PTH-relaterad peptid (PTHrP) vid hyperkalcemi

Parathormon (PTH)-liknande faktorer som är ansvariga för syndromet hyperkalcemi vid malignitet föreslogs först av Albright1 på 1940-talet, på grundval av kliniska observationer hos en enskild patient med hyperkalcemi till följd av njurcellscancer. Albright menade att det kliniska syndromet hos hans patient liknade primär hyperparatyreoidism och att den mest sannolika förklaringen var att en PTH-liknande faktor som producerades av tumören var ansvarig. Detta tänkande höll i sig under de följande 40 åren, och i och med identifieringen av PTH och utvecklingen av antisera och immunoassays för att mäta det under 1960- och 1970-talen sökte många forskare efter PTH i samband med solida tumörer. Detta sökande var i stort sett negativt, bortsett från en viss förvirring orsakad av de ursprungliga antisera som användes för identifiering av PTH med RIA, och vissa forskare rapporterade att PTH – eller åtminstone PTH-liknande molekyler – producerades av tumörer i samband med malignitet2 .-4 I efterhand kan dessa tester ha varit svagt igenkännande av PTH-relaterad peptid (PTHrP), som i sin N-terminala ände är nära besläktad med inhemskt PTH.

Situationen klargjordes ytterligare på 1980-talet, då man fann att patienter med hyperkalcemi till följd av malignitet ofta hade ökad nefrogen cAMP och dessutom hade en cirkulerande faktor som ökade adenylatcyklasaktiviteten i odlade benceller eller njurmembran på ungefär samma sätt som PTH, men som helt klart inte var PTH.5,6 Således drogs slutsatsen att en PTH-liknande faktor snarare än inhemskt PTH producerades av tumörer i samband med hyperkalcemi. I slutet av 1980-talet identifierades den aktiva principen som är ansvarig för detta syndrom som PTHrP, en peptid som produceras av tumörer med nära homologi i den N-terminala sekvensen till PTH självt. PTHrP visade sig faktiskt ha uppstått efter gendubblering av PTH, varefter de båda genprodukterna utvecklades oberoende av varandra som två molekyler med olika strukturell komplexitet och kontrollmekanismer. Trots dessa skillnader utövar PTHrP cellulär påverkan genom att binda och aktivera den receptor som den delar med PTH, PTH-receptorn av typ 15,7 .-10

På 1990-talet visade ytterligare observationer av PTHrP att det producerades inte bara av skivepitelcancer och andra tumörer som är förknippade med syndromet humoral hyperkalcemi vid malignitet, utan även av icke-hyperkalcemiska tumörer som orsakade lokal osteolys, t.ex. bröstcancer11,12 , och att det i själva verket var ansvarigt för osteolysen i samband med bröstcancer i vissa modeller13 .

Efter identifiering och molekylär kloning i slutet av 1980-talet riktades uppmärksamheten sedan mot PTHrP:s fysiologiska roll. Genetiska musstudier, som i mitten av 1990-talet användes i stor utsträckning för att karakterisera molekylers fysiologiska roller i benbiologin, visade att PTHrP ansvarade för normal endokondral benbildning och kontrollerade broskproliferation vid tillväxtplattan. Perichondrala celler och kondrocyter syntetiserar PTHrP vid ändarna av broskformen i tillväxtplattan.14-16 PTHrP verkar för att förhindra differentiering av kondrocyter och fördröjer därmed uppkomsten av postmitotiska hypertrofiska kondrocyter. PTHrP-uttrycket i tillväxtplattan styrs av Indian Hedgehog och dess nedströmsmediatorer i Gli-familjen, genom ett negativt återkopplingsförhållande. Gs- och Gg-familjen av heterotrimera G-proteiner medierar effekterna av PTHrP på kondrocyter för att begränsa deras differentiering genom nedströmscyklin-cdk-hämmaren p57 som undertrycks för att bibehålla kondrocytproliferationen och genom transkriptionsfaktorn Sox9.17-19 Dessa effekter av PTHrP vid tillväxtplattan tycks tjäna dess huvudsakliga fysiologiska roll.

PTHrP har visats spela en lokal roll i den normala osteoblastfunktionen.20 Osteoblastspecifik ablation av PTHrP hos möss resulterar i osteoporos och en försämrad benbildning, vilket tyder på en parakrin funktion. PTHrP kan således reglera normal differentiering och aktivitet av osteoblaster (och möjligen osteoklaster) i benets mikromiljö,21 och PTHrP håller på att utvecklas som ett potentiellt anaboliskt medel mot osteoporos med liknande bensoderstimulerande effekter som PTH.22,23 Det har också andra lokala roller av cytokintyp med osäker betydelse, bl.a. i bröstet, urinblåsan, livmodern, vaskulär glatt muskulatur, hårsäckar och hud. Det överför också kalcium över placenta från mor till foster.24-26 Flera fragment av PTHrP som har biologiska aktiviteter har beskrivits, men inget av dessa har bekräftats vara viktigt vare sig fysiologiskt eller in vivo, och de förblir fortfarande kontroversiella och en fråga om utredning.

Med iakttagelserna att PTHrP spelar en viktig roll både i humoral hyperkalcemi vid malignitet och i lokaliserad osteolys som är förknippad med metastaserad cancer, har våra föreställningar om syndromet hyperkalcemi vid malignitet förändrats avsevärt. Fram till mitten av 1990-talet trodde man att humoral hyperkalcemi vid malignitet berodde på en cirkulerande faktor (nämligen PTHrP) och att lokaliserad osteolys antingen berodde på lokala cytokiner eller på direkta effekter av tumörcellerna för att orsaka lokaliserad benförstöring27 . Med observationen att PTHrP kan vara ansvarig för båda syndromen, åtminstone hos många patienter, har det blivit tydligt att hyperkalcemi vid malignitet representerar ett spektrum, där PTHrP agerar som den cirkulerande faktorn när den produceras i överdrivna mängder av vissa tumörer (och därmed orsakar humoral hyperkalcemi), men under andra omständigheter agerar som en lokal faktor när den produceras av metastatiska tumörceller i benets mikromiljö och orsakar osteolytiska benmetastaser (tabell 1).

Trots att PTHrP och PTH har samma receptor finns det skillnader mellan syndromen humoral hyperkalcemi vid malignitet och primär hyperparatyreoidism. Vid humoral hyperkalcemi vid malignitet undertrycks benbildningen och patienterna har en metabolisk alkalos snarare än en hyperkloremisk acidos. Dessutom är serumkoncentrationerna av 1,25-dihydroxyvitamin D3 förhöjda vid primär hyperparatyreoidism och undertryckta vid cancer. Orsakerna till dessa skillnader är okända men kan bero på andra faktorer som produceras tillsammans med PTHrP vid humoral hyperkalcemi vid malignitet.27,28

Andra cancersyndrom är associerade med PTHrP-överskott. Den förmodligen viktigaste av dessa är kachexia, som har betonats av Ogata och medarbetare.29 Humoral hyperkalcemi av malignitet inducerar ackumulering av orixegena peptider, såsom neuropeptid Y i hypotalamus arcuate nucleus, och både kachexia och mRNA för dessa peptider reduceras av anti-PTHrP-terapier. Det är fortfarande oklart om kachexin faktiskt beror på PTHrP direkt eller om den är en följd av ökad tumörbörda i benmärgen.

Då PTHrP är en så viktig faktor för att orsaka dessa vanliga syndrom som är förknippade med malignitet, har olika försök gjorts för att blockera dess biologiska aktivitet. Ett tillvägagångssätt var utvecklingen av neutraliserande antikroppar mot PTHrP, baserat på prekliniska studier som visade att neutraliserande antikroppar minskade serumkalcium och minskade benmetastaser i prekliniska modeller.13,30 Ett annat var att använda små molekyler som hämmar PTHrP-transkriptionen. Vi har identifierat specifika små molekyler som hämmar PTHrP-transkriptionen av tumörceller.31 Dessa molekyler, som är antimetaboliter och inkluderar 6-thioguanin, identifierades i en cellbaserad screeninganalys och visade sig minska osteolys och sänka serumkalcium i prekliniska modeller av benmetastaser och hyperkalcemi. En tredje möjlighet var att utveckla antagonister till PTHrP som binder sig till PTH-receptorn, men detta har hittills inte lett till framgångsrika terapier. Andra möjligheter är små molekylära metoder för att hämma PTHrP-signaltransduktionen i tumörceller.32

Regleringen av PTHrP-produktionen av maligna celler är en fråga av ytterst stort intresse. Varför uttrycker vissa cancerceller en peptid som är fysiologiskt viktig för broskceller i tillväxtplattan? I tillväxtplattan regleras PTHrP av Hedgehog-vägen och Gli-familjen av transkriptionsmediatorer. Vi tror att liknande mekanismer också är inblandade i cancer, om än lite mer komplexa. I solida tumörer som är förknippade med PTHrP-uttryck fann man att PTHrP-transkriptionen drivs av medlemmar av Gli-familjen på liknande sätt som i tillväxtplattan under utveckling.33,34 Cancercellen använder denna vanligtvis vilande Hedgehog-utvecklingsväg som är viktig i embryonalt liv för att öka sitt uttryck av PTHrP, initiera benresorption och bilda en nidus för en benmetastas. Processen drivs av TGF-β, som frigörs i benets mikromiljö när benet resorberas, eftersom det är den vanligaste tillväxtfaktorn i benmatrisen.35,36 Detta ger ytterligare en förståelse för den onda cirkeln mellan tumörceller och osteoklaster i benmikromiljön vid metastaserad cancer (figur 1).27,37 TGF-β som frigörs som en följd av benresorptionen i benmikromiljön stimulerar således uttrycket av Gli-familjemedlemmar i Hedgehog-vägen, vilket i sin tur leder till ökat PTHrP-uttryck och benresorption. Resorptionen av ben gynnar tumörcellstillväxt och ytterligare frisättning av aktivt TGF-β från benmatrisen.

PTHrP är således en ytterst intressant molekyl. Den härstammar från samma förfäders gen som PTH och har en begränsad fysiologisk roll i det embryonala och tidiga postnatala livet för att reglera brosktillväxten i de långa ben som håller på att utvecklas. Den har dock en viktig patologisk roll, eftersom den förmedlar benförstöring och hyperkalcemi hos vissa tumörer som har lärt sig att aktivera den utvecklingsmässiga Hedgehog-vägen och uttrycka PTHrP, vilket gör det möjligt för tumörcellerna att skapa en ”säker hamn” i form av en benmetastas. I takt med att vår kunskap om denna intressanta process genom vilken cancer förstör ben växer, verkar det säkert att framgångsrika farmakologiska försök att begränsa uttrycket av PTHrP eller dess effekter har potentiella fördelar för den mängd patienter med avancerad cancer.