Abstrakt

Dotychczasowe wyniki badań wskazują, że biologiczna heterogenność raka jajnika może być wynikiem obecności niewielkiego odsetka komórek nowotworowych, wykazujących cechy komórek macierzystych, określonych jako nowotworowe komórki macierzyste (cancer stem cells – CSCs). Cechą charakterystyczną tej subpopulacji komórek jest zdolność do samoodnowy. Udział nowotworowych komórek macierzystych w progresywnym wzroście raka jajnika oraz formowaniu przerzutów udokumentowano w licznych badaniach eksperymentalnych. Mechanizmy odpowiedzialne za zdolności migracyjne i zachowanie komórek macierzystych raka jajnika są nadal nieznane. Uważa się, że prawdopodobnie nowotworowe komórki macierzyste mogą determinować oporność raka jajnika na konwencjonalną terapię. Identyfikacja biomarkerów komórek macierzystych stwarza możliwości zastosowania ukierunkowanej terapii prowadzącej do eliminowania lub blokowania tej subpopulacji komórek w raku jajnika. Terapia ukierunkowana na nowotworowe komórki macierzyste raka jajnika może wydłużyć czas przeżycia i ograniczyć ryzyko nawrotów choroby. W pracy przedstawiono dotychczasowy stan wiedzy dotyczący biologii nowotworowych komórek macierzystych raka jajnika z uwzględnieniem ich udziału w procesie formowania przerzutów i indukcji oporności na stosowaną terapię oraz możliwości terapii ukierunkowanej na komórki macierzyste raka jajnika.

Wstęp

Biologiczne zróżnicowanie komórek w obrębie raka jajnika, mimo intensywnych badań, nadal pozostaje niewyjaśnione [28]. Należy podkreślić, że większość chorych kobiet diagnozowanych jest w zaawansowanym stadium choroby z obecnością płynu wysiękowego w jamie otrzewnowej [20,28]. Pięcioletnie przeżycie obserwuje się u 40- 50%, a 10-letnie u 10,4% pacjentek z zaawansowanym rakiem jajnika [20]. Jednym z podstawowych pytań, dotyczących biologii raka jajnika, na które nadal brak jednoznacznej odpowiedzi, to jakie molekularne i biologiczne czynniki determinują zróżnicowaną odpowiedź na terapię w grupie chorych kobiet definiowanych przez te same parametry kliniczne [6,8].

Drugim istotnym problem w przebiegu klinicznym raka jajnika jest obecność przerzutów u znacznego odsetka chorych kobiet ze stwierdzoną remisją po zakończeniu terapii [8,28]. W oparciu o liczne badania naukowe można sugerować, że heterogenność raka jajnika może być związana z typem komórki, z której powstał nowotwór [8]. Obecnie rozważane są dwie ścieżki ontogenezy prowadzące do powstania raka jajnika. Model klonalnej ewolucji zakłada, że każda komórka nowotworowa znajdująca się w tkance raka jajnika może doprowadzić do jego rozwoju [8]. Według tej teorii większość komórek w utkaniu nowotworu może być zdolna do onkogenezy, przy czym pojedyncze komórki mogą prezentować fenotyp odpowiadający zwiększonej złośliwości, jako wynik nabycia dodatkowych mutacji [8].

Druga koncepcja zakłada, że w rozwój raka jajnika zaangażowane są komórki, które wykazują właściwości funkcjonalne komórek macierzystych [8,19]. Hipotezę indukcji procesu nowotworowego w jajniku z udziałem komórek macierzystych potwierdzono w badaniach eksperymentalnych [3,8,28]. Autorzy stawianej hipotezy są zgodni, że w  prawidłowych komórkach macierzystych znajdujących się w danym narządzie dochodzi do mutacji w tych samych onkogenach i genach supresorowych, jak w zróżnicowanych komórkach nowotworowych [6,8]. W modelu tym heterogenność komórkowa i hierarchia między komórkami w nowotworze są wynikiem asymetrycznych podziałów nowotworowych komórek macierzystych. Komórką nowotworową zajmującą najwyższą pozycję w hierarchii jest komórka wykazująca zdolność do samoodnowy i migracji [6,8,16].

W tkance raka jajnika stwierdzono niewielki odsetek (0,01-0,1%) komórek, które są zdolne do samoodnowy i mają wspólne biologiczne cechy z prawidłowymi komórkami macierzystymi [3,8,24,28]. Subpopulacja tych komórek została określona jako macierzyste komórki nowotworowe (cancer stem cells – CSCs) [3,8,19,28]. Jednym z istotnych argumentów przemawiających za hipotezą, że rak jajnika to choroba komórek macierzystych, jest jego kliniczny przebieg. Mimo że w zaawansowanym raku jajnika znaczny odsetek komórek nowotworowych jest wrażliwy na stosowaną terapię, jednak u większości chorych kobiet stwierdza się nawrót choroby w czasie krótszym niż 5 lat od rozpoczęcia terapii [8,20]. To, że u większości chorych kobiet z pierwszym nawrotem choroby stwierdza się wrażliwość na drugą linię terapii wskazuje, że wznowa nowotworowa zawiera populację komórek chemiowrażliwych i chemioopornych, co odzwierciedla odmienną zdolność do przeżycia komórek znajdujących się w pierwotnym nowotworze [20]. Poparciem tej obserwacji są wyniki badań Gunjal i wsp. wskazujące, że chemio-/radioterapia powoduje uszkodzenie tkanek narządów prawidłowych. Wytworzone przez uszkodzone narządy mikrośrodowisko umożliwia komórkom CSCs przeżycie, a następnie przerzutowanie [9].

Bapat i wsp. jako pierwsi stwierdzili, że komórki nowotworowe w raku jajnika wykazują zróżnicowane właściwości wzrostowe [3]. Odnotowano, że komórki nowotworowe zawierające markery charakterystyczne dla komórek macierzystych, takich jak: Nestin, Nanog, Oct4, indukowały szybszy wzrost nowotworu w modelu mysim o obniżonej odporności (severe combined immunodeficiency – SCID) aniżeli komórki niewykazujące ich obecności [3]. Cechy biologiczne nowotworowych komórek macierzystych raka jajnika zostały udokumentowane w licznych publikacjach [6,8,28,31]. Komórki te mają wiele wspólnych cech z prawidłowymi komórkami macierzystymi, a jednocześnie wykazują swoiste cechy dla nowotworowych komórek macierzystych [8,10,20,27].

Prawidłowe i nowotworowe komórki macierzyste; podobieństwa i różnice

Za jedną z unikalnych cech prawidłowych i nowotworowych komórek macierzystych uważa się zdolność do samoodnawiania przez podziały mitotyczne oraz różnicowanie we wszystkie rodzaje prawidłowych lub nowotworowych komórek budujących daną tkankę [8,10,27]. W zależności od mikrośrodowiska niszy prawidłowe i nowotworowe komórki macierzyste mogą ulegać podziałom symetrycznym, w wyniku których powstają dwie siostrzane komórki macierzyste lub asymetrycznym prowadzą- cym do powstania jednej potomnej komórki macierzystej i drugiej wykazującej zdolność do różnicowania [1,6,8,20]. Umiejscowienie prawidłowych i nowotworowych komórek macierzystych w swoistym mikrośrodowisku niszy jest związana z ich małą aktywnością proliferacyjną, co zabezpiecza komórki przed zmniejszeniem ich liczebności [13,16,27,40,43]. Ponadto, komórki macierzyste umiejscowione w niszach mogą funkcjonować w warunkach niedotlenienia [6,24,43].

Ważną umiejętnością prawidłowych i nowotworowych komórek macierzystych jest zapewnienie sobie dostępu do czynników wzrostu. Działanie takie jest stymulowane przez cytokiny, które są autokrynnymi i parakrynnymi czynnikami wzrostu [24]. Oba typy komórek cechują duże zdolności naprawcze DNA, co czyni je opornymi na zmiany genetyczne wywołane promieniami jonizującymi [2,6,10]. Na powierzchni nowotworowych komórek macierzystych występuje wiele markerów powierzchniowych, które są również obecne na prawidłowych komórkach macierzystych. Są to m.in. CD133, CD24, CD44, c-kilt, c-met [8,27,28], które wykazują ekspresję tych samych czynników transkrypcyjnych, takich jak: Oct4, Notch, Sox1, enzymu dehydrogenazy aldehydowej 1, β-kateiny oraz demetylację histonu H3 [6,43].

Komórki somatyczne wykazują określoną liczbę podziałów komórkowych, a proces ten jest kontrolowany przez telomery – terminalne odcinki chromosomów. W  badaniach eksperymentalnych wykazano, że prawidłowe i  nowotworowe komórki macierzyste wykazują dużą aktywność telomerazy, enzymu odpowiedzialnego za wydłużanie telomerów [34].

Mimo wielu podobieństw między prawidłowymi i nowotworowymi komórkami macierzystymi, zidentyfikowane cechy są swoiste dla nowotworowych komórek macierzystych [27,40]. Swoiste cechy nowotworowych komórek macierzystych mogą być wynikiem oddziaływań specyficznego mikrośrodowiska niszy [13,16,40,43]. Jedną z najważniejszych cech jest zdolność nowotworowych komórek macierzystych nie tylko do samoodnawiania się w obrębię nowotworu pierwotnego, ale także w zmianach przerzutowych powstałych w wyniku migracji nowotworowych komórek macierzystych do sąsiadujących i odległych tkanek [2,8,16,31]. Umiejscowienie na obrzeżach tkanki nowotworowej daje CSCs łatwy dostęp do naczyń krwionośnych [3]. Działanie immunosupresyjne CSCs w odniesieniu do komórek układu immunologicznego, indukowanie apoptozy efektorowych komórek tego układu, oporność na chemio-/ radioterapię i działanie wolnych rodników umożliwia CSCs przeżycie i rozprzestrzenianie [3,6,8,24].

Do najczęściej ocenianych markerów na powierzchni CSCs można zaliczyć cząsteczki należące do grupy CD (cluster differentiation), takie jak: CD133, CD44, CD24, CD34, c-kit [3,8,24,43]. Ocena tych markerów na powierzchni komórek nowotworowych pozwala na stwierdzenie obecności CSCs w tkance i odróżnienie ich od pozostałych subpopulacji obecnych w strukturach nowotworu [8,43]. Nie pozwala to jednak na różnicowanie między prawidłowymi i nowotworowymi komórkami macierzystymi, co jest istotnym problemem w terapii ukierunkowanej na markery powierzchniowe CSCs [6,8,43].

Podstawowym markerem powierzchniowym, który umożliwia stwierdzenie obecności prawidłowych i nowotworowych komórek macierzystych jest CD133 [8,24,43]. CD133 jest transbłonowym białkiem, którego obecność była obserwowana w licznych nowotworach litych, takich jak: rak stercza, jelita grubego, jajników, piersi, głowy i szyi [3,6,8,26,42,43]. Wykazano, że komórki CD133+ mogą się dzielić asymetrycznie z zachowaniem zdolności do samoodnowy [8]. W badaniach in vitro stwierdzono, że komórki raka jajnika CD133+ są bardziej oporne na działanie cisplatyny aniżeli CD133- . W raku jajnika obecność CD133+ wiązała się ze złym klinicznym przebiegiem choroby. U chorych kobiet stwierdzono krótsze czasy przeżycia aniżeli w grupie pacjentek z CD133- [28,33]. Ponadto ryzyko nawrotu choroby było większe u kobiet chorych na raka jajnika z obecnością CD133+ na komórkach nowotworu w porównaniu z brakiem tego antygenu [3,8,32,33,41]. W modelach zwierzęcych obserwowano, że komórki raka jajnika CD133+ były zdolne do szybszego wzrostu i formowania nowotworu niż komórki CD133- [5,8]. Związek między brakiem wrażliwości na terapię a obecnością komórek o fenotypie CD133+ był stwierdzony również w rakach jelita grubego, piersi, płuc, głowy i szyi [12,24,26,43]. W nowotworach tych obecność CD133 korelowała z obecnością przerzutów [12,24,26,43].

Receptor powierzchniowy CD44 był stwierdzany na powierzchni komórek nowotworowych wielu nowotworów [3,8,31,43]. Uważa się, że CD44 jest jednym z licznych receptorów występujących na prawidłowych i nowotworowych komórkach macierzystych [24,26]. Za występowaniem CD44 na powierzchni CSCs przemawiają wyniki badań wykazujące bezpośredni związek między ekspresją CD44 a fenotypem komórki macierzystej [43]. Udział receptora CD44 w adhezji, ruchliwości i proliferacji komórek wskazuje na jego znaczenie w rozprzestrzenianiu komórek nowotworowych [24]. W dotychczasowych danych podkreślono, że stwierdzenie obecności komórek CD44+ w utkaniu nowotworu było związane z brakiem wrażliwości na chemioterapię i większym ryzykiem wystąpienia nawrotu choroby [3,8,24,43].

Innym receptorem związanym z fenotypem komórek macierzystych jest receptor CD24 [24]. Obecność CD24 na powierzchni nabłonkowych komórek nowotworowych jest określana jako wskaźnik ich udziału w procesie przerzutowania [24]. Wiele danych wskazuje, że CD24 jest obecny na komórkach nowotworów opornych na chemioterapię i które cechuje zdolność do samoodnowy [8]. W badaniach eksperymentalnych obserwowano, że komórki CD24+ wykazują większą zdolność do migracji i inwazji niż CD24- [24,43]. Wprowadzenie komórek CD24+ zwierzętom doświadczalnym skutkowało formowaniem nowotworu, podczas gdy komórki CD24- nie indukowały wzrostu guza [8]. Udowodniono, że w rakach jajnika i piersi jednoczesne występowanie receptora CD24 i CD44 charakteryzowało grupę raków o agresywnym biologicznym zachowaniu [1,8].

Udział krążących nowotworowych komórek macierzystych w progresji raka jajnika

Wiele danych wskazuje, że nowotworowe komórki macierzyste są umiejscowione nie tylko w tkance nowotworowej, ale były stwierdzone w krążeniu chorego [16,28,31]. Wykazano, że obecne w tkance nowotworowej komórki macierzyste to grupa heterogenna, w której można wyróżnić subpopulacje o odmiennym biologicznym zachowaniu [2,16]. W obrębie CSCs wyodrębniono frakcję komórek macierzystych niezdolnych do migracji, które określono jako CSCs osiadłe oraz frakcję CSCs zdolnych do migracji [2,16]. CSCs osiadłe w tkance uważa się za prekursory procesu nowotworowego [16,31]. W czasie wzrostu nowotworu nieliczne subklony osiadłe w tkance nowotworowej CSCs mogą nabyć zdolności do migracji, co prowadzi do rozprzestrzenienia komórek nowotworowych i inwazyjnego wzrostu nowotworu [2,16]. Komórki te określono jako migrujące komórki macierzyste (migrating cancer stem cell – MCS-cells) [2,16,31].

Badania eksperymentalne na modelach zwierzęcych wykazały, że subpopulacja MCS-cell zawiera frakcję CSCs zdolnych do rozpoczęcia procesu przerzutowania [2,16]. Komórki te zdefiniowano jako CSCs – inicjujące przerzutowanie (metastasis initiating cell – MIC) [1,2,16,31]. Uwa- ża się, że MIC wywodzą się z subpopulacji CSCs obecnych w strukturach nowotworu na późnym etapie jego rozwoju [2]. Inicjujące komórki przerzutowe mogą dawać przerzuty rozprzestrzeniając się do szpiku kostnego, wówczas określane są jako komórki przerzutujące (disseminated tumor cells – DTCs) [2]. Mogą się też rozprzestrzeniać przez naczynia krwionośne lub limfatyczne i dawać przerzuty w narządach odległych. Komórki te określane są jako krążące komórki nowotworowe (circulating tumor cells – CTCs) [2,16,28]. Zakłada się, że w obrębie populacji krążących komórek nowotworowych jest subpopulacja komórek o aktywno- ści komórek macierzystych, które prawdopodobnie wyemigrowały z nowotworu pierwotnego, przeniknęły do krążenia, są oporne na terapię i pozostają tam do czasu zasiedlenia organu wtórnego [2,16,31,37]. Wiele dowodów wskazuje na istotną rolę krążących CSCs w formowaniu przerzutów odległych [16,31,37].

W rakach piersi obecność krążących CSCs stwierdzono u 66,7% chorych [36]. Badania Baccelli i wsp. wykazały, że krążące nowotworowe komórki chorych na raka piersi zawierały subpopulację CSCs, w której stwierdzono obecność MIC [1]. Wprowadzenie tych komórek do szpiku kostnego wcześniej naświetlonych promieniami UV myszy skutkowało powstaniem przerzutów w płucach i wątrobie [1]. U pacjentek chorych na raka piersi, u których stwierdzono frakcję CSCs krążącą z obecnością na powierzchni komórek CD44, CD47 oraz MET obserwowano większą liczbę przerzutów [1]. W rakach jelita grubego obecność krążących komórek nowotworowych CD133+ korelowała z obecnością przerzutów i gorszym rokowaniem chorego [12].

Istotną rolę w rozprzestrzenianiu się raka jajnika przypisuje się krążącym komórkom macierzystym obecnym w jamie otrzewnowej [23]. Rizzo i wsp. stwierdzili, że płyny wysiękowe kobiet chorych na raka jajnika, u których nastąpiła wznowa procesu nowotworowego zawierały wysoki odsetek komórek macierzystych w porównaniu do chorych chemiowrażliwych [25]. Znaczenie krążących komórek macierzystych w raku jajnika może w większym stopniu wpływać na progresję choroby aniżeli w innych litych nowotworach, ze względu na ich obecność w płynie wysiękowym w jamie otrzewnowej [25]. W świetle ostatnich badań, wskazujących na interakcje między komórkami śródbłonka jamy otrzewnowej, a komórkami raka jajnika CD133+ , rola krążących nowotworowych komórek macierzystych obecnych w płynie wysiękowym może mieć decydujące znaczenie w tworzeniu wewnątrzotrzewnowych ognisk przerzutowych u kobiet chorych na raka jajnika [23]. Ocena komórek CD133+ w  płynie wysiękowym może więc stanowić wskaźnik klinicznego przebiegu choroby [8,23]. W opinii niektórych autorów w ocenie ryzyka nawrotu procesu nowotworowego poza obecnością CSCs należy uwzględnić stężenie chemokin prozapalnych oraz ich receptorów, takich jak czynnik wzrostu pochodzenia stromalnego 1 (SDF-1), czynnik wzrostu hepatocytów (HGF/SF), czy czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF) [9].

Nowotworowe komórki macierzyste a proces powstawania przerzutów w raku jajnika

W raku jajnika, w przeciwieństwie do nowotworów innych narządów, których większość rozprzestrzenia się przez naczynia krwionośne i limfatyczne, najczęstszą drogą przerzutowania jest naciekanie jamy otrzewnowej [23]. Wiele danych wskazuje, że w proces ten są zaangażowane CSCs, co zostało poparte wynikami badań eksperymentalnych [2,8,16].

i określonego klonu CSC istnieje hierarchia i tylko nieliczne CSC biorą udział w powstawaniu przerzutów [2,16]. Możliwe szlaki rozprzestrzeniania komórek raka jajnika przedstawiono na rycinie 1. Udowodniono, że około 0,1- 20% CSCs obserwowanych w strukturach tkanki nowotworowej ma szczególne cechy biologiczne, które wpływają na ich agresywne zachowanie, wyrażające się m.in. zdolnością do przerzutowania [2,8,16]. Komórki te cechuje zmiana fenotypu z komórki nabłonkowej w mezenchymalną (epithelial to mesenchymal transition – EMT) [2,7,40]. W czasie tej przemiany komórki tracą adhezyjność, zmienia się ich polaryzacja, stają się niewrażliwe na procesy apoptotyczne i są zdolne do uwolnienia się z nowotworu pierwotnego oraz inwazyjnego wzrostu [2,7,10]. Pojawienie się na powierzchni CSCs charakterystycznych dla komórek mezenchymalnych czynników transkrypcyjnych (TWIST1/1, SANIL1/2) oraz antygenów (N-kadheryny, wimentyny) wskazuje na zmianę fenotypu z nabłonkowego w mezenchymalny i przemawia za ich udziałem w procesie przerzutowania [2,16,40,43].

W oparciu o liczne badania ustalono, że nowotworowe komórki macierzyste o zwiększonym potencjale migracyjnym wykazują obecność licznych markerów powierzchniowych, m.in.: CD44, CD133, CD177 oraz podwyższone stężenie ALDH1A [1,2,8,16]. Uważa się, że fenotyp nowotworowych komórek macierzystych biorących udział w procesie przerzutowania, może być cechą indywidualną komórek nowotworowych danego narządu [2,16,17]. Badania in vitro i in vivo z udziałem macierzystych komórek raka jajnika CD133+ wykazały ich inwazyjny charakter [8,17,23]. Udowodniono, że komórki raka jajnika CD133+ cechował szybki wzrost, duża ruchliwość oraz wykazywały zwiększoną zdolność do tworzenia przerzutów [17,23]. Badania potwierdzają udział CSCs CD133+ w progresywnym wzroście raka jajnika [34]. Porównując ekspresję CD133 w tkankach pierwotnego raka jajnika i tkance pochodzącej z pierwszej wznowy autorzy stwierdzili istotny wzrost ekspresji CD133 we wznowie nowotworowej [33]. Również w badaniach własnych obecność nowotworowych komórek CD133+ była częściej obserwowana w zaawansowanych rakach jajnika z obecnością płynu wysiękowego w jamie otrzewnowej i wykazujących niski stopień morfologicznej dojrzałości (ryc. 2).

Zdaniem niektórych autorów nowotworowe komórki macierzyste CD133+ wymagają dodatkowych bodźców zwiększających ich inwazyjność [23,42]. W stymulację nowotworowych komórek CD133+ są zaangażowane receptory dla chemokin występujące na ich powierzchni [17]. Szczególną wagę przypisuje się receptorowi CXCR4 [23]. Receptor CXCR4 po związaniu z chemokiną SDF1 parakrynnie aktywuje szlak prowadzący do zwiększonej proliferacji i migracji komórki nowotworowej [23]. W opinii niektórych autorów stwierdzenie odmiennego profilu receptorów dla chemokin na powierzchni komórek CD133+ i CD133- może wpływać na potencjał przerzutowy tych komórek [17,23,42].

W raku jajnika rozważa się udział trzech receptorów dla chemokin: CXCR1, CXCR2 i CXCR4 we wzroście potencjału przerzutowego komórek CD133+ [17]. W ujęciu oddziaływań para-/autokrynnych w raku jajnika znaczenie tych receptorów wydaje się istotne w interakcjach między komórkami śródbłonka a CSCs [17,23,24]. Badania Mitsui i wsp. potwierdziły wpływ receptora CXCR4 na aktywność migracyjną komórek raka jajnika CD133+ [23]. Aktywowanie tych receptorów na powierzchni komórek macierzystych może zwiększyć tempo rozprzestrzenienia się komórek nowotworowych [24]. Podobny mechanizm oddziaływań na komórki nowotworowe CD133+ przez aktywację receptora CXCR4 chemokiną SDF-1 zaobserwowano w rakach jelita grubego [42]. Zhang i wsp. stwierdzili, że obecność receptora CXCR4+ na powierzchni macierzystych komórek raka jelita grubego jest niezbędna do ich udziału w procesie przerzutowania [42].

Innym markerem, zwiększającym zdolność komórek raka jajnika CD133+ do migracji jest enzym ALDH, którego podwyższone stężenie w komórkach CD133+ zwiększa ich aktywność proliferacyjną i zdolność do formowania nowotworu [8,24]. Udokumentowana została również rola receptora CD44 na powierzchni CSCs CD133+ jako czynnika biorącego udział w formowaniu przerzutów [3,8,24].

Wstępne badania wskazują, że w progresywny wzrost raka jajnika są zaangażowane komórki nowotworowe zarówno o fenotypie CD133+ /ALDH+ , jak i CD44+ /CD117+ [8]. Niski odsetek komórek CD133+ , CD44+ i ALDH1A+ w tkankach pierwotnego raka jajnika, a ich wzrost w tkankach przerzutów wskazuje na ich udział w procesie przerzutowania tego nowotworu [33]. Należy jednak podkreślić, że stwierdzenie obecności nowotworowych komórek macierzystych w tkance nowotworowej nie zawsze jest jednoznaczne z ich udziałem w procesie nowotworzenia, jak i progresywnego wzrostu nowotworu [16]. Wynika to z biologicznego zachowania CSCs, hierarchii w obrębie klonu oraz oddziaływań mikro- środowiska niszy, a także obecności w niszach tkanki nowotworowej uśpionych komórek macierzystych [3,5,13].

Zaproponowany w 2012 r. model udziału CSCs w procesie przerzutowania (metastatic cancer stem cells – MCSCs) uwzględniający obecność zróżnicowanych funkcjonalnie klonów CSCs w populacji nowotworowych komórek macierzystych znajduje potwierdzenie w procesie przerzutowania raka jajnika [2]. Przebieg kliniczny raka jajnika, częste wznowy procesu nowotworowego, obecność płynu wysiękowego w jamie otrzewnowej chorych kobiet, w którym stwierdzono obecność krążących CSCs stanowią niepodważalne dowody udziału CSCs w przerzutowaniu raka jajnika [8,11,23,28,32,41].

Udział nowotworowych komórek macierzystych w lekooporności raka jajnika

Badacze są zgodni, że jednym z elementów wpływających na oporność raka jajnika na stosowaną radio-/chemioterapię mogą być nowotworowe komórki macierzyste [8,28,33]. Obecnie stosowane leczenie jest skuteczne w odniesieniu do zróżnicowanych komórek nowotworowych, natomiast nowotworowe komórki macierzyste nie są eliminowane [5,10,21,38].

Do czynników umożliwiających komórce nowotworowej przeżycie po radio-/chemioterapii należy zaliczyć wzrost ekspresji białek transportowych (ATP binding cassette – ABC), ekspresję białek antyapoptotycznych, niedotlenienie komórki, zwiększoną aktywność enzymów naprawczych, angiogenezę niszy oraz stan uśpienia komórki [10,38]. Autorzy są również zgodni, że wysoki odsetek nawrotów obserwowany po terapii raka jajnika sugeruje, że doszło do selekcji klonów opornych na leczenie, które indukują agresywne biologiczne zachowanie raka jajnika [5,6,21]. Uważa się, że za oporność raka jajnika i wielu innych litych nowotworów mogą być odpowiedzialne CSCc CD133+ [6,11,26,32,42,43]. Zakłada się, że brak wrażliwości komórek CD133+ na terapię jest uwarunkowany dużym stężeniem białek transportowych z rodziny ABC [5,6,8,10].

Markerem definiującym oporność nowotworowych komó- rek macierzystych jest enzym ALDH lub jego izoforma typ1 (ALDH1A) [38]. Podwyższoną aktywność ALDH i ALHD1A wykazano w komórkach linii raka jajnika, które były oporne na działanie cisplatyny i taksolu [5,15]. Natomiast w badaniach klinicznych ocena stężenia ALDH1A oraz odsetka CD133+ w tkankach pobranych ze wznowy raka jajnika po pierwszej linii terapii wykazała duże stężenie tego enzymu i wzrost liczby komórek CD133+ w porównaniu do tkanek pierwotnego raka jajnika [33]. Uważa się, że duże stężenie enzymu ALDH w nowotworowych komórkach macierzystych, powoduje szybką detoksyfikację leków w komórce i oporność na terapię [5,10,38]. Potwierdzeniem zakładanej hipotezy są wyniki badań, które wykazały, że zastosowanie inhibitora aktywności ALDH (ditylaminobenzyaldyd – DEAB) zwiększało wrażliwość komórek raka gruczołu piersiowego na stosowane leki [10,14]. Poglądy autorów są zgodne, że odsetek nowotworowych komórek macierzystych z dużą aktywnością ALDH+ lub ALDH1A+ obecny w nowotworach litych może mieć istotne znaczenie w ich oporności na stosowaną terapię [8,10,35,40,43].

Według niektórych autorów oporność raka jajnika może być związana z obecnością subpopulacji komórek wykazujących wysoką ekspresję CD44 oraz niską ekspresję CD24 lub jej brak [8,28,32,33]. Na uwagę zasługują obserwacje niektórych autorów, którzy sugerują, że obecność znacznego odsetka komórek (powyżej 25%) CD44+ /CD24- w płynie wysiękowym kobiet chorych na raka jajnika wiąże się z większym ryzykiem nawrotu procesu nowotworowego [22]. Chemiooporność komórek CD44+ /CD24- wykazano również w badaniach in vitro z wykorzystaniem linii komórkowych raka jajnika zawierających subpopulację CD44+ /CD24- [22]. Istnieją prace, w których autorzy podkreślają, że subpopulacja nowotworowych komórek macierzystych CD44+ / CD117+ obecna w tkankach pierwotnego raka jajnika może się przyczyniać do wzrostu oporności na działanie cisplatyny i paklitaksolu [5,6]. W badaniach tych wykazano, że oporność komórek macierzystych raka jajnika CD44+ / CD117+ na działanie 5-fluorouracylu, cispalatyny i karboplatyny może być uwarunkowana wysoką ekspresją białek transportowych ABCB1, ABCG2 oraz ekspresją metaloproteinaz MMP-2, MMP-9 [5].

Na oporność raka jajnika mogą również wpływać zaburzenia w szlakach sygnałowych zróżnicowanych komórek nowotworowych zależnych m.in. od receptorów kinazy tyrozynowej HER2, EGFR oraz nowotworowych komórek macierzystych zależnych od receptorów Wnt, Notch, Hedgehog [6,8,10,14,21]. Mnogość biomarkerów, jakie mogą określać chemio-/radiooporny fenotyp macierzystych komórek nowotworowych w raku jajnika jest wskazaniem do rozważenia personalizacji terapii u chorych ze wznową procesu nowotworowego [28].

Markery powierzchniowe macierzystych komórek nowotworowych jako cele ukierunkowanej terapii

Terapia ukierunkowana na nowotworowe komórki macierzyste jest trudnym zadaniem ze względu na immunofenotypowe podobieństwa nowotworowych komórek macierzystych do komórek prawidłowych [6,8,28,38]. Zdolność do występowania CSCs długo w fazie Go, zwiększona oporność na apoptozę oraz zdolności naprawcze DNA skutkują brakiem wrażliwości tych komórek na chemio-/radioterapię, umożliwiając powstanie wznowy [8,10,18]. Dodatkową ochroną przed działaniem leków jest duże stężenie białek ABC, telomerazy oraz ekspresja genów kodujących mediatory metabolicznej degradacji leków np. ALDH [3,5,6,8,10,14]. Na obecnym etapie badań nie udało się zdefiniować markera, który byłby swoisty dla nowotworowych komórek macierzystych [3,28,38]. Rozważanych jest kilka schematów terapeutycznych uwzględniających obecność markerów na powierzchni CSCs [6,10]. Do najczęściej wykrywanych należą cząsteczki CD133 i CD44 [8,28,33]. Ich udział w oporności na chemio-/radioterapię wielu nowotworów złośliwych udowodniono w licznych pracach [3,8,18,28].

W przeprowadzonych badaniach eksperymentalnych obniżenie ekspresji CD133 na powierzchni komórek czerniaka z użyciem siRNA zmniejszało tempo wzrostu i migracji komórek nowotworowych oraz ograniczało przerzuty do kręgosłupa [38]. Obiecujące wyniki otrzymano stosując przeciwciało monoklonalne do blokowania epitopów na cząsteczce CD133, co skutkowało indukcją mechanizmu cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał (ADCC) [38]. Zahamowanie wzrostu komórek raka jelita grubego i wątroby w warunkach in vitro nastąpiło po wprowadzeniu przeciwciała przeciwko CD133 skoniugowanego z cytostatykiem [10]. Występowanie CD133 w rakach jajnika uzasadnia celowość rozważenia terapii opartej o blokowanie tej cząsteczki [3,17,32]. W najnowszych badaniach do blokowania komórek CD133+ wykorzystano nanokapsułki zawierające cytostatyki, które koniugowano z przeciwciałem przeciwko CD133 [4]. Zmniejszenie wzrostu komórek linii raka jajnika IGROV i OVCAR zanotowano stosując koniugat paklitaksel–hialuronowy biokoniugat (ONCOFIDTM) skierowany przeciwko cząsteczce CD44 [38]. Podobne działanie zanotowano stosując nanocząsteczki zawierające γ-benzyl-L glutaminy (PolyDOX) blokują- ce receptor CD44. W następstwie działania leku w komórkach stwierdzano wzrost reaktywnych form tlenu powodujący cytotoksyczność komórek CD44+ linii raka gruczołu piersiowego MCF-7 [38]. Nanocząsteczki posłużyły również do wprowadzenia siRNA do komórek CD44+ , powodując ograniczenie wzrostu raka jajnika o 50% w modelu mysim [29].

Wzrost wrażliwości komórek nowotworowych ALDH1+ był obserwowany jako wynik blokowania aktywności enzymatycznej dehydrogenazy aldehydowej z wykorzystaniem siRNA przez wyciszenie ekspresji genu dla ALDH w ksenoprzeszczepach raka jelita grubego i raka płuc na modelu mysim [14,15]. Podobne obserwacje zanotowano w raku gruczołu piersiowego, gdzie zablokowanie ekspresji genu ALDH częściowo przywracało wrażliwość komó- rek nowotworowych na leczenie epirubicyną i taksolem [35]. Wzrost komórek nowotworowych z wysoką ekspresją ALDH był ograniczony w wyniku działania inhibitora (DEAB) tego enzymu w modelu eksperymentalnym [10]. Zastosowanie w raku jajnika metforminu obniżało odsetek nowotworowych komórek macierzystych ALDH+ w liniach komórkowych raka jajnika oraz krótkotrwałych hodowlach komórek izolowanych od chorych opornych na stosowaną terapię [30]. Obiecujące wyniki badań uzyskano blokując szlak sygnałowy PI3K w komórkach linii raka jajnika A2780 wykazujących cechy komórek macierzystych z dużym stężeniem ALDH1 [11].

Stwierdzenie nadekspresji receptorów Notch, Hedgehog oraz Wnt w rakach jajnika było przesłanką do rozpoczęcia badań nad określeniem przydatności tych receptorów w terapii celowanej [28]. Blokowanie szlaku sygnałowego zależnego od receptora Notch z użyciem miRNA oraz składowych receptora Wnt (Wnt2B), inhibitorem (imatinibem) prowadziło do zahamowania aktywacji ścieżki sygnałowej zależnej od Wnt [39]. Wzrost wrażliwości na cisplatynę wykazały komórki linii raka jajnika A2780cp20 po zablokowaniu szlaku sygnałowego zależnego od receptora Hedgehog [6,33]. Obniżenie stężenia białek transportowych P-gp, MRP1 przywracające wrażliwość komórek nowotworowych na pochodne cisplatyny i taksol w warunkach eksperymentalnych uzyskano stosując inhibitory białek ABC lub blokując geny związane z opornością wielolekową z użyciem siRNA [6,8,10,38].

Próba wykorzystania nowotworowych komórek macierzystych do immunoterapii nie przyniosła oczekiwanych wyników. Nadal są jednak prowadzone badania nad identyfikacją nowotworowych komórek macierzystych jako potencjalnego źródła antygenów do opracowania szczepionki [13]. Różne metody fizyko-chemiczne były wykorzystywane do niszczenia komórek tworzących niszę komórek macierzystych [38]. Na uwagę zasługują badania, w których wykazano, że zablokowanie receptora CXCR4 oraz hamowanie angiogenezy wyraźnie ograniczało wzrost nowotworu w warunkach eksperymentalnych [8].

Podsumowanie

Liczne badania naukowe wskazują na obecność w tkankach raka jajnika nielicznej subpopulacji komórek nowotworowych, mających cechy biologiczne komórek macierzystych. Definiowanie raka jajnika jako wynik zaburzeń powstałych w prawidłowych komórkach macierzystych stanowi wykładnię do odmiennego podejścia w określaniu mechanizmów odpowiedzialnych za progresywny wzrost tego raka. Kompleksowa ocena cech biologicznych nowotworowych komórek macierzystych oraz identyfikacja swoistych biomarkerów jako celów terapeutycznych, może być przełomem w terapii tych nowotworów, zmniejszającym ryzyko wystąpienia wznowy procesu nowotworowego.

Przypisy

• 1. Baccelli I., Schneeweiss A., Riethdorf S., Stenzinger A., SchillertA, Vogel V., Klein C., Saini M., Bauerle T., Wallwiener M.,Holland-Letz T., Hofner T., Sprick M., Scharpff M., Marme F., SinnHP., Pantel K., Weichert W., Trumpp A.: Identification of a populationof blood circulating tumor cells from breast cancer patientsthat initiates metastasis in a xenograft assay. Nat. Biotechnol.,2013; 31: 539-544
  Google Scholar
• 2. Baccelli I., Trumpp A.: The evolving concept of cancer and metastasisstem cells. J. Cell Biol., 2012; 198: 281-293
  Google Scholar
• 3. Bapat S.A., Mali A.M., Koppikar C.B.,Kurrey N.K.: Stem and progenitor-likecells contribute the aggressive behavior of human epithelialovarian cancer. Cancer Res., 2005; 65: 3025-3029
  Google Scholar
• 4. Bourseau-Guilmain E., Bejaud J., Griveau A., Lautram N., HindréF., Weyland M., Benoit J.P., Garcion E.: Development and characterizationof immuno-nanocarriers targeting the cancer stem cellmarker AC133. Int. J. Pharm., 2011; 423: 93-101
  Google Scholar
• 5. Chen J., Wang J., Zhang Y., Chen D., Yang C., Kai C., Wang X., ShiF., Dou J.: Observation of ovarian cancer stem cell behavior and investigationof potential mechanisms of drug resistance in three-dimensionalcell culture. J. Biosci. Bioeng., 2014; 118: 214-222
  Google Scholar
• 6. Chen K., Huang Y.H., Chen J.L.: Understanding and targetingcancer stem cells: therapeutic implications and challenges. ActaPharmcol. Sin., 2013; 34: 732-740
  Google Scholar
• 7. Cheung K.J., Ewald A.J.: Illuminating breast cancer invasion: diverseroles for cell-cell interactions. Curr. Opin. Cell Biol., 2014; 30:99-111
  Google Scholar
• 8. Foster R., Buckanovich R., Rueda B.: Ovarian cancer stem cells:working towards the root of stemness. Cancer Lett., 2013; 338: 147-157
  Google Scholar
• 9. Gunjal P.M., Schneider G., Ismail A.A. Kakar S.S., Kucia M., RatajczakM.Z.: Evidence for induction of a tumor metastasis-receptivemicroenvironment for ovarian cancer cells in bone marrow andother organs as an unwanted and underestimated side effect ofchemotherapy/radiotherapy. J. Ovarian Res., 2015, 8: 20
  Google Scholar
• 10. Han L., Shi S., Gong T., Zhang Z., Sun X.: Cancer stem cells:therapeutic implications and perspectives in cancer therapy. ActaPharm. Sin., 2013; 3: 65-73
  Google Scholar
• 11. Han X., Du F., Jiang L., Zhu Y., Chen Z., Liu Y., Hong T., Wang T.,Mao Y., Wu X., Bruce I.C., Jin J., Ma X., Hua D.: A2780 human ovariancancer cells with acquired paclitaxel resistance display cancer stemcell properties. Oncol. Lett., 2013; 6: 1295-1298
  Google Scholar
• 12. Hou J.M., Krebs M.G., Lancashire L., Sloane R., Backen A., SwainR.K., Priest L.J., Greystoke A., Zhou C., Morris K., Ward T., BlackhallF.H., Dive C.: Clinical significance and molecular characteristics ofcirculating tumor cells and circulating tumor microemboli in patientswith small-cell lung cancer. J Clin. Oncol., 2012; 30: 525-532
  Google Scholar
• 13. Kasai T., Chen L., Mizutani A., Kudoh T., Murakami H., Fu L., SenoM.: Cancer stem cells converted from pluripotent stem cells and thecancerous niche. J. Stem Cells Regen. Med., 2014; 10: 2-7
  Google Scholar
• 14. Keysar S.B., Jimeno A.: More than markers: Biological significanceof cancer stem cell-defining molecules. Mol. Cancer Ther.,2010; 9: 2450-2457
  Google Scholar
• 15. Landen C.N. Jr, Goodman B., Katre A.A. Steg A.D., Nick A.M.,Stone R.L., Miller L.D., Mejia P.V., Jennings N.B., Gershenson D.M.,Bast R.C. Jr, Coleman R.L., Lopez-Berestein G., Sood A.K.: Targetingaldehyde dehydrogenase cancer stem cells in ovarian cancer. Mol.Cancer Ther., 2010; 9: 3186-3199
  Google Scholar
• 16. Liao W.T., Ye Y.P., Deng Y.J., Bian X.W., Ding Y.Q.: Metastaticcancer stem cells: from the concept to therapeutics. Am. J. StemCells, 2014; 3: 42-62
  Google Scholar
• 17. Long H., Xie R., Xiang T., Zhao Z., Lin S., Lianq Z., Chen Z., ZhuB.: Autocrine CCL5 signaling promotes invasion and migration ofCD133+ ovarian cancer stem-like cells via NF-κB-mediated MMP-9upregulation. Stem Cells., 2012; 30: 2309-2319
  Google Scholar
• 18. Lopez J., Valdez-Morales F.J., Benitez-Bribiesca L.B., Cerbon M.,Carranca A.G.: Normal and cancer stem cells of the human femalereproductive system. Reprod. Biol. Endocrinol., 2013; 11: 53-64
  Google Scholar
• 19. Magee J.A., Piskounova E., Morrison S.J.: Cancer stem cells: impact,heterogeneity, and uncertainty. Cancer Cell., 2012; 21: 283-296
  Google Scholar
• 20. Malecki M., Anderson M., Beauchaine M., Seo S., Tambokan X.,Malecki R.: TRA-1-60+, SSEA-4+, OCT4A+, Nanog+ clones of pluripotentstem cells in the embryonal carcinomas of the ovaries. J. Stem CellRes. Ther., 2012; 2: 130
  Google Scholar
• 21. McAuliffe S.M., Morgan S.L., Wyant G.A., Tran L.T., Muto K.W.,Chen Y.S., Chin K.T., Partridge J.C., Poole B.B., Cheng K.H., Daggett J.Jr, Cullen K., Kantoff E., Hasselbatt K., Berkowitz J., Muto M.G., BerkowitzR.S., Aster J.C., Matulonis U.A., Dinulescu D.M.: Targeting Notch,a key pathway for ovarian cancer stem cells, sensitizes tumors toplatinum therapy. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2012; 109: 2939-2948
  Google Scholar
• 22. Meng E., Long B., Sullivan P., McClellan S., Finan M.A., Reed E.,Shevde L., Rocconi R.P.: CD44+/CD24- ovarian cancer cells demonstratecancer stem cell properties and correlate to survival. Clin.Exp. Metastasis, 2012; 29: 939-948
  Google Scholar
• 23. Mitsui H., Shibata K., Suzuki S., Umezu T., Mizuno M., KajiyamaH., Kikkawa F.: Functional interaction between peritoneal mesothelialcells and stem cells of ovarian yolk sac tumor (SC-OYST) in peritonealdissemination. Gynecol. Oncol., 2012; 124: 303-310
  Google Scholar
• 24. Pasquier J., Rafii A.: Role of the microenvironment in ovariancancer stem cell maintenance. Biomed Res. Int., 2013; 2013: 630782
  Google Scholar
• 25. Rizzo S., Hersey J.M., Mellor P., Dai W., Santos-Silva A., Liber D.,Luk L., Titley I., Carden C.P., Box G., Hudson D.L., Kaye S.B., BrownR.: Ovarian cancer stem cell-like side populations are enriched followingchemotherapy and overexpress EZH2. Mol. Cancer Ther.,2011;10: 325-335
  Google Scholar
• 26. Sanders M.A., Majumdar A.P.: Colon cancer stem cells: implicationsin carcinogenesis. Front. Biosci., 2014; 16: 1651-1662
  Google Scholar
• 27. Shackleton M.: Normal stem cells and cancer stem cells: similarand different. Sem. Cancer Biol., 2010; 20: 85-92
  Google Scholar
• 28. Shah M.M., Landen C.N.: Ovarian cancer stem cells: Are they realand why are they important? Gynecol. Oncol., 2014; 132: 483-489
  Google Scholar
• 29. Shah V., Taratula O., Garbuzenko G.O., Taratula O.R., Rodriguez–Rodriguez L,. Minko T.: Targeted nanomedicine for suppression ofCD44 and simultaneous cell heath induction in ovarian cancer: anoptimal delivery of siRNA and anticancer drug. Clin. Cancer Res.,2013; 19: 6193-6204
  Google Scholar
• 30. Shank J.J., Yang K., Ghannam J., Cabrera L., Johnston C.J., ReynoldsR.K., Buckanovich R.J.: Metformin targets ovarian cancer stemcells in vitro and in vivo. Gynecol. Oncol., 2012; 127: 390-397
  Google Scholar
• 31. Shiozawa Y., Nie B., Pienta K.J., Morgan T.M., Taichman R.S.:Cancer stem cells and their role in metastasis. Pharmacol. Ther.2013; 138: 285-293
  Google Scholar
• 32. Skubitz A.P., Taras E.P., Boylan K.L., Waldron N.N., Oh S., Panoskaltsis-MortariA., Vallera D.A.: Targeting CD133 in an in vivoovarian cancer model reduces ovarian cancer progression. Gynecol.Oncol., 2013; 130: 579-587
  Google Scholar
• 33. Steg A.D., Bevis K.S., Katre A.A., Ziebarth A., Dobbin Z.C., AlvarezR.D., Zhang K., Conner M., Landen C.N.: Stem cell pathways contributeto clinical chemoresistance in ovarian cancer. Clin. CancerRes., 2012; 18: 869-881
  Google Scholar
• 34. Stower H.: Telomeres: stem cells, cancer and telomerase linkedby WNT. Nat. Rev. Genet., 2012;13: 521
  Google Scholar
• 35. Tanei T., Morimoto K., Shimazu K. Kim S.J., Tanji Y., Taguchi T.,Tamaki Y., Noguchi S.: Association of breast cancer stem cells identifiedby aldehyde dehydrogenase 1 expression with resistance tosequential paclitaxel and epirubicin-based chemotherapy for breastcancers. Clin. Cancer Res., 2009; 15: 4234-4241
  Google Scholar
• 36. Theodoropoulos P.A., Polioudaki H., Agelaki S., Kallergi G., SaridakiZ., Mavrourdis D., Georgoulias V.: Circulating tumor cells witha putative stem cell phenotype in peripheral blood of patients withbreast cancer. Cancer Lett., 2010; 288: 99-106
  Google Scholar
• 37. Tinhofer I., Saki M., Niehr F., Keilholz U., Budach V.: Cancerstem cell characteristics of circulating tumor cells. Int. J. Radiat.Biol., 2014; 90: 622-627
  Google Scholar
• 38. Vinogradov S., Wei X.: Cancer stem cells and drug resistance: thepotential of nanomedicine. Nanomedicine, 2012; 7: 597-615
  Google Scholar
• 39. Wang H., Fan L., Xia X., Rao Y., Ma Q., Yang J., Lu Y., Wang C., MaD., Huang X.: Silencing Wnt2b by siRNA interference inhibits metastasisand enhances chemotherapy sensitivity in ovarian cancer.Int. J. Gynecol. Cancer, 2012; 22: 755-761
  Google Scholar
• 40. Yu Z., Pestell T.G., Lisanti M.P., Pestell R.G.: Cancer stem cells.Int. J. Biochem. Cell Biol., 2012; 44: 2144-2151
  Google Scholar
• 41. Zhang J., Guo X., Chang D.Y., Rosen D.G., Mercado-Uribe I., Liu J.:CD133 expression associated with poor prognosis in ovarian cancer.Mod. Pathol., 2012; 25: 456-464
  Google Scholar
• 42. Zhang S.S., Han Z.P., Jing Y.Y., Tao S.F., Li T.J., Wang H., Wang Y.,Li R., Yang Y., Zhao X., Xu X.D., Yu E.D., Rui Y.C., Liu H.J., Zhang L.,Wei L.X.: CD133+ CXCR4+ colon cancer cells exhibit metastatic potentialand predict poor prognosis of patients. BMC Med., 2012; 10: 85
  Google Scholar
• 43. Zhang Z., Filho M.S., Nor J.E.: The biology of head and neck stemcells. Oral Oncol., 2012; 48: 1-9
  Google Scholar

Pełna treść artykułu