zmniejszenie masy guza pierwotnego i przerzutów oraz spowolnić dalszy rozwój nowotworu do czasu uniezależnienia się raka od androgenów [4]. Jednak po upływie średnio 18-24 miesięcy dochodzi do progresji. Mechanizmy leżące u jej podstaw są złożone i opierają się na dwóch założeniach: selekcji i następnie proliferacji istniejących pierwotnie klonów komórek androgenoniezależnych, które nie ulegają apoptozie w środowisku pozbawionym androgenów i/lub ewolucji, dzięki której dochodzi do zmian w ekspresji wielu genów, pozwalających przetrwać komórce pierwotnie androgenozależnej podczas leczenia hormonalnego. U podstaw tych założeń leży pierwotna różnorodność komórek raka stercza, które po rozpoczęciu leczenia hormonalnego zachowują się odmiennie. Wynikać to może albo z początkowej wieloogniskowości raka, albo z adaptacji do zmieniających się warunków środowiska, albo z braku stabilności genetycznej guza.

Dojrzewanie komórek stercza

Gruczoł krokowy zbudowany jest z komórek nabłonka gruczołowego, którego architektura utrzymywana jest przez zrąb łącznotkankowy. W obrębie komórek nabłonka można wyróżnić dwie podstawowe warstwy: warstwę powierzchowną, która obejmuje walcowate, wysoko zróżnicowane, androgenozależne komórki wydzielnicze, syntetyzujące między innymi PSA, hK2 oraz warstwę podstawną, w skład której wchodzą sześcienne, androgenoniezależne i dzielące się komórki. Dodatkowo w obrębie nabłonka gruczołu krokowego zlokalizowano tzw. komórki neuroendokrynne. Uważa się, że poprzez uwalnianie różnych związków (serotoniny, VIP, bombezyny) regulują wzrost i dojrzewanie gruczołu krokowego. Mogą one również brać udział w powstawaniu raka stercza. Badania ostatnich lat wykazały, że wskutek licznych podziałów komórek podstawnych powstają różne subpopulacje komórek pośrednich, które z czasem różnicują się albo w komórki neuroendokrynne albo w komórki wydzielnicze. Isaacs [5] sugeruje, że to środowisko hormonalne gruczołu warunkuje właściwą ,,drogę\" komórek i jej dynamikę oraz kierunek różnicowania. Powyższa równowaga zostaje zaburzona podczas nowotworzenia albo poprzez nadmierną proliferację komórek nabłonkowych albo upośledzoną ich apoptozę. Sposoby, w jakich dochodzi do rozregulowania różnicowania komórek nabłonka, przedstawiają się odmiennie w różnych obszarach gruczołu, czego wyrazem jest początkowa wieloogniskowość i heterogenność raka. Bostwick i inni wykazali, że u chorych na hormonalnie naiwnego raka stercza (naiwny oznacza dotychczas nieleczony hormonalnie) ogniska PIN powstają niezależnie od siebie w różnych obszarach gruczołu krokowego [6]. Badania preparatów po prostatektomii radykalnej potwierdziły wieloogniskowy i heterogenny pod względem genetycznym charakter guza. Spostrzeżenia te wskazują, że hormonalnie naiwny rak stercza jest zbudowany z wielu różniących się subpopulacji (klonów) komórek cechujących się odmienną wrażliwością na androgeny. Rozrost komórek raka w środowisku pozbawionym androgenów może zatem wynikać z rozrostu komórek pierwotnie androgenoniezależnych i/lub ich dalszej ewolucji genetycznej. Craft i wsp. [7], badając komórki wcześniej nieleczonego raka stercza, wykazali, że tylko 1 na 105-106 z nich charakteryzuje się brakiem wrażliwości na androgeny. Po rozpoczęciu leczenia komórki wrażliwe na androgeny obumierają, zaś komórki niewrażliwe na zmianę środowiska hormonalnego ulegają selekcji.

Mechanizmy leżące u podstaw hormonooporności raka stercza

Największą część puli androgenów u mężczyzn stanowi testosteron (T), produkowany przez jądra. Tylko 5% androgenów krążących we krwi pochodzi z nadnerczy. T wydzielany jest w dużej ilości (około 7000 ug na dobę) przez komórki Leydiga jąder oraz powstaje pod wpływem dehydrogenazy 17ß-hydroksysteroidowej z androstendionu wydzielanego przez nadnercza. Testosteron po wniknięciu do komórki ulega w niej przekształceniu do dihydrotestosteronu (DHT). Zarówno T, jak i DHT wiążą się z receptorami androgenowymi AR, przy czym powinowactwo T do tego receptora jest 3 - 7-krotnie mniejsze od powinowactwa DHT [8], zaś powinowactwo doń androgenów nadnerczowych jest znikome [9]. Receptory androgenowe obecne są w cytoplazmie prawidłowych komórek gruczołowych stercza. Nieaktywne związane są z tzw. białkami wstrząsu termicznego, które ulegają dysocjacji po przyłączeniu DHT. Kompleks DHT-AR przenika do jądra komórkowego i łączy się z wrażliwą na androgeny sekwencją DNA, prowadząc poprzez aktywację różnych genów do wyzwolenia kaskady zdarzeń, warunkującej wzrost, różnicowanie, metabolizm i czynność komórek androgenozależnych [10]. Androgeny są więc niezbędne do rozwoju komórek gruczołowych stercza, które po wyeliminowaniu nań wpływu androgenów ulegają apoptozie.

Uważa się, że receptory androgenowe odgrywają podstawową rolę w pobudzaniu proliferacji komórek raka stercza w środowisku pozbawionym androgenów. Wyrazem progresji podczas leczenia hormonalnego jest przecież wzrost stężenia PSA. Ekspresja genu kodującego PSA jest bezpośrednio zależna od aktywności receptorów androgenowych. W różnych modelach hormonooporności raka stercza wykazano zwiększony poziom ekspresji ARs [11]. Zidentyfikowano kilka mechanizmów, dzięki którym dochodzi do progresji raka stercza, mimo stosowania antyandrogenów lub mimo wyeliminowania androgenów. Niektóre z nich zależą od obecności receptorów androgenowych.

Zwiększenie gęstości ARs

Visacorpi i wsp. [12] wykazali, że podczas leczenia hormonalnego dochodzi do zwiększenia gęstości ARs. U siedmiu spośród dwudziestu trzech (39%) chorych na raka, który uległ progresji, stwierdzono zwiększenie ekspresji ARs w stosunku do jej wielkości przed rozpoczęciem leczenia. Wyniki te potwierdziło wielu autorów, wskazując na zwiększony poziom ekspresji genu i mRNA, kodujących strukturę AR [11,13-15]. Interesujące jest, że większa gęstość ARs wiąże się z wyższą wrażliwością komórek na leczenie hormonalne. Palmberg i wsp. [16] obserwowali większy spadek stężenia PSA u chorych poddanych MAB, u których stwierdzono wyższy poziom ekspresji ARs.

Zwiększona wrażliwość ARs

Zwiększona wrażliwość receptorów androgenowych jest kolejnym mechanizmem pozwalającym komórkom raka stercza uniknąć wpływu leczenia hormonalnego. Stwierdzono, że stężenie testosteronu niezbędne do wywołania podziału komórek raka, jest czterokrotnie mniejsze dla komórek androgenoniezależnych niż dla komórek androgenozależnych [17]. Wykazano ponadto, że komórki raka stercza, który ulega progresji, zawierają więcej receptorów androgenowych charakteryzujących się dużą stabilnością oraz ARs, które ulegają przemieszczeniu do jądra komórkowego.

Badania przeprowadzone w ostatnich latach wskazują, że komórki raka stercza mogą same być źródłem androgenów dla siebie [18]. Koh i inni wykazali, że oprócz katalizowania przemian androgenów nadnerczowych do DHT, komórki raka stercza są w stanie syntetyzować androgeny z cholesterolu. Dlatego małe stężenie testosteronu we krwi podczas leczenia hormonalnego wcale nie musi odzwierciedlać jego stężenia w obrębie komórki.

Mutacje ARs

Aktywacja receptorów androgenowych przez inne niż androgeny związki (estrogeny, antyandrogeny niesteroidowe) może również przyczyniać się do progresji raka stercza [19]. Ta ,,dziwna\" stymulacja wynika z punktowych mutacji w obrębie genu kodującego AR, która zmienia charakterystykę receptorów, czyniąc je mniej swoistymi, i chociaż obecność mutacji AR trudno jest zaobserwować w obrębie komórek hormonalnie naiwnego raka stercza, są one powszechne wśród komórek androgenoniezależnych [20]. Ich obecność stwierdzono również w obrębie przerzutów raka stercza do kości i węzłów chłonnych [20]. Veldscholte i wsp. pierwsi zauważyli, że mutacje genu kodującego AR umożliwiają pobudzenie receptorów przez progesteron, estradiol, flutamid i nilutamid [21]. Leki stosowane podczas leczenia hormonalnego raka stercza mogą zatem zaskakująco przyczynić się do jego progresji. Mechanizm ten najpewniej leży u podstaw zmniejszenia się stężenia PSA u chorych, leczonych MAB, u których zaprzestano podawania antyandrogenów. Suzuki i wsp. zaobserwowali, że mutacje AR typu Thr877Ala mogą być odpowiedzialne za opisane powyżej zjawisko. Nie stwierdzono ich przed rozpoczęciem leczenia [22].

Koaktywatory

Białka, które łączą się z AR i regulują ich aktywność, nazywane są koaktywatorami. Mogą one wzmocnić ekspresję genów zależnych od AR lub zmniejszyć powinowactwo AR do androgenów, pozwalając tym samym na ich aktywację przez inne niż androgeny związki. Wykazano na przykład, że białka Ara70 dziesięciokrotnie zwiększają zdolność AR do pobudzania ekspresji genów zależnych od niego i mogą być odpowiedzialne za zmianę swoistości ARs, w wyniku której stają się one wrażliwe na antyandrogeny [23].

Aktywacja alternatywnych szlaków

Aktywacja alternatywnych szlaków autokrynnych, parakrynnych lub endokrynnych może w środowisku pozbawionym androgenów zastąpić obecność tych hormonów niezbędną do dalszego wzrostu komórek raka stercza. Wykazano, że interleukina-6, insulinopodobny czynnik wzrostowy 1, naskórkowy czynnik wzrostu i wiele innych mogą aktywować szlaki, które są charakterystyczne dla AR, mimo braku bodźców je stymulujących [24].

Zawartość komórek neuroendokrynnych znacząco wzrasta w obrębie raka hormonoopornego. Powolne tempo ich proliferacji pozwala im na przetrwanie chemio- lub radioterapii, podczas gdy syntetyzowane przez nie związki, np. serotonina lub bombezyna, mogą nasilać namnażanie się pozostałych komórek hormonoopornych.

Innym, równie istotnym sposobem uniknięcia wpływu androgenów, niezależnie od obecności ARs, jest rozregulowanie aktywności genów, które kontrolują procesy apoptozy. Należą do nich geny supresji guza PTEN oraz Bcl-2. W obrębie prawidłowych komórek PTEN blokuje szlak fosfatydyloinozytoli, którego aktywacja jest odpowiedzialna za stymulowanie białek nazwanych Akt. Białka Akt zmniejszają aktywność protein proapoptotycznych, przez co wydłużają czas życia komórki. Obecność PTEN w prawidłowych komórkach stercza sprzyja apoptozie, zaś jego utrata w komórkach raka hormonoopornego zwiększa aktywność Akt, ograniczając apoptozę. Utrata PTEN jest dosyć częstym zjawiskiem obserwowanym w obrębie wielu innych komórek nowotworowych i chociaż nieczęsto spotykana w komórkach hormonalnie naiwnego raka stercza, prawdopodobieństwo jej wykrycia znacznie wzrasta w komórkach androgenoniezaleznych [25].

Jednym ze związków pośredniczących w aktywności Akt jest gen Bcl-2. Wykazano, że powstawanie hormonooporności wiąże się między innymi ze zwiększoną ekspresją Bcl-2 [26]. Wywołana eksperymentalnie chroni komórki nowotworowe przed apoptozą, występującą w następstwie ablacji androgenowej. taskany, będące nową formą chemioterapii, którą wprowadza się do leczenia chorych na androgenoniezależnego raka stercza, indukują apoptozę poprzez fosforylację reszt serynowych Bcl-2. Fosforylacja Bcl-2 prowadzi do aktywacji kaskady kaspaz, enzymów wprowadzających komórkę na drogę apoptozy. Wykazano także, że docetaksel (jeden z taksanów) ogranicza wzrost komórek niezawierających Bcl-2, najpewniej poprzez indukowanie nadmiernej ekspresji inhibitora cyklu komórkowego p27, którego zawartość ulega zmniejszeniu w wielu hormonoopornych komórkach raka stercza.

Mechanizmy leżące u podstaw hormonooporności raka stercza nie zostały jeszcze w pełni poznane. Bliższe ich poznanie pozwoli opracować schematy leczenia, które ograniczą śmiertelność i poprawią jakość życia chorym na Pca.

1. Parkin DM, Bray FI, Devesa SS: Cancer burden in the year 2000: the global picture. Eur J Cancer 2001, 37 (suppl 8), 4-66.
2. Huggins C, Hodges CV: Studies on prostatic cancer. I. The effect of castration, of estrogen and of androgen injection on serum phosphatase in mestastatic carcinoma of the prostate. Cancer Res 1941, 1, 293-297.
3. Walsh PC: Physiologic basis for hormonal therapy in carcinoma of the prostate. Urol Clin N Am 1975, 2, 125-140.
4. Denis L: Prostate cancer. Primary hormonal treatment. Cancer 1993, 71, 1050-1058.
5. Isaacs JT: The biology of hormone refractory prostate cancer. Why does it develop? Urol Clin North Am 1999, 26, 263-273.
6. Bostwick DG, Shan A, Qian J: Independent origin of multiple foci of prostatic intraepithelial neoplasia: comparison with matched foci of prostate carcinoma. Cancer 1998, 83, 1995-2002.
7. Craft N, Chhor C, Tran C et al: Evidence for clonal outgrowth of androgen-independent prostate cancer cells from androgen-dependent tumors through a two-step process. Cancer Res 1999, 59, 5030-5036.
8. Rennie PS, Bruchovsky N: In vitro and in vivo studies on the functional significance of androgen receptors in rat prostate. J Biol Chem 1972, 247, 1546-1554.
9. Wilson EM, French FS: Binding properties of androgen receptors. Evidence for identical receptors in the rat testes, epididymis, and prostate. J Biol Chem 1978, 251, 5620-5629.
10. Coffey DS. Walsh PC: Clinical and experimental studies in benign prostatic hyperplasia. Urol Clin N Am 1990, 17, 461-476.
11. Chen CD, Welsbie DS, Tran C et al: Molecular determinants of resistance to antiandrogen therapy. Nat Med 2004, 10, 33-39.
12. Visakorpi T, Hyytinen E, Koivisto P: In vivo amplication of the androgen receptor gene and progression of human prostate cancer. Nat Genet 1995, 9, 401-406.
13. Edwards J, Krishna NS, Grigor KM, Bartlett JM: Androgen receptor gene amplification and protein expression in hormone refractory prostate cancer. Br J Cancer 2003, 89, 552-556.
14. Latil A, Bieche I, Vidaud D et al: Evaluation of androgen, estrogen (ER alpha and ER beta), and progesterone receptor expression in human prostate cancer by real-time quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction assays. Cancer Res 2001, 61, 1919-1926.
15. Ruizeveld de Winter JA, Janssen PJ, Sleddens HM et al: Androgen receptor status in localized and locally progressive hormone refractory human prostate cancer. Am J Pathol 1994, 144, 735-746.
16. Palmberg C, Koivisto P, Kakkola L et al: Androgen receptor gene amplification at primary progression predicts response to combined androgen blockade as second line therapy for advanced prostate cancer. J Urol 2000, 164, 1992-1995.
17. Gregory CW, Johnson RT Jr, Mohler JL et al: Androgen receptor stabilization in recurrent prostate cancer is associated with hypersensitivity to low androgen. Cancer Res 2001, 61, 2892-2898.
18. Koh E, Kanaya J, Namiki M: Adrenal steroids in human prostatic cancer cell lines. Arch Androl 2001, 46, 117-125.
19. Feldman BJ, Feldman D: The development of androgenindependent prostate cancer. Nat Rev Cancer 2001, 1, 34-45.
20. Marcelli M, Ittmann M, Mariani S et al: Androgen receptor mutations in prostate cancer. Cancer Res 2000, 60, 944-949.
21. Veldscholte J, Berrevoets CA, Ris-Stalpers C: The androgen receptor in LNCaP cells contains a mutation in the ligand binding domain which affects steroid binding characteristics and response to antiandrogens. J Steroid Biochem Mol Biol 1992, 41, 665-669.
22. Suzuki H, Akakura K, Komiya A et al: Codon 877 mutation in the androgen receptor gene in advanced prostate cancer: relation to antiandrogen withdrawal syndrome. Prostate 1996, 29, 153-158.
23. Miyamoto H, Yeh S, Wilding G, Chang C: Promotion of agonist activity of antiandrogens by the androgen receptor coactivator, ARA70, in human prostate cancer DU145 cells. Proc Natl Acad Sci USA 1998, 95, 7379-7384.
24. Culig Z, Hobisch A, Cronauer MV et al: Androgen receptor activation in prostatic tumor cell lines by insulin-like growth factor-I, keratinocyte growth factor, and epidermal growth factor. Cancer Res 1994, 54, 5474-5478.
25. Halvorsen OJ, Haukaas SA, Akslen LA: Combined loss of PTEN and p27 expression is associated with tumor cell proliferation by Ki-67 and increased risk of recurrent disease in localized prostate cancer. Clin Cancer Res 2003, 9, 1474-1479.
26. McDonnell TJ, Navone NM, Troncoso P et al: Expression of bcl-2 oncoprotein and p53 protein accumulation in bone marrow metastases of androgen independent prostate cancer. J Urol 1997, 157, 569-574.

Jakub Dobruch
Oddział Urologii Międzyleskiego Szpitala Specjalistycznego
ul. Bursztynowa 2
04-749 Warszawa
0 503 072 230
kubadobr@wp.pl