Wprowadzenie
Białka z grupy czynników wzrostu pełnią ważną rolę w karcynogenezie. Działają endokrynnie na inicjację i progresję procesu nowotworowego lub są bezpośrednio wydzielane przez komórki nowotworowe, oddziałując miejscowo w mechanizmie auto- i parakrynnym [1]. Receptory dla czynników wzrostu, obecne na powierzchni komórek nowotworu, umożliwiają odbiór i transdukcję sygnału odpowiedzialnego za wystąpienie efektu biologicznego właściwego dla danego czynnika [2].
Insulinopodobny czynnik wzrostu (insuline-hke growth factor I, IGF-I) jest obecny w komórkach we wczesnym stadium rozwoju embrionalnego [3]. Jak sugerowano już przed laty, IGF-I wydaje się być kluczowym czynnikiem wpływającym na różnicowanie się i dojrzewanie tkanek, podczas gdy inne czynniki wzrostu często działają na komórki przez regulację ekspresji IGF-I [4], Prace nad udziałem IGF-I w karcy-nogenezie wciąż postępują, m. in. wykazano obecność IGF--I i IGF-1T w komórkach blisko 20 różnych typów nowotworów. Przyjmuje się zatem, że IGF-I ma zasadnicze znaczenie w karcynogenezie wielu narządów [5-8]. Co więcej, w niektórych chorobach nowotworowych poziom IGF-I w surowicy jest potencjalnym markerem procesu nowotworowego, lub też świadczy o zagrożeniu takim procesem [9,10].
Terapia genowa nowotworów z wykorzystaniem technik anty-sensowych anty-IGF-I
Trojan i wsp. udowodnili, że IGF-I, bierze udział w karcynogenezie ośrodkowego układu nerwowego. W modelu po-tworniaka wykazali też ekspresję IGF-I w komórkach raka wątroby i ekspresję IGF-II w komórkach neuroblastycznych [11]. W dalszej kolejności w glejaku i raku wątroby blokowano ekspresję genu dla IGF-I, transfekując komórki nowotworowe wektorami zawierającymi odcinek komplementarny do mRNA dla IGF-I (tzw. antysens-IGF-I, gdyż orientacja nici jest antysensowa) [12,13].
Wydajniejsza okazała się metoda polegająca na wprowadzeniu do komórek docelowych oligodeoksynukłeotydów blokujących ekspresję IGF-I na poziomie transkrypcji [14]. Jednoniciowy RNA wiąże się tu swoiście z odcinkiem promo-torowym genu dla IGF-I i tworzy formację potrójnej helisy z genomem komórki. Stąd nazwa tńple-hehx (czyli triplets). RNA-DNA anty-IGF-I. Stosując tę metodę opracowano protokół kliniczne w leczeniu glejaków mózgu w Cleveland (USA) i raka wątroby w Szanghaju. Pierwsze wyniki były obiecujące, m. in. przeżywalność leczonych tą metodą przy glejakach wynosi do 18 miesięcy od postawienia rozpoznania, podczas gdy średni okres przeżycia u chorych leczonych standardowo nie przekraczał 11 miesięcy [12],
Technika „tripleks\\\" została ostatnio zastosowana w Polsce w roku 2001 w Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego i w Akademii Medycznej w Bydgoszczy, m. in. do opracowania szczepionek genowych w terapii nowotworów przewodu pokarmowego [13,15]. Atrakcyjna wydaje się hipoteza, w myśl której analogiczne postępowanie mogłoby przynieść trwały skutek w innych chorobach nowotworowych. W niniejszej pracy rozważamy raka gruczołu krokowego oraz złośliwe nowotwory układu moczowego, jako obiekty terapii genowej przy użyciu tripleksu anty-IGF-I.
Potencjalne mechanizmy działania IGF-I w karcynogenezie
Insulinopodobny czynnik wzrostu-1 jest 70-aminokwa-sowym polipeptydem kodowanym przez gen IGF-I, obejmującym 6 eksonów i 2 promotory, występującym w dużych ilościach w młodych komórkach i różnicujących się tkankach [16]. W komórkach wrażliwych na jego działanie za-
chodzi ekspresja składników systemu IGF-I, obejmująca: a) IGF-I, b) receptory dla IGF, zwłaszcza IGFR-1, receptor błonowy o aktywności kinazy tyrozyiiowej oraz c) białka wiążące IGF, tj. IGF Binding Proteins 1-6, czyli IGFBP 1-6 [1.6].
IGF-I działa jako endo-. auto- i parakrynny stymulator niitogenezy, różnicowania i transformacji komórek docelowych [1]. IGF-I oddziałuje przez swój receptor IGFR-1 w zasadzie na wszystkie stadia wzrostu i cyklu komórkowego, m. in. aktywuje ekspresję białek serii erbB (receptorów komórkowych dla czynników wzrostu), uruchamia transdukcję sygnału pośredniczoną przez białka G, uczestniczy w fosforylacji onkogenu c-Jun, ale także w fosforylacji inhibitora onko-genezy p53. IGF-I aktywuje kinazy scrynowe, czynnik trans-krypcyjny Nf kappa B (aktywujący regiony promotorowe niektórych onkogenów) oraz białka z grupy cyklin [2,17], Blokada ekspresji IGF-I w modelach doświadczalnych nowotworów złośliwych prowadzi do zniesienia ich zdolności do przerzutowania [18],
Ważnym skutkiem ekspresji IGF-I jest hamowanie apop-tozy. zarówno w docelowych komórkach prawidłowych, jak i w nowotworowych. IGF-I chroni przed apoptozą, m. in. fi-broblasty, komórki nerwowe, układu krwiotwórczego i jajnika [2]. Przeciwnie, proces apoptozy można uruchomić przez hamowanie działania IGF-I na komórki, stosując na przykład rozpuszczalną postać receptora dla IGF, czyli IGFR--1 [19].
Przy okazji wdrożenia techniki antysensu zdefiniowano niektóre aspekty udziału IGF-I w karcinogenezie. W przypadku takich nowotworów, jak glioma, teratocarcinoma i hepatoma brak jest odpowiedzi immunologicznej [11,12]. Tymczasem transfekcja komórek antysenscm anty-IGF--I odwróciła to niekorzystne zjawisko, prowadząc do odpowiedzi ze strony limfocytów T cytotoksycznych CD8 [13]. Co więcej, w komórkach nowotworowych pojawiła się apoptozą [20].
Badania doświadczalne i wstępne badania kliniczne z techniką tripleksu anty-IGF-I, wykonane m. in. w I Klinice Chirurgii Ogólnej CM UJ i w Akademii Medycznej w Bydgoszczy, także dały obiecujące rezultaty: obserwowaliśmy efekty podobne do skutków stosowania techniki antysensu anty--IGF-I. Transfekowane komórki wykazały zdolność do indukowania odpowiedzi immunologicznej, a na ich powierzchni pojawiły się cząsteczki układu zgodności tkankowej klasy I (MHC-I) i cząsteczki kostymulujące serii B7 (głównie CD80), niezbędne do rozpoznania antygenów nowotworowych przez układ immunologiczny [13,15].
Perspektywy leczenia szczepionką anty-IGF-I w nowotworach układu moczowego
Od lat badany jest udział IGF-I w karcinogenezie raka nerki i pęcherza moczowego. Postuluje się udział IGF-I np. w patogenezie raka przejściowonabłonkowego dróg moczowych, gdyż w hodowlach doświadczalnych komórki tego raka wykazują ekspresję receptora dla IGF-I [21]. Od lat potwierdzony jest znamienny udział insulinopodobnego czynnika wzrostu w karcinogenezie guza Wilmsa. Jest to oczywiste wobec faktu, że w guzie Wilmsa ma miejsce mutacja an-tyonkogenu WT1. represora genów dla czynników wzrostu i dla receptora IGF 1R [2 2 j. Brak natomiast dowodów na znaczący udział IGF-I w patogenezie jasnokomórkowego raka nerki i raka pęcherza moczowego.
Perspektywy leczenia szczepionką anty-IGF-I w raku gruczołu krokowego
Istnieją liczne doniesienia o roli IGF-I w karcinogenezie gruczołu krokowego, uwzględniające zarówno szczegółowe dane epidemiologiczne, jak i prawdopodobny mechanizm molekularny działania tego czynnika [17]. Przyjmuje się. że IGF-I uczestniczy w inicjacji, progresji i powstawaniu przerzutów raka stercza, zaś jego blokowanie może mieć kluczowe znaczenie w zwalczaniu choroby [23]. W modelach doświadczalnych linie komórkowe raka stercza w mechanizmie wzajemnego sprzężenia dodatniego syntetyzowały znaczne ilości IGF-I oraz jego receptora. Blokując to sprzężenie można było powstrzymać wzrost nowotworu [24]. Ekspresję IGF-I i jego receptorów wykazano przy tym zarówno dla raka gruczołu krokowego, jak i dla łagodnego rozrostu stercza [25]. Co więcej, ustalono, że na powierzchni komórek raka stercza, w porównaniu z komórkami prawidłowymi, spada ekspresja antygenów układu MHC klasy I oraz cząsteczek kostymulujących serii B7 [26].
Terapia genowa i immunogenoterapia raka gruczołu krokowego
W badaniach doświadczalnych nad terapią genową raka stercza początkowo posłużono się nośnikami (czyli wektorami) wirusowymi lub zmodyfikowanymi liposomami, w celu wykonania transfekcji (tj. wprowadzenia interesującego nas materiału genetycznego do komórek nowotworowych). Między innymi użyto replikujących warunkowo wirusów herpes, lizujących wybiórczo komórki raka [2 7]. WI fazie badań klinicznych znalazła się praca z transfekcją komórek nowotworowych stercza genem dla PSA, z zastosowaniem wirusa krowianki jako wektora. Uzyskano w ten sposób zahamowanie postępu choroby w 42% przypadków [28].
W szeregu prac doświadczalnych hamowano wzrost lub potencjał inwazyjny raka stercza w drodze transfekcji i, tym samym, restytucji antyonkogenów, wyjściowo zmutowanych lub nieobecnych w komórkach nowotworowych. Celem takiej terapii byłym. in. geny dla p53, p21, pi 6, kadhe-ryny E, receptora 2 czynnika wzrostu fibroblastów i niedawno odkrytego antyonkogenu - pHyde [2 71.
W raku stercza zastosowano też techniki antysensowe, zmierzające do zablokowania wybranych onkogenów. I tak, stosując antysens anty-c-myc, zahamowano w modelu zwierzęcym wzrost raka gruczołu krokowego in vitro i in vivo [29], Wyniki kliniczne wskazują, że udało się też spowolnić progresję choroby, dzięki zastosowaniu antysensu dla onkogenu bcl-2. Wzmożona ekspresja bcl-2 może być wykładnikiem oporności komórek raka na chemioterapię i wzrostu niezależnego od androgenów [30],
W dotychczasowych próbach immunogenoterapii raka stercza dokonano transfekcji komórek nowotworowych genami dla cytokin prozapalnych. W modelu raka stercza u szczurów wykazano, że szczepienie naświetlonymi komórkami nowotworowymi, transfekowanymi uprzednio genem
dla czynnika stymulującego tworzenie kolonii granulocytów imakrofagów (granulocyte-macrophage colony stimulating factor, GM-CSF), prowadziło do uwalniania GM-CSF i wydłużało życie zwierząt [ 31J. Metoda ta znalazła się w n fazie badań klinicznych: wykazano m. in. miejscowe nacieczenie zmiany przez komórki dendrytyczne i pojawienie się odpowiedzi immunologicznej skierowanej przeciw antygenom guza, po-średniczonej przez immunokompetenlne limfocyty T oraz B [32]. W podobnym modelu doświadczalnym z transfekcją genu dla interleukiny-2 stwierdzono, że IL-2 wywarła efekt korzystniejszy i silniej zaznaczony, niż GM-CSF [33]. W innych badaniach zastosowano transfekcje komórek nowotworowych wektorami adenowirusowymi zawierającymi geny dla IL-12, Fas-ligandu, czynnika martwicy guza (TNF) i interferonów [27]. Bardzo obiecującą metodą immunogenoterapii wydaje się być użycie autologicznych komórek den-drytycznych chorego, eksponowanych na antygeny nowotworowe [34]. W badaniach klinicznych zastosowano już swoisty antygen błonowy gruczołu krokowego (jirostate spe-cijk membrane antigen, PSMA) do stymulacji ex vivo komórek dendrytycznych chorego [35],
Genoterapiaraka stercza nie objęła natomiast, jak dotąd, hamowania ekspresji samego IGF-I. Blokowano jedynie eksperymentalny wzrost komórek nowotworowych tego narządu, stosując oligonukleotydy skierowane przeciw genowi dla jego receptora [36],
Przygotowanie szczepionki anty-IGF-I według opracowanej przez nas metody
Postępowanie (w uproszczeniu) jest następujące: tkanki stercza, pobrane śródoperacyjnie (około 1 g) lub podczas biopsji transrektalnej, umieszcza się niezwłocznie w podłożu zawierającym antybiotyki i 5% surowicę (fetal calf serum, FCS). Przenosi się je następnie na szalkę Petriego i po zmianie podłoża poddaje dezagregacji mechanicznej (tj. tnie na małe kawałki, długości ok. 1 mm), a następnie dezagregacji enzymatycznej. Otrzymaną z guza zawiesinę komórek nowotworowych wiruje się, zawiesza w podłożu zawierającym antybiotyki i wysiewa na szalki, dodając czynniki wzrostu w odpowiednim stężeniu.
Komórki hoduje się przez 3-4 tygodni w podłożu, w skład którego wchodzi m. in. surowica, czynniki wzrostu, antybiotyki i insulina. Po otrzymaniu odpowiedniej liczby komórek wykonuje się transfekcje z użyciem wektora zawierającego oligonukleotyd tripleks anty-IGF-I. Hodowlę przenosi się następnie do podłoża z higromycyną B. celem selekcji komórek transfekowanych. Komórki nietransfekowane giną. Udaną transfekcje wektora potwierdza się, barwiąc część kontrolną hodowli metodą x-galu (barwny produkt reakcji pojawia się w komórkach z dokonaną transfekcją, gdyż użyty do transfekcji wektor zawiera gen lacZ, odpowiedzialny za ekspresję odpowiedniego enzymu).
Komórki są hodowane przez kolejne 3-4 tygodnie, a po uzyskaniu odpowiedniej liczby, z ich części sporządza się szczepionkę. W tym celu około 1 miliona komórek nowotworowych naświetla się (50 radów, Co60, 30 minut) i zawiesza w 1 ml soli fizjologicznej. Tak przygotowaną szczepionkę podaje się trzykrotnie w odstępach 4-6 tygodni typowo podskórnie w okolicę ramieniową.Należy podkreślić, że do immuriogenoterapii tripleksem--anty-IGF-I można kwalifikować chorych w każdym stadium klinicznym raka gruczołu krokowego, a więc także w zaawansowanej postaci chorób. Immunogenoterapia ma charakter uzupełniający i nie zmienia zasadniczego leczenia właściwego dla stadium choroby. Tak więc zabieg operacyjny, radio- i hormonoterapię podejmuje się zgodnie z ogólnie przyjętymi zasadami, niezależnie od wykonanych szczepień. Warunkiem koniecznym jest otrzymanie odpowiedniej liczby komórek nowotworowych do hodowli.
Ocena kliniczna stanu chorego po szczepieniu obejmuje rejestrację wystąpienia, nasilenia i czasu trwania zmian miejscowych, pomiar tętna, ciśnienia tętniczego. OB, morfologii z rozmazem i CRR Odczyn immunologiczny (pojawienie się i jego natężenie) próbuje się ocenić pośrednio badaniem odsetka subpopulacji limfocytów krwi obwodowej w zakresie komórek T (CD3). B (CD19). NK (CD3-CD [16+56]+). limfocytów pomocniczych Th (CD4) oraz- co może mieć szczególne znaczenie w potencjalnej indukcji odpowiedzi immunologicznej - limfocytów cytotoksycznych (CD8).
Najważniejszym jednak zadaniem pozostaje obserwacja kliniczna chorych poddanych immunogenoterapii, aby wykluczyć ewentualne pojawienie się wznowy (u osób po radykalnym leczeniu) oraz ocenić brak lub wystąpienie częściowej/całkowitej remisji u pozostałych chorych.
Podsumowanie
Insulinopodobny czynnik wzrostu (IGF-I) pełni ważną rolę w karcinogenezie wielu narządów, w tym gruczołu krokowego. Uczestniczy w inicjacji, progresji lub powstawaniu przerzutów. Ekspresję IGF-I w komórkach nowotworowych można zahamować, transfekując je wektorami kodującymi sekwencje antysensowe dla transkryptu genu IGF-I lub techniką triple--helix (tripleksu), polegającą na przyłączeniu komplementarnego oligonukleotydu do odcinka promotorowego genu IGF-I. Stosując tę metodę w genoterapii glejaka mózgu i raka wątroby, uzyskano obiecujące wyniki. Transfekowane komórki nowotworowe wykazały wzrost ekspresji powierzchniowej antygenów MUC klasy 1 i cząsteczek kostymulujących serii B7, co prowadziło do indukcji odpowiedzi immunologicznej.
Autorzy podjęli obecnie próby kliniczne w Katedrze i Klinice Urologii oraz Katedrze i Zakładzie Genoterapii Akademii Medycznej w Bydgoszczy (Szpital Kliniczny im. L. Rydygiera), mające na celu zastosowanie tripleksu w immunogenoterapii raka stercza.