Il ruolo dell’antigene carcinoembrionale nelle metastasi al fegato e gli approcci terapeutici
Abstract
La metastasi è un processo altamente complicato e sequenziale in cui il cancro primario si diffonde in siti organici secondari. Il fegato è un noto organo metastatico del cancro colorettale. L’antigene carcinoembrionale (CEA) è espresso nella maggior parte delle cellule tumorali gastrointestinali, del seno e del polmone. La sovraespressione del CEA è strettamente associata alle metastasi epatiche, che sono la principale causa di morte per il cancro colorettale. Il CEA è ampiamente utilizzato come marcatore tumorale diagnostico e prognostico nei pazienti con cancro. Colpisce molte fasi della metastasi epatica dalle cellule del cancro colorettale. Il CEA inibisce la morte delle cellule tumorali circolanti. Il CEA si lega anche alla proteina legante l’RNA nucleare eterogeneo M4 (hnRNP M4), una proteina recettore delle cellule di Kupffer, e attiva le cellule di Kupffer a secernere varie citochine che cambiano i microambienti per la sopravvivenza delle cellule del cancro colorettale nel fegato. Il CEA attiva anche le molecole legate all’adesione cellulare. La stretta correlazione tra CEA e cancro ha stimolato l’esplorazione di molti approcci mirati al CEA come terapia antitumorale. La comprensione delle funzioni dettagliate e dei meccanismi di CEA nelle metastasi epatiche fornirà grandi opportunità per il miglioramento degli approcci antitumorali contro i tumori colorettali. In questa relazione, vengono rivisti i ruoli del CEA nelle metastasi epatiche e le modalità antitumorali mirate al CEA.
1. Introduzione
Il cancro del colon-retto (CRC) è un problema di salute nella maggior parte dei paesi industrializzati del mondo. A livello globale, è la terza causa più comune di decessi legati al cancro. Secondo il World Cancer Research Fund International (http://www.wcrf.org), circa 1,4 milioni di nuovi casi di CRC sono stati diagnosticati nel 2012. Il CRC viene diagnosticato in quasi il 10% di tutti i tumori dopo il cancro ai polmoni (13%) e il cancro al seno (12%) ed è il terzo tumore comune negli uomini e il secondo nelle donne. La Corea del Sud ha il più alto tasso di diagnosi di CRC (45 persone per milione), seguita dalla Slovacchia (42,7 persone per milione) e dall’Ungheria (42,3 persone per milione). Circa il 54% dei casi si verifica nei paesi più sviluppati. L’incidenza più alta di CRC è riportata in Oceania e in Europa, mentre l’incidenza più bassa è in Africa e in Asia. I tassi di incidenza e diagnosi di CRC sono gradualmente aumentati a causa di un cambiamento nelle abitudini alimentari e la crescente prevalenza di obesità e fumo. La causa principale di morte legata al CRC è la metastasi al fegato, che si verifica nel 20-70% dei pazienti a seconda della progressione del cancro. Solo una piccola parte delle metastasi epatiche sono gestibili con gli attuali trattamenti terapeutici.
L’antigene carcinoembrionale (CEA, noto anche come CEACAM5 o CD66e) è stato scoperto nei tumori maligni dell’epitelio endodermico del tratto gastrointestinale e del pancreas. Dalla scoperta del CEA quasi cinque decenni fa, è stato rivelato essere sovraespresso nella maggior parte dei carcinomi umani. Il CEA ha caratteristiche strutturali simili alle immunoglobuline e molti siti di modifica della glicosilazione. La stretta relazione tra CRC e l’espressione del CEA ha spinto l’uso del CEA come marcatore tumorale. La misurazione del livello di CEA nel siero è clinicamente utile e affidabile per la diagnosi di CRC. L’aumento del livello di CEA è un indicatore prognostico per lo stato dei pazienti CRC. Nel CRC, il principale sito di metastasi è il fegato. La sovraespressione del CEA è associata alle metastasi epatiche. Il CEA aiuta anche più fasi della metastasi epatica legata al CRC. In particolare, cinque aminoacidi (Pro-Glu-Leu-Pro-Lys, PELPK) esistenti tra il dominio N e A1 di CEA sono critici nella metastasi epatica. Nella prima fase, CEA protegge le cellule di cancro al colon circolanti dalla morte nel sangue. Quando le cellule sono staccate dai tessuti, la morte cellulare mediata dall’anoikis è indotta. Tuttavia, il CEA può prevenire la morte delle cellule circolanti attraverso l’inibizione dell’anoikis. Nella seconda fase, il CEA si lega alla proteina legante l’RNA nucleare eterogeneo M4 (hnRNP M4), una proteina recettore delle cellule di Kupffer. Le cellule di Kupffer sono macrofagi che proteggono il fegato. In seguito al legame del CEA a hnRNP M4, le cellule di Kupffer modificano i microambienti epatici per favorire le cellule CRC, il che aumenta la probabilità di metastasi. Nella terza fase, il CEA upregola le molecole di adesione cellulare per la metastasi.
Anche se una pletora di dati sperimentali e clinici ha documentato l’importante ruolo del CEA nella metastasi epatica dalle cellule CRC, i meccanismi dettagliati della metastasi epatica mediata dal CEA rimangono da chiarire. A causa della stretta relazione tra CEA e metastasi epatiche, sono stati tentati vari approcci terapeutici che possono bloccare la funzione di CEA. Questa revisione si concentrerà sulle conoscenze attuali della regolazione mediata dal CEA delle fasi metastatiche del fegato e sugli approcci mirati al CEA per la terapia del cancro.
2. CEA
CEA è un membro della superfamiglia di proteine immunoglobuline (Ig). La famiglia del gene CEA umano contiene 29 geni/pseudogeni, di cui 18 sono espressi. Diversi geni della famiglia genica CEA sono espressi anche in altri mammiferi tra cui topi, ratti e cani. La famiglia dei geni CEA può essere divisa in tre gruppi in base alle somiglianze di sequenza e alle funzioni: il gruppo CEACAM (CEA-related cell adhesion molecule), il gruppo PSG (pregnancy-specific glycoprotein) e il gruppo pseudogene.
Il gruppo CEACAM consiste in un singolo dominio N-terminale e un massimo di sei domini interni legati da disolfuro. Il gruppo contiene 12 proteine (CEACAM1, 3-8, 16, 18-21) (Figura 1). Il loro dominio N-terminale è simile al dominio di riconoscimento dell’antigene delle Ig. Gli altri domini del gruppo CEACAM sono simili ai domini di tipo C2 delle Ig. I domini extracellulari del gruppo CEACAM funzionano come molecole di adesione cellulare o recettori omofili ed eterofili. I membri del gruppo CEACAM possono agire come dimeri o oligomeri con altre molecole di membrana che hanno funzioni diverse. CEACAM1, CEA (CEACAM5) e CEACAM6 sono stati studiati in relazione alla progressione del cancro. A differenza di CEA e CEACAM6, CEACAM1 ospita un dominio transmembrana e ha varianti alternative di splicing. Il rapporto di espressione delle isoforme CEACAM1 lunghe (CEACAM1-L) e corte (CEACAM1-S) è correlato alla tumorigenesi.
La metastasi del fegato è stata più strettamente collegata al CEA. Il peso molecolare della proteina CEA nelle cellule normali è di 72 kDa. Tuttavia, CEA con un peso molecolare di circa 180-200 kDa è stato rilevato in linee cellulari di cancro e nei pazienti, riflettendo i numerosi siti di modifica della glicosilazione e i diversi schemi di glicosilazione nelle cellule tumorali. Altri siti di modifica oltre alla glicosilazione non sono stati riportati. Il CEA è una proteina di ancoraggio di membrana legata al glicofosfatidilinositolo (GPI) che è esposta alla superficie cellulare che si affaccia sulla matrice extracellulare. La regione di ancoraggio alla membrana del CEA può essere scissa dalla fosfolipasi C e dalla fosfolipasi D. I prodotti scissi sono solubili e circolano nei vasi sanguigni. Così, il CEA può essere presente come forme secrete e ancorate alla superficie cellulare.
CEA è funzionalmente associato all’interazione cellulare, all’adesione cellulare, alla risposta immunitaria, alla resistenza all’anoikis e alla promozione della metastasi epatica. La sovraespressione di CEA è associata a molti tipi di cancro, tra cui i tumori gastrointestinali, respiratori, del sistema genitourinario e del seno. CEA è presente nella membrana apicale del tessuto normale, ma è sovraespresso in CRC e occupa l’intera superficie delle membrane cellulari nei pazienti con cancro colorettale.
CEA è uno dei marcatori tumorali più antichi e più ampiamente utilizzati per il monitoraggio della recidiva tumorale dopo la resezione chirurgica e la prognosi. Un piccolo aumento del livello di CEA può essere predittivo di recidiva dopo la chirurgia curativa per CRC fino a un anno prima della comparsa dei sintomi clinici. I progressi nelle nuove tecniche di imaging e di targeting hanno rivelato altri marcatori tumorali. Tuttavia, il CEA rimane il biomarcatore più affidabile e sensibile per il CRC. Il livello di espressione del CEA nel siero è un fattore importante per la stadiazione dei tumori del colon e nel processo decisionale riguardante le future strategie terapeutiche. I livelli di espressione della proteina CEA e dell’mRNA nel siero sono utili marcatori precoci per la recidiva nel cancro del pancreas e nei pazienti CRC. Possono verificarsi elevazioni del CEA sierico del 50-60%. CEACAM1, CEACAM6, e NCA-90 sono anche usati prognosticamente per predire la recidiva del tumore al seno, al polmone e ai tumori colorettali.
Il CEA legato al CRC e sovraespresso circola attraverso i vasi sanguigni ed entra nel fegato. Lì, probabilmente influisce su più fasi della metastasi epatica. Il CEA protegge dalla morte cellulare mediata dall’anoikis delle cellule CRC circolanti. Il CEA può anche influenzare le metastasi polmonari. Questa revisione si concentrerà sul ruolo del CEA nella sopravvivenza delle cellule CRC nel tessuto epatico e nelle metastasi epatiche da cancro colorettale.
3. CEA e metastasi epatiche
La metastasi è un processo multistep in cui le cellule maligne si diffondono dal sito originale dell’organo tumorale per colonizzare siti di organi lontani. La cascata metastatica coinvolge eventi cellulari-biologici molto complicati. Per metastatizzare, le cellule tumorali devono sopportare forti stimoli dagli ambienti vicini e passare attraverso una sequenza di fasi. Queste fasi includono l’invasione locale delle cellule tumorali nella matrice extracellulare circostante (ECM) e negli strati di cellule stromali, l’intravasazione nei vasi sanguigni, la sopravvivenza e la circolazione nei vasi sanguigni, l’arresto in siti di organi distanti, l’extravasazione nel parenchima di tessuti distanti, la sopravvivenza iniziale all’interno di microambienti estranei e il riavvio della proliferazione nei siti metastatici per generare crescite neoplastiche macroscopiche e clinicamente rilevabili.
Teoricamente, le cellule tumorali circolanti che hanno origine dal cancro primario possono diffondersi e sopravvivere in un’ampia varietà di tessuti e organi secondari. Tuttavia, le metastasi sono state riportate solo in un sottoinsieme limitato di organi bersaglio. I microambienti dell’ospite potrebbero essere uno dei fattori importanti e determinanti per la sopravvivenza delle cellule tumorali nei tessuti stranieri. Le cellule tumorali che hanno origine da un organo specifico potrebbero avere obiettivi preferenziali di metastasi. Gli organi principali per le metastasi del CRC sono il fegato e il polmone, mentre gli organi principali per le metastasi mediate dal cancro al seno sono l’osso, il polmone, il fegato e il cervello. Quasi l’80% delle metastasi che si verificano nel CRC sono dirette al fegato. Il CRC si diffonde raramente all’osso. Durante le metastasi, le cellule tumorali acquisiscono la capacità di cambiare il microambiente per favorire la loro sopravvivenza negli organi secondari. Le risposte infiammatorie prodotte dalle cellule stromali adiacenti o dai macrofagi reclutati dalle cellule tumorali sono i fattori più importanti per la sopravvivenza delle cellule nei tessuti estranei e le successive metastasi. Molti livelli di espressione genica legati al sistema immunitario sono influenzati dalle metastasi.
Una relazione diretta tra la produzione di CEA e il potenziale metastatico del fegato è stata documentata per le cellule tumorali del colon umano. L’iniezione di CEA nei topi prima dell’iniezione di cellule tumorali debolmente metastatiche può aumentare la metastasi epatica delle cellule iniettate. Linee cellulari di cancro al colon scarsamente metastatiche possono diventare altamente metastatiche dopo la trasfezione con CEA cDNA. Al contrario, l’inibizione dell’espressione di CEA può ridurre il potenziale metastatico epatico delle cellule CRC. CEA ha un blocco aminoacidico di Pro-Glu-Leu-Pro-Lys (PELPK) situato in posizione 108-112 tra la regione della cerniera del dominio N e A1 di CEA. La sequenza aminoacidica del penta-peptide PELPK è il motivo di legame del CEA per le cellule di Kupffer, che è associato all’inizio della metastasi e alla transizione mesenchimale-epiteliale (MET) delle metastasi epatiche dalle cellule CRC circolanti.
Le influenze del CEA sulle metastasi epatiche includono la sopravvivenza delle cellule tumorali circolanti nei vasi sanguigni, l’attivazione delle cellule di Kupffer legandosi a hnRNP M4, proteina di membrana delle cellule di Kupffer, microambienti epatici alterati e l’adesione e la sopravvivenza delle cellule CRC circolanti nel fegato.
3.1. Sopravvivenza delle cellule tumorali circolanti grazie al CEA
La maggior parte delle cellule, ad eccezione di quelle circolanti legate al sangue, rimangono vicine ai tessuti. Questo permette una comunicazione efficiente tra le cellule adiacenti e l’ECM per fornire segnali essenziali per la crescita e la sopravvivenza. Quando le cellule si staccano dalla ECM, perdono le normali interazioni cellula-matrice e la polarità cellulare. Possono subire l’anoikis, un processo di apoptosi che è indotto dal distacco delle cellule dipendenti dall’ancoraggio dagli ambienti circostanti o dalla ECM. La metastasi in organi secondari lontani richiede che le cellule tumorali superino la morte cellulare mediata dall’anoikis e sopravvivano nei vasi sanguigni.
La morte cellulare mediata dall’anoikis è associata alla perdita della segnalazione di adesione cellulare mediata dall’integrina. Le cellule staccate possono produrre il tumor necrosis factor- (TNF-) related apoptosis-inducing ligand (TRAIL), il TRAIL-R2 ligand, e il death receptor 5 (DR5), una proteina chiave per l’anoikis nelle linee cellulari del cancro al colon. Il CEA di superficie delle cellule può proteggere le cellule tumorali dall’anoikis nei pazienti CRC legandosi direttamente al DR5, bloccando così i segnali di morte cellulare nelle cellule tumorali circolanti. Il penta-peptide PELPK di CEA è anche critico nel legame di CEA a DR5; il legame inibisce le trasduzioni del segnale di morte cellulare a valle mediate da DR5.
Cell surface CEA può anche interagire direttamente con il recettore del fattore di crescita trasformante-β (TGF-β) tipo I (TBRI). L’interazione altera la via di segnale TGF-β a valle e aumenta la proliferazione delle cellule tumorali. A differenza dell’interazione tra CEA e DR5, non è chiaro se la sequenza PELPK è coinvolta nell’interazione tra CEA e TBRI.
CEACAM6 protegge anche molti tipi di linee cellulari dall’apoptosi e dall’anoikis. CEACAM1 è associato all’apoptosi in linee cellulari di cancro al seno e al colon. CEA e CEACAM6 sono proteine funzionali antiapoptotiche, mentre CEACAM1 partecipa all’apoptosi. La natura molecolare di queste funzioni inverse non è chiara.
3.2. Arresto delle cellule tumorali circolanti nel fegato tramite il legame del CEA a hnRNP M4 nelle cellule di Kupffer e attivazione delle cellule di Kupffer da parte del CEA per la metastasi epatica
Nella cascata metastatica, le cellule tumorali circolanti vengono arrestate in organi lontani. In primo luogo, incontrano i macrofagi prodotti dalla differenziazione dei monociti nei tessuti. Sia i monociti che i macrofagi hanno caratteristiche fagocitarie. Il ruolo principale dei macrofagi è la fagocitosi, un processo di inghiottire e digerire i detriti cellulari o gli agenti patogeni. Alla fine protegge i tessuti parenchimali da stimoli e danni. I macrofagi stimolano anche i linfociti e altre cellule immunitarie a rispondere agli agenti patogeni. Le cellule di Kupffer sono macrofagi epatici situati nei sinusoidi epatici attraverso la circolazione portale. Le cellule di Kupffer si affacciano sul lume sinusoidale e contattano direttamente la circolazione portale. Le cellule rimuovono i composti chimici e le cellule morte o danneggiate, eliminano i batteri e proteggono il fegato dall’invasione delle cellule tumorali. Livelli elevati di CEA circolante secreto dalle cellule CRC possono attivare le funzioni delle cellule Kupffer, che è un passo critico nella metastasi epatica delle cellule CRC.
Le cellule Kupffer esprimono la proteina hnRNP M4. La proteina è un recettore CEA ed è espressa in modo ubiquitario. Normalmente si localizza nel nucleo. Le cellule di Kupffer, altri macrofagi differenziati terminalmente come i macrofagi alveolari del polmone, e alcune cellule tumorali tra cui la linea cellulare CRC umana HT29 esprimono hnRNP M4 sulla superficie cellulare. Ciò che orienta hnRNP M4 sulla superficie cellulare è sconosciuto. Le cellule Kupffer esprimono due forme alternative di varianti di splicing di hnRNP M4. Entrambe si legano al CEA. I ruoli principali di hnRNP sono la regolazione dell’elaborazione dell’mRNA, lo splicing alternativo, la biosintesi dei microRNA e il trasporto dell’mRNA nel citoplasma dal nucleo. Al contrario, hnRNP M4 ha una funzione unica nelle cellule Kupffer e nei macrofagi alveolari polmonari come recettore per il CEA. La sequenza peptidica PELPK di CEA è importante per il legame con hnRNP M4. Altre proteine che contengono la sequenza PELPK che reagiscono con hnRNP M4 non sono state trovate.
Le cellule Kupffer possono eliminare il CEA circolante nel sangue. In particolare, le metastasi epatiche o polmonari da cellule CRC iniziano con il legame con CEA e l’assorbimento cellulare mediato da hnRNP M4 di CEA. I pazienti che producono CEA mutante PELPK hanno livelli sierici di CEA molto alti. Inoltre, il CEA mutante mostra un tasso di clearance inferiore dalla circolazione negli animali da esperimento, indicando che PELPK è importante nel legame di CEA con hnRNP M4 e nell’assorbimento cellulare nelle cellule di Kupffer.
Le cellule di Kupffer sono attivate dall’interazione con CEA. Le cellule attivate inducono la sovraespressione di citochine e cambiano il microambiente per permettere alle cellule tumorali colorettali circolanti di sopravvivere nel fegato. Le cellule di Kupffer attivate producono una serie di citochine, chemochine, proteine e metaboliti. Questi includono interleuchina (IL-) 1-α, IL-1-β, IL-6 e IL-10; interferone-γ (IFN-γ); TGF-β; TNF-α; fattore attivante le piastrine (PAF); proteina chemiotattica monocitaria-1 (MCP-1); proteina infiammatoria macrofagica (MIP-1); metalloproteinasi di matrice (MMP-) 1, MMP-7, e MMP-13; specie di ossigeno e azoto tra cui superossido, perossido di idrogeno, e ossido nitrico; e i metaboliti lipidici prostaglandina D2 e E2 . Le interleuchine e il TNF-α sono citochine particolarmente importanti per l’attivazione delle cellule Kupffer. La loro produzione in microambienti localizzati all’interno del sinusoide epatico ha vari effetti biologici.
L’adesione cellulare è fondamentale per le cellule tumorali circolanti per essere arrestate e per sopravvivere in organi secondari lontani. Le cellule di Kupffer che sono attivate al legame del CEA possono produrre IL-1-β e TNF-α che possono aumentare l’adesione delle cellule CRC alle cellule endoteliali. La generazione di citochine dalle cellule di Kupffer umane provoca la sovraespressione di molecole di adesione cellulare come ICAM-1, VCAM-1 e E-selectin nelle cellule endoteliali che possono essere rilevate in un sistema di cocoltura multicellulare incubato con cellule tumorali del colon che producono CEA, cellule di Kupffer e cellule endoteliali
L’arresto delle cellule tumorali circolanti nel fegato può aumentare la produzione di ossido nitrico (NO) e specie reattive dell’ossigeno (ROS) per rimuovere le cellule tumorali. NO e ROS hanno ruoli importanti nell’immunità mediata dai macrofagi. Influenzano le funzioni cellulari legate al cancro come la sopravvivenza cellulare, l’intravasazione e l’angiogenesi. La regolazione del livello di NO è un mezzo clinicamente importante per controllare la progressione del cancro. NO e ROS influenzano negativamente il fegato, causando la morte mediata dalla risposta immunitaria delle cellule CRC. Le cellule di Kupffer attivate dal CEA possono rilasciare la citochina antinfiammatoria IL-10, che è importante per la sopravvivenza delle cellule tumorali grazie all’inibizione dell’upregulation dell’ossido nitrico sintasi inducibile e la produzione di NO e ROS. IL-6 secreta dalle cellule Kupffer attivate può promuovere le metastasi attraverso il fattore di crescita epatocitario (HGF). Una correlazione tra il livello di espressione di CEA e IL-6 è stata riportata nel siero dei pazienti CRC.
La metastasi del fegato nel CRC richiede il completamento di una serie di fasi. Le cellule CRC circolanti che esprimono il CEA possono bloccare l’anoiki nel sangue. Possono incontrare le cellule di Kupffer nel fegato e cambiare i microambienti epatici per favorire la formazione di un tumore. Come il CEA influenzi le molteplici fasi della metastasi epatica, come l’interazione del CEA con le cellule di Kupffer induce la trasduzione del segnale e attiva le cellule, rimane poco chiaro.
3.3. L’attivazione delle proteine legate all’adesione cellulare da parte del CEA
L’adesione cellula-cellula è fondamentale per la comunicazione con le cellule vicine e le architetture dei tessuti. Il CEA, presente come proteina di ancoraggio di membrana legata a GPI, funziona come molecola di adesione da cellula a cellula che collega le membrane delle cellule epiteliali e nel raggruppamento delle cellule. Il CEA legato a GPI influenza anche l’adesione intercellulare attraverso l’autointerazione reciproca antiparallela. Il CEA funziona come molecola di adesione cellulare attraverso l’interazione omofila CEA-to-CEA o CEA a CEACAM1 o attraverso l’interazione eterofila CEACAM6. Per le interazioni omofile ed eterofile, è necessaria un’interazione del dominio N con i domini Ig variabili e il dominio A3B3 della controparte CEA. Questo fenomeno è una caratteristica unica di CEA. Anche se le funzioni del dominio A3B3 non sono state completamente caratterizzate, 28 siti altamente glicosilati legati all’asparagina sono presenti nel dominio A3B3. Se queste modifiche siano importanti nell’auto-interazione reciproca antiparallela non è chiaro.
Il CEA sulla superficie delle cellule distrugge l’architettura dei tessuti e inibisce la differenziazione e l’anoiki attraverso l’attivazione con la via di segnale dell’integrina. Nella membrana cellulare, il CEA legato a GPI e l’integrina α5β1 sono colocalizzati. L’integrina α5β1 è il principale recettore dell’ECM. Così, la sua colocalizzazione con CEA aumenta il legame delle cellule alla fibronectina e attiva i segnali a valle attraverso la regolazione dell’attività PI3K e AKT. Il mutante di delezione del dominio N di CEA è incapace di auto-legarsi o raggrupparsi, mentre il mutante di delezione del dominio N di CEA può colocalizzarsi con l’integrina α5β1 sulla superficie cellulare. Questi risultati indicano che il dominio N di CEA è dispensabile per la colocalizzazione di CEA e dell’integrina α5β1.
La glicosilazione è una delle più frequenti modifiche posttraslazionali delle proteine. Le proteine glicosilate hanno ruoli critici nelle cellule tumorali. La sovraespressione della glicosiltransferasi è un segno distintivo del tumore e può essere usata come marcatore tumorale. Il CEA modificato dalla glicosilazione è altamente espresso nei tumori del cancro al colon rispetto ai tessuti normali. Il CEA glicosilato specifico del tumore può interagire con la molecola di adesione intercellulare specifica delle cellule dendritiche-3-grabbing nonintegrin (DC-SIGN). Questa interazione è mediata attraverso il legame di DC-SIGN con Lewis(x) e Lewis(y), che sono presenti in alti livelli nel CEA delle cellule CRC. L’interazione tra CEA tumorale e DC-SIGN potrebbe sopprimere le risposte immunitarie tumore-specifiche delle cellule dendritiche per la progressione del tumore. Gli eventi biologici influenzati dal CEA nelle metastasi epatiche sono riassunti nella Figura 2.
4. Approcci terapeutici mirati al CEA
Dalla scoperta che la sovraespressione del CEA è fortemente associata alla progressione del CRC e alle metastasi epatiche, è stato tentato il targeting del CEA come approccio terapeutico anticancro. Sono stati sviluppati ed esplorati clinicamente diversi strumenti che mirano al CEA; questi includono vaccini, cellule dendritiche e anticorpi. L’immunizzazione con il virus vaccinia che esprime il CEA ricombinante può ridurre significativamente la crescita dei tumori trasdotti con il gene CEA in un modello di topo syngeneic. I vaccini sono stati progettati per indurre risposte immunitarie contro antigeni specifici del tumore o antigeni associati al tumore, con l’obiettivo di inibire la progressione dei tumori che esprimono entrambi gli antigeni. Virus ingegnerizzati o vettori di DNA che esprimono CEA sono stati sviluppati come vaccini per indurre risposte immunitarie contro le cellule tumorali che esprimono CEA. Sono stati sviluppati anche vaccini basati su cellule dendritiche caricando le cellule dendritiche con peptide CEA o mRNA per indurre risposte cellulari T CEA-specifiche. I vaccini a base di virus o DNA ricombinanti e di cellule dendritiche hanno dimostrato una forte risposta immunitaria al CEA, con conseguente ritardo nella progressione del tumore e sopravvivenza prolungata in alcuni pazienti affetti da cancro. Tuttavia, in quello studio, la vaccinazione non è riuscita a rimuovere i tumori nella maggior parte dei casi probabilmente a causa dell’effetto inibitorio del microambiente tumorale sulla risposta immunitaria. Pertanto, il cotrattamento con farmaci che possono ostacolare gli effetti di immunosoppressione è necessario per ottimizzare l’effetto dei vaccini contro il cancro.
Anche gli approcci basati su anticorpi specifici sono stati intensamente studiati per inibire la progressione del cancro. Diversi anticorpi target-specifici sono stati sviluppati come farmaci. Molti di essi, specialmente quelli contro il cancro e i reumatismi, sono già disponibili in commercio e popolari. Gli anticorpi specifici per il CEA possono inibire efficacemente la progressione del cancro e le metastasi nei modelli animali. Il trattamento dei soli anticorpi CEA-specifici ha mostrato effetti minimi negli studi clinici, molto probabilmente a causa della loro scarsa penetrazione tumorale e della rapida eliminazione degli anticorpi ad alta affinità con il CEA libero in circolazione. Per migliorare gli effetti antitumorali, gli anticorpi CEA sono stati coniugati con varie molecole, come radioisotopi, immunotossine, citochine ed enzimi citotossici. Regimi combinatori sviluppati di recente hanno utilizzato anticorpi bispecifici CEA e cellule T o anticorpi bispecifici combinati con anticorpi contro le molecole del checkpoint immunitario, compresi gli anticorpi anti-PD-1 o anti-PD-L1. Gli approcci combinatori hanno mostrato effetti antitumorali più efficaci nello studio clinico, massimizzando il reclutamento delle cellule T e l’uccisione dei tumori.
Nonostante i diversi approcci antitumorali basati su strumenti CEA-targeting, le attività di targeting e soppressione del tumore sono ancora limitate. La maggior parte degli strumenti efficaci per il CEA-targeting sono basati sull’induzione di una risposta immunitaria contro il CEA. Al contrario, sono stati sviluppati pochi farmaci che mirano direttamente al CEA. Un nuovo approccio terapeutico contro le metastasi epatiche è stato sviluppato attraverso l’identificazione di un aptamero RNA antimetastatico e specifico per il CEA. Un aptamero è un acidi nucleici a singolo filamento di DNA o RNA che può legarsi a specifici obiettivi molecolari che includono proteine, sostanze chimiche, ioni e cellule. Può essere identificato con metodi di selezione in vitro denominati evoluzione sistematica dei ligandi mediante arricchimento esponenziale (SELEX). Gli aptameri hanno vantaggi terapeutici rispetto agli anticorpi, tra cui piccole dimensioni, alta affinità e specificità, penetrazione nel tessuto tumorale, efficiente sintesi chimica e coniugazione, e bassa immunogenicità. Gli aptameri hanno anche caratteristiche vantaggiose nella terapia del cancro e nell’imaging, tra cui il rapido assorbimento del tumore, la rapida clearance del sangue e la ritenzione tumorale a lungo termine. CEA-specifici aptamers può legare specificamente al suddetto PELPK penta-peptide aminoacidi, che hanno ruoli importanti nella metastasi del fegato e resistenza anoikis. Soprattutto, un aptamero può ridurre efficacemente il volume del tumore metastatico epatico da cellule di cancro al colon in modelli murini. Il legame di un aptamero CEA con la sequenza penta-peptidica PELPK può inibire la capacità di legame di CEA con hnRNP M4 o DR5, che blocca la metastasi epatica e conferisce la sensibilità anoikis alle cellule tumorali. Inoltre, il legame specifico dell’aptamero con la proteina CEA e la superficie delle cellule che esprimono CEA può essere utile come strumento di targeting e cattura delle cellule, diagnostica e imaging molecolare. Anoikis resistenza delle cellule tumorali circolanti causata da upregulation di CEA può indurre resistenza ai farmaci. Pertanto, CEA-targeting aptamer utilizzato da solo o in combinazione con farmaci chemioterapici, come la miscela di aptamer e farmaci o coniugati aptamer-farmaco, può essere una modalità benefica contro le metastasi.
5. Conclusione
Le metastasi sono un grande ostacolo da superare nella cura dei tumori. In contrasto con i tumori primari, la diffusione mediata dalle metastasi dei tumori secondari è difficile da sradicare. Inoltre, si ripresentano facilmente. È stata confermata una correlazione tra l’espressione del CEA nelle cellule tumorali e le metastasi. La regione PELPK tra i domini N e A1 della regione della cerniera di CEA è importante nelle metastasi epatiche da CRC. Protegge le cellule CRC circolanti dall’anoiki nei vasi sanguigni e orchestra le funzioni delle cellule Kupffer per cambiare i microambienti epatici in un ambiente favorevole alle metastasi, favorendo la sopravvivenza delle cellule tumorali nel fegato.
La sovraespressione di CEA è associata a molti tipi di cancro. I pazienti CRC mostrano alti livelli di espressione di CEA. Il CEA è usato come marcatore tumorale dopo la terapia del cancro o la chirurgia nei pazienti con cancro. Il monitoraggio e la misurazione del livello di CEA circolante sono utili nella prognosi e nella diagnosi dei pazienti. Poiché CEA è un obiettivo clinicamente significativo a causa della sua forte correlazione con la progressione del cancro, le metastasi e la resistenza ai farmaci, sono in corso diversi tentativi clinici per sviluppare vari strumenti basati su CEA che mirano a farmaci anticancro.
I dettagli di come CEA aiuti le metastasi epatiche dalle cellule CRC circolanti rimangono vaghi. Tuttavia, i dati sperimentali che si stanno accumulando hanno indicato i ruoli importanti di CEA nella metastasi e nella tumorigenesi. Si prevede che un’ulteriore comprensione delle funzioni dettagliate, dei meccanismi e della regolazione di CEA porterà allo sviluppo di modalità più efficaci contro il cancro.
Conflitti di interesse
Gli autori dichiarano di non avere interessi concorrenti.
Riconoscimenti
Questo studio è stato sostenuto da sovvenzioni della National Research Foundation of Korea dal Ministero della Scienza, ICT e Pianificazione Futura (2012M3A9B6055200, 2015R1A2A1A15054252).