Glejak wielopostaciowy
Patofizjologia i mechanizm
Glioblastoma (GBM) to wysoce złośliwy nowotwór ośrodkowego układu nerwowego, charakteryzujący się agresywnym przebiegiem, wysoką heterogennością molekularną oraz złym rokowaniem pomimo stosowania wielomodalnego leczenia. Kluczowe mutacje genetyczne obejmują mutacje promotora TERT, delecję PTEN, amplifikację EGFR (obecną w 40% pierwotnych GBM), mutacje ATRX, TP53 oraz IDH1 (częste w wtórnych GBM). W patogenezie GBM istotną rolę odgrywają zaburzenia w szlakach sygnałowych RTK, TP53 i RB, a także nadaktywacja szlaków PI3K/Akt/mTOR i Ras/Raf/MAPK, które wpływają na proliferację, migrację, angiogenezę i unikanie apoptozy. Dodatkowo, mikrośrodowisko guza (TME) i metabolizm aminokwasów, zwłaszcza w warunkach hipoksji, modulują progresję nowotworu i odpowiedź immunologiczną. Immunosupresja związana z GBM, m.in. poprzez cząsteczki punktów kontrolnych CTLA4, PD1 i IDO, stanowi wyzwanie terapeutyczne, a metabolity tryptofanu hamują funkcję limfocytów T, sprzyjając wzrostowi guza.
Patogeneza glioblastoma
Glioblastoma (GBM) to najczęstszy i najbardziej złośliwy nowotwór ośrodkowego układu nerwowego, wywodzący się z komórek glejowych – astrocytów. Nowotwór ten charakteryzuje się szczególnie agresywnym przebiegiem, wysokim stopniem heterogenności wewnątrz- i międzyguzkowej oraz złym rokowaniem, pomimo stosowania wielomodalnego leczenia12. Złożoność molekularnej patofizjologii GBM oraz różnorodność mechanizmów biorących udział w jego rozwoju i progresji stanowią główne wyzwania w opracowywaniu skutecznych strategii terapeutycznych3.
Gliomageneza – proces formowania guza
Gliomageneza, czyli proces powstawania i rozwoju glejaków, jest wieloetapowym procesem, w którym prawidłowe komórki przechodzą szereg zmian genetycznych prowadzących do powstania złośliwych pochodnych. Komórki stopniowo nabywają zmiany genetyczne i epigenetyczne, które skutkują zahamowaniem działania genów supresorowych nowotworów (TSG) i aktywacją proto-onkogenów45. Te zmiany umożliwiają komórkom uniknięcie mechanizmów regulacyjnych organizmu i prowadzą do powstania szybko proliferujących, niezróżnicowanych skupisk komórkowych – guzów. Guzy te stają się złośliwe, gdy naciekają i migrują do innych tkanek6.
Na poziomie komórkowym pewne procesy nowotworowe zostały powiązane z rozwojem i progresją GBM. Te wewnątrzkomórkowe zdarzenia obejmują, ale nie ograniczają się do: utraty kontroli cyklu komórkowego, nadekspresji czynników wzrostu, angiogenezy, inwazji i migracji, niestabilności genetycznej oraz zaburzeń apoptozy78.
Molekularne podtypy glioblastoma
Klasyfikacja molekularna glioblastoma, opracowana przez The Cancer Genome Atlas (TCGA), wyróżnia cztery odrębne podtypy molekularne GBM: neuralny, proneuralny, klasyczny i mezenchymalny910. Każdy z tych podtypów posiada unikalne aberracje molekularne i genetyczne, które napędzają tumorogenezę i odpowiadają za zróżnicowane wzorce progresji choroby oraz rokowanie11.
Różne podtypy GBM zajmują odmienne regiony mózgu i wykazują zróżnicowaną bliskość w stosunku do strefy podkomorowej (SVZ). Glejaki typu klasycznego i mezenchymalnego są bardziej rozproszone i zlokalizowane dalej od SVZ, podczas gdy glejaki typu proneuralnego i neuralnego są częściej zlokalizowane w bliższej odległości od SVZ12.
Zmiany genetyczne i mechanizmy molekularne
Badania genomiczne GBM ujawniły kilka kluczowych szlaków sygnałowych i mutacji genetycznych, które napędzają progresję guza13. Obecność wielu zaburzonych szlaków sygnałowych w GBM podkreśla ideę, że guzy opierają się na zakłóceniu różnych celów molekularnych, które zbiorowo wpływają na biologię guza14.
Główne zmiany genetyczne w glioblastoma
Kluczowe zmiany genetyczne charakterystyczne dla GBM obejmują mutacje promotora TERT, delecję genu supresorowego PTEN, amplifikację proto-onkogenu EGFR, mutacje ATRX oraz mutacje TP5315. Amplifikacja EGFR jest częściej obecna w pierwotnych glioblastoma (40%), a rzadko obecna w glioblastoma wtórnych16.
W przypadku pierwotnego GBM charakterystyczne są nadekspresja receptora naskórkowego czynnika wzrostu (EGFR), mutacje fosforanu i homologu tensyny (PTEN) oraz utrata chromosomu 10q17. Natomiast wtórne GBM często wykazują mutacje dehydrogenazy izocytrynianowej 1 (IDH1), mutacje p53 i utratę chromosomu 19q18.
Mutacje IDH występują w prawie wszystkich przypadkach wtórnego glioblastoma, jak donosi Parsons i współpracownicy19. Mutacja IDH wiąże się zarówno z utratą, jak i nabyciem regularnej funkcji enzymatycznej. Nieprawidłowe gromadzenie 2-HG, onkometabolitu, jest odpowiedzialne za kancerogenezę20.
Szlaki sygnałowe w patogenezie glioblastoma
Wyróżnia się trzy kluczowe szlaki sygnałowe, które są konsekwentnie i powszechnie zmienione w GBM: (1) szlak RTK, (2) szlak TP53 oraz (3) szlak RB21. W GBM zmiany i/lub zwiększona aktywność kluczowych szlaków sygnałowych, takich jak Wnt, TGF-β, VEGF, EGFR, CDKN2A, NF-κB oraz szlak PI3K/AKT/mTOR, odgrywają rolę w patogenezie choroby i przyczyniają się do agresywnego zachowania guza22.
Dwa szlaki sygnałowe proliferacji, które wykazują nadmierną aktywność w glioblastoma to PI3K/Akt/mTOR i Ras/Raf/MAPK23:
- Szlak PI3K/Akt/mTOR jest zaangażowany w różne procesy komórkowe, w tym proliferację, wzrost, przebudowę cytoszkieletu i apoptozę24. Sygnalizacja RTK/PI3K/Akt jest zmieniona w 80% ludzkich GBM25. Nadmierna aktywacja szlaku PI3K/AKT/mTOR zmniejsza przeżywalność pacjentów z glioblastoma i zwiększa agresywność guza, ponieważ nadmiernie stymuluje procesy odpowiedzialne za proliferację komórek, przeżycie i migrację w glioblastoma2627.
- Szlak Wnt to starożytny i fundamentalny program genetyczny, który dostarcza kluczowych instrukcji regulacyjnych dla wzrostu komórek, różnicowania i modelowania tkanek28. W glioblastoma nieprawidłowa aktywacja sygnalizacji SHH, zwykle poprzez mutację w Patched1 i/lub aktywujące mutacje w SMO, prowadzi do przekształcenia dorosłych komórek macierzystych w komórki macierzyste glioblastoma29.
- Szlak sygnałowy NF-κB – trwała i nieprawidłowa aktywacja tego szlaku jest charakterystyczna dla GBM30.
- Szlak TGF-β jest kluczowy w progresji glioblastoma, wpływając na wzrost guza i unikanie odpowiedzi immunologicznej31.
- Szlak MAPK odgrywa kluczową rolę w różnych nowotworach, w tym GBM, poprzez jego hiperaktywację, która napędza procesy takie jak migracja, proliferacja i przeżycie32.
Zaburzenia regulacji cyklu komórkowego
Utrata kontroli cyklu komórkowego jest zaangażowana w gliomogenezę3334. Punkt kontrolny G1 był ważnym tematem badań w GBM i obejmuje głównie cykliny i kinazy zależne od cyklin (CDK)3536. Co nie jest zaskakujące, 87% pacjentów z GBM ma związaną z nim mutację p533738.
W nienowotworowych komórkach naprawa DNA ma na celu zapobieganie niestabilności genetycznej, która mogłaby prowadzić do tumorogenezy39. Mutacje p53 prowadzące do zaburzonej odpowiedzi apoptotycznej zostały powiązane z upośledzoną odpowiedzią na uszkodzenia DNA (DDR) i gliomogenezą40. Komórki nowotworowe adaptują mechanizmy naprawy DNA, co odgrywa kluczową rolę w rozwoju oporności na terapię i nawrotów guza4142.
Mikroobszary guza i interakcje z otoczeniem
Komórki glioblastoma wykazują rozlaną infiltrację do otaczającej sieci neuronalnej w miarę postępu choroby43. Mechanizmy leżące u podstaw migracji i inwazji komórek GBM są wysoce złożone i obejmują wzajemnie powiązane procesy biologiczne44.
Rola mikroobszaru guza w patogenezie
Rola mikroobszaru guza (TME) w modulowaniu dostępności aminokwasów i metabolizmu wyłoniła się jako znaczący obszar zainteresowania. TME tworzy złożoną sieć konkurencji o składniki odżywcze i metabolicznego wzajemnego oddziaływania, co wpływa na progresję guza i unikanie odpowiedzi immunologicznej45. Metabolizm aminokwasów odgrywa kluczową rolę w patogenezie GBM, wpływając na wzrost guza, przeżycie, unikanie odpowiedzi immunologicznej i oporność na terapie46.
Hipoksja została również zaproponowana jako środek aktywujący autofagię, szlak degradacji lizosomalnej, który prawdopodobnie promuje przeżycie komórek nowotworowych47. Komórki CD71+ neutrofilów w obrębie guzów glioblastoma były unikalne dla hipoksycznych regionów guza i rozwinęły zdolność do hamowania funkcji immunologicznych. W warunkach hipoksycznych neutrofile te wykazywały zwiększony metabolizm glukozy i produkcję mleczanu, co przyczyniało się do ich przeprogramowania48.
Angiogeneza i inwazja
Inwazyjność i angiogeneza są kluczowymi procesami w patologii GBM. VEGF odgrywa kluczową rolę w promowaniu angiogenezy w komórkach macierzystych glejaków i optymalizowaniu funkcji i przeżycia jego mikrośrodowiska4950. Ekspresja BMAL1 wykazała pozytywną korelację z czynnikami proangiogennymi HIF1, VEGF i ANG2 w kohorcie 79 pacjentów z glejakami wysokiego i niskiego stopnia51.
Zespół CD73 promuje inwazyjność GBM poprzez regulację MMP9 w górę i hamowanie jego inhibitora, TIMP1. CD73 gospodarza reguluje w górę angiogenezę, promując podział naczyń macierzystych na mniejsze naczynia, zwiększając tym samym gęstość naczyń w GBM52.
Rola komórek odpornościowych i unikanie odpowiedzi immunologicznej
Glioblastoma jest szczególnie związany z ciężką immunosupresją, co sprawia, że ten typ guza może być uważany za idealnego kandydata do terapii inhibitorami punktów kontrolnych53. Wiadomo, że GBM jest związany z ogólnoustrojową immunosupresją, a duża część tej immunosupresji jest powodowana przez same komórki GBM54.
Główne cząsteczki punktów kontrolnych to białko 4 związane z cytotoksycznymi limfocytami T (CTLA4), receptor programowanej śmierci komórki-1 (PD1) i IDO, a te cząsteczki punktów kontrolnych są szczególnie ważne w powodowaniu głębokiej immunosupresji związanej z GBM55.
Zwiększone wydzielanie cytokin prozapalnych odgrywa szczególnie ważną rolę w rozwoju GBM i oporności na terapię56. Metabolity tryptofanu, takie jak kwas chinolinowy i kwas 3-hydroksyantranilowy, hamują funkcję limfocytów T, umożliwiając wzrost guza i przerzuty57.
CLOCK/BMAL1 indukuje stan zapalny promujący guz, podczas gdy RORγ go znosi58. Badania przeprowadzone do tej pory ujawniły znaczenie genów zegarowych w regulacji immunologicznego mikrośrodowiska guza59.
Mechanizmy oporności na leczenie
Pomimo znacznych postępów w zrozumieniu molekularnej patogenezy GBM i powiązanych szlaków sygnałowych komórkowych, które otworzyły możliwości dla nowych terapii w przypadku nawracającej i nowo zdiagnozowanej choroby60, GBM pozostaje jednym z największych wyzwań terapeutycznych w onkologii i medycynie61.
Mechanizmy oporności na temozolomid
Temozolomid (TMZ) jest lekiem pierwszego wyboru w chemioterapii GBM, jednak rozwój oporności na TMZ często staje się czynnikiem ograniczającym skuteczne leczenie62. Niepowodzenie tradycyjnych podejść, które miałyby znaczący wpływ na przeżycie pacjentów z GBM, sugeruje konieczność opracowania nowych strategii w leczeniu tego nowotworu63.
Niepokojące zjawisko oporności na TMZ jest napędzane głównie przez unikalną populację niezróżnicowanych i wysoce nowotworowych komórek macierzystych raka, znanych jako komórki macierzyste glejaków (GSC). Badania tej populacji komórek opornych na terapię zostały zainicjowane przez obserwację podgrupy komórek w guzach glejowych zdolnych do tworzenia heterogennych populacji klonalnych64.
MGMT jest często uważany za najważniejszy czynnik przyczyniający się do oporności na TMZ ze względu na jego bezpośrednią rolę w przeciwdziałaniu uszkodzeniom DNA przez alkilację. MGMT jest endogennym enzymem naprawy DNA, który pomaga utrzymać stabilność genomową poprzez naprawę niedopasowań. W warunkach leczenia TMZ, MGMT może usunąć grupę metylową w O6-metyloguaninie, tym samym neutralizując indukowane przez lek uszkodzenie DNA i zmniejszając ogólną skuteczność TMZ65.
Komórki macierzyste glejaków (GSC) w oporności na leczenie
Glioblastoma zawiera multipotencjalne komórki macierzyste guza (GSC), które mogą być odpowiedzialne za zaludnianie i ponowne zaludnianie guzów66. GSC są oporne na standardową chemioterapię i mają wewnętrzne właściwości odporności na chemioterapię67.
Komórki macierzyste glejaków wykazują nadekspresję genów rodziny Notch68. Badania wskazują, że hamowanie szlaku Notch jest potencjalną strategią terapeutyczną w leczeniu glioblastoma6970.
Rola mikroobiegu zegara dobowego w progresji i oporności glioblastoma
Rosnące dowody w dziedzinie medycyny około dobowej wskazują na ścisłe wzajemne oddziaływanie między zaburzeniami systemu dobowego a progresją glioblastoma. Zegar dobowy, wewnętrzny mechanizm biologiczny regulujący liczne procesy fizjologiczne w cyklu 24-godzinnym, odgrywa również kluczową rolę w regulacji kluczowych funkcji komórkowych, w tym naprawy DNA, progresji cyklu komórkowego i apoptozy71.
Zegar reguluje cechy charakterystyczne raka w GBM, w szczególności proliferację komórek i cykl komórkowy, apoptozę i przeżycie, stemness, odpowiedź na stres, kontrolę uszkodzeń DNA i niestabilność genomową, reprogramowanie metaboliczne, angiogenezę, stan zapalny promujący guz oraz migrację, inwazję i przerzuty, które są kluczowe dla progresji raka72.
W GBM białka core-clock wpływają na progresję cyklu komórkowego i proliferację w sposób zróżnicowany73. CLOCK/BMAL1 blokują aktywację pro-kaspazy 3 i mają pozytywny wpływ na przeżycie komórek GBM w większości badań, podczas gdy CRY2, PER1 i RORγ negatywnie wpływają na przeżycie74.
Nowe kierunki w zrozumieniu patogenezy glioblastoma
Rola neuronów i synaps w progresji glioblastoma
Progresja glejaka jest silnie regulowana przez interakcje z neuronami, w tym inicjację guza, wzrost i inwazję. Interakcje neuron-glejak obejmują zarówno sygnalizację parakrynnych czynników, jak i sygnalizację elektrochemiczną poprzez synapsy neuron-glejak zapośredniczone przez receptory AMPA75.
Integracja synaptyczna glejaków wysokiego stopnia w obwody neuronalne jest fundamentalna dla progresji raka w przedklinicznych systemach modelowych i u pacjentów76. Złośliwe synapsy wykazują podobną plastyczność regulowaną przez BDNF. Sygnalizacja poprzez receptor tropomiozynowej kinazy B (TrkB) do CAMKII, BDNF promuje transport receptorów AMPA do błony komórkowej glejaka, co skutkuje zwiększoną amplitudą prądów wywołanych glutaminianem w komórkach złośliwych77.
Współhodowla z neuronami wywołuje silny wzrost tempa proliferacji komórek glejaka z około 20% do około 60%, podkreślając silny wpływ neuronów na proliferację glejaka, który obejmuje sygnalizację neuroliginy-3 i mechanizmy synaptyczne neuron-glejak78.
Rola sygnalizacji GABA w patogenezie glioblastoma
Integracja wielopoziomowych danych z pacjentów z glioblastoma (GB) zidentyfikowała sieci związane z sygnalizacją GABA jako istotne dla patogenezy GB. W badaniach współhodowli interneurony GABAergiczne zwiększają proliferację komórek GB79.
Sieci regulacyjne genów (GRN) są niezbędne do precyzyjnej kontroli ekspresji genów, organizowania funkcji komórkowych poprzez koordynowanie interakcji między czynnikami transkrypcyjnymi (TF), wzmacniaczami i promotorami genów. Integracja wielopoziomowych zbiorów danych z wykorzystaniem potoku MOBILE (Multi-Omics Binary Integration via Lasso Ensembles) opartego na uczeniu maszynowym ujawniła nowe GRN i szlaki zaangażowane w patogenezę glioblastoma (GB)80.
Sygnalizacja GABA wyłoniła się jako wcześniej nierozpoznany potencjalny czynnik napędzający patogenezę guzów GB, wraz z odkryciem sieci związanych z GABA i odpowiednich czynników transkrypcyjnych (TF), takich jak ARX, GSX2 i członkowie rodziny DLX, które odgrywają kluczowe role w rozwoju interneuronów GABAergicznych81.
Rola przepływów jonów chlorkowych w namnażaniu komórek glioblastoma
Przepływy jonów chlorkowych, które wnikają do komórek, odgrywają istotną rolę w duplikacji komórek glioblastoma, wysoce agresywnego guza mózgu8283. Badania wykazały, że tak zwane zależne od wapnia kanały jonowe chlorkowe, które działają jak bramy regulujące przepływy jonów chlorkowych do i z komórki, odgrywają rolę w regulacji podziału linii komórek nowotworowych, a tym samym ich proliferacji8485.
Wykorzystując substancje blokujące te przepływy, grupa badawcza wykazała, że można zatrzymać replikację w hodowanych w laboratorium komórkach nowotworowych8687. Kanały jonowe chlorkowe mają bezpośredni wpływ na replikację tych komórek. W szczególności, umożliwiając napływ jonów chlorkowych do komórki, wydają się pomagać zwiększyć objętość komórki, fundamentalny proces, który promuje podział na dwie komórki potomne88.
Dowody te wskazują, że kanały te odgrywają znaczącą rolę w rozwoju komórki nowotworowej, dzięki czemu może się ona dzielić i namnażać, promując tym samym progresję guza. Te same kanały mogą być zatem uznane za potencjalne cele nowych leków specjalnie zaprojektowanych do zatrzymania progresji guza8990.
Implikacje terapeutyczne wynikające z patogenezy
Zrozumienie złożonych mechanizmów patogenezy glioblastoma otwiera nowe możliwości terapeutyczne. Indukcja apoptozy jest kolejnym potencjalnym podejściem do leczenia GBM. Ostatnio badania koncentrowały się na przywróceniu funkcji p5391.
Nowe strategie terapeutyczne oparte na mechanizmach patogenezy
Zrozumienie roli szlaków GBM pozwala na lepsze projektowanie celowanych terapii. PDGF stał się celem terapii glioblastoma ze względu na jego zdolność do promowania proliferacji i przeżycia glioblastoma92. Badania wskazują, że PDGF jest dobrze zbadanym szlakiem, który mógłby prowadzić do możliwych terapii glioblastoma9394.
Blokowanie szlaku VEGF, a tym samym hamowanie angiogenezy, byłoby skuteczną strategią leczenia choroby95. W warunkach klinicznych kilka inhibitorów kinazy tyrozynowej receptorowej (TKI), takich jak tiwozanib, cedyranib, lenwatynib, sorafenib, sunitynib i pazopanib, jest obecnie badanych pod kątem hamowania VEGFR96.
Odkrycie, że delecja, która daje białko EGFRvIII, koduje kodon, który nie występuje w DNA typu dzikiego i jest unikalny dla GBM, może być postrzegane jako specyficzny cel molekularny w terapii nowej generacji97.
Kombinacje leków i immunoterapia
Zegar wpływa na kilka ważnych cech i szlaków w GBM. Sugeruje to, że łączenie obecnych, pojawiających się terapii celowanych, takich jak terapie ukierunkowane na metabolizm energetyczny, angiogenezę, szlak PI3K/AKT/mTORC lub terapie immunologiczne z chronoterapią, mogłoby poprawić ich skuteczność98.
Ekscytujące nowe strategie immunoterapii, w tym szczepionki z komórek dendrytycznych, szczepionki z komórek B i wektory wirusowe, zostały opracowane do leczenia GBM99. Optymalne wykorzystanie inhibitorów IDO może być w połączeniu z innymi inhibitorami punktów kontrolnych, aby dać bardziej kompletną stymulację układu odpornościowego100.
Połączenie inhibitorów FAK i MEK wykazuje obiecujące wyniki w przezwyciężaniu heterogeniczności guza w glioblastoma. Mechanizmy molekularne leżące u podstaw tych efektów obejmują tłumienie wielu szlaków sygnałowych kinaz i wzmocnioną apoptozę101.
LDHA pośredniczy w symbiotycznej interakcji między komórkami glioblastoma a makrofagami. Gdy blokuje się tę interakcję poprzez hamowanie LDHA, interakcja ta zostaje zablokowana, a progresja guza jest znacznie zahamowana102.
To odkrycie oznacza, że CaMKK2 stanowi potencjalny cel terapeutyczny. Jeśli można byłoby zahamować CaMMK2, można byłoby uwolnić moc całej klasy leków immunoterapeutycznych, które były korzystne w innych nowotworach, ale nie w glioblastoma103104.
Kolejne rozdziały
Zapraszamy do dalszego czytania naszego leksykonu.
Wybierz kolejny rozdział z menu poniżej, aby otworzyć nową podstronę kompedium wiedzy i uzyskać szczegółowe informację o leku, substancji lub chorobie.