PTH-Related Peptide (PTHrP) nell’ipercalcemia

I fattori simili all’ormone paratiroideo (PTH) responsabili della sindrome da ipercalcemia maligna sono stati proposti per la prima volta da Albright1 negli anni ’40, sulla base di osservazioni cliniche in un singolo paziente con ipercalcemia a seguito di carcinoma a cellule renali. Albright suggerì che la sindrome clinica nel suo paziente assomigliava a quella dell’iperparatiroidismo primario e la spiegazione più probabile era che un fattore simile al PTH prodotto dal tumore fosse responsabile. Questo pensiero ha tenuto banco per i successivi 40 anni, e con l’identificazione del PTH e lo sviluppo di antisieri e immunodosaggi per la sua misurazione negli anni ’60 e ’70, molti ricercatori hanno cercato il PTH in associazione ai tumori solidi. Questa ricerca è stata per lo più negativa, a parte una certa confusione causata dagli antisieri originali utilizzati per l’identificazione del PTH tramite RIA, e alcuni ricercatori hanno riferito che il PTH – o almeno le molecole simili al PTH – sono state prodotte dai tumori associati alla malignità.2-4 In retrospettiva, questi test potrebbero aver riconosciuto debolmente il peptide legato al PTH (PTHrP), che è strettamente legato alla sua estremità N-terminale al PTH nativo.

La situazione fu chiarita ulteriormente negli anni ’80, quando si scoprì che i pazienti con ipercalcemia maligna avevano spesso un aumento del cAMP nefrogeno e, inoltre, avevano un fattore circolante che aumentava l’attività dell’adenilato ciclasi nelle cellule ossee coltivate o nelle membrane renali in modo molto simile al PTH ma non era chiaramente PTH.5,6 Così, si concluse che un fattore simile al PTH piuttosto che il PTH nativo era prodotto dai tumori associati all’ipercalcemia. Alla fine degli anni ’80, il principio attivo responsabile di questa sindrome fu identificato come PTHrP, un peptide prodotto dai tumori con una stretta omologia nella sequenza N-terminale al PTH stesso. Infatti, si è scoperto che il PTHrP è sorto dopo la duplicazione genica del PTH, dopo la quale entrambi i prodotti genici si sono sviluppati indipendentemente come due molecole con complessità strutturali e meccanismi di controllo diversi. Nonostante queste differenze, il PTHrP esercita effetti cellulari attraverso il legame e l’attivazione del recettore che condivide con il PTH, il recettore del PTH di tipo 1.5,7-10

Negli anni ’90, ulteriori osservazioni sul PTHrP hanno dimostrato che veniva prodotto non solo dai carcinomi a cellule squamose e da altri tumori associati alla sindrome di ipercalcemia umorale di malignità, ma anche da tumori non ipercalcemici che causavano osteolisi locale, come il cancro al seno,11,12 ed era infatti responsabile dell’osteolisi associata al cancro al seno in alcuni modelli.13

Dopo la sua identificazione e clonazione molecolare alla fine degli anni ’80, l’attenzione si è rivolta al ruolo fisiologico del PTHrP. Gli studi genetici sui topi, dalla metà degli anni ’90 ampiamente utilizzati per caratterizzare i ruoli fisiologici delle molecole nella biologia ossea, hanno dimostrato che il PTHrP era responsabile della normale formazione dell’osso endocondrale e controllava la proliferazione della cartilagine nella placca di crescita. Le cellule pericondrali e i condrociti sintetizzano PTHrP alle estremità dello stampo della cartilagine nella placca di crescita.14-16 PTHrP agisce per prevenire la differenziazione dei condrociti, ritardando così la comparsa di condrociti ipertrofici postmitotici. L’espressione di PTHrP nella placca di crescita è controllata da Indian Hedgehog e dai suoi mediatori a valle della famiglia Gli, attraverso una relazione di feedback negativo. La famiglia Gs e Gg delle proteine G eterotrimeriche media gli effetti del PTHrP sui condrociti per limitarne la differenziazione attraverso l’inibitore a valle della ciclina-cdk p57 che viene soppresso per mantenere la proliferazione dei condrociti e dal fattore di trascrizione Sox9.17-19 Questi effetti del PTHrP nella placca di crescita sembrano servire il suo principale ruolo fisiologico.

PTHrP ha dimostrato di avere un ruolo locale nella normale funzione degli osteoblasti.20 L’ablazione specifica degli osteoblasti di PTHrP nei topi provoca l’osteoporosi e un deterioramento della formazione ossea, suggerendo una funzione paracrina. Pertanto, il PTHrP può regolare la normale differenziazione e attività degli osteoblasti (e possibilmente degli osteoclasti) nel microambiente osseo,21 e il PTHrP viene sviluppato come potenziale agente anabolico per l’osteoporosi con effetti stimolatori ossei simili a quelli del PTH.22,23 Ha anche altri ruoli locali di tipo citochinico di incerta importanza, tra cui nel seno, nella vescica urinaria, nell’utero, nel muscolo liscio vascolare, nei follicoli piliferi e nella pelle. Inoltre trasferisce il calcio attraverso la placenta dalla madre al feto.24-26 Sono stati descritti molteplici frammenti di PTHrP che hanno attività biologiche, ma nessuno di questi è stato confermato come importante sia fisiologicamente che in vivo, e rimangono ancora controversi e oggetto di indagine.

Con le osservazioni che PTHrP gioca un ruolo importante sia nell’ipercalcemia umorale di malignità che nell’osteolisi localizzata associata al cancro metastatico, i nostri concetti della sindrome di ipercalcemia di malignità sono cambiati notevolmente. Fino alla metà degli anni ’90, si pensava che l’ipercalcemia umorale di malignità fosse dovuta a un fattore circolante (cioè il PTHrP) e che l’osteolisi localizzata fosse dovuta o a citochine locali o a effetti diretti delle cellule tumorali per causare la distruzione ossea localizzata.27 Con l’osservazione che il PTHrP può essere responsabile di entrambe le sindromi, almeno in molti pazienti, è diventato chiaro che l’ipercalcemia maligna rappresenta uno spettro, con il PTHrP che agisce come fattore circolante quando è prodotto in quantità eccessive da alcuni tumori (e quindi causando ipercalcemia umorale) ma in altre circostanze agisce come fattore locale quando è prodotto da cellule tumorali metastatiche nel microambiente osseo e causa metastasi ossee osteolitiche (Tabella 1).

Anche se PTHrP e PTH condividono lo stesso recettore, ci sono differenze tra le sindromi di ipercalcemia umorale di malignità e iperparatiroidismo primario. Nell’ipercalcemia umorale di malignità, la formazione ossea è soppressa e i pazienti hanno un’alcalosi metabolica piuttosto che un’acidosi ipercloremica. Inoltre, le concentrazioni sieriche di 1,25 diidrossivitamina D3 sono aumentate nell’iperparatiroidismo primario e soppresse nel cancro. Le ragioni di queste differenze sono sconosciute, ma possono essere dovute ad altri fattori prodotti insieme al PTHrP nell’ipercalcemia umorale della malignità.27,28

Altre sindromi tumorali sono associate all’eccesso di PTHrP. Probabilmente la più importante di queste è la cachessia, che è stata sottolineata da Ogata e colleghi.29 L’ipercalcemia umorale della malattia induce l’accumulo di peptidi orixegenici, come il neuropeptide Y nel nucleo arcuato dell’ipotalamo, e sia la cachessia che l’mRNA per questi peptidi sono ridotti dalle terapie anti-PTHrP. Non è ancora chiaro se la cachessia sia in realtà dovuta direttamente al PTHrP o sia una conseguenza dell’aumento del carico tumorale nel midollo osseo.

Siccome il PTHrP è un fattore così importante nel causare queste sindromi comuni associate alla malignità, sono stati fatti diversi tentativi per bloccare la sua attività biologica. Un approccio è stato lo sviluppo di anticorpi neutralizzanti il PTHrP, basato su studi preclinici che hanno dimostrato che gli anticorpi neutralizzanti hanno ridotto il calcio sierico e diminuito le metastasi ossee in modelli preclinici.13,30 Un secondo approccio è stato quello di utilizzare piccole molecole che inibiscono la trascrizione del PTHrP. Abbiamo identificato piccole molecole specifiche che inibiscono la trascrizione di PTHrP da parte delle cellule tumorali.31 Queste molecole, che sono antimetaboliti e includono la 6-tioguanina, sono state identificate in un test di screening basato sulle cellule e sono risultate ridurre l’osteolisi e abbassare il calcio nel siero in modelli preclinici di metastasi ossee e ipercalcemia. Una terza possibilità era quella di sviluppare antagonisti del legame del PTHrP al recettore del PTH, ma questo non ha portato a terapie di successo finora. Altre possibilità includono approcci con piccole molecole per inibire la trasduzione del segnale PTHrP all’interno delle cellule tumorali.32

La regolazione della produzione di PTHrP da parte delle cellule maligne è una questione di estremo interesse. Perché alcune cellule tumorali esprimono un peptide che è fisiologicamente importante per le cellule cartilaginee della placca di crescita? Nella placca di crescita, il PTHrP è regolato dalla via di Hedgehog e dalla famiglia di mediatori trascrizionali Gli. Crediamo che meccanismi simili siano coinvolti anche nel cancro, anche se un po’ più complessi. Nei tumori solidi associati all’espressione di PTHrP, si è scoperto che la trascrizione di PTHrP è guidata dai membri della famiglia Gli, in modo simile a quanto accade nella placca di crescita in via di sviluppo.33,34 La cellula tumorale utilizza questa via Hedgehog, solitamente dormiente in fase di sviluppo e importante nella vita embrionale, per aumentare la sua espressione di PTHrP, avviare il riassorbimento osseo e formare un nidus per una metastasi ossea. Il processo è guidato dal TGF-β, che viene rilasciato nel microambiente osseo quando l’osso viene riassorbito, perché è il fattore di crescita più abbondante nella matrice ossea.35,36 Questo aggiunge un altro livello di comprensione al circolo vizioso tra le cellule tumorali e gli osteoclasti nel microambiente osseo nel cancro metastatico (Figura 1).27,37 Così, il TGF-β rilasciato come conseguenza del riassorbimento osseo nel microambiente osseo stimola l’espressione dei membri della famiglia Gli nel percorso Hedgehog, portando a sua volta all’aumento dell’espressione di PTHrP e al riassorbimento osseo. Il riassorbimento dell’osso favorisce la crescita delle cellule tumorali e l’ulteriore rilascio di TGF-β attivo dalla matrice ossea.

PTHrP è quindi una molecola estremamente interessante. Derivata dallo stesso gene ancestrale del PTH, ha un ruolo fisiologico limitato nella vita embrionale e postnatale per regolare la crescita della cartilagine nelle ossa lunghe in via di sviluppo. Per quanto ne sappiamo, non ha un ruolo fisiologico importante nella vita adulta; tuttavia, ha un ruolo patologico importante, mediando la distruzione ossea e l’ipercalcemia di alcuni tumori che hanno imparato ad attivare la via Hedgehog dello sviluppo e ad esprimere PTHrP, che permette alle cellule tumorali di creare un “porto sicuro” sotto forma di metastasi ossee. Man mano che cresce la nostra conoscenza di questo interessante processo attraverso il quale il cancro distrugge l’osso, sembra certo che i tentativi farmacologici di successo per limitare l’espressione di PTHrP o i suoi effetti abbiano potenziali benefici per la moltitudine di pazienti con cancro avanzato.

• © 2008 American Society of Nephrology