Rak szyjki macicy
Patofizjologia i mechanizm
Rak szyjki macicy, będący jednym z najczęstszych nowotworów złośliwych u kobiet, jest ściśle związany z infekcją wirusem brodawczaka ludzkiego (HPV), zwłaszcza typami wysokiego ryzyka 16 i 18, które odpowiadają za około 70% przypadków. Kluczowym etapem karcynogenezy jest integracja genomu HPV z genomem gospodarza, prowadząca do nadekspresji onkogenów E6 i E7. Onkoproteiny te inaktywują białka supresorowe p53 i Rb, co skutkuje zaburzeniami cyklu komórkowego, niestabilnością genomu oraz zmianami epigenetycznymi, w tym nieprawidłową metylacją DNA. Proces ten sprzyja progresji od zmian śródnabłonkowych niskiego stopnia (LSIL) do wysokiego stopnia (HSIL) i ostatecznie do inwazyjnego raka szyjki macicy. Dodatkowo, czynniki takie jak immunosupresja, palenie tytoniu czy niedobory witamin zwiększają ryzyko progresji choroby. Warto podkreślić, że tylko około 5% infekcji HPV prowadzi do rozwoju zmian śródnabłonkowych stopnia 2 lub 3 w ciągu 3 lat od zakażenia, co wskazuje na istotną rolę innych czynników w karcynogenezie.
- Patogeneza raka szyjki macicy
- Rola infekcji HPV w patogenezie
- Integracja genomu HPV i jej konsekwencje
- Rola onkoprotein wirusowych E6 i E7
- Mechanizmy epigenetyczne w karcynogenezie szyjki macicy
- Faktory ryzyka i kofaktory w rozwoju raka szyjki macicy
- Progresja od infekcji HPV do raka szyjki macicy
- Zaburzenia szlaków sygnałowych w raku szyjki macicy
- Ekspresja genów i karcynogeneza szyjki macicy
- Nadekspresja genów HOX w raku szyjki macicy
- Rola Nrf2 w przerzutowaniu raka szyjki macicy
- Interakcje z microRNA i lncRNA
- Badania nad nowymi podejściami terapeutycznymi
- Potencjalna rola RRM2 jako biomarkera
- Rola wodoru w supresji raka szyjki macicy
- Rola receptora progesteronu jako supresora nowotworowego
- Znaczenie YAP1 w karcynogenezie szyjki macicy
- Podsumowanie ścieżek patogenetycznych w raku szyjki macicy
Patogeneza raka szyjki macicy
Rak szyjki macicy jest jednym z najczęstszych nowotworów złośliwych u kobiet, stanowiąc znaczący problem zdrowotny, szczególnie w krajach o niskich dochodach. Infekcja wirusem brodawczaka ludzkiego (HPV) jest głównym czynnikiem etiologicznym w rozwoju tego nowotworu, odpowiadającym za prawie 100% przypadków raka płaskonabłonkowego i gruczolakoraka szyjki macicy.12
Rola infekcji HPV w patogenezie
Przetrwała infekcja HPV wysokiego ryzyka, szczególnie typami 16 i 18, jest kluczowym wydarzeniem w patogenezie raka szyjki macicy. Wirusy te odpowiadają za około 70% przypadków raka szyjki macicy na całym świecie i prawie 50% zmian przedrakowych wysokiego stopnia.1 Zakażenie HPV celuje w strefę transformacji szyjki macicy, region podatny na rozwój zmian przedrakowych.2
Wirus HPV infekuje komórki nabłonka podstawnego szyjki macicy poprzez mikroskaleczenia lub otarcia. Aby zainicjować infekcję, wirus musi zintegrować się z komórką gospodarza, gdzie zachodzi szereg zdarzeń genetycznych bezpośrednio umożliwiających replikację wirusa.3 Zakażenie HPV nie przebiega jako infekcja wiremiczna, lecz pod wpływem różnych wirusowych białek onkogennych, głównie E6 i E7.4
Chociaż infekcja HPV występuje u wysokiego odsetka aktywnych seksualnie kobiet, około 90% zakażeń samoistnie ustępuje w ciągu kilku miesięcy do kilku lat bez następstw. Jedynie około 5% infekcji HPV prowadzi do rozwoju zmian śródnabłonkowych stopnia 2 lub 3 (uznawanych za prekursory raka szyjki macicy) w ciągu 3 lat od zakażenia.5
Integracja genomu HPV i jej konsekwencje
Integracja genomu HPV z chromosomem gospodarza stanowi kluczowe wydarzenie w karcynogenezie indukowanej przez HPV, prowadząc do nieprawidłowej proliferacji i progresji nowotworowej.6 Proponuje się, że podczas przetrwałych infekcji HPV, mutacje i nieprawidłowości chromosomalne gromadzą się z czasem, sprzyjając integracji genomu wirusa do genomu komórkowego, przyczyniając się do progresji nowotworowej.7
W wielu przypadkach raka szyjki macicy, integracja genomu HPV często występuje w obszarze genów E1 i E2, wpływając na ich ekspresję i prowadząc do niekontrolowanej ekspresji onkogenów E6 i E7. Utrzymanie fenotypu nowotworowego wymaga ciągłej ekspresji onkogenów E6 i E7.8 Mikrohomologiczna sekwencja między ludzkim genomem a genomem HPV jest znacząco wzbogacona w pobliżu miejsc integracji, co wskazuje, że fuzja między wirusowym a ludzkim DNA mogła nastąpić poprzez szlaki naprawy DNA zależne od mikrohomologii.9
Nadekspresja E6 i E7 po integracji HPV jest uważana za czynnik wyzwalający złośliwą progresję ze względu na zaburzenia cyklu komórkowego i indukcję niestabilności genomu.10 Zmiany zachodzące w genomie gospodarza w wyniku integracji HPV są fundamentalne dla rozwoju raka szyjki macicy.11
Rola onkoprotein wirusowych E6 i E7
Onkoproteiny HPV, głównie E6 i E7, odgrywają kluczową rolę w zmianie funkcji komórek gospodarza. HPV nadekspresuje onkoproteiny E6 i E7, aby zakłócić normalne funkcjonowanie genów supresorowych nowotworów u gospodarza.12
Onkoproteina E6 wiąże się z białkiem p53 i kieruje je do degradacji, co powoduje zahamowanie apoptozy i naprawy DNA. Z kolei E7 wiąże się i inaktywuje białko Rb, powodując zaburzenia cyklu komórkowego.1314 Obie onkoproteiny indukują uszkodzenia DNA, nieprawidłowości centrosomów i defekty segregacji chromosomów, prowadząc do niestabilności chromosomów.15
E6 ma zdolność aktywacji podjednostki katalitycznej telomerazy, która dodaje powtórzenia heksamerowe do końców telomerowych chromosomów. HPV16 E6 łączy się z E6AP, aby promować degradację represora transkrypcyjnego NFX1-91 i w konsekwencji aktywować transkrypcję hTERT.16
E7 aktywuje cykl komórkowy w różnicujących się zainfekowanych komórkach poprzez interakcje z pRb (białko supresorowe retinoblastomy) oraz innymi białkami p107 i p130 (zwanymi białkami kieszonkowymi) poprzez sekwencję LXCXE w sekwencjach CR2.17 Onkoproteina E7 kontroluje również metylację DNA poprzez regulację szlaków propagacji komórek; w ten sposób zmiany epigenetyczne zachodzą za pośrednictwem rodziny białek supresorowych Rb.18
Mechanizmy epigenetyczne w karcynogenezie szyjki macicy
Oprócz zmian genetycznych, procesy onkogenomiczne mogą być głęboko wpływane przez mechanizmy epigenetyczne. Zmiany epigenetyczne są często znajdowane we wczesnej tumorogenezie i prawdopodobnie są kluczowymi zdarzeniami inicjującymi w niektórych nowotworach.19
Najwcześniejsze i najczęstsze zmiany molekularne w wieloetapowym procesie karcynogenezy to metylacja DNA. W normalnych komórkach metylacja DNA jest zaangażowana w regulację ekspresji genów, w tym organizację chromatyny i imprintingu genomowego. W przeciwieństwie do tego, w nowotworach obserwuje się globalne hipometylowanie DNA w regionach powtarzalnych i hipermetylację w wyspach CpG promotorów genów supresorowych nowotworów oraz wzrost aktywności metylotransferaz DNA. Zmiany te są również obserwowane w karcynogenezie indukowanej przez HPV.20
HPV E7 wiąże się z DNMT1 i stymuluje jego aktywność oraz aktywuje transkrypcję DNMT1 poprzez szlak pRB/E2F, podczas gdy HPV E6 zwiększa regulację DNMT1 przez supresję p53. Zwiększoną ekspresję DNMT3A i 3B obserwowano również w komórkach HPV-pozytywnych.21
Nieprawidłowa metylacja występuje często w raku szyjki macicy, prowadząc do wyciszenia ekspresji genów, aktywacji onkogenów i elementów transpozycyjnych, utraty imprintingu i inaktywacji genów supresorowych nowotworów.22 Wyciszenie E6 i E7 zmniejsza metylację genów supresorowych nowotworów i odwraca fenotyp transformowany komórek raka szyjki macicy.23
Faktory ryzyka i kofaktory w rozwoju raka szyjki macicy
Ponieważ tylko niewielka część infekcji HPV prowadzi do raka, inne czynniki muszą być zaangażowane w proces karcynogenezy. Czynniki mogące wpływać na rozwój zmian śródnabłonkowych szyjki macicy (CIN) stopnia 3 obejmują:24
- Typ i czas trwania infekcji wirusowej, przy czym HPV wysokiego ryzyka i przewlekła infekcja prognozują wyższe ryzyko progresji25
- Warunki gospodarza, które zaburzają odporność (np. zły stan odżywienia, immunosupresja i zakażenie HIV)26
- Czynniki środowiskowe (np. palenie tytoniu i niedobory witamin)27
- Brak dostępu do rutynowych badań cytologicznych28
Przetrwała infekcja HPV i niższa odpowiedź immunologiczna gospodarza wspólnie wspomagają inicjację karcynogenezy poprzez przekształcenie zmiany śródnabłonkowej niskiego stopnia (LSIL) w zmianę śródnabłonkową wysokiego stopnia (HSIL), co ostatecznie przekształca się w inwazyjną formę raka szyjki macicy.29
Zdolność wirusa HPV do przetrwania i replikacji w środowisku gospodarza zależy od jego zdolności do uniknięcia rozpoznania przez układ odpornościowy poprzez hamowanie ekspresji antygenów wirusowych i zakłócanie ekspresji białek odpowiedzi immunologicznej, co dalej sprzyja długotrwałemu utrzymywaniu się infekcji HPV.30
Progresja od infekcji HPV do raka szyjki macicy
Rak szyjki macicy jest poprzedzony przedinwazyjnym stadium choroby, gdzie nieprawidłowe komórki są ograniczone do nabłonka. To stadium choroby przedinwazyjnej jest znane jako śródnabłonkowa neoplazja szyjki macicy (CIN) i jest bezpośrednio związane z procesami infekcji i integracji HPV.31
Rozwój CIN obejmuje progresję od wczesnych zmian (CIN1) obejmujących głębsze warstwy nabłonka do pełnej grubości w najbardziej zaawansowanym stadium (CIN3), co odpowiada rakom in situ.32 CIN1 zazwyczaj ustępuje samoistnie w ciągu 9-12 miesięcy.33
Prawdopodobieństwo progresji zależy od utrzymywania się HPV, jego integracji z genomem gospodarza i jego typu.34 HPV 16 i 33 mają najwyższe ryzyko progresji do CIN3.35
CIN3 charakteryzuje się pleomorfizmem jądrowym obejmującym pełną grubość nabłonka płaskiego z aktywnością mitotyczną na wszystkich poziomach. CIN3 (i ciężka dysplazja) odpowiada rakowi in situ, który to termin jest rzadko używany współcześnie.36 Ryzyko progresji jest najwyższe dla CIN3, a zmienność między obserwatorami jest znacznie mniejsza niż w przypadku CIN1 lub CIN2.37
Zaburzenia szlaków sygnałowych w raku szyjki macicy
Ostatnie badania genomowe wykazały, że u pacjentów z HPV-negatywnym rakiem szyjki macicy częściej występują mutacje w genach KRAS, ARID1A i PTEN w porównaniu do pacjentów z HPV-pozytywnym rakiem szyjki macicy.38
Wysoki odsetek HPV-negatywnych raków szyjki macicy wykazuje nieprawidłowy wzór immunobarwienia p53 z nadekspresją p16. Ponieważ silny związek między mutacją p53 a złym rokowaniem został wykazany w poprzednich badaniach, ta cecha fenotypowa może być powodem, dla którego HPV-negatywny rak szyjki macicy wykazuje bardziej agresywne cechy, w tym zaawansowane stadium FIGO, wyższy współczynnik przerzutów i gorsze rokowanie niż HPV-pozytywny.39
Większość HPV-pozytywnych raków szyjki macicy ma jedną lub obie mutacje szlaków sygnałowych PI3K-MAPK i TGFb. Te szlaki genetyczne są uważane za cele terapeutyczne dla HPV-pozytywnych raków szyjki macicy.40
Ekspresja genów i karcynogeneza szyjki macicy
Badania z wykorzystaniem technologii sekwencjonowania nowej generacji dostarczają ogromnych ilości informacji, zwiększając naszą wiedzę o zmianach w genomie, transkryptomie, proteomie, metabolomie i epigenomie w raku szyjki macicy. Badania te zidentyfikowały nowe cechy molekularne związane z podatnością na chorobę, stopniem progresji, odpowiedzią na leczenie i przeżywalnością jako potencjalne biomarkery i cele terapeutyczne.41
Nadekspresja genów HOX w raku szyjki macicy
Geny Homeobox (HOX) kodują ważne czynniki transkrypcyjne wykazujące deregulowaną ekspresję w kilku nowotworach, jednak ich rola w patogenezie raka szyjki macicy pozostaje w dużej mierze niezbadana.42
Badania wykazały istotne zmiany w ekspresji 12 z 39 członków klastera HOX wśród przypadków raka szyjki macicy, w porównaniu z histopatologicznie normalnymi kontrolami. Z tych potwierdzono siedem (HOXA10, HOXA13, HOXB13, HOXC8, HOXC9, HOXC11 i HOXD10) metodą ilościowego PCR w czasie rzeczywistym. Zidentyfikowano zmniejszoną ekspresję HOXA10 w przeciwieństwie do zwiększonej ekspresji pozostałych.43
Ekspresja genów należących do rodziny HOXC, szczególnie HOXC4 do HOXC9, HOXC11 i HOXC13, wykazuje dominujący wzrost w większości typów guzów litych, z wyjątkiem nowotworów jajnika. Dwa geny HOX najczęściej aktywowane w guzach litych to HOXA9 i HOXB13. Taka aktywacja członków klastera HOX jest ściśle powiązana z procesem przejścia nabłonkowo-mezenchymalnego (EMT).44
Badania immunoprecypitacji chromatyny in vitro ujawniły zdolność E7 do zwiększania ekspresji genów HOX poprzez regulację epigenetyczną, wpływając na status H3K4me3 i H3K27me3 ich promotorów, wynikający z utraty aktywności kompleksu PRC2-LSD1.45
Rola Nrf2 w przerzutowaniu raka szyjki macicy
Rak szyjki macicy ma złe rokowanie i wysoką śmiertelność z powodu przerzutów podczas progresji choroby. Przejście nabłonkowo-mezenchymalne (EMT) i anoikis są początkowymi i kluczowymi krokami podczas procesu przerzutowania.46
Wykazano, że Nrf2 jest wysoko ekspresjonowany u pacjentów z przerzutami do węzłów chłonnych i zwiększa zdolność migracyjną komórek HeLa i SiHa. Ponadto Nrf2 był pozytywnie skorelowany z procesami EMT i negatywnie związany z anoikis w raku szyjki macicy.47
Interakcje z microRNA i lncRNA
Ludzki wirus brodawczaka (HPV) typu 16 onkoproteina E7 odgrywa główną rolę w karcynogenezie szyjki macicy poprzez interakcję z i funkcjonalną inaktywację różnych cząsteczek regulacyjnych gospodarza.48
Jedna z przyczynowych mechanizmów karcynogenezy szyjki macicy indukowanych przez HPV16 E7 polega na modulacji ekspresji i funkcji długiego niekodującego RNA HOTAIR.49 Badania wykazały statystycznie znaczącą w dół-regulację ekspresji HOTAIR w przypadkach raka szyjki macicy w porównaniu do kontroli HPV-negatywnych.50
Deregulacja HOTAIR prawdopodobnie wpływa na ekspresję jego genów docelowych downstream poprzez zmienioną rekrutację kompleksu PRC2. W dół-regulacja HOTAIR była jednoczesna z w górę-regulacją HOXD10 wśród przypadków raka szyjki macicy.51
Badania nad nowymi podejściami terapeutycznymi
Potencjalna rola RRM2 jako biomarkera
Gen podjednostki M2 reduktazy rybonukleotydowej (RRM2) znajduje się na chromosomie 2p25, regionie bez zmian liczby kopii (CNV) lub innych zmian strukturalnych w próbkach ludzkiego raka szyjki macicy.52
RRM2, jako składnik reduktazy rybonukleotydowej (RNR), odgrywa istotne role w wielu krytycznych procesach komórkowych, takich jak proliferacja komórek, inwazyjność, migracja, angiogeneza i starzenie się. Upregulacja RRM2 prowadzi do promocji angiogenezy, podczas gdy jego downregulacja znacząco zwiększa apoptozę i promuje zatrzymanie cyklu komórkowego w raku szyjki macicy.53
Badania wykazały, że RRM2 może wywierać swój promujący wpływ w raku szyjki macicy poprzez zmniejszenie liczby komórek zrębu, zwiększenie liczby komórek nowotworowych i promowanie infiltracji limfocytów.54
Rola wodoru w supresji raka szyjki macicy
Wdychanie wodoru (H2) wykazuje różnorodne efekty hamujące guzy, ale dokładny mechanizm pozostaje niejasny. Badania wykazały zwiększony wskaźnik apoptozy oraz zmniejszoną proliferację komórek i stres oksydacyjny w komórkach HeLa traktowanych wodorem, ale nie w komórkach HaCaT. Podobnie, zmniejszony wzrost guza i proliferacja komórek oraz zwiększona apoptoza komórkowa były obserwowane w guzach HeLa traktowanych wodorem.55
Wykazano, że zarówno poziom genu HIF1A (gen HIF-1), jak i białka HIF-1 były zmniejszone w komórkach HeLa i guzach HeLa traktowanych wodorem, co jest ważne dla wyjaśnienia potencjalnych mechanizmów gazu wodoru w leczeniu raka szyjki macicy.56
Rola receptora progesteronu jako supresora nowotworowego
Receptor progesteronu (PR) jest uważany za zależny od ligandu supresor nowotworowy w raku szyjki macicy. Chociaż wirus brodawczaka ludzkiego (HPV) jest niezbędny do powstania nowotworu, nie jest wystarczający, a inne czynniki niewirusowe są zaangażowane w karcynogenezę szyjki macicy.57
Znaczenie YAP1 w karcynogenezie szyjki macicy
Dokładna etiologia raka szyjki macicy jest nieznana, ale wbrew wcześniejszemu zrozumieniu, nowe badania wykazują, że infekcja wirusem brodawczaka ludzkiego (HPV) nie jest „niezbędnym krokiem” dla karcynogenezy szyjki macicy.58
Nowe dane pokazują, że sama hiperaktywacja onkogenu YAP1 może napędzać karcynogenezę szyjki macicy.59 Gdy hiperaktywacja YAP1 łączy się z infekcją HPV, synergia przyspiesza inicjację i progresję karcynogenezy szyjki macicy.60
Hiperaktywacja YAP1 w komórkach nabłonkowych szyjki macicy ułatwiała infekcję HPV.61 Przez synergię z HPV, hiperaktywacja YAP1 zwiększa potencjalne cząsteczki receptorowe HPV.62 Połączone efekty HPV i YAP1 zakłócają wrodzoną odporność komórek gospodarza i osłabiają obronę przed rakiem szyjki macicy.63
Obserwacje te sugerują, że zakłócony szlak sygnałowy Hippo/YAP prawdopodobnie odgrywa rolę w ludzkiej karcynogenezie szyjki macicy i jest związany ze złymi wynikami.64
Podsumowanie ścieżek patogenetycznych w raku szyjki macicy
Karcynogeneza szyjki macicy jest procesem wieloetapowym związanym z nagromadzeniem się zmian DNA w genach komórek gospodarza. Zmiany te obejmują zarówno zmiany epigenetyczne, jak i genetyczne w onkogenach i genach supresorowych nowotworów.65
Głównym powodem, dla którego HPV zakłóca gen gospodarza, jest to, aby mógł nadal replikować się i przetrwać w tkance gospodarza, wykorzystując maszynerię cyklu komórkowego gospodarza. Rozwój raka szyjki macicy jest długim procesem od stanu normalnego do CIN 1, następnie CIN 2/3 i ostatecznie do raka.66
Komórki deregulują kilka funkcji komórkowych, aby promować proliferację komórek podczas przejścia od stanu przedrakowego do raka. Infekcja HPV odgrywa główną rolę w karcynogenezie szyjki macicy. Nadekspresja onkoprotein E6/E7 jest kluczowym czynnikiem, który wpływa na geny supresorowe nowotworów, głównie regulujące cykl komórkowy, co następnie zmienia wiele szlaków downstream prowadzących do progresji raka.67
Zrozumienie kluczowych mechanizmów molekularnych zaburzonych w progresji od komórek zakażonych HPV do śródnabłonkowej neoplazji szyjki macicy i ostatecznie do inwazyjnego raka dostarcza informacji o wielu zaangażowanych szlakach i inspiruje przyszły rozwój ukierunkowanych terapii.68
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.