PTH-gerelateerd peptide (PTHrP) in hypercalciëmie

Parathyroïd hormoon (PTH)-achtige factoren die verantwoordelijk zijn voor het syndroom van hypercalciëmie bij maligniteit werden voor het eerst voorgesteld door Albright1 in de jaren ’40, op basis van klinische waarnemingen bij één patiënt met hypercalciëmie ten gevolge van niercelcarcinoom. Albright suggereerde dat het klinisch syndroom van zijn patiënt leek op dat van primaire hyperparathyroïdie, en de meest waarschijnlijke verklaring was dat een PTH-achtige factor geproduceerd door de tumor verantwoordelijk was. Deze denkwijze bleef gedurende de volgende 40 jaar overeind en met de identificatie van PTH en de ontwikkeling van antisera en immunoassays voor de meting ervan in de jaren 1960 en 1970, zochten vele onderzoekers naar PTH in associatie met solide tumoren. Deze zoektocht was over het algemeen negatief, afgezien van enige verwarring veroorzaakt door de oorspronkelijke antisera gebruikt voor de identificatie van PTH door RIA, en sommige onderzoekers meldden dat PTH – of ten minste PTH-achtige moleculen – werden geproduceerd door tumoren geassocieerd met maligniteit.2

In retrospectief kan het zijn dat deze tests PTH-gerelateerd peptide (PTHrP), dat aan het N-terminale uiteinde nauw verwant is met natief PTH, zwak herkenden.

De situatie werd verder verduidelijkt in de jaren tachtig, toen werd ontdekt dat patiënten met hypercalciëmie als gevolg van maligniteit vaak een verhoogd nefrogeen cAMP hadden en bovendien een circulerende factor hadden die de adenylaatcyclaseactiviteit in gekweekte botcellen of niermembranen op vrijwel dezelfde wijze verhoogde als PTH, maar duidelijk geen PTH was.5,6 Er werd dus geconcludeerd dat een PTH-achtige factor in plaats van natuurlijk PTH werd geproduceerd door tumoren die gepaard gaan met hypercalciëmie. Aan het eind van de jaren tachtig werd het actieve principe dat verantwoordelijk is voor dit syndroom geïdentificeerd als PTHrP, een peptide dat door tumoren wordt geproduceerd met een nauwe homologie in de N-terminale sequentie met PTH zelf. In feite bleek PTHrP te zijn ontstaan na gen-duplicatie van PTH, waarna beide genproducten zich onafhankelijk van elkaar ontwikkelden als twee moleculen met verschillende structurele complexiteit en controlemechanismen. Ondanks deze verschillen oefent PTHrP cellulaire effecten uit door binding en activering van de receptor die het deelt met PTH, de type 1 PTH-receptor.5,7

In de jaren negentig toonden verdere observaties van PTHrP aan dat het niet alleen werd geproduceerd door plaveiselcelcarcinomen en andere tumoren die geassocieerd worden met het syndroom van humorale hypercalciëmie van maligniteit, maar ook door niet-hypercalciëmische tumoren die lokale osteolyse veroorzaakten, zoals borstkanker,11,12 en in feite verantwoordelijk was voor de osteolyse die in sommige modellen geassocieerd werd met borstkanker.13

Na de identificatie en moleculaire klonering aan het eind van de jaren tachtig, werd de aandacht gericht op de fysiologische rol van PTHrP. Genetische studies in muizen, die tegen het midden van de jaren ’90 algemeen gebruikt werden om de fysiologische rol van moleculen in de botbiologie te karakteriseren, toonden aan dat PTHrP verantwoordelijk was voor normale endochondrale botvorming en de kraakbeenproliferatie op de groeiplaat controleerde. Perichondrale cellen en chondrocyten synthetiseren PTHrP aan de uiteinden van de kraakbeenmal in de groeiplaat.14-16 PTHrP verhindert de differentiatie van chondrocyten en vertraagt zo het verschijnen van postmitotische hypertrofische chondrocyten. PTHrP expressie in de groeiplaat wordt gecontroleerd door Indian Hedgehog en zijn downstream mediatoren in de Gli familie, via een negatieve feedback relatie. De Gs en Gg familie van heterotrimere G proteïnen mediëren de effecten van PTHrP op chondrocyten om hun differentiatie te beperken door de stroomafwaartse cycline-cdk inhibitor p57 die onderdrukt wordt om de proliferatie van chondrocyten in stand te houden en door de transcriptiefactor Sox9.17-19 Deze effecten van PTHrP op de groeiplaat lijken zijn belangrijkste fysiologische rol te dienen.

PTHrP heeft aangetoond een lokale rol te spelen in de normale osteoblast functie.20 Osteoblast-specifieke ablatie van PTHrP bij muizen leidt tot osteoporose en een verminderde botvorming, wat wijst op een paracriene functie. PTHrP kan dus de normale differentiatie en activiteit van osteoblasten (en mogelijk ook osteoclasten) in de botmicro-omgeving reguleren,21 en PTHrP wordt ontwikkeld als een potentieel anabool middel voor osteoporose met vergelijkbare botstimulerende effecten als PTH.22,23 Het heeft ook andere lokale cytokinetische rollen van onduidelijk belang, onder andere in de borst, urineblaas, baarmoeder, vasculaire gladde spieren, haarfollikels en huid. Het transporteert ook calcium over de placenta van moeder naar foetus.24

Met de waarnemingen dat PTHrP een belangrijke rol speelt in zowel humorale hypercalciëmie van maligniteit als gelokaliseerde osteolyse geassocieerd met uitgezaaide kanker, zijn onze concepten van het syndroom van hypercalciëmie van maligniteit aanzienlijk veranderd. Tot het midden van de jaren negentig werd gedacht dat humorale hypercalciëmie van maligniteit te wijten was aan een circulerende factor (namelijk PTHrP) en dat gelokaliseerde osteolyse te wijten was aan hetzij lokale cytokinen, hetzij directe effecten van de tumorcellen om gelokaliseerde botvernietiging te veroorzaken.27 Met de observatie dat PTHrP verantwoordelijk kan zijn voor beide syndromen, althans bij veel patiënten, is duidelijk geworden dat maligne hypercalciëmie een spectrum vertegenwoordigt, waarbij PTHrP als circulerende factor optreedt wanneer het in excessieve hoeveelheden door sommige tumoren wordt geproduceerd (en daardoor humorale hypercalciëmie veroorzaakt), maar onder andere omstandigheden als lokale factor optreedt wanneer het door metastatische tumorcellen in de botmicro-omgeving wordt geproduceerd en osteolytische botmetastasen veroorzaakt (tabel 1).

Hoewel PTHrP en PTH dezelfde receptor hebben, zijn er verschillen tussen de syndromen van humorale hypercalciëmie van maligniteit en primaire hyperparathyreoïdie. Bij humorale hypercalciëmie van maligniteit wordt de botvorming onderdrukt en hebben de patiënten een metabole alkalose in plaats van hyperchloremische acidose. Bovendien zijn de serum 1,25 dihydroxyvitamine D3 concentraties verhoogd bij primaire hyperparathyroïdie en onderdrukt bij kanker. De redenen voor deze verschillen zijn onbekend, maar kunnen te wijten zijn aan andere factoren die samen met PTHrP worden geproduceerd in humorale hypercalciëmie van maligniteit.27,28

Andere kankersyndromen worden geassocieerd met een teveel aan PTHrP. Waarschijnlijk de belangrijkste hiervan is cachexie, die is benadrukt door Ogata en collega’s.29 Humorale hypercalciëmie van maligniteit induceert accumulatie van orixegenische peptiden, zoals neuropeptide Y in de arcuate kern van de hypothalamus, en zowel de cachexie als het mRNA voor deze peptiden worden verminderd door anti-PTHrP therapieën. Het is nog onduidelijk of cachexie in feite rechtstreeks te wijten is aan PTHrP of een gevolg is van een verhoogde tumorlast in het beenmerg.

Omdat PTHrP zo’n belangrijke factor is bij het veroorzaken van deze veel voorkomende syndromen die met maligniteit worden geassocieerd, zijn verschillende pogingen ondernomen om de biologische activiteit ervan te blokkeren. Eén benadering was de ontwikkeling van neutraliserende antilichamen tegen PTHrP, gebaseerd op preklinische studies die aantoonden dat neutraliserende antilichamen serumcalcium verlaagden en botmetastasen verminderden in preklinische modellen.13,30 Een tweede benadering was het gebruik van kleine moleculen die de PTHrP-transcriptie remmen. Wij hebben specifieke kleine moleculen geïdentificeerd die de PTHrP-transcriptie door tumorcellen remmen.31 Deze moleculen, die antimetabolieten zijn en 6-thioguanine omvatten, werden geïdentificeerd in een celgebaseerde screeningtest en bleken osteolyse te verminderen en serumcalcium te verlagen in preklinische modellen van botmetastase en hypercalcemie. Een derde mogelijkheid was de ontwikkeling van antagonisten van PTHrP-binding aan de PTH-receptor, maar dit heeft tot dusver nog niet tot succesvolle therapeutica geleid. Andere mogelijkheden zijn benaderingen met kleine moleculen om de PTHrP-signaaltransductie binnen tumorcellen te remmen.32

De regulering van de PTHrP-productie door kwaadaardige cellen is een uiterst interessant vraagstuk. Waarom brengen bepaalde kankercellen een peptide tot expressie dat fysiologisch belangrijk is voor kraakbeencellen van de groeiplaat? In de groeiplaat wordt PTHrP gereguleerd door de Hedgehog pathway en de Gli familie van transcriptionele mediatoren. Wij denken dat soortgelijke mechanismen ook een rol spelen bij kanker, zij het iets complexer. In solide tumoren met PTHrP expressie werd gevonden dat PTHrP transcriptie wordt aangestuurd door leden van de Gli familie, vergelijkbaar met wat er gebeurt in de zich ontwikkelende groeischijf.33,34 De kankercel gebruikt deze gewoonlijk slapende ontwikkelings-Hedgehog pathway, die belangrijk is in het embryonale leven, om zijn expressie van PTHrP te verhogen, botresorptie te starten, en een nidus te vormen voor een botmetastase. Het proces wordt gestuurd door TGF-β, dat vrijkomt in de botmicro-omgeving wanneer bot wordt geresorbeerd, omdat het de meest voorkomende groeifactor in de botmatrix is.35,36 Dit voegt nog een niveau van begrip toe aan de vicieuze cirkel tussen tumorcellen en osteoclasten in de botmicro-omgeving bij uitgezaaide kanker (Figuur 1).27,37 Zo stimuleert TGF-β, dat vrijkomt als gevolg van botresorptie in de botmicro-omgeving, de expressie van leden van de Gli familie in de Hedgehog pathway, wat op zijn beurt leidt tot verhoogde PTHrP expressie en botresorptie. De botresorptie bevordert de groei van tumorcellen en het verder vrijkomen van actieve TGF-β uit de botmatrix.

PTHrP is dus een uiterst interessante molecule. Afgeleid van hetzelfde voorouderlijke gen als PTH, heeft het een beperkte fysiologische rol in het embryonale en vroege postnatale leven om de kraakbeengroei in zich ontwikkelende lange beenderen te reguleren. Voor zover wij weten heeft het geen belangrijke fysiologische rol in het volwassen leven; het heeft echter wel een belangrijke pathologische rol, door botvernietiging en hypercalciëmie te bewerkstelligen bij bepaalde tumoren die geleerd hebben het ontwikkelings-Heghagopad te activeren en PTHrP tot expressie te brengen, waardoor de tumorcellen een “veilige haven” kunnen creëren in de vorm van een botmetastase. Naarmate onze kennis over dit interessante proces waarbij kanker bot vernietigt toeneemt, lijkt het zeker dat succesvolle farmacologische pogingen om de expressie van PTHrP of de effecten ervan te beperken potentiële voordelen bieden voor de grote groep patiënten met kanker in een vergevorderd stadium.

• © 2008 American Society of Nephrology

↵

↵

↵