A karcinoembryonális antigén szerepe a májmetasztázisban és a terápiás megközelítések
Abstract
A metasztázis egy rendkívül bonyolult és szekvenciális folyamat, amelyben az elsődleges rák másodlagos szerves helyekre terjed. A máj a vastagbélrák jól ismert metasztatikus szerve. A karcinoembrionális antigén (CEA) a legtöbb gasztrointesztinális, emlő- és tüdőrákos sejtben expresszálódik. A CEA overexpressziója szorosan összefügg a májmetasztázisokkal, amelyek a vastagbélrák okozta halálozás fő okai. A CEA-t széles körben használják diagnosztikai és prognosztikai tumormarkerként a rákos betegeknél. A vastagbélrákos sejtek májmetasztázisának számos lépését befolyásolja. A CEA gátolja a keringő rákos sejtek halálát. A CEA kötődik a heterogén nukleáris RNS-kötő fehérje M4-hez (hnRNP M4), egy Kupffer-sejt receptor fehérjéhez is, és aktiválja a Kupffer-sejteket különböző citokinek szekréciójára, amelyek megváltoztatják a kolorektális ráksejtek májban való túlélését elősegítő mikrokörnyezetet. A CEA aktiválja a sejtadhézióval kapcsolatos molekulákat is. A CEA és a rák közötti szoros összefüggés számos CEA-célzott megközelítés rákellenes terápiaként történő feltárását ösztönözte. A CEA részletes funkcióinak és mechanizmusainak megértése a májmetasztázisban nagyszerű lehetőségeket biztosít a vastagbélrák elleni rákellenes megközelítések fejlesztéséhez. Ebben a jelentésben a CEA májmetasztázisban betöltött szerepét és a CEA-t célzó rákellenes módszereket tekintjük át.
1. Bevezetés
A kolorektális rák (CRC) világszerte egészségügyi problémát jelent a legtöbb iparosodott országban. Globálisan ez a harmadik leggyakoribb oka a rák okozta halálozásoknak . A Nemzetközi Rákkutatási Világalap (http://www.wcrf.org) szerint 2012-ben körülbelül 1,4 millió új CRC esetet diagnosztizáltak. A CRC-t a tüdőrák (13%) és az emlőrák (12%) után az összes rákos megbetegedés közel 10%-ában diagnosztizálják, és a férfiaknál a harmadik, a nőknél pedig a második leggyakoribb rákos megbetegedés. Dél-Koreában a legmagasabb a CRC diagnosztizált aránya (45 fő/egymillió fő), ezt követi Szlovákia (42,7 fő/egymillió fő) és Magyarország (42,3 fő/egymillió fő). Az esetek mintegy 54%-a a fejlettebb országokban fordul elő. A CRC legmagasabb előfordulási gyakoriságát Óceániából és Európából jelentették, míg a legalacsonyabb előfordulási gyakoriságot Afrikában és Ázsiában. A CRC előfordulási és diagnosztizálási aránya fokozatosan emelkedett a táplálkozási szokások megváltozása, valamint az elhízás és a dohányzás növekvő gyakorisága miatt . A CRC-vel kapcsolatos halálozás fő oka a májmetasztázis, amely a rák progressziójától függően a betegek 20-70%-ánál fordul elő . A májmetasztázisoknak csak kis része kezelhető a jelenlegi terápiás kezelésekkel.
A rákos embrionális antigént (CEA, más néven CEACAM5 vagy CD66e) a gyomor-bél traktus és a hasnyálmirigy endodermális eredetű hámjának rosszindulatú daganataiban fedezték fel . A CEA közel öt évtizeddel ezelőtti felfedezése óta kiderült, hogy a humán karcinómák többségében túlreprezentált . A CEA immunglobulinszerű szerkezeti jellemzőkkel és számos glikozilációs módosítóhellyel rendelkezik . A CRC és a CEA expressziója közötti szoros kapcsolat miatt a CEA-t tumormarkerként használják . A CEA-szint mérése a szérumban klinikailag hasznos és megbízható a CRC diagnózisában. A CEA szintjének emelkedése a CRC betegek állapotának prognosztikai mutatója . CRC-ben az áttétképződés fő helye a máj . A CEA túlexpressziója májmetasztázishoz társul . A CEA a CRC-vel kapcsolatos májmetasztázis több lépését is segíti . Különösen a CEA N és A1 doménje között található öt aminosav (Pro-Glu-Leu-Pro-Lys, PELPK) kritikus szerepet játszik a májmetasztázisban .
A CEA elsősorban három lépésben befolyásolja a májmetasztázist. Az első lépésben a CEA megvédi a keringő vastagbélráksejteket a vérben történő elhalástól . Amikor a sejtek leválnak a szövetekről, anoikisz-mediált sejthalált indukálnak. A CEA azonban az anoikisz gátlásán keresztül megakadályozhatja a keringő sejthalált. A második lépésben a CEA kötődik a heterogén nukleáris RNS-kötő fehérje M4-hez (hnRNP M4), egy Kupffer-sejt receptor fehérjéhez . A Kupffer-sejtek a májat védő makrofágok. A CEA hnRNP M4-hez való kötődését követően a Kupffer-sejtek megváltoztatják a máj mikrokörnyezetét a CRC-sejteknek kedvezően, ami növeli az áttétképződés valószínűségét . A harmadik lépésben a CEA felszabályozza a sejtadhéziós molekulákat az áttétképzéshez .
Noha kísérleti és klinikai adatok sokasága dokumentálta a CEA fontos szerepét a CRC sejtek májmetasztázisában, a CEA által közvetített májmetasztázis részletes mechanizmusait még mindig nem sikerült tisztázni. A CEA és a májmetasztázis közötti szoros kapcsolat miatt különböző terápiás megközelítésekkel próbálkoztak, amelyek képesek blokkolni a CEA működését. Ez az áttekintés a májmetasztatikus lépések CEA-mediált szabályozásának jelenlegi ismereteire és a rákterápia CEA-célzott megközelítéseire összpontosít.
2. CEA
A CEA az immunglobulin (Ig) fehérje szupercsalád tagja. A humán CEA géncsalád 29 gént/pszeudogént tartalmaz, amelyek közül 18 expresszálódik . A CEA géncsalád számos génje más emlősökben, többek között egerekben, patkányokban és kutyákban is kifejeződik. A CEA géncsalád a szekvencia hasonlóságok és funkciók alapján három csoportra osztható: a CEA-val kapcsolatos sejtadhéziós molekula (CEACAM) csoport, a terhességi specifikus glikoprotein (PSG) csoport és a pszeudogén csoport .
A CEACAM csoport egyetlen N-terminális doménből és legfeljebb hat diszulfid-kötött belső doménből áll. A csoport 12 fehérjét tartalmaz (CEACAM1, 3-8, 16, 18-21) (1. ábra). N-terminális doménjük hasonló az Ig antigénfelismerő doménjéhez. A CEACAM-csoport többi doménje a C2-típusú Ig-doménekhez hasonló. A CEACAM-csoport extracelluláris doménjei homofil és heterofil sejtadhéziós molekulaként vagy receptorként működnek . A CEACAM-csoport tagjai dimerek vagy oligomerek lehetnek más membránmolekulákkal, amelyek különböző funkciókkal rendelkeznek . A CEACAM1, CEA (CEACAM5) és CEACAM6 csoportot a rák progressziójával kapcsolatban tanulmányozták . A CEA-tól és a CEACAM6-tól eltérően a CEACAM1 transzmembrán doménnel rendelkezik, és vannak alternatív splicing-változatai. A CEACAM1 hosszú (CEACAM1-L) és rövid (CEACAM1-S) izoforma expressziós aránya összefügg a tumorigenezissel .
A májmetasztázis a CEA-val áll a legszorosabb kapcsolatban. A CEA fehérje molekulatömege a normál sejtekben 72 kDa. A rákos sejtvonalakban és a betegekben azonban kb. 180-200 kDa molekulatömegű CEA-t mutattak ki, ami a rákos sejtek számos glikozilációs módosító helyét és eltérő glikozilációs mintázatát tükrözi . A glikoziláción kívül más módosító helyekről nem számoltak be. A CEA egy glikofoszfatidil-inozitol (GPI) kötésű, membránhorgonyzó fehérje, amely az extracelluláris mátrix felé néző sejtfelszínen helyezkedik el. A CEA membránhorgonyzó régióját foszfolipáz C és foszfolipáz D hasíthatja. A hasított termékek oldhatóak és keringenek az erekben. Így a CEA jelen lehet szekretált és sejtfelszíni lehorgonyzott formában is.
A CEA funkcionálisan összefügg a sejtkölcsönhatással, a sejtadhézióval, az immunválaszsal, az anoikisz-rezisztenciával és a májmetasztázis elősegítésével . A CEA overexpressziója számos ráktípushoz társul, beleértve a gasztrointesztinális, légzőszervi és urogenitális rendszer és az emlőrákot . A CEA jelen van a normál szövetek apikális membránjában, de a CRC-ben túlreprezentált, és a vastagbélrákos betegeknél a sejtmembránok teljes felszínét elfoglalja .
A CEA az egyik legrégebbi és legszélesebb körben használt tumormarker a tumor műtéti reszekció utáni kiújulás és a prognózis nyomon követésére. A CEA szintjének kis mértékű emelkedése akár egy évvel a klinikai tünetek megjelenése előtt is előre jelezheti a CRC kuratív műtétjét követő kiújulást . Az új képalkotó és célzási technikák fejlődése más tumormarkereket is feltárt . A CEA azonban továbbra is a CRC legmegbízhatóbb és legérzékenyebb biomarkere. A CEA expressziós szintje a szérumban fontos tényező a vastagbélrák stádiumbeosztásában és a jövőbeli terápiás stratégiákkal kapcsolatos döntéshozatalban . A CEA fehérje és mRNS expressziós szintje a szérumban hasznos korai markerek a hasnyálmirigyrák és a CRC betegek kiújulásának előrejelzésére. A szérum CEA 50-60%-os emelkedése előfordulhat . A CEACAM1, CEACAM6 és NCA-90 prognosztikai céllal az emlő-, tüdő- és vastagbélrák daganatos kiújulásának előrejelzésére is használatosak .
A CRC-vel kapcsolatos és túlreprezentált CEA az ereken keresztül kering és bejut a májba. Ott valószínűleg befolyásolja a májmetasztázis több lépését. A CEA véd a keringő CRC-sejtek anoikisz-mediálta sejthaláltól. A CEA a tüdőmetasztázisra is hatással lehet. Ez az áttekintés a CEA szerepére összpontosít a CRC sejtek túlélésében a májszövetben és a vastagbélrákból származó májmetasztázisban.
3. CEA és májmetasztázis
A metasztázis egy többlépcsős folyamat, amelyben a rosszindulatú sejtek a tumor eredeti szervi helyéről terjednek, hogy távoli szervi helyeket kolonizáljanak . A metasztatikus kaszkád nagyon bonyolult sejt-biológiai eseményeket foglal magában. Az áttétképződéshez a rákos sejteknek el kell viselniük a szomszédos környezetből érkező szigorú ingereket, és lépések sorozatán kell keresztülhaladniuk. Ezek a lépések magukban foglalják a rákos sejtek helyi invázióját a környező extracelluláris mátrixba (ECM) és a strómaszöveti sejtrétegekbe, intraváziót a vérerekbe, túlélést és keringést a vérerekben, megállást a távoli szervi helyeken, extravazációt a távoli szövetek parenchimájába, kezdeti túlélést az idegen mikrokörnyezetben, és a proliferáció újraindítását az áttétes helyeken, hogy makroszkopikus és klinikailag kimutatható neoplasztikus növekedéseket hozzanak létre .
Az elsődleges rákból származó, keringő rákos sejtek elméletileg képesek a legkülönbözőbb másodlagos szövetekben és szervekben disszeminálódni és túlélni. Metasztázisról azonban csak a célszervek korlátozott részhalmazában számoltak be . A gazdaszervezet mikrokörnyezete lehet az egyik fontos tényező és fő meghatározója a rákos sejtek idegen szövetekben való túlélésének. Az egy adott szervből származó rákos sejtek preferenciális célpontjai lehetnek az áttétképzésnek. A CRC metasztázis fő szervei a máj és a tüdő, míg az emlőrák által közvetített metasztázis fő szervei a csont, a tüdő, a máj és az agy . A CRC-ben előforduló áttétek közel 80%-a a májba irányul. A CRC ritkán terjed a csontra . Az áttétképzés során a rákos sejtek képessé válnak arra, hogy megváltoztassák a mikrokörnyezetet a másodlagos szervekben való túlélésük érdekében. A szomszédos stromasejtek vagy a rákos sejtek által toborzott makrofágok által kiváltott gyulladásos válaszok a legfontosabb tényezői a sejtek idegen szövetekben való túlélésének és a későbbi áttétképződésnek . Számos, az immunrendszerrel kapcsolatos génexpressziós szintet befolyásol az áttétképződés.
A CEA-termelés és a máj metasztatikus potenciálja között közvetlen kapcsolatot dokumentáltak humán vastagbélráksejtek esetében . A CEA injekciózása egerekbe a gyengén metasztatikus rákos sejtek beadása előtt növelheti az injektált sejtek májmetasztázisát . A gyengén metasztatikus vastagbélrák-sejtvonalak CEA cDNS-szel történő transzfekciót követően erősen metasztatikusakká válhatnak . Ezzel szemben a CEA-expresszió gátlása csökkentheti a CRC-sejtek májmetasztatikus potenciálját . A CEA egy Pro-Glu-Leu-Pro-Lys (PELPK) aminosavblokkot tartalmaz, amely a 108-112-es pozícióban található a CEA N és A1 domén csuklós régiója között. A PELPK penta-peptid aminosav szekvencia a CEA kötődési motívuma a Kupffer-sejtekhez, amely a keringő CRC-sejtekből származó májmetasztázisok metasztázisának megindulásával és a mesenchymalis-epithelialis átmenettel (MET) van kapcsolatban .
A CEA májmetasztázisra gyakorolt hatásai közé tartozik a keringő tumorsejtek túlélése a vérerekben, a Kupffer-sejtek aktiválása a hnRNP M4-hez, a Kupffer-sejtek membránfehérjéhez való kötődéssel, a megváltozott májmikrokörnyezet, valamint a keringő CRC-sejtek adhéziója és túlélése a májban.
3.1 . A keringő tumorsejtek túlélése a CEA által
A legtöbb sejt, kivéve a keringő vérrel kapcsolatos sejteket, a szövetek közelében marad. Ez lehetővé teszi a szomszédos sejtek és az ECM közötti hatékony kommunikációt a növekedéshez és túléléshez szükséges alapvető jelek biztosítása érdekében. Amikor a sejtek leválnak az ECM-ről, elveszítik a normális sejt-mátrix kölcsönhatásokat és a sejtpolaritást. Anoikisnak, az apoptózis folyamatának mehetnek át, amelyet a lehorgonyzásfüggő sejteknek a környező környezettől vagy az ECM-től való leválása indukál . A távoli másodlagos szervekben történő áttétképzéshez a tumorsejteknek le kell győzniük az anoikis által közvetített sejthalált és túl kell élniük az erekben.
Az anoikis által közvetített sejthalál az integrin által közvetített sejtadhéziós jelátvitel elvesztésével jár . A levált sejtek képesek tumor nekrózis faktor- (TNF-) kapcsolódó apoptózist indukáló ligandot (TRAIL), a TRAIL-R2 ligandot és a halál receptor 5 (DR5), az anoikisz kulcsfehérjét termelni vastagbélrákos sejtvonalakban . A sejtfelszíni CEA megvédheti a rákos sejteket az anoikizmustól a CRC betegeknél azáltal, hogy közvetlenül kötődik a DR5-höz, így blokkolja a keringő tumorsejtekben a sejthaláljeleket . A CEA PELPK penta-peptidje szintén kritikus a CEA DR5-höz való kötődésében; a kötődés gátolja a DR5 által közvetített downstream sejthalál jelátviteleket .
A sejtfelszíni CEA közvetlenül kölcsönhatásba léphet a transzformáló növekedési faktor-β (TGF-β) I. típusú receptorral (TBRI) is. A kölcsönhatás megváltoztatja a downstream TGF-β jelútvonalat és növeli a tumorsejtek proliferációját . A CEA és a DR5 közötti kölcsönhatástól eltérően nem világos, hogy a PELPK szekvencia részt vesz-e a CEA és a TBRI közötti kölcsönhatásban.
A CEACAM6 számos típusú sejtvonalat is megvéd az apoptózistól és az anoikizmustól . A CEACAM1 mell- és vastagbélrákos sejtvonalakban apoptózissal társul . A CEA és a CEACAM6 antiapoptotikus funkcionális fehérjék, míg a CEACAM1 részt vesz az apoptózisban. Ezeknek az inverz funkcióknak a molekuláris természete nem világos.
3.2 . A keringő tumorsejtek megállítása a májban a CEA hnRNP M4-hez való kötődése révén a Kupffer-sejtekben és a Kupffer-sejtek CEA általi aktiválása a májmetasztázisban
A metasztatikus kaszkádban a keringő tumorsejtek a távoli szervekben megállnak. Először a szövetekben a monociták differenciálódásával keletkező makrofágokkal találkoznak. Mind a monociták, mind a makrofágok fagocita tulajdonságokkal rendelkeznek. A makrofágok fő szerepe a fagocitózis, a sejttörmelékek vagy kórokozók elnyelése és megemésztése. Végül megvédi a parenchimaszöveteket az ingerektől és károsodásoktól. A makrofágok stimulálják a limfocitákat és más immunsejteket is, hogy reagáljanak a kórokozókra . A Kupffer-sejtek a máj makrofágjai, amelyek a portális keringésen keresztül a máj szinuszoidjaiban helyezkednek el. A Kupffer-sejtek a sinusoidális lumen felé néznek, és közvetlenül érintkeznek a portális keringéssel. A sejtek eltávolítják a kémiai vegyületeket és az elhalt vagy sérült sejteket, eltávolítják a baktériumokat, és védik a májat a tumorsejtek inváziójával szemben . A CRC-sejtekből szekretált keringő CEA emelkedett szintje aktiválhatja a Kupffer-sejtek funkcióit, ami kritikus lépés a CRC-sejtek májmetasztázisában.
A Kupffer-sejtek hnRNP M4 fehérjét expresszálják. A fehérje egy CEA-receptor és ubiquitikusan expresszálódik. Normális esetben a sejtmagban lokalizálódik. A Kupffer-sejtek, más terminálisan differenciált makrofágok, mint a tüdő alveoláris makrofágok, és néhány rákos sejt, köztük a HT29 humán CRC sejtvonal expresszálja a hnRNP M4 fehérjét a sejtfelszínen . Nem ismert, hogy mi irányítja a hnRNP M4-et a sejtfelszínre. A Kupffer-sejtek a hnRNP M4 két alternatív splicing-variáns formáját expresszálják. Mindkettő kötődik a CEA-hoz . A hnRNP fő szerepe az mRNS-feldolgozás, az alternatív splicing, a mikroRNS-bioszintézis és az mRNS sejtmagból a citoplazmába történő szállítása . Ezzel szemben a hnRNP M4 egyedülálló funkcióval rendelkezik a Kupffer-sejtekben és a tüdő alveoláris makrofágjaiban a CEA receptoraként . A CEA PELPK peptidszekvenciája fontos a hnRNP M4 kötődéséhez . Más, a hnRNP M4-gyel reagáló PELPK szekvenciát tartalmazó fehérjéket nem találtak.
A Kupffer sejtek képesek a vérben keringő CEA-t kiüríteni. Figyelemre méltó, hogy a CRC sejtekből származó máj- vagy tüdőmetasztázis a CEA-val való kötődéssel és a CEA hnRNP M4 által közvetített celluláris felvételével kezdődik. A PELPK mutáns CEA-t termelő betegeknek nagyon magas a szérum CEA-szintje. Ezenkívül a mutáns CEA alacsonyabb kiürülési arányt mutat a keringésből kísérleti állatokban , ami azt jelzi, hogy a PELPK fontos szerepet játszik a CEA hnRNP M4-gyel való kötődésében és a Kupffer-sejtek sejtes felvételében.
A Kupffer-sejteket a CEA-val való kölcsönhatás aktiválja. Az aktivált sejtek citokinek túlexpresszióját indukálják és megváltoztatják a mikrokörnyezetet, hogy a keringő kolorektális tumorsejtek túlélhessenek a májban . Az aktivált Kupffer-sejtek egy sor citokint, kemokint, fehérjét és metabolitot termelnek. Ezek közé tartozik az interleukin- (IL-) 1-α, IL-1-β, IL-6 és IL-10; interferon-γ (IFN-γ); TGF-β; TNF-α; trombocita-aktiváló faktor (PAF); monocita kemotaktikus protein-1 (MCP-1); makrofág gyulladásos fehérje (MIP-1); mátrix metalloproteináz (MMP-1), MMP-7 és MMP-13; oxigén- és nitrogénfajok, beleértve a szuperoxidot, a hidrogén-peroxidot és a nitrogén-oxidot; valamint a prosztaglandin D2 és E2 lipid-metabolitok. Az interleukinok és a TNF-α különösen fontos citokinek a Kupffer-sejtek aktiválásában. Termelődésük a májszinuszon belüli lokalizált mikrokörnyezetben különböző biológiai hatásokkal jár .
A sejtadhézió kritikus fontosságú a keringő tumorsejtek megállása és távoli másodlagos szervekben való túlélése szempontjából. A CEA megkötésére aktiválódó Kupffer-sejtek IL-1-β-t és TNF-α-t termelhetnek, amelyek fokozhatják a CRC-sejtek endotélsejtekhez való tapadását . A humán Kupffer-sejtekből származó citokinek előállítása a sejtadhéziós molekulák, például az ICAM-1, VCAM-1 és E-szelektin túlreprezentációját eredményezi az endotélsejtekben, ami kimutatható a CEA-t termelő vastagbélráksejtekkel, Kupffer-sejtekkel és endotélsejtekkel inkubált multicellás kokultúrás rendszerben .
A keringő tumorsejtek májban való megállítása növelheti a nitrogén-oxid (NO) és a reaktív oxigénfajok (ROS) termelését a tumorsejtek eltávolítása érdekében. Az NO és a ROS fontos szerepet játszik a makrofágok által közvetített immunitásban . Befolyásolják a rákhoz kapcsolódó sejtfunkciókat, mint például a sejtek túlélését, az intravasációt és az angiogenezist. Az NO szintjének szabályozása klinikailag fontos eszköz a rák progressziójának ellenőrzésére . Az NO és a ROS károsan hat a májra, ami a CRC sejtek immunválasz által közvetített halálát eredményezi . A CEA-aktivált Kupffer-sejtek felszabadíthatják a gyulladáscsökkentő citokint, az IL-10-et, amely fontos a tumorsejtek túlélésében az indukálható nitrogén-oxid-szintáz felszabályozásának és a NO és ROS termelésének gátlása miatt . Az aktivált Kupffer-sejtek által szekretált IL-6 elősegítheti az áttétképződést a hepatocita növekedési faktoron (HGF) keresztül . A CEA és az IL-6 expressziós szintje közötti korrelációról számoltak be a CRC-betegek szérumában .
A CRC májmetasztázisának kialakulásához egy sor lépés elvégzésére van szükség. A CEA-t expresszáló keringő CRC-sejtek blokkolhatják a vérben az anoikizmust. A májban találkozhatnak a Kupffer-sejtekkel, és megváltoztathatják a máj mikrokörnyezetét, hogy kedvezzenek a tumor kialakulásának. Az, hogy a CEA hogyan befolyásolja a májmetasztázis több lépését, például hogyan indukálja a CEA kölcsönhatása a Kupffer-sejtekkel a jelátvitelt és aktiválja a sejteket, továbbra is tisztázatlan.
3.3. A CEA és a Kupffer-sejtek közötti kölcsönhatás. A sejtadhézióval kapcsolatos fehérjék aktiválása a CEA által
A sejtek közötti adhézió kritikus fontosságú a szomszédos sejtekkel és a szöveti architektúrával való kommunikáció szempontjából. A GPI-hez kötött membránhorgonyzó fehérjeként jelenlévő CEA a sejtek közötti adhéziós molekulaként működik, amely összeköti a hámsejtek membránjait és a sejtek klasztereződésében . A GPI-hez kötött CEA a sejtek közötti adhéziót is befolyásolja antiparallel reciprok öninterakció révén. A CEA sejtadhéziós molekulaként működik a CEA-CEA homofil kölcsönhatás vagy a CEA és a CEACAM1 vagy a CEACAM6 heterofil kölcsönhatása révén. A homofil és heterofil kölcsönhatásokhoz az N-doménnek a változó Ig-doménnel és a másik CEA A3B3 doménjével való kölcsönhatása szükséges . Ez a jelenség a CEA egyedi jellemzője . Bár az A3B3 domén funkcióit még nem jellemezték teljes mértékben, az A3B3 doménben 28 aszparaginhoz kötött, erősen glikozilált hely található . Nem világos, hogy ezek a módosítások fontosak-e az antiparallel reciprok öninterakcióban.
A sejtfelszíni CEA az integrin jelútvonal aktiválásán keresztül megbontja a szöveti architektúrát és gátolja a differenciálódást és az anoikizmust . A sejtmembránban a GPI-hez kötött CEA és az α5β1 integrin kolokalizálódik. Az α5β1 integrin az ECM fő receptora. Így a CEA-val való kolokalizációja növeli a sejtek kötődését a fibronektinhez, és a PI3K és AKT aktivitás szabályozásán keresztül aktiválja a downstream jeleket . A CEA N-domén deléciós mutánsa nem képes önkötődésre vagy klasztereződésre, míg az N-domén deléciós mutáns CEA képes kolokalizálni az α5β1 integrinnel a sejtfelszínen . Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a CEA N-doménje nélkülözhetetlen a CEA és az α5β1 integrin kolokalizációjához.
A glikoziláció a fehérjék egyik leggyakoribb poszttranszlációs módosulása. A glikozilált fehérjék kritikus szerepet játszanak a tumorsejtekben . A glikoziltranszferáz túlexpresszió tumor jellemzője és tumormarkerként használható . A glikozilációval módosított CEA nagymértékben kifejeződik a vastagbélrákos daganatokban a normál szövetekhez képest . A tumorspecifikus glikozilált CEA kölcsönhatásba léphet a dendritikus sejt-specifikus intercelluláris adhéziós molekula-3 megragadó nemintegrinnel (DC-SIGN) . Ezt a kölcsönhatást a DC-SIGN Lewis(x) és Lewis(y) kötődésén keresztül közvetíti, amelyek nagy mennyiségben vannak jelen a CRC sejtek CEA-jában . A tumor CEA és a DC-SIGN kölcsönhatása elnyomhatja a dendritikus sejtek tumorspecifikus immunválaszait a tumor progressziója érdekében. A CEA által befolyásolt biológiai eseményeket a májmetasztázisban a 2. ábra foglalja össze.
4. CEA-célzott terápiás megközelítések
Mióta felfedezték, hogy a CEA túlterjedése erősen összefügg a CRC progressziójával és a májmetasztázis kialakulásával, kísérletet tettek a CEA célzott kezelésére mint rákellenes terápiás megközelítésre. Különböző CEA-t célzó eszközöket fejlesztettek ki és vizsgáltak klinikailag; ezek közé tartoznak a vakcinák , a dendritikus sejtek és az antitestek.
A legintenzívebben a vakcinákat fejlesztették. A rekombináns CEA-t expresszáló vaccinia vírussal történő immunizálás szignifikánsan képes csökkenteni a CEA génnel transzdukált tumorok növekedését egy szingénikus egérmodellben . Az oltóanyagokat úgy tervezték, hogy immunválaszt indukáljanak tumorspecifikus antigének vagy tumor-asszociált antigének ellen, azzal a céllal, hogy gátolják a bármelyik antigént kifejező daganatok progresszióját. CEA-t expresszáló mesterséges vírusokat vagy DNS-vektorokat fejlesztettek ki vakcinaként a CEA-t expresszáló rákos sejtek elleni immunválasz kiváltására. Dendritikus sejt alapú vakcinákat is kifejlesztettek, amelyek a CEA peptiddel vagy mRNS-szel töltött dendritikus sejteket CEA-specifikus T-sejtválaszok kiváltására használják . A rekombináns vírus- vagy DNS-alapú és dendritikus sejt-alapú vakcinák erős immunválaszt mutattak a CEA ellen, ami késleltetett tumorprogressziót és meghosszabbított túlélést eredményezett egyes rákbetegeknél . Ebben a vizsgálatban azonban a vakcinázás a legtöbb esetben nem távolította el a tumort, valószínűleg a tumor mikrokörnyezetének az immunválaszra gyakorolt gátló hatása miatt. Ezért a rák elleni vakcinák hatásának optimalizálásához olyan gyógyszerekkel való együttes kezelésre van szükség, amelyek képesek gátolni az immunszuppresszív hatásokat.
A rák progressziójának gátlására intenzíven tanulmányozták a CEA-specifikus antitest alapú megközelítéseket is. Különböző célpont-specifikus antitesteket fejlesztettek ki gyógyszerként. Ezek közül sok, különösen a rák és a reuma elleniek, már kereskedelmi forgalomban kaphatók és népszerűek. A CEA-specifikus antitestek hatékonyan képesek gátolni a rák progresszióját és metasztázisát állatmodellekben . A CEA-specifikus antitestekkel történő kezelés önmagában minimális hatást mutatott a klinikai vizsgálatokban, valószínűleg a gyenge tumorpenetráció és a nagy affinitású antitestek gyors kiürülése miatt a szabad keringő CEA-val . A rákellenes hatások fokozása érdekében a CEA antitesteket különböző molekulákkal, például radioizotópokkal, immunotoxinokkal, citokinekkel és citotoxikus enzimekkel konjugálták . A közelmúltban kifejlesztett kombinatorikus kezelések CEA és T-sejt bispecifikus antitesteket vagy bispecifikus antitesteket használtak immunellenőrző molekulák elleni antitestekkel kombinálva, beleértve az anti-PD-1 vagy anti-PD-L1 antitesteket . A kombinatorikus megközelítések a klinikai vizsgálatokban hatékonyabb rákellenes hatást mutattak a T-sejtek toborzásának és a tumorok elpusztításának maximalizálásával.
A változatos eszközalapú CEA-célú rákellenes megközelítések ellenére a tumorcélú és tumorelnyomó hatás még mindig korlátozott. A leghatékonyabb CEA-célzó eszközök a CEA elleni immunválasz indukcióján alapulnak. Ezzel szemben kevés, közvetlenül a CEA-t célzó gyógyszert fejlesztettek ki. A májmetasztázis elleni új terápiás megközelítést egy antimetasztatikus, CEA-specifikus RNS-aptamer azonosításával fejlesztették ki . Az aptamer olyan egyszálú DNS- vagy RNS-nukleinsav, amely képes specifikus molekuláris célpontokhoz, például fehérjékhez, vegyi anyagokhoz, ionokhoz és sejtekhez kötődni. A ligandok exponenciális dúsítással történő szisztematikus evolúciójának (SELEX) nevezett in vitro szelekciós módszerekkel azonosítható . Az aptaimerek terápiás előnyökkel rendelkeznek az antitestekkel szemben, beleértve a kis méretet, a nagy affinitást és specificitást, a tumorszövetbe való behatolást, a hatékony kémiai szintézist és konjugációt, valamint az alacsony immunogenitást . Az aptamerek a rákterápiában és a képalkotásban is előnyös tulajdonságokkal rendelkeznek, beleértve a gyors tumorfelvételt, a gyors kiürülést a vérből és a hosszú távú tumormegmaradást . A CEA-specifikus aptamer specifikusan képes kötődni a fent említett PELPK penta-peptid aminosavakhoz, amelyek fontos szerepet játszanak a májmetasztázisban és az anoikisz-rezisztenciában. Fontos, hogy az aptamer hatékonyan képes csökkenteni a vastagbélrákos sejtekből származó májmetasztatikus tumor térfogatát egérmodellekben . A CEA aptamer kötődése a PELPK penta-peptid szekvenciához képes gátolni a CEA kötődési képességét a hnRNP M4-hez vagy a DR5-höz, ami blokkolja a májmetasztázis kialakulását és anoikisz-érzékenységet ad a rákos sejteknek. Ezenkívül az aptamer-specifikus kötődés a CEA-fehérjéhez és a CEA-t expresszáló sejtfelszínhez hasznos lehet sejtcélzó és elfogó, diagnosztikai és molekuláris képalkotó eszközként. A keringő rákos sejtek anoikisz-rezisztenciája, amelyet a CEA felszabályozása okoz, gyógyszerrezisztenciát indukálhat . Ezért az önmagában vagy kemoterápiás gyógyszerekkel kombinálva alkalmazott CEA-célzó aptamer, például aptamer és gyógyszerek keveréke vagy aptamer-gyógyszer konjugátumok, jótékony modalitást jelenthet az áttétképzés ellen.
5. Következtetés
A metasztázis a rákos megbetegedések gyógyításának egyik legnagyobb akadálya. Az elsődleges rákos megbetegedésekkel ellentétben a másodlagos rákos megbetegedések metasztázisok által közvetített terjedését nehéz felszámolni. Ráadásul könnyen kiújulnak. A rákos sejtek CEA-expressziója és az áttétképződés között összefüggést igazoltak. A CEA csuklós régiójának N és A1 doménjei közötti PELPK régió fontos a CRC májmetasztázisában. Megvédi a keringő CRC-sejteket a vérerekben történő anoikizmustól, és hangszereli a Kupffer-sejtek funkcióit, hogy a máj mikrokörnyezetét metasztázisbarát környezetté változtassa, elősegítve a rákos sejtek túlélését a májban.
A CEA túlterjedése számos ráktípushoz társul. A CRC betegek a CEA magas expressziós szintjét mutatják. A CEA-t tumormarkerként használják daganatos betegeknél rákterápia vagy műtét után. A keringő CEA-szint nyomon követése és mérése hasznos a betegek prognózisában és diagnózisában. Mivel a CEA a rák progressziójával, áttétképződésével és gyógyszerrezisztenciájával való szoros korrelációja miatt klinikailag értelmes célpont, különböző eszközalapú CEA-célú rákellenes gyógyszerek kifejlesztésére folynak különféle klinikai kísérletek.
Még mindig homályosak annak részletei, hogy a CEA hogyan segíti a máj áttétképződését a keringő CRC-sejtekből. Mindazonáltal a felhalmozódó kísérleti adatok jelezték a CEA fontos szerepét az áttétképzésben és a tumorigenezisben. A CEA részletes funkcióinak, mechanizmusainak és szabályozásának további megértése várhatóan a rák elleni hatékonyabb módszerek kifejlesztéséhez vezet.
Érdekütközések
A szerzők kijelentik, hogy nincsenek egymással versengő érdekeltségeik.
Köszönet
Ezt a tanulmányt a Koreai Nemzeti Kutatási Alapítvány támogatásával a Tudományos, IKT és Jövőtervezési Minisztérium támogatta (2012M3A9B6055200, 2015R1A2A1A1A15054252).
M3A9B6055200, 2015R1A2A1A1A15054252).