The Roles of Carcinoembryonic Antigen in Liver Metastasis and Therapeutic Approaches
Abstract
Metastaza jest wysoce skomplikowanym i sekwencyjnym procesem, w którym pierwotny rak rozprzestrzenia się do wtórnych miejsc organicznych. Wątroba jest dobrze znanym narządem przerzutowym raka jelita grubego. Antygen karcinoembrionalny (CEA) jest wyrażany w większości komórek raka przewodu pokarmowego, piersi i płuc. Nadekspresja CEA jest ściśle związana z przerzutami do wątroby, które są główną przyczyną zgonów z powodu raka jelita grubego. CEA jest szeroko stosowany jako diagnostyczny i prognostyczny marker nowotworowy u chorych na raka. Wpływa on na wiele etapów powstawania przerzutów do wątroby z komórek raka jelita grubego. CEA hamuje śmierć krążących komórek nowotworowych. CEA wiąże się również z heterogenicznym jądrowym białkiem wiążącym RNA M4 (hnRNP M4), białkiem receptorowym komórek Kupffera, i aktywuje komórki Kupffera do wydzielania różnych cytokin, które zmieniają mikrośrodowisko dla przeżycia komórek raka jelita grubego w wątrobie. CEA aktywuje również cząsteczki związane z adhezją komórek. Ścisła korelacja pomiędzy CEA a rakiem pobudziła badania wielu metod ukierunkowanych na CEA jako terapeutyków przeciwnowotworowych. Zrozumienie szczegółowych funkcji i mechanizmów działania CEA w przerzutach do wątroby stworzy ogromne możliwości udoskonalenia metod leczenia przeciwnowotworowego raka jelita grubego. W tym raporcie dokonano przeglądu ról CEA w przerzutach do wątroby oraz metod przeciwnowotworowych ukierunkowanych na CEA.
1. Wprowadzenie
Rak jelita grubego (CRC) jest problemem zdrowotnym w większości krajów uprzemysłowionych na świecie. W skali globalnej jest trzecią najczęstszą przyczyną zgonów z powodu nowotworów. Według World Cancer Research Fund International (http://www.wcrf.org), około 1,4 mln nowych przypadków CRC zostały zdiagnozowane w 2012 roku. CRC jest diagnozowany w prawie 10% wszystkich nowotworów po raku płuc (13%) i raku piersi (12%) i jest trzecim częstym nowotworem u mężczyzn i drugim częstym nowotworem u kobiet. Korea Południowa ma najwyższy wskaźnik zdiagnozowanych CRC (45 osób na milion), a następnie Słowacja (42,7 osób na milion) i Węgry (42,3 osób na milion). Około 54% przypadków występuje w krajach bardziej rozwiniętych. Najwyższą zachorowalność na CRC odnotowuje się w Oceanii i Europie, natomiast najniższą w Afryce i Azji. Częstość występowania i diagnozowania CRC stopniowo wzrasta ze względu na zmianę nawyków żywieniowych oraz rosnącą częstość występowania otyłości i palenia tytoniu. Główną przyczyną zgonów związanych z CRC są przerzuty do wątroby, które występują u 20-70% chorych w zależności od zaawansowania nowotworu. Tylko niewielka część przerzutów do wątroby jest możliwa do leczenia za pomocą obecnych metod terapeutycznych.
Antygen karcinoembrionalny (CEA, znany również jako CEACAM5 lub CD66e) został odkryty w nowotworach złośliwych nabłonka endodermalnego przewodu pokarmowego i trzustki. Od czasu odkrycia CEA prawie pięć dekad temu, okazało się, że ulega on nadekspresji w większości ludzkich nowotworów. CEA ma cechy strukturalne podobne do immunoglobulin i wiele miejsc modyfikacji glikozylacji. Ścisły związek między CRC a ekspresją CEA spowodował wykorzystanie CEA jako markera nowotworowego. Pomiar poziomu CEA w surowicy jest klinicznie użyteczny i wiarygodny w diagnostyce CRC. Podwyższenie poziomu CEA jest wskaźnikiem prognostycznym dla stanu pacjentów z CRC. W CRC, głównym miejscem przerzutów jest wątroba. Nadekspresja CEA jest związana z przerzutami do wątroby. CEA wspomaga również wiele etapów przerzutów do wątroby związanych z CRC. W szczególności, pięć aminokwasów (Pro-Glu-Leu-Pro-Lys, PELPK) istniejących między N i A1 domeny CEA są krytyczne w przerzutach do wątroby.
CEA wpływa na przerzuty do wątroby głównie przez trzy kroki. W pierwszym etapie, CEA chroni krążące komórki raka jelita grubego przed śmiercią we krwi. Kiedy komórki są odłączone od tkanek, anoikis-mediowana śmierć komórek jest indukowana. CEA może jednak zapobiegać śmierci krążących komórek poprzez hamowanie anoikis. W drugim etapie CEA wiąże się z heterogenicznym jądrowym białkiem wiążącym RNA M4 (hnRNP M4), białkiem receptorowym komórek Kupffera. Komórki Kupffera są makrofagami, które chronią wątrobę. Po związaniu CEA z hnRNP M4, komórki Kupffera zmieniają mikrośrodowisko wątroby na korzyść komórek CRC, co zwiększa prawdopodobieństwo powstawania przerzutów. W trzecim etapie CEA reguluje cząsteczki adhezji komórkowej w celu tworzenia przerzutów
Pomimo że wiele danych doświadczalnych i klinicznych udokumentowało ważną rolę CEA w przerzutach do wątroby z komórek CRC, szczegółowe mechanizmy przerzutów do wątroby wywoływanych przez CEA nie zostały jeszcze wyjaśnione. Ze względu na ścisły związek pomiędzy CEA a przerzutami do wątroby, podjęto próby zastosowania różnych metod terapeutycznych, które mogą blokować funkcję CEA. W niniejszym przeglądzie skupiono się na aktualnej wiedzy na temat pośredniczonej przez CEA regulacji etapów przerzutowania do wątroby oraz podejściach ukierunkowanych na CEA w terapii przeciwnowotworowej.
2. CEA
CEA jest członkiem nadrodziny białek immunoglobulinowych (Ig). Rodzina ludzkich genów CEA zawiera 29 genów/pseudogenów, z których 18 ulega ekspresji . Kilka genów z rodziny genów CEA ulega ekspresji również u innych ssaków, w tym u myszy, szczurów i psów. Rodzina genów CEA może być podzielona na trzy grupy w oparciu o podobieństwa sekwencji i funkcje: grupa cząsteczek adhezji komórkowej związanej z CEA (CEACAM), grupa glikoprotein specyficznych dla ciąży (PSG) i grupa pseudogenów .
Grupa CEACAM składa się z pojedynczej domeny N-końcowej i maksymalnie sześciu wewnętrznych domen połączonych disulfidami. Grupa ta obejmuje 12 białek (CEACAM1, 3-8, 16, 18-21) (ryc. 1). Ich domena N-końcowa jest podobna do domeny rozpoznawania antygenów w Ig. Pozostałe domeny grupy CEACAM są podobne do domen Ig typu C2 . Domeny zewnątrzkomórkowe grupy CEACAM funkcjonują jako homofilne i heterofilne cząsteczki adhezji komórkowej lub receptory . Członkowie grupy CEACAM mogą działać jako dimery lub oligomery z innymi cząsteczkami błonowymi, które mają różne funkcje. CEACAM1, CEA (CEACAM5), i CEACAM6 były badane pod kątem progresji nowotworów. W przeciwieństwie do CEA i CEACAM6, CEACAM1 posiada domenę transmembranową i posiada alternatywne warianty splicingu. Stosunek ekspresji długiej (CEACAM1-L) i krótkiej (CEACAM1-S) izoformy CEACAM1 jest związany z nowotworzeniem .
Przerzuty do wątroby były najbardziej związane z CEA. Masa cząsteczkowa białka CEA w prawidłowych komórkach wynosi 72 kDa. Jednakże CEA o masie cząsteczkowej około 180 do 200 kDa został wykryty w liniach komórek nowotworowych i u pacjentów, odzwierciedlając liczne miejsca modyfikacji glikozylacji i różne wzory glikozylacji w komórkach nowotworowych. Inne miejsca modyfikacji poza glikozylacją nie zostały odnotowane. CEA jest białkiem zakotwiczonym w błonie, związanym z glikofosfatydyloinozytolem (GPI), które jest wyeksponowane na powierzchni komórki zwróconej w stronę macierzy zewnątrzkomórkowej. Region zakotwiczony w błonie CEA może być rozszczepiony przez fosfolipazę C i fosfolipazę D. Rozszczepione produkty są rozpuszczalne i krążą w naczyniach krwionośnych. Tak więc CEA może występować jako formy wydzielane i zakotwiczone na powierzchni komórek.
CEA jest funkcjonalnie związany z interakcją komórkową, adhezją komórek, odpowiedzią immunologiczną, odpornością na anoikis i promowaniem przerzutów do wątroby. Nadekspresja CEA jest związana z wieloma rodzajami nowotworów, w tym nowotworami przewodu pokarmowego, układu oddechowego, układu moczowo-płciowego i piersi. CEA jest obecny w błonie apikalnej prawidłowej tkanki, ale ulega nadekspresji w CRC i zajmuje całą powierzchnię błon komórkowych u pacjentów z rakiem jelita grubego. CEA jest jednym z najstarszych i najszerzej stosowanych markerów nowotworowych do monitorowania nawrotu nowotworu po resekcji chirurgicznej i rokowania. Niewielki wzrost poziomu CEA może być predyktorem nawrotu po operacji leczniczej CRC nawet do roku przed wystąpieniem objawów klinicznych. Postępy w nowych technikach obrazowania i celowania ujawniły inne markery nowotworowe. Jednakże CEA pozostaje najbardziej wiarygodnym i czułym biomarkerem dla CRC. Poziom ekspresji CEA w surowicy jest ważnym czynnikiem w ocenie zaawansowania raka jelita grubego i w podejmowaniu decyzji dotyczących przyszłych strategii terapeutycznych. Poziomy ekspresji białka CEA i mRNA w surowicy są użytecznymi wczesnymi markerami nawrotów u pacjentów z rakiem trzustki i CRC. Podwyższenie stężenia CEA w surowicy o 50-60% może wystąpić. CEACAM1, CEACAM6 i NCA-90 są również wykorzystywane prognostycznie do przewidywania nawrotu nowotworu w raku piersi, płuc i jelita grubego.
Związany z CRC i nadekspresyjny CEA krąży w naczyniach krwionośnych i dostaje się do wątroby. Tam, to prawdopodobnie wpływa na wiele etapów przerzutów do wątroby. CEA chroni przed anoikis-mediowaną śmiercią komórek z krążących komórek CRC. CEA może również wpływać na przerzuty do płuc. Ten przegląd skupi się na rolach CEA w przeżyciu komórek CRC w tkance wątroby i w przerzutach do wątroby z raka jelita grubego.
3. CEA i przerzuty do wątroby
Przerzuty są wieloetapowym procesem, w którym złośliwe komórki rozprzestrzeniają się z pierwotnego miejsca guza do kolonizacji odległych miejsc narządów. Kaskada przerzutowa obejmuje bardzo skomplikowane zdarzenia komórkowo-biologiczne. Aby doszło do przerzutów, komórki nowotworowe muszą wytrzymać surowe bodźce z sąsiednich środowisk i przejść przez sekwencję etapów. Etapy te obejmują lokalną inwazję komórek nowotworowych do otaczającej macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) i warstw komórek zrębu, intrawazję do naczyń krwionośnych, przeżycie i krążenie w naczyniach krwionośnych, zatrzymanie w miejscach odległych organów, wynaczynienie do miąższu odległych tkanek, początkowe przeżycie w obcych mikrośrodowiskach i ponowne rozpoczęcie proliferacji w miejscach przerzutów w celu wytworzenia makroskopowych i klinicznie wykrywalnych rozrostów nowotworowych.
Teoretycznie, krążące komórki nowotworowe, które pochodzą z pierwotnego nowotworu mogą rozprzestrzeniać się i przetrwać w wielu różnych wtórnych tkankach i narządach. Jednakże, przerzuty zostały zgłoszone tylko w ograniczonym podzbiorze narządów docelowych . Mikrośrodowisko gospodarza może być jednym z ważnych czynników i głównych determinantów przetrwania komórek nowotworowych w obcych tkankach. Komórki nowotworowe wywodzące się z określonego narządu mogą mieć preferencyjne cele przerzutów. Głównymi narządami przerzutów CRC są wątroba i płuca, natomiast głównymi narządami przerzutów raka piersi są kości, płuca, wątroba i mózg. Prawie 80% przerzutów występujących w CRC jest skierowanych do wątroby. CRC rzadko rozprzestrzenia się do kości. Podczas tworzenia przerzutów komórki nowotworowe nabywają zdolność do zmiany mikrośrodowiska, aby sprzyjać ich przeżyciu w narządach wtórnych. Reakcje zapalne wytwarzane przez sąsiadujące komórki zrębu lub makrofagi rekrutowane przez komórki nowotworowe są najważniejszymi czynnikami warunkującymi przeżycie komórek w obcych tkankach i późniejsze powstawanie przerzutów. Wiele poziomów ekspresji genów związanych z układem odpornościowym jest dotkniętych przerzutami.
Bezpośredni związek między produkcją CEA a potencjałem przerzutowym do wątroby został udokumentowany dla ludzkich komórek raka jelita grubego. Wstrzyknięcie CEA myszom przed wstrzyknięciem słabo przerzutowych komórek nowotworowych może zwiększyć przerzuty do wątroby wstrzykniętych komórek. Słabo przerzutowe linie komórkowe raka jelita grubego mogą stać się wysoce przerzutowe po transfekcji z CEA cDNA . I odwrotnie, hamowanie ekspresji CEA może zmniejszyć potencjał przerzutowy komórek CRC do wątroby. CEA posiada blok aminokwasowy Pro-Glu-Leu-Pro-Lys (PELPK) zlokalizowany w pozycji 108-112 pomiędzy regionem zawiasowym domeny N i A1 CEA. Sekwencja aminokwasowa penta-peptydu PELPK jest motywem wiążącym CEA dla komórek Kupffera, co jest związane z inicjacją przerzutów i przejściem mezenchymalno-epitelialnym (MET) przerzutów do wątroby z krążących komórek CRC.
Wpływ CEA na przerzuty do wątroby obejmuje przeżycie krążących komórek nowotworowych w naczyniach krwionośnych, aktywację komórek Kupffera poprzez wiązanie się z hnRNP M4, białkiem błonowym komórek Kupffera, zmienione mikrośrodowisko wątroby oraz adhezję i przeżycie krążących komórek CRC w wątrobie.
3.1. Survival of Circulating Tumor Cells by CEA
Większość komórek z wyjątkiem krążących komórek związanych z krwią pozostaje w pobliżu tkanek. Pozwala to na sprawną komunikację między sąsiadującymi komórkami a ECM w celu dostarczenia istotnych sygnałów dla wzrostu i przeżycia. Kiedy komórki odłączają się od ECM, tracą normalne interakcje komórka-matryca i polaryzację komórek. Mogą one ulegać anoikis, procesowi apoptozy, który jest indukowany przez oderwanie się komórek zależnych od zakotwiczenia od otaczającego środowiska lub ECM. Przerzuty w odległych narządach wtórnych wymaga komórek nowotworowych do pokonania anoikis-mediated śmierć komórek i przetrwać w naczyniach krwionośnych.
Anoikis-mediated śmierć komórek jest związana z utratą integryny-mediated sygnalizacji adhezji komórek . Odłączone komórki mogą produkować ligand indukujący apoptozę związany z czynnikiem martwicy nowotworów (TNF-) (TRAIL), ligand TRAIL-R2 i receptor śmierci 5 (DR5), kluczowe białko dla anoikis w liniach komórkowych raka jelita grubego. CEA na powierzchni komórek może chronić komórki nowotworowe przed anoikis u pacjentów z CRC poprzez bezpośrednie wiązanie się z DR5, blokując w ten sposób sygnały śmierci komórkowej w krążących komórkach nowotworowych. Penta-peptyd PELPK CEA jest również krytyczny w wiązaniu CEA z DR5; wiązanie hamuje DR5-mediowane transdukcje sygnałów śmierci komórkowej downstream .
Powierzchnia komórkowa CEA może również bezpośrednio oddziaływać z receptorem transformującego czynnika wzrostu-β (TGF-β) typu I (TBRI). Interakcja ta zmienia szlak sygnałowy TGF-β i zwiększa proliferację komórek nowotworowych. W przeciwieństwie do interakcji między CEA i DR5, nie jest jasne, czy sekwencja PELPK jest zaangażowana w interakcję między CEA i TBRI.
CEACAM6 chroni również wiele typów linii komórkowych przed apoptozą i anoikis . CEACAM1 jest związany z apoptozą w liniach komórkowych raka piersi i jelita grubego . CEA i CEACAM6 są antyapoptotycznymi białkami funkcjonalnymi, podczas gdy CEACAM1 uczestniczy w apoptozie. Molekularna natura tych odwrotnych funkcji jest niejasna.
3.2. Arrest of Circulating Tumor Cells in the Liver by Binding of CEA to hnRNP M4 in Kupffer Cells and Activation of Kupffer Cells by CEA for Liver Metastasis
W kaskadzie przerzutowej, krążące komórki nowotworowe są zatrzymywane w odległych narządach. Najpierw napotykają makrofagi produkowane przez różnicowanie monocytów w tkankach. Zarówno monocyty, jak i makrofagi mają właściwości fagocytarne. Główną rolą makrofagów jest fagocytoza, czyli proces pochłaniania i trawienia resztek komórkowych lub patogenów. Ostatecznie chroni to tkanki miąższowe przed bodźcami i uszkodzeniami. Makrofagi stymulują również limfocyty i inne komórki odpornościowe do odpowiedzi na patogeny. Komórki Kupffera są makrofagami wątrobowymi zlokalizowanymi w zatokach wątrobowych poprzez krążenie wrotne. Komórki Kupffera zwrócone są do światła zatok i bezpośrednio kontaktują się z krążeniem wrotnym. Komórki te usuwają związki chemiczne i martwe lub uszkodzone komórki, eliminują bakterie i chronią wątrobę przed inwazją komórek nowotworowych. Podwyższony poziom krążącego CEA wydzielanego z komórek CRC może aktywować funkcje komórek Kupffera, co jest krytycznym krokiem w przerzutach komórek CRC do wątroby.
Komórki Kupffera wyrażają białko hnRNP M4. Białko to jest receptorem CEA i ulega wszechobecnej ekspresji. Normalnie lokalizuje się w jądrze. Komórki Kupffera, inne makrofagi terminalnie zróżnicowane, takie jak makrofagi pęcherzykowe płuc oraz niektóre komórki nowotworowe, w tym ludzka linia komórkowa CRC HT29 wykazują ekspresję hnRNP M4 na powierzchni komórkowej. Nie wiadomo, co kieruje hnRNP M4 na powierzchnię komórki. Komórki Kupffera wyrażają dwie alternatywne formy wariantu splicingowego hnRNP M4. Obie wiążą się z CEA . Główną rolą hnRNP jest regulacja przetwarzania mRNA, alternatywnego splicingu, biosyntezy mikroRNA i transportu mRNA z jądra do cytoplazmy. Z kolei hnRNP M4 pełni unikalną funkcję w komórkach Kupffera i makrofagach pęcherzykowych płuc jako receptor dla CEA. Sekwencja peptydowa PELPK w CEA jest ważna dla wiązania hnRNP M4 . Inne białka zawierające sekwencję PELPK reagujące z hnRNP M4 nie zostały odnalezione.
Komórki Kupffera mogą oczyszczać krążący we krwi CEA. Warto zauważyć, że przerzuty do wątroby lub płuc z komórek CRC rozpoczynają się od wiązania z CEA i pośredniczonego przez hnRNP M4 wychwytu komórkowego CEA. Pacjenci, którzy wytwarzają PELPK zmutowany CEA mają bardzo wysokie poziomy CEA w surowicy. Ponadto, zmutowany CEA wykazuje niższą szybkość klirensu z krążenia u zwierząt doświadczalnych, co wskazuje, że PELPK jest ważny w wiązaniu CEA z hnRNP M4 i wychwycie komórkowym w komórkach Kupffera.
Komórki Kupffera są aktywowane przez interakcję z CEA. Aktywowane komórki indukują nadekspresję cytokin i zmieniają mikrośrodowisko, aby umożliwić krążącym komórkom nowotworowym jelita grubego przeżycie w wątrobie. Aktywowane komórki Kupffera produkują szereg cytokin, chemokin, białek i metabolitów. Należą do nich interleukiny (IL-) 1-α, IL-1-β, IL-6 i IL-10; interferon-γ (IFN-γ); TGF-β; TNF-α; czynnik aktywujący płytki krwi (PAF); białko chemotaktyczne monocytów-1 (MCP-1); białko zapalne makrofagów (MIP-1); metaloproteinazy macierzy (MMP-) 1, MMP-7 i MMP-13; formy tlenu i azotu, w tym nadtlenek, nadtlenek wodoru i tlenek azotu; oraz metabolity lipidowe prostaglandyny D2 i E2 . Interleukiny i TNF-α są szczególnie ważnymi cytokinami dla aktywacji komórek Kupffera. Ich produkcja w zlokalizowanych mikrośrodowiskach w obrębie zatoki wątrobowej ma różne efekty biologiczne .
Przyleganie komórek jest krytyczne dla krążących komórek nowotworowych, aby mogły być zatrzymane i przetrwać w odległych narządach wtórnych. Komórki Kupffera, które są aktywowane po związaniu CEA mogą produkować IL-1-β i TNF-α, które mogą zwiększać adhezję komórek CRC do komórek śródbłonka. Generowanie cytokin z ludzkich komórek Kupffera powoduje nadekspresję cząsteczek adhezji komórkowej, takich jak ICAM-1, VCAM-1 i E-selektyna w komórkach śródbłonka, które można wykryć w wielokomórkowym systemie kokulturowym inkubowanym z komórkami raka jelita grubego produkującymi CEA, komórkami Kupffera i komórkami śródbłonka .
Zatrzymanie krążących komórek nowotworowych w wątrobie może zwiększyć produkcję tlenku azotu (NO) i reaktywnych form tlenu (ROS) w celu usunięcia komórek nowotworowych. NO i ROS mają ważne role w odporności pośredniczonej przez makrofagi. Wpływają one na funkcje komórkowe związane z nowotworami, takie jak przeżycie komórek, intravasation i angiogeneza. Regulacja poziomu NO jest klinicznie ważnym środkiem kontroli progresji nowotworu. NO i ROS niekorzystnie wpływają na wątrobę, powodując śmierć komórek CRC spowodowaną odpowiedzią immunologiczną. CEA-aktywowane komórki Kupffera mogą uwalniać przeciwzapalną cytokinę, IL-10, która jest ważna w przeżyciu komórek nowotworowych ze względu na hamowanie upregulacji indukowanej syntazy tlenku azotu i produkcji NO i ROS. IL-6 wydzielana przez aktywowane komórki Kupffera może promować metastazę poprzez czynnik wzrostu hepatocytów (HGF). Korelacja między poziomem ekspresji CEA i IL-6 została zgłoszona w surowicy pacjentów z CRC.
Przerzuty do wątroby w CRC wymagają wykonania serii kroków. Krążące komórki CRC wykazujące ekspresję CEA mogą zablokować anoikis we krwi. Mogą one napotkać komórki Kupffera w wątrobie i zmienić mikrośrodowisko wątroby, aby sprzyjać powstaniu guza. Jak CEA wpływa na wiele etapów przerzutów do wątroby, takich jak sposób interakcji CEA z komórkami Kupffera indukuje transdukcję sygnału i aktywuje komórki, pozostaje niejasne.
3.3. Activation of Cell Adhesion-Related Proteins by CEA
Przyleganie komórek do komórek jest krytyczne dla komunikacji z sąsiednimi komórkami i architekturą tkanek. CEA, która jest obecna jako białko zakotwiczone w błonie GPI, funkcjonuje jako cząsteczka adhezyjna między komórkami, łącząca błony komórek nabłonkowych oraz w grupowaniu komórek. CEA związana z GPI wpływa również na adhezję międzykomórkową poprzez antyrównoległe wzajemne oddziaływanie. CEA funkcjonuje jako cząsteczka adhezji komórkowej poprzez homofilną interakcję CEA do CEA lub CEA do CEACAM1 lub poprzez heterofilną interakcję CEACAM6. Do oddziaływań homofilnych i heterofilnych wymagana jest interakcja domeny N ze zmiennymi domenami Ig i domeną A3B3 odpowiednika CEA. Zjawisko to jest unikalną cechą CEA . Chociaż funkcje domeny A3B3 nie zostały w pełni scharakteryzowane, w domenie A3B3 obecnych jest 28 miejsc silnie glikozylowanych związanych z asparaginą. Czy te modyfikacje są ważne w anty-równoległej wzajemnej interakcji jest niejasne.
Cell surface CEA zakłóca architekturę tkanki i hamuje różnicowanie i anoikis poprzez aktywację ze ścieżką sygnałową integryny . W błonie komórkowej dochodzi do kolokalizacji CEA związanego z GPI i integryny α5β1. Integryna α5β1 jest głównym receptorem ECM. Tak więc jej kolokalizacja z CEA zwiększa wiązanie komórek z fibronektyną i aktywuje sygnały downstream poprzez regulację aktywności PI3K i AKT. Mutant delecyjny domeny N CEA jest niezdolny do samozwiązania lub grupowania się, podczas gdy mutant delecyjny domeny N CEA może kolokalizować z integryną α5β1 na powierzchni komórek. Wyniki te wskazują, że domena N CEA jest zbędna do kolokalizacji CEA i α5β1 integryny.
Glikozylacja jest jedną z najczęstszych modyfikacji potranslacyjnych białek. Białka glikozylowane pełnią krytyczne role w komórkach nowotworowych. Nadekspresja glikozylotransferaz jest cechą charakterystyczną nowotworów i może być wykorzystywana jako marker nowotworowy. CEA zmodyfikowana glikozylacją jest wysoce wyrażona w guzach raka jelita grubego w porównaniu do normalnych tkanek. Specyficzna dla guza glikozylowana CEA może wchodzić w interakcje ze specyficzną dla komórek dendrytycznych międzykomórkową cząsteczką adhezyjną-3-grającą nieintegryną (DC-SIGN). Interakcja ta jest pośredniczona poprzez wiązanie DC-SIGN z Lewis(x) i Lewis(y), które są obecne w dużych ilościach w CEA komórek CRC. Interakcja pomiędzy CEA guza i DC-SIGN może hamować specyficzną dla guza odpowiedź immunologiczną komórek dendrytycznych w celu progresji nowotworu. Zdarzenia biologiczne wpływające na CEA w przerzutach do wątroby podsumowano na rycinie 2.
4. CEA-Targeted Therapeutic Approaches
Od czasu odkrycia, że nadekspresja CEA jest silnie związana z progresją CRC i przerzutami do wątroby, podjęto próbę wycelowania w CEA jako przeciwnowotworowe podejście terapeutyczne. Różnorodne narzędzia ukierunkowane na CEA zostały opracowane i zbadane klinicznie; obejmują one szczepionki, komórki dendrytyczne i przeciwciała
Szczepionki zostały opracowane najbardziej intensywnie. Immunizacja wirusem vaccinia wyrażającym rekombinowany CEA może znacznie zmniejszyć wzrost guzów transdukowanych genem CEA w syngenetycznym modelu mysim . Szczepionki zostały zaprojektowane w celu wywołania odpowiedzi immunologicznej przeciwko antygenom specyficznym dla guza lub antygenom związanym z guzem, w celu zahamowania progresji nowotworów wyrażających któryś z antygenów. Wirusy inżynieryjne lub wektory DNA wyrażające CEA zostały opracowane jako szczepionki w celu wywołania odpowiedzi immunologicznej przeciwko komórkom nowotworowym wykazującym ekspresję CEA. Opracowano również szczepionki oparte na komórkach dendrytycznych, polegające na obciążeniu komórek dendrytycznych peptydem CEA lub mRNA w celu wywołania odpowiedzi komórek T swoistych dla CEA. Szczepionki oparte na rekombinowanym wirusie lub DNA oraz na komórkach dendrytycznych wykazały silną odpowiedź immunologiczną na CEA, powodując opóźnienie progresji nowotworu i przedłużenie przeżycia u niektórych pacjentów z rakiem. Jednak w tym badaniu, szczepionka nie zdołała usunąć guza w większości przypadków, prawdopodobnie z powodu hamującego wpływu mikrośrodowiska guza na odpowiedź immunologiczną. Dlatego też, aby zoptymalizować działanie szczepionek przeciwnowotworowych, konieczne jest leczenie skojarzone z lekami, które mogą hamować efekty immunosupresji.
Podejścia oparte na przeciwciałach specyficznych dla CEA również były intensywnie badane w celu zahamowania progresji nowotworu. Różnorodne przeciwciała specyficzne dla danego celu zostały opracowane jako leki. Wiele z nich, zwłaszcza przeciwko nowotworom i reumatyzmowi, jest już komercyjnie dostępnych i popularnych. Przeciwciała specyficzne dla CEA mogą skutecznie hamować progresję raka i przerzuty w modelach zwierzęcych. Leczenie samymi przeciwciałami specyficznymi dla CEA wykazało minimalne efekty w badaniach klinicznych, najprawdopodobniej ze względu na ich słabą penetrację do guza i szybki klirens przeciwciał o wysokim powinowactwie z wolnym krążącym CEA. Aby wzmocnić działanie przeciwnowotworowe, przeciwciała CEA zostały połączone z różnymi cząsteczkami, takimi jak radioizotopy, immunotoksyny, cytokiny i enzymy cytotoksyczne. Ostatnio opracowane schematy kombinatoryczne wykorzystywały CEA i przeciwciała bispecyficzne dla komórek T lub przeciwciała bispecyficzne połączone z przeciwciałami przeciwko cząsteczkom punktów kontrolnych układu odpornościowego, w tym przeciwciałami anty-PD-1 lub anty-PD-L1 . Podejścia kombinatoryczne wykazały bardziej skuteczne działanie przeciwnowotworowe w badaniach klinicznych poprzez maksymalizację rekrutacji komórek T i zabijanie guzów.
Pomimo różnorodnych podejść przeciwnowotworowych opartych na narzędziach celujących w CEA, działania ukierunkowane na guzy i hamujące nowotwory są nadal ograniczone. Większość skutecznych narzędzi celujących w CEA opiera się na indukcji odpowiedzi immunologicznej przeciwko CEA. W przeciwieństwie do tego, opracowano niewiele leków bezpośrednio skierowanych przeciwko CEA. Nowe podejście terapeutyczne do walki z przerzutami do wątroby zostało opracowane dzięki identyfikacji specyficznego dla CEA aptamera RNA. Aptamer jest jednoniciowym kwasem nukleinowym DNA lub RNA, który może wiązać się ze specyficznymi celami molekularnymi, takimi jak białka, substancje chemiczne, jony i komórki. Można je zidentyfikować za pomocą metod selekcji in vitro, określanych jako systematyczna ewolucja ligandów przez wykładnicze wzbogacanie (SELEX). Aptamery mają zalety terapeutyczne w porównaniu z przeciwciałami, w tym mały rozmiar, wysokie powinowactwo i specyficzność, penetrację do tkanki nowotworowej, wydajną syntezę chemiczną i koniugację oraz niską immunogenność. Aptamery mają również korzystne właściwości w terapii przeciwnowotworowej i obrazowaniu, w tym szybki pobór z guza, szybkie usuwanie z krwi i długotrwałe utrzymywanie się w guzie. Specyficzny dla CEA aptamer może specyficznie wiązać się z wyżej wymienionymi aminokwasami penta-peptydowymi PELPK, które odgrywają ważną rolę w przerzutach do wątroby i odporności na anoikis. Co ważne, aptamer może skutecznie zmniejszyć objętość guza przerzutowego do wątroby z komórek raka jelita grubego w modelach mysich . Wiązanie aptameru CEA z sekwencją penta-peptydową PELPK może hamować zdolność wiązania CEA z hnRNP M4 lub DR5, co blokuje przerzuty do wątroby i nadaje komórkom nowotworowym wrażliwość na anoikis. Ponadto, specyficzne wiązanie aptameru z białkiem CEA i powierzchnią komórek wykazujących ekspresję CEA może być użyteczne jako narzędzie do namierzania i wychwytywania komórek, diagnostyki i obrazowania molekularnego. Oporność na anoreksję krążących komórek nowotworowych spowodowana upregulacji CEA może indukować oporność na leki. Dlatego aptamer celujący w CEA stosowany samodzielnie lub w połączeniu z lekami chemioterapeutycznymi, takimi jak mieszanina aptameru i leków lub koniugaty aptamer-drug, może być korzystną modalnością przeciwko przerzutom.
5. Wnioski
Metastaza jest główną przeszkodą do pokonania w leczeniu nowotworów. W przeciwieństwie do nowotworów pierwotnych, rozprzestrzenianie się nowotworów wtórnych z udziałem przerzutów jest trudne do zlikwidowania. Co więcej, łatwo ulegają one nawrotom. Potwierdzono korelację pomiędzy ekspresją CEA w komórkach nowotworowych a występowaniem przerzutów. Region PELPK znajdujący się pomiędzy domenami N i A1 regionu zawiasowego CEA jest ważny w przerzutach do wątroby z CRC. Chroni on krążące komórki CRC przed anoikis w naczyniach krwionośnych i orkiestruje funkcje komórek Kupffera, aby zmienić mikrośrodowisko wątroby w środowisko przyjazne dla przerzutów, wspomagając przeżycie komórek nowotworowych w wątrobie.
Nadekspresja CEA jest związana z wieloma typami nowotworów. Pacjenci z CRC wykazują wysoki poziom ekspresji CEA. CEA jest stosowany jako marker nowotworowy po terapii przeciwnowotworowej lub operacji u pacjentów z nowotworami. Monitorowanie i pomiar stężenia krążącego CEA jest przydatne w prognozowaniu i diagnozowaniu pacjentów. Ponieważ CEA jest istotnym celem klinicznym ze względu na silną korelację z progresją nowotworu, przerzutami i opornością na leki, trwają różnorodne próby kliniczne mające na celu opracowanie różnych leków przeciwnowotworowych ukierunkowanych na CEA.
Szczegóły dotyczące sposobu, w jaki CEA wspomaga przerzuty do wątroby z krążących komórek CRC pozostają niejasne. Niemniej jednak, gromadzące się dane eksperymentalne wskazują na ważną rolę CEA w przerzutach i nowotworzeniu. Oczekuje się, że dalsze zrozumienie szczegółowych funkcji, mechanizmów i regulacji CEA doprowadzi do opracowania bardziej skutecznych metod walki z rakiem.
Konflikty interesów
Autorzy deklarują, że nie mają konkurencyjnych interesów.
Podziękowania
Badanie to było wspierane przez granty z National Research Foundation of Korea przez Ministry of Science, ICT and Future Planning (2012M3A9B6055200, 2015R1A2A1A15054252).
.