Nowotwór kręgosłupa
Patofizjologia i mechanizm
Nowotwory kręgosłupa, zarówno pierwotne, jak i przerzutowe, charakteryzują się złożoną patofizjologią obejmującą mechanizmy molekularne i genetyczne. Przerzuty stanowią około 97% przypadków i najczęściej pochodzą z raka piersi, prostaty czy płuc, rozprzestrzeniając się głównie przez splot żylny Batsona, układ tętniczy lub limfatyczny. Komórki nowotworowe osadzają się w szpiku kostnym kręgów, gdzie poprzez produkcję cytokin (m.in. IL-1, IL-6, IL-8, IL-11, PTHrP, TGF-β, VEGF) stymulują aktywność osteoklastów i osteoblastów, prowadząc do zmian osteolitycznych, osteoblastycznych lub mieszanych. Przykładowo, przerzuty raka piersi indukują głównie osteolizę poprzez PTHrP i RANKL, natomiast przerzuty raka prostaty wywołują osteoblastyczne zmiany za pośrednictwem endoteliny 1 (ET-1) i szlaku WNT. Pierwotne nowotwory kręgosłupa, choć rzadsze, wykazują specyficzne mutacje genetyczne (np. fuzje ZFTA, MYCN) oraz są powiązane z chorobami genetycznymi takimi jak NF1, NF2 i zespół von Hippel-Lindau. Ucisk rdzenia kręgowego (SCC) przez guz prowadzi do demielinizacji, uszkodzenia aksonów oraz zaburzeń naczyniowych, co może skutkować trwałymi deficytami neurologicznymi, jeśli nie zostanie szybko podjęte leczenie.
- Patogeneza nowotworów kręgosłupa
- Mechanizmy przerzutowania do kręgosłupa
- Mechanizmy molekularne w patogenezie nowotworów kręgosłupa
- Mechanizm uszkodzenia kości w nowotworach kręgosłupa
- Mechanizm powstawania pierwotnych nowotworów kręgosłupa
- Mechanizmy uszkodzenia rdzenia kręgowego w nowotworach kręgosłupa
- Mechanizmy uszkodzenia bezpośredniego i naczyniowego
- Rola lokalizacji nowotworów w uszkodzeniu neurologicznym
- Rola uwarunkowań genetycznych w rozwoju nowotworów kręgosłupa
- Uwarunkowania genetyczne pierwotnych nowotworów kręgosłupa
- Zespoły genetyczne związane z nowotworami kręgosłupa
- Znaczenie patogenezy nowotworów kręgosłupa w diagnostyce i leczeniu
Patogeneza nowotworów kręgosłupa
Nowotwór kręgosłupa to nieprawidłowy rozrost komórek, który występuje w kościach kręgosłupa, kanale kręgowym lub rdzeniu kręgowym. Nowotwory te mogą być łagodne (niezłośliwe) lub złośliwe. Większość złośliwych nowotworów kręgosłupa powstaje w wyniku rozprzestrzeniania się raka z innych części ciała, co określa się mianem przerzutów12. Około 97% nowotworów kręgosłupa ma charakter przerzutowy, co jest związane z bogatym unaczynieniem kręgosłupa oraz jego bliskim sąsiedztwem z dużymi układami żylnymi i limfatycznymi34.
Mechanizmy przerzutowania do kręgosłupa
Rozprzestrzenianie się komórek nowotworowych do kręgosłupa może następować kilkoma drogami56:
- Przez układ żylny Batsona – główny mechanizm przerzutów do kręgosłupa
- Przez układ tętniczy – rozprzestrzenianie drogą krwionośną
- Przez układ limfatyczny
- Przez ciągłość tkanek – bezpośrednie naciekanie z okolicznych struktur
Teoria „ziarna i gleby” (seed-soil theory) potwierdzona przez Harta i Fidlera w 1984 roku wyjaśnia, że potencjalnie przerzutowe komórki z dowolnego guza mogą dotrzeć do kręgosłupa przez układ krążenia, ale rozwój przerzutu następuje tylko wtedy, gdy komórka nowotworowa ma szczególne powinowactwo do kości, a kość może zapewnić sprzyjające środowisko dla wzrostu komórek nowotworowych8.
Badania eksperymentalne wykazały, że komórki nowotworowe osadzają się i rosną w szpiku kostnym kręgów. Następnie komórki nowotworowe znajdujące się w jamie szpiku kręgów naciekają do kanału kręgowego przez otwory żył kręgowych, a nie przez niszczenie kości korowej9. Linie komórek nowotworowych, które rosną w sposób naciekający, migrują w kierunku tylnej lokalizacji w kanale kręgowym i uciskają rdzeń kręgowy od strony tylnej. Z kolei linie komórek nowotworowych, które rosną jako zwarte guzy, tworzą masę guza w tym samym miejscu, z którego komórki wyłaniają się z kręgu, i uciskają rdzeń głównie od strony przedniej10.
Mechanizmy molekularne w patogenezie nowotworów kręgosłupa
Rozwój przerzutów do kości jest procesem wieloetapowym. Najpierw komórki nowotworowe odłączają się od swojego pierwotnego miejsca poprzez utratę ekspresji E-kadheryny, cząsteczki adhezyjnej powierzchni komórki, co obserwuje się w rakach piersi, prostaty, jelita grubego i trzustki11.
Po inwazji komórek nowotworowych do kości, produkują one czynniki wzrostu, które bezpośrednio stymulują aktywność osteoklastów i/lub osteoblastów, powodując przebudowę kości i dalsze uwalnianie czynników wzrostu, co prowadzi do błędnego koła niszczenia kości i wzrostu lokalnego guza12.
Komórki nowotworowe produkują szereg cytokin i czynników wzrostu, takich jak13:
- Interleukiny (IL-1, IL-6, IL-8, IL-11)
- Prostaglandyna E2 (PgE2)
- Transformujący czynnik wzrostu (TGF, TGF-β)
- Nabłonkowy czynnik wzrostu (EGF)
- Naczyniowo-śródbłonkowy czynnik wzrostu (VEGF)
- Czynnik martwicy nowotworu (TNF)
- Czynnik stymulujący kolonie (CSF-1, GM-CSF, M-CSF)
Czynniki te mogą bezpośrednio lub pośrednio stymulować aktywność osteoklastyczną, a następnie resorpcję kości15. PTHrP (białko podobne do parathormonu) produkowane przez komórki raka piersi odgrywa kluczową rolę w resorpcji kości, stymulując aktywność osteoklastyczną1617.
Mechanizm uszkodzenia kości w nowotworach kręgosłupa
Przerzuty zaburzają szlak transdukcji sygnału OPG-RANKL-RANK. Równowaga interakcji między OPG, RANK i RANKL determinuje charakter zmiany i jej odpowiedni wygląd radiograficzny, a mianowicie osteolityczny, osteoblastyczny lub mieszany18.
Mechanizm osteolityczny (niszczenie kości):
- Osteolityczne zmiany kostne są powodowane aktywacją osteoklastów indukowaną przez guza
- Proces ten zachodzi poprzez szlak RANK, RANK ligand (RANKL), osteoprotegeryna
- Komórki raka piersi pozytywne dla PTHrP aktywują produkcję RANKL przez osteoblasty
- Komórki onkogenne uwalniają cytokiny TNF-alfa, IL-6, IL-11, PTHrP, TGF-beta
- PTHrP i TGF-beta aktywują osteoblasty
- Osteoblasty wydzielają RANKL, który wiąże się z RANK na osteoklastach i aktywuje osteoklasty
Zmiany osteolityczne są powodowane stymulacją aktywności osteoklastycznej z towarzyszącym zmniejszeniem aktywności osteoblastycznej, a nie bezpośrednim wpływem komórek nowotworowych na kość21.
Mechanizm osteoblastyczny (tworzenie kości):
- Charakterystyczny szczególnie dla przerzutów raka prostaty
- Komórki raka prostaty wydzielają endotelinę 1 (ET-1)
- ET-1 wiąże się z receptorem endoteliny A (ETAR) na osteoblastach i stymuluje osteoblasty
- ET-1 zmniejsza supresor WNT DKK-1
- Aktywuje szlak WNT, zwiększając aktywność osteoblastów
Czynniki wzrostu takie jak TFG, PDGF, BMPs, IGFs, FGFs i u-PA (który stymuluje uwalnianie TGF) zostały wyizolowane w komórkach raka prostaty i stymulują różnicowanie osteoblastyczne oraz odgrywają rolę we wzroście i przeżyciu samych komórek nowotworowych24. Wykazano, że poziom endoteliny 1 jest podwyższony w przerzutach do kości raka prostaty w porównaniu z guzami bez przerzutów25.
Mechanizm powstawania pierwotnych nowotworów kręgosłupa
Pierwotne nowotwory kręgosłupa, które zaczynają się w kręgosłupie i nie rozprzestrzeniły się z innego miejsca, są rzadkie26. Nowotwory te powstają, gdy komórki w kościach kręgosłupa rozwijają zmiany w swoim DNA2728.
DNA komórki zawiera instrukcje, które mówią komórce, co ma robić. W zdrowych komórkach DNA daje instrukcje, aby rosnąć i namnażać się w ustalonym tempie. Instrukcje nakazują komórkom umierać w określonym czasie. W komórkach nowotworowych zmiany DNA dają inne instrukcje. Zmiany nakazują komórkom nowotworowym wytwarzanie znacznie większej liczby komórek w szybkim tempie. Komórki nowotworowe mogą nadal żyć, gdy zdrowe komórki obumierałyby. Powoduje to nadmiar komórek, które tworzą guz mogący uciskać okoliczne nerwy2930.
Czasami komórki rozwijają zmiany w DNA, które przekształcają je w komórki nowotworowe. Komórki nowotworowe mogą naciąć i zniszczyć zdrową tkankę organizmu. Mogą one oderwać się i rozprzestrzenić do innych części ciała31.
Przyczyny pierwotnych nowotworów kręgosłupa nie są do końca jasne. Wiadomo jednak, że nowotwory kręgosłupa występują częściej u osób z pewnymi chorobami genetycznymi, w tym z nerwiakowłókniakowatością typu 1 (NF1), nerwiakowłókniakowatością typu 2 (NF2) i chorobą von Hippel-Lindau (VHL)3233.
Mechanizmy uszkodzenia rdzenia kręgowego w nowotworach kręgosłupa
Nowotwory kręgosłupa powodują uszkodzenia neurologiczne poprzez naciekanie lub ucisk tkanek nerwowych rdzenia kręgowego lub nerwów rdzeniowych. Obrzęk wokół guza może zwiększać ucisk34. Zarówno inwazja, jak i ucisk rdzenia mogą prowadzić do klinicznej prezentacji urazu rdzenia kręgowego35.
Mechanizmy uszkodzenia bezpośredniego i naczyniowego
Ucisk rdzenia kręgowego (SCC – Spinal Cord Compression) uszkadza rdzeń kręgowy na dwa główne sposoby36:
- Bezpośredni ucisk – powoduje demielinizację i uszkodzenie aksonów
- Ucisk naczyniowy – powoduje zaburzenia krążenia krwi
Jeśli bezpośredni ucisk rdzenia trwa krótko, jego skutki są odwracalne i możliwe jest wyzdrowienie. Jednakże dłuższy okres ucisku toruje drogę do wtórnego uszkodzenia naczyniowego37.
Zaburzenia naczyniowe powodują uszkodzenie bariery krew-rdzeń kręgowy, prowadząc do obrzęku naczyniopochodnego i zawału rdzenia kręgowego38. Ostry ucisk rdzenia kręgowego, niezależnie od przyczyny, może prowadzić do obrzęku i zmniejszonego przepływu krwi, potencjalnie skutkując trwałymi deficytami neurologicznymi, jeśli nie zostanie szybko rozwiązany39.
Dodatkowo, procesy zapalne, zmieniona perfuzja krwi i stres oksydacyjny przyczyniają się do dynamicznego charakteru urazów rdzenia kręgowego, co wymaga szybkiej interwencji w celu złagodzenia progresji40.
Oprócz efektu masy, guz zewnątrzoponowy może powodować zniekształcenie rdzenia, powodujące demielinizację lub zniszczenie aksonalne. Zakłócenie naczyniowe prowadzi do przekrwienia żylnego i obrzęku naczyniopochodnego rdzenia kręgowego, powodując zawał żylny i krwotok41.
Rola lokalizacji nowotworów w uszkodzeniu neurologicznym
Lokalne zniszczenie kręgosłupa może prowadzić do bólu w wyniku niestabilności kręgosłupa. Podobnie guzy mogą powiększać się poza kręgosłup i uciskać elementy nerwowe. Uszkodzenie elementów nerwowych może objawiać się bólem, zmienionymi odczuciami, osłabieniem mięśni, spastycznością lub innymi zaburzeniami neurologicznymi42.
Guzy przerzutowe mogą przemieszczać się do kręgosłupa przez splot żylny zewnątrzoponowy, rosnąć w przestrzeni zewnątrzoponowej i powodować objawy neurologiczne43. Guzy pierwotne elementów nerwowych mogą być przenoszone przez płyn mózgowo-rdzeniowy i powodować podobny ucisk elementów nerwowych z wnętrza worka oponowego44.
Większość zmian zlokalizowana jest w przedniej części trzonu kręgu (60%). W 30% przypadków zmiana nacieka nasadę lub blaszkę. U niewielu pacjentów choroba występuje zarówno w tylnej, jak i przedniej części kręgosłupa45.
Rola uwarunkowań genetycznych w rozwoju nowotworów kręgosłupa
Zmiany genetyczne w komórkach nowotworów wewnątrztwardówkowych kręgosłupa mogą mieć znaczący wpływ na opcje leczenia, poradnictwo i prognozę dla pacjentów46. Niedawne badania pomogły określić konkretne różnice genetyczne i molekularne między nowotworami wewnątrztwardówkowymi kręgosłupa a ich odpowiednikami wewnątrzczaszkowymi oraz zidentyfikowały znaczne zróżnicowanie efektów terapeutycznych na te guzy47.
Uwarunkowania genetyczne pierwotnych nowotworów kręgosłupa
Zmiany genetyczne dostarczają informacji o patofizjologicznym pochodzeniu guza i mogą również służyć jako markery do oceny wyników klinicznych48. Zmienność zmian genetycznych może również informować o klasyfikacji guzów i identyfikować komórki pochodzenia różnych typów guzów, co wykazano w przypadku rdzeniaków49.
Najnowsza klasyfikacja WHO z 2021 roku doprecyzowała patologię molekularną wyściółczaków. Guzy znane wcześniej jako wyściółczaki ST-RELA są obecnie nazywane wyściółczakami ST-ZFTA, a dodano nową klasyfikację rzadkiego, ale agresywnego guza kręgosłupa: wyściółczaka SP-MYCN50.
Fuzja RELA prowadzi do niekontrolowanej aktywacji specyficznego szlaku komórkowego guza zwanego szlakiem NF-kB. NF-kB przyczynia się do powstawania guza i jego niekontrolowanego wzrostu51.
Naukowcy zaczynają identyfikować charakterystyczne zmiany w guzach dołu tylnego, a specyficzne profile epigenetyczne i ekspresji genów zostały zidentyfikowane jako potencjalne markery do rozdzielenia wyściółczaków dołu tylnego na odrębne grupy kliniczne52.
Zespoły genetyczne związane z nowotworami kręgosłupa
Istnieje wiele czynników genetycznych związanych z guzami wewnątrztwardówkowymi, najczęściej53:
- Nerwiakowłókniakowatość typu 1 (NF1)
- Nerwiakowłókniakowatość typu 2 (NF2)
- Zespół von Hippel-Lindau (VHL)
Osoby z określonymi dziedzicznymi chorobami genetycznymi, takimi jak nerwiakowłókniakowatość typu 2 lub choroba Von Hipple-Lindau (stan, który wpływa na sposób, w jaki komórki rosną, dzielą się i umierają), mają wyższe ryzyko rozwoju guzów rdzenia kręgowego55.
Badacze uważają, że w większości przypadków podczas normalnego rozwoju czegoś brakuje. W szczególności komórki w rdzeniu kręgowym rosną i dzielą się w miarę rozwoju organizmu. Podczas tego procesu podziału komórkowego komórki muszą replikować swój materiał genetyczny. Podczas tego procesu mogą wystąpić błędy, prowadzące do mutacji, które mogą pozwolić komórkom rozwinąć się w guzy. Te błędy generalnie występują losowo i nie można im zapobiec56.
Znaczenie patogenezy nowotworów kręgosłupa w diagnostyce i leczeniu
Zrozumienie patofizjologii nowotworów kręgosłupa ma kluczowe znaczenie dla wczesnej diagnostyki, oceny zaangażowania struktur nerwowych oraz planowania leczenia57.
Implikacje dla diagnostyki
Radiologiczne dowody przerzutów do kręgosłupa są późnym zdarzeniem i zwykle związane ze znacznym uciskiem rdzenia i guzem pozakostnym58. Dlatego kluczowe jest wczesne rozpoznanie objawów klinicznych i szybkie wdrożenie badań obrazowych.
Rezonans magnetyczny (MRI) jest metodą obrazowania z wyboru do diagnostyki ucisku rdzenia kręgowego, z czułością 93% i swoistością 97%59. Za pomocą zaawansowanych technologii, lekarz może zidentyfikować, czy guz jest łagodny czy złośliwy i wybrać zindywidualizowane leczenie dla każdego pacjenta60.
Dla radiologów wartościowe jest zrozumienie patofizjologii przerzutów do kręgosłupa i ocena zajęcia struktury nerwowej oraz utraty stabilności kręgosłupa związanej z patofizjologią61.
Implikacje dla leczenia
Znajomość mechanizmów molekularnych zaangażowanych w patogenezę pomaga badaczom opracować nowe cząsteczki docelowe, które mogą pomóc zmniejszyć obciążenie guzem62.
Najnowszy rozwój ukierunkowanego inhibitora to inhibitor PD-1 niwolumab do leczenia pacjentów z czerniakiem63. Chociaż poprawa wiedzy na temat molekularnych mechanizmów działania guzów prawdopodobnie nie zakwestionuje prymatu leczenia chirurgicznego w najbliższej przyszłości, lepsze zrozumienie genetyki guzów może prowadzić do lepszego leczenia nowotworów wewnątrztwardówkowych kręgosłupa64.
Te specyficzne różnice w genetycznym składzie sugerują potencjalnie inną patogenezę, która wymaga rozważenia określonych modalności leczenia65. Zastosowanie aktualnej wiedzy uzyskanej z badań guzów czaszki będzie odgrywać ważną rolę w leczeniu guzów rdzenia kręgowego, pomimo różnic genetycznych między guzami kręgosłupa a ich odpowiednikami wewnątrzczaszkowymi66.
Dalsze wyjaśnienie cech genetycznych tych guzów pomoże w przyszłym projektowaniu opcji leczenia i podejmowaniu decyzji klinicznych67.
Implikacje dla leczenia chirurgicznego
Koncepcja stabilności kręgosłupa opiera się na anatomicznej i funkcjonalnej złożoności struktury kręgosłupa68. Prezentacja kliniczna niestabilności kręgosłupa jest niuansowana, gdy jest spowodowana przez nowotwór, z których każdy postępuje z własnym zestawem zaangażowania kostnego i więzadłowego, objawów neurologicznych, jakości kości i perspektyw skutecznej naprawy69.
Ryzyko złamania kompresyjnego również wzrasta wraz z wielkością guza70. Historycznie operacja w postaci prostej tylnej laminektomii (usunięcia grzbietowych elementów kręgosłupa) bez instrumentacji była wykonywana w celu odbarczenia rdzenia kręgowego71. Jednak kilka badań wykazało, że sama laminektomia lub w połączeniu z radioterapią nie dawała żadnej przewagi72.
W rzeczywistości laminektomia nie jest najlepszą opcją u wielu pacjentów z przerzutowym SCC, których przerzuty do kręgosłupa naciekają trzon kręgu od przodu73. Rozwinięto więc inną technikę chirurgiczną polegającą na dostępie przednim w celu usunięcia guza z natychmiastowym tylnym odbarczeniem poprzez laminektomię, a następnie instrumentację kręgosłupa w celu odnowienia stabilności74.
Obecnie rola chirurgii jest dobrze ugruntowana u pacjentów z przerzutową chorobą kręgosłupa z deficytem neurologicznym lub SCC wysokiego stopnia bez deficytów75. W takich przypadkach operacja jest wskazana niezależnie od wyniku SINS76.
Nie można kwestionować pilności chirurgicznego leczenia SCC77. Czynnikami ryzyka przewidującymi utratę chodzenia po chirurgicznym odbarczeniu były przedoperacyjna utrata chodzenia, nawracający lub przetrwały guz po radioterapii w miejscu operacji, procedura inna niż korpektomia kręgowa oraz guz pierwotny inny niż rak piersi78. Dodatkowo wykazano, że operacja w ciągu 48 godzin od wystąpienia deficytów ruchowych zapewnia lepsze wyniki w zakresie chodzenia79.
| Rodzaj nowotworu | Mechanizm rozwoju | Charakter zmian kostnych | Główne czynniki molekularne |
|---|---|---|---|
| Przerzuty raka piersi | Rozrost komórek w szpiku kostnym, inwazja do kanału kręgowego | Głównie osteolityczne | PTHrP, RANKL, IL-6, IL-8, TNF-α |
| Przerzuty raka prostaty | Rozprzestrzenianie przez splot Batsona | Głównie osteoblastyczne | Endotelina 1 (ET-1), TGF, PDGF, BMPs |
| Przerzuty raka płuc | Rozprzestrzenianie drogą krwionośną | Często osteolityczne | RANKL, IL-6, różne cytokiny prozapalne |
| Pierwotne nowotwory kręgosłupa | Mutacje w DNA komórek kręgosłupa | Zależnie od typu guza | Mutacje specyficzne dla typu guza (np. ZFTA, MYCN) |
| Chłoniaki | Często bezpośrednie naciekanie | Mieszane | Specyficzne dla typu chłoniaka |
Podsumowując, zrozumienie patogenezy nowotworów kręgosłupa ma kluczowe znaczenie dla ich wczesnego wykrywania, właściwej diagnostyki i skutecznego leczenia. Złożoność mechanizmów molekularnych biorących udział w rozwoju i progresji tych nowotworów stwarza wyzwania, ale jednocześnie otwiera nowe możliwości terapeutyczne. Badania genetyczne i molekularne mogą w przyszłości pomóc w opracowaniu bardziej spersonalizowanych i skutecznych metod leczenia dla pacjentów z nowotworami kręgosłupa80.
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.