Rollen af carcinoembryonalt antigen i levermetastaser og terapeutiske metoder
Abstract
Metastaser er en yderst kompliceret og sekventiel proces, hvor primær cancer spredes til sekundære organiske steder. Leveren er et velkendt metastatisk organ fra colorectal cancer. Carcinoembryonalt antigen (CEA) er udtrykt i de fleste gastrointestinale, bryst- og lungekræftceller. Overekspression af CEA er tæt forbundet med levermetastaser, som er hovedårsagen til dødsfald som følge af kolorektal cancer. CEA anvendes i vid udstrækning som en diagnostisk og prognostisk tumormarkør hos kræftpatienter. Det påvirker mange trin i levermetastasering fra kolorektalcancerceller. CEA hæmmer cirkulerende kræftcelledød. CEA binder også til det heterogene nukleare RNA-bindingsprotein M4 (hnRNP M4), et Kupffercellereceptorprotein, og aktiverer Kupffercellerne til at udskille forskellige cytokiner, der ændrer mikromiljøerne for overlevelse af kolorektalcancerceller i leveren. CEA aktiverer også celleadhæsionsrelaterede molekyler. Den tætte sammenhæng mellem CEA og kræft har tilskyndet til udforskning af mange CEA-målrettede tilgange som kræftbekæmpende terapeutika. En forståelse af CEA’s detaljerede funktioner og mekanismer i forbindelse med levermetastaser vil give store muligheder for at forbedre metoderne til bekæmpelse af kolorektal cancer. I denne rapport gennemgås CEA’s rolle i levermetastaser og CEA-målrettede kræftbekæmpelsesmetoder.
1. Indledning
Kolorektal cancer (CRC) er et sundhedsproblem i de fleste industrialiserede lande på verdensplan. Globalt set er det den tredje mest almindelige årsag til kræftrelaterede dødsfald . Ifølge World Cancer Research Fund International (http://www.wcrf.org) blev der i 2012 diagnosticeret ca. 1,4 millioner nye tilfælde af CRC. CRC diagnosticeres i næsten 10 % af alle kræfttilfælde efter lungekræft (13 %) og brystkræft (12 %) og er den tredje mest almindelige kræftform hos mænd og den næstmest almindelige kræftform hos kvinder. Sydkorea har den højeste diagnosticeringsrate for CRC (45 personer pr. million), efterfulgt af Slovakiet (42,7 personer pr. million) og Ungarn (42,3 personer pr. million). Omkring 54 % af tilfældene forekommer i de mere udviklede lande. Den højeste forekomst af CRC er rapporteret i Oceanien og Europa, mens den laveste forekomst er i Afrika og Asien. Forekomsten og diagnosticeringen af CRC er gradvist steget som følge af ændrede kostvaner og den stigende forekomst af fedme og rygning . Hovedårsagen til CRC-relateret død er levermetastaser, som forekommer hos 20-70 % af patienterne afhængigt af kræftforløbet . Kun en lille del af levermetastaserne kan håndteres med de nuværende terapeutiske behandlinger.
Carcinoembryonalt antigen (CEA, også kendt som CEACAM5 eller CD66e) blev opdaget i maligne tumorer af endodermalt afledt epithel i mave-tarmkanalen og bugspytkirtlen . Siden CEA blev opdaget for næsten fem årtier siden, er det blevet afsløret, at det er overudtrykt i størstedelen af humane karcinomer . CEA har immunoglobulinlignende strukturelle egenskaber og mange glykosyleringsmodifikationssteder . Den tætte sammenhæng mellem CRC og CEA-ekspression har fået CEA til at blive anvendt som tumormarkør . Måling af CEA-niveauet i serum er klinisk nyttig og pålidelig til diagnosticering af CRC. Forhøjelse af CEA-niveauet er en prognostisk indikator for CRC-patienters tilstand . Ved CRC er det vigtigste metastaseringssted leveren . CEA-overekspression er forbundet med levermetastase . CEA hjælper også flere trin i CRC-relateret levermetastase . Især fem aminosyrer (Pro-Glu-Leu-Pro-Lys, PELPK), der findes mellem N- og A1-domænet af CEA, er kritiske for levermetastase .
CEA påvirker levermetastase hovedsagelig gennem tre trin. I det første trin beskytter CEA cirkulerende tarmkræftceller mod død i blodet . Når cellerne løsrives fra væv, induceres anoikis-medieret celledød. CEA kan imidlertid forhindre cirkulerende celledød ved at hæmme anoikis. I det andet trin binder CEA sig til det heterogene nukleare RNA-bindingsprotein M4 (hnRNP M4), et Kupffercellereceptorprotein . Kupfferceller er makrofager, der beskytter leveren. Efter CEA-bindingen til hnRNP M4 ændrer Kupffer-cellerne leverens mikromiljøer til fordel for CRC-celler, hvilket øger sandsynligheden for metastase . I det tredje trin opregulerer CEA celleadhæsionsmolekyler med henblik på metastase .
Og selv om et væld af eksperimentelle og kliniske data har dokumenteret CEA’s vigtige roller i levermetastase fra CRC-celler, er de detaljerede mekanismer for CEA-medieret levermetastase endnu ikke blevet belyst. På grund af den tætte forbindelse mellem CEA og levermetastase har man forsøgt at anvende forskellige terapeutiske metoder, der kan blokere CEA’s funktion. Denne gennemgang vil fokusere på den nuværende viden om den CEA-medierede regulering af levermetastaserende trin og CEA-målrettede tilgange til kræftbehandling.
2. CEA
CEA er medlem af immunoglobulin (Ig)-superfamilien af proteiner. Den humane CEA-genfamilie indeholder 29 gener/pseudogener, hvoraf 18 udtrykkes . Flere gener i CEA-genfamilien udtrykkes også hos andre pattedyr, herunder mus, rotter og hunde. CEA-genfamilien kan opdeles i tre grupper baseret på sekvensligheder og funktioner: CEA-relateret celleadhæsionsmolekyle (CEACAM) gruppen, graviditetsspecifikt glykoprotein (PSG) gruppen og pseudogen gruppen .
CEACAM-gruppen består af et enkelt N-terminalt domæne og højst seks disulfidforbundne interne domæner. Gruppen indeholder 12 proteiner (CEACAM1, 3-8, 16, 18-21) (figur 1). Deres N-terminale domæne ligner Ig’s antigengengenkendelsesdomæne. Andre domæner i CEACAM-gruppen ligner Ig-domæner af C2-typen . De ekstracellulære domæner i CEACAM-gruppen fungerer som homofile og heterofile cellulære adhæsionsmolekyler eller receptorer . Medlemmer af CEACAM-gruppen kan fungere som dimerer eller oligomerer med andre membranmolekyler, der har forskellige funktioner . CEACAM1, CEA (CEACAM5) og CEACAM6 er blevet undersøgt i forbindelse med kræftudvikling . I modsætning til CEA og CEACAM6 har CEACAM1 et transmembrandomæne og har alternative splejsningvarianter. Ekspressionsforholdet mellem den lange (CEACAM1-L) og den korte (CEACAM1-S) CEACAM1-isoform hænger sammen med tumorigenese .
Levermetastase har været nærmest forbundet med CEA. Molekylvægten af CEA-protein i normale celler er 72 kDa. Der er imidlertid påvist CEA med en molekylvægt på ca. 180 til 200 kDa i kræftcellelinjer og hos patienter, hvilket afspejler de mange glykosyleringsmodifikationssteder og de forskellige glykosyleringsmønstre i kræftceller . Der er ikke rapporteret om andre modifikationssteder ud over glykosylering. CEA er et glycophosphatidylinositol- (GPI-) forbundet membranforankringsprotein, som er eksponeret på celleoverfladen, der vender ud mod den ekstracellulære matrix. CEA’s membranforankringsregion kan spaltes af phospholipase C og phospholipase D. De spaltede produkter er opløselige og cirkulerer gennem blodkarrene. CEA kan således være til stede som sekreterede og celleoverfladeforankrede former.
CEA er funktionelt forbundet med cellulær interaktion, celleadhæsion, immunrespons, anoikisresistens og fremme af levermetastase . CEA overekspression er forbundet med mange typer kræftformer, herunder gastrointestinale, respiratoriske og genitourinære systemer og brystkræft . CEA er til stede i den apikale membran i normalt væv, men er overeksprimeret i CRC og optager hele overfladen af cellemembraner hos patienter med kolorektal cancer .
CEA er en af de ældste og mest udbredte tumormarkører til overvågning af tumorrecidiv efter kirurgisk resektion og prognose . En lille stigning i CEA-niveauet kan være forudsigende for recidiv efter kurativ kirurgi for CRC op til et år før indtræden af kliniske symptomer . Fremskridt inden for nye billeddannelses- og målretningsteknikker har afsløret andre tumormarkører . CEA er dog fortsat den mest pålidelige og følsomme biomarkør for CRC. CEA-ekspressionsniveauet i serum er en vigtig faktor i forbindelse med inddeling af tarmkræft i stadier og i forbindelse med beslutningstagning om fremtidige terapeutiske strategier . CEA-protein- og mRNA-ekspressionsniveauer i serum er nyttige tidlige markører for recidiv hos patienter med bugspytkirtelkræft og CRC. Der kan forekomme forøgelser af CEA i serum på 50-60 % . CEACAM1, CEACAM6 og NCA-90 anvendes også prognostisk til at forudsige tumorrecidiv af bryst-, lunge- og colorectalcancer .
CRC-relateret og overeksprimeret CEA cirkulerer gennem blodkarrene og kommer ind i leveren. Der påvirker det sandsynligvis flere trin i levermetastasering. CEA beskytter mod anoikis-medieret celledød fra cirkulerende CRC-celler. CEA kan også påvirke lungemetastase. Denne gennemgang vil fokusere på CEA’s rolle i overlevelsen af CRC-celler i levervæv og i levermetastase fra kolorektal cancer.
3. CEA og levermetastase
Metastase er en proces i flere trin, hvor maligne celler spredes fra det oprindelige tumororgansted for at kolonisere fjerntliggende organsteder . Den metastatiske kaskade omfatter meget komplicerede cellebiologiske begivenheder. For at metastasere skal kræftceller udholde strenge stimuli fra nabomiljøer og gennemgå en række trin. Disse trin omfatter lokal invasion af kræftceller i den omgivende ekstracellulære matrix (ECM) og stromale cellelag, intravasation i blodkar, overlevelse og cirkulation i blodkar, arrest på fjerntliggende organområder, ekstravasation i parenkymet i fjerntliggende væv, indledende overlevelse i fremmede mikromiljøer og genoptagelse af proliferation på metastaserede områder for at skabe makroskopiske og klinisk påviselige neoplastiske vækster .
Theoretisk set kan cirkulerende kræftceller, der stammer fra den primære kræftsygdom, spredes og overleve i en lang række sekundære væv og organer. Der er imidlertid kun blevet rapporteret om metastase i en begrænset delmængde af målorganer . Værtens mikromiljøer kan være en af de vigtige faktorer og væsentlige determinanter for kræftcellers overlevelse i fremmede væv. Kræftceller, der stammer fra et bestemt organ, kan have foretrukne mål for metastase. De vigtigste organer for CRC-metastase er lever og lunge, mens de vigtigste organer for brystkræftmetastase er knogler, lunge, lever og hjerne . Næsten 80 % af de metastaser, der opstår i CRC, er rettet mod leveren. CRC spreder sig sjældent til knoglerne . Under metastasering får kræftcellerne evnen til at ændre mikromiljøet for at fremme deres overlevelse i sekundære organer. Inflammatoriske reaktioner produceret af tilstødende stromaceller eller makrofager, der rekrutteres af kræftceller, er de vigtigste faktorer for cellernes overlevelse i fremmede væv og den efterfølgende metastasering . Mange immunrelaterede genekspressionsniveauer påvirkes af metastase.
Der er blevet dokumenteret en direkte sammenhæng mellem CEA-produktion og levermetastatisk potentiale for humane tarmkræftceller . Injektion af CEA i mus forud for injektion af svagt metastatiske kræftceller kan øge levermetastase af de injicerede celler . Svagt metastatiske tarmkræftcellelinjer kan blive stærkt metastatiske efter transfektion med CEA cDNA . Omvendt kan hæmning af CEA-ekspression reducere levermetastatiske potentialer hos CRC-celler . CEA har en aminosyreblok af Pro-Glu-Leu-Pro-Lys (PELPK), der er placeret på position 108-112 mellem N- og A1-domænets hængselområde i CEA. PELPK-penta-peptidaminosyresekvensen er CEA’s bindingsmotiv for Kupfferceller, som er forbundet med initiering af metastase og mesenkymal-epitheliumovergangen (MET) i levermetastase fra cirkulerende CRC-celler .
Indvirkningerne af CEA på levermetastase omfatter overlevelse af cirkulerende tumorceller i blodkar, aktivering af Kupfferceller ved binding til hnRNP M4, Kupffercellens membranprotein, ændrede levermikromiljøer og adhæsion og overlevelse af cirkulerende CRC-celler i leveren.
3.1. Overlevelse af cirkulerende tumorceller ved CEA
De fleste celler med undtagelse af cirkulerende blodrelaterede celler forbliver tæt på vævene. Dette muliggør en effektiv kommunikation mellem tilstødende celler og ECM for at levere vigtige signaler til vækst og overlevelse. Når cellerne løsriver sig fra ECM, mister de den normale celle-matrix-interaktion og cellepolaritet. De kan undergå anoikis, en apoptoseproces, der induceres ved, at forankringsafhængige celler løsrives fra det omgivende miljø eller ECM . Metastase i fjerntliggende sekundære organer kræver, at tumorcellerne overvinder den anoikis-medierede celledød og overlever i blodkarrene.
Anoikis-medieret celledød er forbundet med tab af integrin-medieret celleadhæsionssignalering . Aftagne celler kan producere tumornekrosefaktor- (TNF-) relateret apoptose-inducerende ligand (TRAIL), TRAIL-R2-liganden og dødsreceptor 5 (DR5), et nøgleprotein for anoikis i koloncancercellelinjer . CEA på celleoverfladen kan beskytte kræftceller mod anoikis hos CRC-patienter ved at binde direkte til DR5 og dermed blokere for celledødssignaler i cirkulerende tumorceller . PELPK-penta-peptidet i CEA er også afgørende for CEA’s binding til DR5; bindingen hæmmer DR5-medierede nedstrøms celledødssignaltransduktioner .
Celleoverfladen CEA kan også interagere direkte med transformerende vækstfaktor-β (TGF-β) type I-receptor (TBRI) . Interaktionen ændrer den nedstrøms TGF-β-signalvej og øger tumorcelleproliferationen . I modsætning til interaktionen mellem CEA og DR5 er det uklart, om PELPK-sekvensen er involveret i interaktionen mellem CEA og TBRI.
CEACAM6 beskytter også mange typer af cellelinjer mod apoptose og anoikis . CEACAM1 er forbundet med apoptose i bryst- og tyktarmskræftcellelinjer . CEA og CEACAM6 er antiapoptotiske funktionelle proteiner, mens CEACAM1 deltager i apoptose . Den molekylære karakter af disse omvendte funktioner er uklar.
3.2. Arrest af cirkulerende tumorceller i leveren ved binding af CEA til hnRNP M4 i Kupffer-celler og aktivering af Kupffer-celler med CEA for levermetastase
I den metastatiske kaskade arresteres cirkulerende tumorceller i fjerntliggende organer. Først vil de støde på makrofager, der produceres ved differentiering af monocytter i væv. Både monocytter og makrofager har fagocytiske egenskaber. Makrofagernes vigtigste rolle er fagocytose, en proces, hvor de opsluger og fordøjer celleaffald eller patogener. Det beskytter i sidste ende parenkymvæv mod stimuli og skader. Makrofager stimulerer også lymfocytter og andre immunceller til at reagere på patogener . Kupfferceller er hepatiske makrofager, der er placeret i de hepatiske sinusoider gennem portalkredsløbet. Kupffercellerne vender ud mod det sinusoidale lumen og er i direkte kontakt med portalkredsløbet. Cellerne fjerner kemiske forbindelser og døde eller beskadigede celler, eliminerer bakterier og beskytter leveren mod invasion af tumorceller . Forhøjede niveauer af cirkulerende CEA, der udskilles fra CRC-celler, kan aktivere Kupffercellens funktioner, hvilket er et kritisk skridt i levermetastaseringen af CRC-celler.
Kupfferceller udtrykker hnRNP M4-protein. Proteinet er en CEA-receptor og er ubiquitært udtrykt. Det lokaliseres normalt i kernen. Kupfferceller, andre terminalt differentierede makrofager som f.eks. alveolære lungemakrofager og nogle kræftceller, herunder den humane CRC-cellinje HT29, udtrykker hnRNP M4 på celleoverfladen . Det er ukendt, hvad der orienterer hnRNP M4 til celleoverfladen. Kupfferceller udtrykker to alternative splejsningsvarianter af hnRNP M4. Begge binder sig til CEA . De vigtigste roller, som hnRNP spiller, er regulering af mRNA-processering, alternativ splejsning, mikroRNA-biosyntese og mRNA-transport til cytoplasmaet fra kernen . Derimod har hnRNP M4 en unik funktion i Kupffer-celler og alveolære lungemakrofager som en receptor for CEA . PELPK-peptidsekvensen i CEA er vigtig for bindingen til hnRNP M4 . Der er ikke fundet andre proteiner, der indeholder PELPK-sekvensen, som reagerer med hnRNP M4.
Kupfferceller kan fjerne cirkulerende CEA i blodet. Navnlig begynder lever- eller lungemetastase fra CRC-celler med bindingen med CEA og hnRNP M4-medieret cellulær optagelse af CEA. Patienter, der producerer PELPK-mutant CEA, har meget høje CEA-niveauer i serum. Desuden viser det muterede CEA en lavere clearance fra cirkulationen i forsøgsdyr , hvilket indikerer, at PELPK er vigtig for bindingen af CEA med hnRNP M4 og den cellulære optagelse i Kupfferceller.
Kupfferceller aktiveres ved interaktion med CEA. De aktiverede celler inducerer overekspression af cytokiner og ændrer mikromiljøet for at tillade cirkulerende kolorektal tumorceller at overleve i leveren . Aktiverede Kupffer-celler producerer en række cytokiner, kemokiner, proteiner og metabolitter. Disse omfatter interleukin- (IL-) 1-α, IL-1-β, IL-6 og IL-10; interferon-γ (IFN-γ); TGF-β; TNF-α; platelet-aktiverende faktor (PAF); monocyte kemotaktisk protein-1 (MCP-1); makrofaginflammatorisk protein (MIP-1); matrixmetalloproteinase- (MMP-) 1, MMP-7 og MMP-13; ilt- og nitrogenarter, herunder superoxid, hydrogenperoxid og nitrogenoxid; og lipidmetabolitterne prostaglandin D2 og E2 . Interleukiner og TNF-α er særligt vigtige cytokiner for aktivering af Kupfferceller. Deres produktion i lokaliserede mikromiljøer i den hepatiske sinusoid har forskellige biologiske virkninger .
Celleadhæsion er afgørende for, at cirkulerende tumorceller kan fastholdes og overleve i fjerntliggende sekundære organer. Kupfferceller, der aktiveres ved binding af CEA, kan producere IL-1-β og TNF-α, som kan øge adhæsionen af CRC-celler til endothelceller . Generering af cytokiner fra humane Kupffer-celler resulterer i overekspression af celleadhæsionsmolekyler såsom ICAM-1, VCAM-1 og E-selectin i endotelceller, som kan påvises i et multicell-kokultursystem inkuberet med CEA-producerende tarmkræftceller, Kupffer-celler og endotelceller .
Arrest af cirkulerende tumorceller i leveren kan øge produktionen af nitrogenoxid (NO) og reaktive oxygenarter (ROS) for at fjerne tumorcellerne. NO og ROS har vigtige roller i makrofagmedieret immunitet . De påvirker kræftrelaterede cellulære funktioner som celleoverlevelse, intravasation og angiogenese. Regulering af NO-niveauet er et klinisk vigtigt middel til at kontrollere udviklingen af kræft . NO og ROS påvirker leveren negativt, hvilket resulterer i immunforsvarsmedieret død af CRC-celler . CEA-aktiverede Kupffer-celler kan frigive det antiinflammatoriske cytokin IL-10, som er vigtigt for tumorcellers overlevelse på grund af hæmning af opregulering af inducerbar nitrogenoxidsyntase og produktion af NO og ROS . IL-6, der udskilles af aktiverede Kupfferceller, kan fremme metastase gennem hepatocytvækstfaktor (HGF) . Der er blevet rapporteret om en korrelation mellem CEA- og IL-6-ekspressionsniveauet i serum fra CRC-patienter .
Levermetastase i CRC kræver, at der gennemføres en række trin. Cirkulerende CRC-celler, der udtrykker CEA, kan blokere anoikis i blodet. De kan støde på Kupffer-celler i leveren og ændre levermikromiljøet for at fremme etableringen af en tumor. Hvordan CEA påvirker de mange trin i levermetastase, f.eks. hvordan CEA-interaktion med Kupffer-celler inducerer signaltransduktion og aktiverer cellerne, er fortsat uklart.
3.3. Aktivering af celleadhæsionsrelaterede proteiner ved CEA
Celle-til-celle-adhæsion er afgørende for kommunikationen med naboceller og vævsarkitekturer. CEA, der er til stede som et GPI-linked membranforankringsprotein, fungerer som et celle-til-celle-adhæsionsmolekyle, der forbinder epithelcellemembraner og i celleklumpning . GPI-linked CEA påvirker også intercellulær adhæsion gennem antiparallel reciprok selvinteraktion. CEA fungerer som et celleadhæsionsmolekyle gennem den homofile interaktion mellem CEA og CEA eller CEA og CEACAM1 eller ved heterofil interaktion mellem CEACAM6. For homofile og heterofile interaktioner er der behov for et samspil mellem N-domænet og variable Ig-domæner og A3B3-domænet i modparten CEA . Dette fænomen er en unik egenskab ved CEA . Selv om A3B3-domænets funktioner ikke er fuldt ud karakteriseret, findes der 28 asparaginbundne højt glykosylerede steder i A3B3-domænet . Det er uklart, om disse modifikationer er vigtige for den antiparallelle gensidige selvinteraktion.
Celoverfladen CEA forstyrrer vævsarkitekturen og hæmmer differentiering og anoikis gennem aktivering med integrin-signalvejen . I cellemembranen kolokaliseres GPI-linked CEA og α5β1 integrin. α5β1-integritin er den vigtigste receptor for ECM. Således øger dets kolokalisering med CEA cellernes binding til fibronectin og aktiverer downstream-signaler gennem regulering af PI3K- og AKT-aktivitet . N-domænedeletionsmutanten af CEA er ude af stand til at selvbinde eller klynge sig, mens N-domænedeletionsmutanten CEA kan kolokalisere med α5β1-integritin på celleoverfladen . Disse resultater tyder på, at N-domænet af CEA er unødvendigt for kolokalisering af CEA og α5β1 integrin.
Glykosylering er en af de mest hyppige posttranslationelle modifikationer af proteiner. Glykosylerede proteiner har kritiske roller i tumorceller . Glykosyltransferaseoverekspression er et tumor kendetegn og kan bruges som en tumormarkør . Glykosyleringsmodificeret CEA udtrykkes i høj grad i tarmkræfttumorer sammenlignet med normalt væv . Tumorspecifik glykosyleret CEA kan interagere med dendritiske cellerspecifikt intercellulært adhæsionsmolekyle-3-grabbing nonintegrin (DC-SIGN) . Denne interaktion formidles gennem DC-SIGN’s binding af Lewis(x) og Lewis(y), som er til stede i høje niveauer i CEA fra CRC-celler . Interaktion mellem tumor-CEA og DC-SIGN kan undertrykke tumorspecifikke immunresponser fra dendritiske celler med henblik på tumorudvikling. CEA-påvirkede biologiske begivenheder i levermetastaser er opsummeret i figur 2.
4. CEA-målrettede terapeutiske tilgange
Siden opdagelsen af, at overekspression af CEA er stærkt forbundet med CRC-progression og levermetastase, har man forsøgt at målrette CEA som en terapeutisk tilgang til kræftbekæmpelse. Der er blevet udviklet og klinisk undersøgt forskellige værktøjer, der er rettet mod CEA; disse omfatter vacciner , dendritiske celler og antistoffer.
Vacciner er blevet udviklet mest intensivt. Immunisering med vacciniavirus, der udtrykker rekombinant CEA, kan reducere væksten af tumorer, der er transduceret med CEA-genet i en syngeneisk musemodel, betydeligt . Vacciner er blevet udviklet med henblik på at fremkalde immunrespons mod tumorspecifikke antigener eller tumorassocierede antigener med det formål at hæmme udviklingen af kræftformer, der udtrykker et af disse antigener. Der er udviklet konstruerede vira eller DNA-vektorer, der udtrykker CEA, som vacciner til at fremkalde immunresponser mod CEA-eksprimerende kræftceller . Der er også blevet udviklet vacciner baseret på dendritiske celler ved at belaste dendritiske celler med CEA-peptid eller mRNA for at fremkalde CEA-specifikke T-celleresponser . Rekombinant virus- eller DNA-baserede og dendritiske cellebaserede vacciner har vist et stærkt immunrespons over for CEA, hvilket har resulteret i forsinket tumorprogression og forlænget overlevelse hos nogle kræftpatienter . I denne undersøgelse lykkedes det imidlertid ikke at fjerne tumorer ved vaccination i de fleste tilfælde, sandsynligvis på grund af den hæmmende virkning af tumormikromiljøet på immunresponset. Derfor er der behov for sambehandling med lægemidler, der kan hæmme de immunosupprimerende virkninger, for at optimere effekten af kræftvacciner.
CEA-specifikke antistofbaserede tilgange er også blevet undersøgt intensivt for at hæmme kræftprogression. Forskellige målspecifikke antistoffer er blevet udviklet som lægemidler. Mange af dem, især dem mod kræft og gigt, er allerede kommercielt tilgængelige og populære. CEA-specifikke antistoffer kan effektivt hæmme kræftfremskridt og metastase i dyremodeller . Behandling med CEA-specifikke antistoffer alene har vist minimale virkninger i kliniske forsøg, hvilket højst sandsynligt skyldes deres ringe tumorpenetration og hurtige clearance af antistoffer med høj affinitet med frit cirkulerende CEA . For at øge de kræftbekæmpende virkninger er CEA-antistoffer blevet konjugeret med forskellige molekyler, såsom radioisotoper, immunotoksiner, cytokiner og cytotoksiske enzymer . Nyligt udviklede kombinationsregimer anvendte CEA- og T-cellebispecifikke antistoffer eller bispecifikke antistoffer kombineret med antistoffer mod immunkontrolpunktmolekyler, herunder anti-PD-1- eller anti-PD-L1-antistoffer . De kombinerede tilgange viste mere effektive kræftbekæmpende virkninger i kliniske undersøgelser ved at maksimere rekrutteringen af T-celler og dræbe tumorer.
Trods de forskellige værktøjsbaserede CEA-målrettede kræftbekæmpende tilgange er tumor-målrettede og tumor-undertrykkende aktiviteter stadig begrænsede. De mest effektive CEA-målrettede værktøjer er baseret på induktion af et immunrespons mod CEA. Derimod er der kun blevet udviklet få lægemidler, der er direkte rettet mod CEA. Der blev udviklet en ny terapeutisk tilgang til behandling af levermetastaser gennem identifikation af en antimetastatisk, CEA-specifik RNA-aptamer . En aptamer er en enkeltstrenget DNA- eller RNA-nukleinsyre, der kan binde sig til specifikke molekylære mål, herunder proteiner, kemikalier, ioner og celler. Det kan identificeres ved hjælp af in vitro udvælgelsesmetoder, der kaldes systematisk udvikling af ligander ved eksponentiel berigelse (SELEX) . Aptamere har terapeutiske fordele i forhold til antistoffer, herunder lille størrelse, høj affinitet og specificitet, indtrængning i tumorvæv, effektiv kemisk syntese og konjugering samt lav immunogenicitet . Aptamere har også fordelagtige egenskaber i forbindelse med kræftbehandling og billeddannelse, herunder hurtig tumoroptagelse, hurtig blodclearance og langvarig tilbageholdelse i tumoren . CEA-specifikke aptamerer kan specifikt binde sig til de førnævnte PELPK-penta-peptidaminosyrer, som spiller en vigtig rolle i forbindelse med levermetastase og anoikisresistens. Det er vigtigt, at en aptamer effektivt kan reducere mængden af levermetastaserende tumorer fra tarmkræftceller i musemodeller . Binding af en CEA-aptamer med PELPK-penta-peptidsekvensen kan hæmme CEA’s bindingsevne med hnRNP M4 eller DR5, hvilket blokerer levermetastase og giver kræftcellerne følsomhed over for anoikis. Desuden kan aptamer-specifik binding med CEA-protein og CEA-udtrykkende celleoverflade være nyttig som et værktøj til målretning og indfangning af celler, diagnosticering og molekylær billeddannelse. Anoikis-resistens hos cirkulerende kræftceller forårsaget af opregulering af CEA kan fremkalde lægemiddelresistens . Derfor kan CEA-målrettede aptamerer, der anvendes alene eller i kombination med kemoterapeutiske lægemidler, f.eks. en blanding af aptamer og lægemidler eller aptamer-lægemiddelkonjugater, være en gavnlig modalitet mod metastase.
5. Konklusion
Metastase er en stor hindring, der skal overvindes for at helbrede kræftformer. I modsætning til primære kræftformer er metastase-medieret spredning af sekundære kræftformer vanskelig at udrydde. De vender desuden let tilbage. Der er blevet bekræftet en sammenhæng mellem CEA-ekspression i kræftceller og metastase. PELPK-regionen mellem N- og A1-domænerne i CEA’s hængsleregion er vigtig for levermetastaser fra CRC. Det beskytter cirkulerende CRC-celler mod anoikis i blodkarrene og orkestrerer Kupffer-cellernes funktioner til at ændre levermikromiljøerne til et metastasevenligt miljø, hvilket fremmer kræftcellers overlevelse i leveren.
CEA-overekspression er forbundet med mange typer kræft. CRC-patienter viser høje ekspressionsniveauer af CEA. CEA anvendes som en tumormarkør efter kræftbehandling eller operation hos kræftpatienter. Overvågning og måling af det cirkulerende CEA-niveau er nyttigt i forbindelse med prognose og diagnose af patienter. Da CEA er et klinisk meningsfuldt mål på grund af dets stærke sammenhæng med kræftfremskridt, metastase og lægemiddelresistens, er der forskellige kliniske forsøg i gang for at udvikle forskellige værktøjsbaserede CEA-målrettede kræftmidler.
Detaljerne af, hvordan CEA hjælper levermetastase fra cirkulerende CRC-celler, er stadig vage. Ikke desto mindre har akkumulerede eksperimentelle data indikeret CEA’s vigtige roller i metastase og tumorigenese. Yderligere forståelse af detaljerede funktioner, mekanismer og regulering af CEA forventes at føre til udvikling af mere effektive modaliteter mod kræft.
Interessekonflikter
Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen konkurrerende interesser.
Anerkendelser
Denne undersøgelse blev støttet af bevillinger fra National Research Foundation of Korea fra Ministeriet for Videnskab, IKT og fremtidsplanlægning (2012M3A9B6055200, 2015R1A2A1A1A15054252).