PTH-Related Peptide (PTHrP) în hipercalcemie

Factori asemănători hormonului paratiroidian (PTH) responsabili de sindromul de hipercalcemie de malignitate au fost propuși pentru prima dată de Albright1 în anii 1940, pe baza observațiilor clinice la un singur pacient cu hipercalcemie ca urmare a carcinomului cu celule renale. Albright a sugerat că sindromul clinic al pacientului său semăna cu cel al hiperparatiroidismului primar, iar explicația cea mai probabilă a fost aceea că un factor asemănător PTH-ului produs de tumoră era responsabil. Acest mod de gândire a fost valabil pentru următorii 40 de ani și, odată cu identificarea PTH și dezvoltarea antiserurilor și a imunoanalizelor pentru măsurarea acestuia în anii 1960 și 1970, mulți cercetători au căutat PTH în asociere cu tumorile solide. Această căutare a fost în general negativă, cu excepția unor confuzii cauzate de antiserurile originale utilizate pentru identificarea PTH prin RIA, iar unii cercetători au raportat că PTH – sau cel puțin moleculele asemănătoare PTH – erau produse de tumorile asociate cu tumorile maligne.2-4 În retrospectivă, este posibil ca aceste teste să fi recunoscut slab peptida legată de PTH (PTHrP), care este strâns legată la capătul său N-terminal de PTH nativ.

Situația a fost clarificată și mai mult în anii 1980, când s-a constatat că pacienții cu hipercalcemie de malignitate prezentau frecvent o creștere a AMPc nefrogenă și, în plus, aveau un factor circulant care creștea activitatea adenilatciclazei în celulele osoase cultivate sau în membranele renale în același mod în care o făcea PTH, dar care în mod clar nu era PTH5,6. Astfel, s-a ajuns la concluzia că tumorile asociate cu hipercalcemia produc un factor asemănător PTH, mai degrabă decât PTH nativ. La sfârșitul anilor 1980, principiul activ responsabil pentru acest sindrom a fost identificat ca fiind PTHrP, o peptidă produsă de tumori cu o strânsă omologie în secvența N-terminală cu PTH însuși. De fapt, s-a constatat că PTHrP a apărut în urma duplicării genei PTH, după care ambii produși genetici s-au dezvoltat independent ca două molecule cu complexități structurale și mecanisme de control diferite. În ciuda acestor diferențe, PTHrP exercită efecte celulare prin legarea și activarea receptorului pe care îl împarte cu PTH, receptorul de tip 1 al PTH.5,7-10

În anii 1990, observații suplimentare asupra PTHrP au arătat că aceasta este produsă nu numai de carcinoamele cu celule scuamoase și de alte tumori asociate cu sindromul de hipercalcemie umorală de malignitate, ci și de tumori nehipercalcemice care provoacă osteoliză locală, cum ar fi cancerul de sân11,12 și, de fapt, este responsabilă de osteoliza asociată cu cancerul de sân în unele modele13.

După identificarea și clonarea sa moleculară la sfârșitul anilor 1980, atenția s-a îndreptat apoi către rolul fiziologic al PTHrP. Studiile genetice pe șoareci, până la mijlocul anilor 1990 utilizate pe scară largă pentru a caracteriza rolurile fiziologice ale moleculelor în biologia osoasă, au arătat că PTHrP era responsabilă de formarea normală a osului endocondral și controla proliferarea cartilajului la nivelul plăcii de creștere. Celulele pericondrale și condrocitele sintetizează PTHrP la capetele mucegaiului cartilaginos din placa de creștere.14-16 PTHrP acționează pentru a preveni diferențierea condrocitelor, întârziind astfel apariția condrocitelor hipertrofice postmitotice. Expresia PTHrP în placa de creștere este controlată de Indian Hedgehog și de mediatorii săi din aval din familia Gli, printr-o relație de feedback negativ. Familia Gs și Gg a proteinelor G heterotrimerice mediază efectele PTHrP asupra condrocitelor pentru a limita diferențierea acestora prin inhibitorul în aval al ciclinei-cdk p57 care este suprimat pentru a menține proliferarea condrocitelor și prin factorul de transcripție Sox9.17-19 Aceste efecte ale PTHrP la nivelul plăcii de creștere par să servească rolului său fiziologic major.

PTHrP s-a demonstrat că joacă un rol local în funcția normală a osteoblastelor.20 Ablația specifică osteoblastelor a PTHrP la șoareci duce la osteoporoză și la o afectare a formării osoase, sugerând o funcție paracrină. Astfel, este posibil ca PTHrP să reglementeze diferențierea și activitatea normală a osteoblastelor (și, eventual, a osteoclastelor) în micro-mediul osos21 , iar PTHrP este în curs de dezvoltare ca potențial agent anabolic pentru osteoporoză, cu efecte de stimulare osoasă similare celor ale PTH.22,23 De asemenea, are și alte roluri locale de tip citokină cu semnificație incertă, inclusiv în sân, vezica urinară, uter, mușchiul neted vascular, foliculii de păr și piele. De asemenea, transferă calciul prin placentă de la mamă la făt.24-26 Au fost descrise mai multe fragmente ale PTHrP care au activități biologice, dar niciunul dintre acestea nu a fost confirmat ca fiind important din punct de vedere fiziologic sau in vivo, rămânând în continuare controversate și o chestiune de investigare.

Cu observațiile că PTHrP joacă un rol important atât în hipercalcemia umorală de malignitate, cât și în osteoliza localizată asociată cu cancerul metastatic, concepțiile noastre despre sindromul de hipercalcemie de malignitate s-au schimbat considerabil. Până la mijlocul anilor 1990, se credea că hipercalcemia umorală a malignității se datora unui factor circulant (și anume PTHrP) și că osteoliza localizată se datora fie citokinelor locale, fie efectelor directe ale celulelor tumorale de a provoca o distrugere osoasă localizată.27 Odată cu observarea faptului că PTHrP poate fi responsabil pentru ambele sindroame, cel puțin la mulți pacienți, a devenit clar că hipercalcemia de malignitate reprezintă un spectru, PTHrP acționând ca factor circulant atunci când este produs în cantități excesive de unele tumori (și provocând astfel hipercalcemie umorală), dar în alte circumstanțe acționând ca factor local atunci când este produs de celulele tumorale metastatice în micro-mediul osos și provocând metastaze osoase osteolitice (tabelul 1).

Deși PTHrP și PTH împart același receptor, există diferențe între sindroamele de hipercalcemie umorală de malignitate și hiperparatiroidismul primar. În hipercalcemia umorală de malignitate, formarea osoasă este suprimată, iar pacienții au o alcaloză metabolică mai degrabă decât o acidoză hipercloremică. Mai mult, concentrațiile serice de 1,25 dihidroxivitamină D3 sunt crescute în hiperparatiroidismul primar și suprimate în cancer. Motivele pentru aceste diferențe sunt necunoscute, dar se pot datora altor factori produși împreună cu PTHrP în hipercalcemia umorală a malignității.27,28

Alte sindroame canceroase sunt asociate cu excesul de PTHrP. Probabil cel mai important dintre acestea este cașexia, care a fost evidențiată de Ogata și colaboratorii.29 Hipercalcemia umorală a malignității induce acumularea de peptide orixegene, cum ar fi neuropeptida Y în nucleul arcuat al hipotalamusului, și atât cașexia cât și ARNm pentru aceste peptide sunt reduse de terapiile anti-PTHrP. Încă nu este clar dacă cașexia se datorează, de fapt, direct PTHrP sau este o consecință a creșterii încărcăturii tumorale în măduva osoasă.

Din moment ce PTHrP este un factor atât de important în provocarea acestor sindroame comune asociate cu tumorile maligne, s-au făcut diferite încercări de a bloca activitatea sa biologică. Una dintre abordări a fost dezvoltarea anticorpilor neutralizanți pentru PTHrP, pe baza studiilor preclinice care au arătat că anticorpii neutralizanți au redus calciul seric și au diminuat metastazele osoase în modelele preclinice.13,30 O a doua abordare a fost utilizarea moleculelor mici care inhibă transcripția PTHrP. Am identificat molecule mici specifice care inhibă transcrierea PTHrP de către celulele tumorale.31 Aceste molecule, care sunt antimetaboliți și includ 6-thioguanina, au fost identificate într-un test de screening bazat pe celule și s-a constatat că reduc osteoliza și scad calciul seric în modele preclinice de metastaze osoase și hipercalcemie. O a treia a fost aceea de a dezvolta antagoniști ai legării PTHrP la receptorul PTH, dar acest lucru nu a condus până acum la produse terapeutice de succes. Alte posibilități includ abordări cu molecule mici pentru a inhiba transducția semnalului PTHrP în cadrul celulelor tumorale.32

Reglarea producției de PTHrP de către celulele maligne este o problemă de extrem interes. De ce anumite celule canceroase exprimă o peptidă care este importantă din punct de vedere fiziologic pentru celulele cartilaginoase ale plăcii de creștere? În placa de creștere, PTHrP este reglată de calea Hedgehog și de familia Gli de mediatori transcripționali. Credem că mecanisme similare sunt implicate și în cancer, deși puțin mai complexe. În tumorile solide asociate cu expresia PTHrP, s-a constatat că transcripția PTHrP este condusă de membrii familiei Gli, similar cu ceea ce se întâmplă în placa de creștere în curs de dezvoltare.33,34 Celula canceroasă folosește această cale Hedgehog de dezvoltare, de obicei latentă, care este importantă în viața embrionară, pentru a-și spori expresia PTHrP, pentru a iniția resorbția osoasă și pentru a forma un nidus pentru o metastază osoasă. Procesul este condus de TGF-β, care este eliberat în micro-mediul osos atunci când osul este resorbit, deoarece este cel mai abundent factor de creștere din matricea osoasă.35,36 Acest lucru adaugă un alt nivel de înțelegere a cercului vicios dintre celulele tumorale și osteoclaste în micro-mediul osos în cancerul metastatic (figura 1).27,37 Astfel, TGF-β eliberat ca urmare a resorbției osoase în micro-mediul osos stimulează expresia membrilor familiei Gli în calea Hedgehog, ceea ce duce la rândul său la creșterea expresiei PTHrP și la resorbția osoasă. Resorbția osoasă favorizează creșterea celulelor tumorale și eliberarea în continuare a TGF-β activ din matricea osoasă.

PTHrP este astfel o moleculă extrem de interesantă. Derivată din aceeași genă ancestrală ca și PTH, aceasta are un rol fiziologic limitat în viața embrionară și postnatală timpurie pentru a regla creșterea cartilajului în dezvoltarea oaselor lungi. Din câte știm noi, nu are niciun rol fiziologic major în viața adultă; cu toate acestea, are un rol patologic major, mediind distrugerea oaselor și hipercalcemia prin anumite tumori care au învățat să activeze calea Hedgehog de dezvoltare și să exprime PTHrP, ceea ce permite celulelor tumorale să creeze un „adăpost sigur” sub forma unei metastaze osoase. Pe măsură ce cunoștințele noastre despre acest proces interesant prin care cancerul distruge osul cresc, pare cert că încercările farmacologice reușite de a limita expresia PTHrP sau efectele sale prezintă beneficii potențiale pentru multitudinea de pacienți cu cancer avansat.