Peptid související s PTH (PTHrP) u hyperkalcemie

Parathormonu (PTH) podobné faktory zodpovědné za syndrom hyperkalcemie při malignitě poprvé navrhl Albright1 ve 40. letech 20. století na základě klinických pozorování u jednoho pacienta s hyperkalcemií v důsledku karcinomu ledviny. Albright předpokládal, že klinický syndrom u jeho pacienta se podobal primární hyperparatyreóze a nejpravděpodobnějším vysvětlením bylo, že za něj může faktor podobný PTH produkovaný nádorem. Tento názor se udržel následujících 40 let a po identifikaci PTH a vývoji antisér a imunoanalýz pro jeho měření v 60. a 70. letech 20. století mnoho badatelů hledalo PTH ve spojení se solidními nádory. Toto pátrání bylo vesměs negativní, až na některé nejasnosti způsobené původními antiséry používanými k identifikaci PTH metodou RIA, a někteří badatelé uváděli, že PTH – nebo alespoň molekuly podobné PTH – produkují nádory spojené s malignitou.2-4 Při zpětném pohledu je možné, že tyto testy slabě rozpoznávaly peptid související s PTH (PTHrP), který je na svém N-konci blízce příbuzný nativnímu PTH.

Situace se dále vyjasnila v 80. letech 20. století, kdy bylo zjištěno, že pacienti s hyperkalcemií z malignity mají často zvýšený nefrogenní cAMP a navíc mají v oběhu faktor, který zvyšuje aktivitu adenylátcyklázy v kultivovaných kostních buňkách nebo ledvinných membránách podobně jako PTH, ale zjevně se nejedná o PTH.5,6 Byl tedy učiněn závěr, že v nádorech spojených s hyperkalcémií je produkován spíše faktor podobný PTH než nativní PTH. Koncem 80. let 20. století byl jako účinná látka zodpovědná za tento syndrom identifikován PTHrP, peptid produkovaný nádory, který má v N-koncové sekvenci blízkou homologii se samotným PTH. Ve skutečnosti se zjistilo, že PTHrP vznikl po genové duplikaci PTH, po níž se oba genové produkty vyvinuly nezávisle jako dvě molekuly s odlišnou strukturní složitostí a mechanismy řízení. Navzdory těmto rozdílům působí PTHrP na buňky prostřednictvím vazby a aktivace receptoru, který sdílí s PTH, tedy receptoru PTH typu 1.5,7.-10

V 90. letech 20. století další pozorování PTHrP ukázala, že je produkován nejen dlaždicobuněčnými karcinomy a dalšími nádory spojenými se syndromem humorální hyperkalcemie malignit, ale také nehyperkalcemickými nádory, které způsobují lokální osteolýzu, jako je například karcinom prsu,11,12 a ve skutečnosti je v některých modelech odpovědný za osteolýzu spojenou s karcinomem prsu.13

Po jeho identifikaci a molekulárním klonování koncem 80. let 20. století se pak pozornost zaměřila na fyziologickou roli PTHrP. Genetické studie na myších, do poloviny 90. let hojně využívané k charakterizaci fyziologických rolí molekul v biologii kosti, ukázaly, že PTHrP je zodpovědný za normální tvorbu endochondrální kosti a řídí proliferaci chrupavky na růstové ploténce. Perichondrální buňky a chondrocyty syntetizují PTHrP na koncích chrupavčité formy v růstové ploténce.14-16 PTHrP působí jako prevence diferenciace chondrocytů, čímž oddaluje vznik postmitotických hypertrofických chondrocytů. Exprese PTHrP v růstové ploténce je řízena indickým Hedgehogem a jeho následnými mediátory z rodiny Gli, a to prostřednictvím negativní zpětné vazby. Rodina Gs a Gg heterotrimerních G proteinů zprostředkovává účinky PTHrP na chondrocyty za účelem omezení jejich diferenciace pomocí downstream inhibitoru cyklin-cdk p57, který je potlačován za účelem udržení proliferace chondrocytů, a transkripčního faktoru Sox9.17-19 Tyto účinky PTHrP v růstové ploténce zřejmě slouží jeho hlavní fyziologické roli.

Ukázalo se, že PTHrP hraje lokální roli v normální funkci osteoblastů.20 Osteoblastově specifická ablace PTHrP u myší vede k osteoporóze a poruše tvorby kosti, což naznačuje parakrinní funkci. PTHrP tedy může regulovat normální diferenciaci a aktivitu osteoblastů (a možná i osteoklastů) v kostním mikroprostředí21 a PTHrP je vyvíjen jako potenciální anabolická látka pro léčbu osteoporózy s podobnými kostními stimulačními účinky jako PTH.22,23 Má také další lokální role cytokinového typu s nejistým významem, mimo jiné v prsu, močovém měchýři, děloze, hladké svalovině cév, vlasových folikulech a kůži. Přenáší také vápník přes placentu z matky na plod.24-26 Bylo popsáno více fragmentů PTHrP, které mají biologickou aktivitu, ale u žádného z nich nebyl potvrzen fyziologický ani in vivo význam a stále zůstávají kontroverzní a předmětem zkoumání.

S pozorováním, že PTHrP hraje důležitou roli jak v humorální hyperkalcemii malignity, tak v lokalizované osteolýze spojené s metastatickým karcinomem, se naše představy o syndromu hyperkalcemie malignity výrazně změnily. Až do poloviny 90. let 20. století se mělo za to, že humorální hyperkalcemie u malignity je způsobena cirkulujícím faktorem (konkrétně PTHrP) a že lokalizovaná osteolýza je způsobena buď lokálními cytokiny, nebo přímým působením nádorových buněk, které způsobují lokalizovanou destrukci kosti.27 S pozorováním, že PTHrP může být zodpovědný za oba syndromy, přinejmenším u mnoha pacientů, se ukázalo, že hyperkalcemie při malignitě představuje spektrum, přičemž PTHrP působí jako cirkulující faktor, pokud je produkován v nadměrném množství některými nádory (a způsobuje tak humorální hyperkalcemii), ale za jiných okolností působí jako lokální faktor, pokud je produkován metastatickými nádorovými buňkami v kostním mikroprostředí a způsobuje osteolytické kostní metastázy (tabulka 1).

Ačkoli PTHrP a PTH sdílejí stejný receptor, existují rozdíly mezi syndromy humorální hyperkalcemie malignit a primární hyperparatyreózy. U humorální hyperkalcemie při malignitě je potlačena tvorba kostní hmoty a pacienti mají spíše metabolickou alkalózu než hyperchloremickou acidózu. Kromě toho jsou sérové koncentrace 1,25 dihydroxyvitaminu D3 zvýšené u primární hyperparatyreózy a potlačené u nádorových onemocnění. Důvody těchto rozdílů nejsou známy, ale mohou být způsobeny jinými faktory produkovanými společně s PTHrP při humorální hyperkalcemii u malignit.27,28

S nadbytkem PTHrP jsou spojeny i další nádorové syndromy. Pravděpodobně nejvýznamnějším z nich je kachexie, na kterou upozornili Ogata a kolegové.29 Humorální hyperkalcemie při malignitě vyvolává akumulaci orixegenních peptidů, jako je neuropeptid Y, v arkuátním jádru hypotalamu a kachexie i mRNA pro tyto peptidy se snižují anti-PTHrP terapií. Stále není jasné, zda je kachexie ve skutečnosti způsobena přímo PTHrP, nebo je důsledkem zvýšené nádorové zátěže v kostní dřeni.

Protože PTHrP je tak důležitým faktorem při vzniku těchto běžných syndromů spojených s malignitou, byly podniknuty různé pokusy o zablokování jeho biologické aktivity. Jedním z přístupů byl vývoj neutralizačních protilátek proti PTHrP na základě preklinických studií, které ukázaly, že neutralizační protilátky snižují sérový vápník a snižují množství kostních metastáz v preklinických modelech.13,30 Druhým přístupem bylo použití malých molekul, které inhibují transkripci PTHrP. Identifikovali jsme specifické malé molekuly, které inhibují transkripci PTHrP nádorovými buňkami.31 Tyto molekuly, které jsou antimetabolity a zahrnují 6-thioguanin, byly identifikovány v buněčném screeningovém testu a bylo zjištěno, že snižují osteolýzu a snižují sérový vápník v preklinických modelech kostních metastáz a hyperkalcemie. Třetím cílem byl vývoj antagonistů vazby PTHrP na receptor PTH, který však zatím nevedl k úspěšným terapeutikům. Další možnosti zahrnují přístupy založené na malých molekulách, které inhibují přenos signálu PTHrP v nádorových buňkách.32

Regulace produkce PTHrP maligními buňkami je otázkou mimořádného zájmu. Proč některé nádorové buňky exprimují peptid, který je fyziologicky důležitý pro buňky chrupavky růstové ploténky? V růstové ploténce je PTHrP regulován dráhou Hedgehog a rodinou transkripčních mediátorů Gli. Domníváme se, že podobné mechanismy se uplatňují i u nádorových onemocnění, i když poněkud složitěji. U solidních nádorů spojených s expresí PTHrP bylo zjištěno, že transkripce PTHrP je řízena členy rodiny Gli podobně jako ve vyvíjející se růstové ploténce.33,34 Nádorová buňka využívá tuto obvykle spící vývojovou dráhu Hedgehog, která je důležitá v embryonálním životě, ke zvýšení své exprese PTHrP, zahájení kostní resorpce a vytvoření nidusu pro kostní metastázy. Tento proces je řízen TGF-β, který se při resorpci kosti uvolňuje do kostního mikroprostředí, protože je nejhojnějším růstovým faktorem v kostní matrix.35,36 To přidává další úroveň pochopení bludného kruhu mezi nádorovými buňkami a osteoklasty v kostním mikroprostředí u metastazujícího karcinomu (obr. 1).27,37 TGF-β uvolněný v důsledku kostní resorpce v kostním mikroprostředí tedy stimuluje expresi členů rodiny Gli v dráze Hedgehog, což následně vede ke zvýšené expresi PTHrP a kostní resorpci. Resorpce kosti podporuje růst nádorových buněk a další uvolňování aktivního TGF-β z kostní matrix.

PTHrP je tedy mimořádně zajímavá molekula. Pochází ze stejného genu předků jako PTH a má omezenou fyziologickou úlohu v embryonálním a časném postnatálním životě při regulaci růstu chrupavky ve vyvíjejících se dlouhých kostech. V dospělosti nemá podle našich znalostí žádnou významnou fyziologickou roli; má však významnou patologickou roli, neboť zprostředkovává destrukci kostí a hyperkalcemii u některých nádorů, které se naučily aktivovat vývojovou dráhu Hedgehog a exprimovat PTHrP, což umožňuje nádorovým buňkám vytvořit „bezpečný přístav“ v podobě kostní metastázy. S tím, jak rostou naše znalosti o tomto zajímavém procesu, kterým rakovina ničí kosti, se zdá být jisté, že úspěšné farmakologické pokusy o omezení exprese PTHrP nebo jeho účinků mají potenciální přínos pro množství pacientů s pokročilým nádorovým onemocněním.

• © 2008 American Society of Nephrology